柳州市酸雨化學(xué)特征分析及人為硫源對碳酸鹽巖風(fēng)化的影響.pdf

1、巖溶作用是一種發(fā)生在地球淺表層環(huán)境下的特殊地質(zhì)過程，與大氣圈、水圈、生物圈密切相關(guān)，因其地球化學(xué)過程中具有低溫性、外放敏感性和生物參與性等特點(diǎn)，會導(dǎo)致巖溶水體DIC輸入的多變（碳匯效應(yīng)的穩(wěn)定性受到影響）。作為巖溶碳匯的主控因子—水循環(huán)，對巖溶碳匯的影響較大，不同時(shí)期（豐水期、平水期、枯水期）所表現(xiàn)出來的碳匯特性也各不相同，同時(shí)，自然界除了碳酸外,人類活動(dòng)造成的硫酸（酸雨）對碳酸鹽的溶解也能增加水中的DIC濃度，且H2SO4參與的碳酸鹽巖

2、風(fēng)化本質(zhì)上是一個(gè)大氣CO2的凈釋放過程，必須在碳匯計(jì)算中加以扣除，對全球碳循環(huán)的研究具有十分重要的意義，所以碳酸鹽巖的硫酸風(fēng)化機(jī)制及其與區(qū)域碳循環(huán)的關(guān)系也是近些年一直關(guān)注的熱點(diǎn)問題。硫酸參與的化學(xué)風(fēng)化過程來源主要包括石膏的溶解、硫化物氧化、大氣降水以及人為排放，流域人類活動(dòng)可以顯著加速流域化學(xué)侵蝕，改變區(qū)域碳循環(huán)，干擾流域物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)，對西南巖溶流域碳酸鹽巖的化學(xué)侵蝕具有重要貢獻(xiàn)，大氣酸沉降（酸雨）中的SO42-、NO3-等酸

3、性離子絕大部分來源于人為排放的SO2、NOX氣體，所以，以大氣沉降為形式的人類活動(dòng)對河流水化學(xué)組分帶來的影響日益受到人們的關(guān)注。
　　本研究選取西南巖溶區(qū)域中酸雨問題較為突出的柳州地區(qū)作為研究區(qū)，設(shè)置沙塘林校（郊區(qū)）、柳州氣象局、柳州環(huán)保局三個(gè)雨水采樣點(diǎn)，分析柳州市酸雨化學(xué)特征及致酸物質(zhì)來源，并在穿柳州市區(qū)而過的柳江設(shè)置監(jiān)測斷面，分別位于柳州的進(jìn)出口，露塘與洛維，及柳州中部的水文站斷面，用以分析降水中的硫源對該區(qū)域碳酸鹽巖風(fēng)化和碳

4、匯效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，柳州市全年降水樣品pH值的分布范圍為4.16~6.61，酸雨率為67.6%，主要為弱酸雨（5＜pH＜5.6）與較重酸雨（4.5＜pH＜5），酸雨形勢較為嚴(yán)峻。相對于90年代，主要致酸離子濃度均有大幅下降，脫硫除塵等措施也會使得NH4+、Ca2+等中和離子濃度下降，可能是pH值沒有大幅度變化的原因，但降水離子濃度與電導(dǎo)率已充分說明柳州酸雨治理卓有成效。酸雨頻率與pH值的變化趨勢具有明顯的季節(jié)性特征，酸雨主要集中于冬

5、、春兩季，這與我國大部分地區(qū)尤其是南方地區(qū)普遍存在的酸雨季節(jié)變化特征基本一致，與降水量的稀釋作用有很大關(guān)系。通過富集因子（EF）分析降水中主要因子來源，表明K+中97.2%的地殼來源中絕大多數(shù)為木質(zhì)燃燒等人為活動(dòng)釋放所得。CI-受人類活動(dòng)影響明顯，主要來自當(dāng)?shù)嘏欧?，如垃圾焚燒、汽車尾氣排放（汽油中含有溴氯化物作為添加劑）等。SO42-的主要來源為人為來源，占到98.2%，SO42-主要源于煤炭燃燒釋放的SO2氣體氧化所得。NO3-的人為

6、來源占到99.8％，主要包括燃料燃燒、大氣中的化學(xué)反應(yīng)以及汽車尾氣排放等。Ca2+和Mg2+主要來為土壤來源，這與研究區(qū)的巖溶區(qū)背景相一致，但人為因素也能向大氣中釋放數(shù)量可觀的堿性離子，且相對自然過程更為劇烈，如采石場進(jìn)行石料開采過程中釋放大量揚(yáng)塵。確定影響研究區(qū)的2個(gè)較為穩(wěn)定的水汽來源：1、西南方向百色、南寧等工礦業(yè)發(fā)達(dá)或人口密集型城市，西南方向的氣流絕大部分都路經(jīng)此地，尤其夏半年受西南季風(fēng)影響大，春季幾乎所有的酸雨水汽氣團(tuán)都來自于西

7、南方向經(jīng)南寧等城市徑直抵達(dá)柳州，夏季占到44%，秋季與冬季多是東南方向氣流登陸后經(jīng)南寧等西南部城市再向東北抵達(dá)柳州；2、東南方向廣東雷州半島及珠三角地區(qū)，來源于西太平洋的氣流經(jīng)過此地徑直到達(dá)柳州或經(jīng)南寧等城市抵達(dá)柳州，夏季占到8%，秋季占到57%，冬季占到33%。對比相鄰的酸雨區(qū)桂林降水的氣流運(yùn)移軌跡，中部酸雨帶如江西、湖北、湖南、安徽等省份的工業(yè)發(fā)達(dá)人口稠密地區(qū)并未對柳州的酸雨造成直接影響。柳州水文站斷面SO42-濃度變化趨勢與降水量

8、有很好的對應(yīng)關(guān)系，說明降水對該流域SO42-的貢獻(xiàn)較大，結(jié)合對該流域硫同位素的分析，以大氣沉降為形式的人類活動(dòng)勢必對該流域的巖石風(fēng)化及碳匯效應(yīng)產(chǎn)生一定影響，比較汛期與枯水期降水對河水離子濃度的貢獻(xiàn)率，枯水期降水對河水離子的貢獻(xiàn)均有上升，造成這一現(xiàn)象的原因可能是人類活動(dòng)信號被徑流稀釋，也有可能是汛期徑流量增大導(dǎo)致化學(xué)風(fēng)化加強(qiáng)，更多的風(fēng)化產(chǎn)物進(jìn)入水體降低了海鹽源的相對貢獻(xiàn)。其中SO42-來源于降水的比例高達(dá)到70%左右，柳州降水中SO42-

9、的人為來源占到98.2%，則汛期與枯水期由人為來源帶入該河段的SO42-比重分別達(dá)到65.9%和76.5%，均值為71.2%。硫酸風(fēng)化碳酸鹽巖所占的比例為32%，則該流域中人為硫源對碳酸鹽巖的風(fēng)化比例為22.8%。對比硫酸參與后碳酸鹽巖的溶蝕速率與碳匯速率的變化，計(jì)算結(jié)果顯示硫酸參與后，該流域風(fēng)化速率增加了5.6%，相對于只考慮碳酸溶蝕，碳酸鹽巖溶蝕產(chǎn)生的碳匯速率應(yīng)減少19%，通過之前討論的河水中SO42-的人為硫源比例為71.2%，可