關(guān)于哈爾濱地區(qū)沙塵暴物源以及路徑的研究

摘要：對(duì)收集的哈爾濱地區(qū)地表土壤樣和降塵樣進(jìn)行粒度分析，常量、微量、稀土等地球化學(xué)元素的分析以及Sr、Nd同位素示蹤，確定了其物質(zhì)成分的特點(diǎn)，通過(guò)與潛在源區(qū)樣品的比較，示蹤其來(lái)源路徑與地區(qū)。

關(guān)鍵詞：沙塵暴 粒度特征 化學(xué)成分特征 同位素示蹤

哈爾濱地區(qū)的沙塵暴天氣日益嚴(yán)重，通過(guò)科學(xué)研究尋找比較準(zhǔn)確的物質(zhì)來(lái)源，對(duì)沙塵暴的源頭進(jìn)行重點(diǎn)治理，已是哈爾濱市所面臨的緊迫問(wèn)題。

本次研究根據(jù)在呼蘭、雙城的氣象站采集的沙塵樣品，對(duì)收集的地表土壤樣和降塵樣進(jìn)行了粒度分析，地球化學(xué)元素的分析以及同位素示蹤，確定了其物質(zhì)成分的特點(diǎn)，通過(guò)與潛在源區(qū)樣品的比較，示蹤其來(lái)源路徑與地區(qū)。

1 沙塵暴降塵物粒度特征

1.1土壤粒度特征

從239個(gè)土壤測(cè)試結(jié)果中，哈爾濱市及周邊地區(qū)地表土粒度以粉砂（4-8Ф）為主，占50%以上，其中粗粉砂（4-6Ф）占的比例大于細(xì)粉砂（6-8Ф）的比例；從地區(qū)來(lái)看，雙城市的草甸土、鹽堿土、沼澤土、風(fēng)沙土眾數(shù)值均為粗粉砂（6﹥Ф>4），呼蘭區(qū)的5種土壤類(lèi)型雖都以粗粉砂為主，但是總體偏向細(xì)粒，呈現(xiàn)頭粗尾細(xì)的特征；嫩江流域的土壤類(lèi)型粒度特征表現(xiàn)為鹽堿土眾數(shù)值為細(xì)砂，是三個(gè)區(qū)域中最粗的。

土壤類(lèi)型看，雙城、哈爾濱到齊齊哈爾嫩江流域的鹽堿土中砂粒級(jí)含量較高；呼蘭、哈爾濱到齊齊哈爾沼澤土中的粘土含量高，可達(dá)25%-35%，但雙城的沼澤土中粘土含量較低，只占到3%-4%，三個(gè)地區(qū)黑土均以砂粒級(jí)為主，可以推斷，其土壤沙化現(xiàn)象比較明顯，黑土層不同程度的被破壞，露出了下邊厚層的河流沖積層，以粉砂和砂為主，當(dāng)?shù)乇砺懵?，在大風(fēng)的條件下，可以為沙塵暴提供豐富的物源。

1.2降塵樣粒度特征

雙城市粒度分析結(jié)果表明，沉降物以粉砂（4～8Ф）為主，占63.4%-77.6%，其中粗粉砂（4～6Ф）和細(xì)粉砂（6～8Ф）分別占12.3%-36.4%和39.6%-56.9%；其次為砂粒組分（<4Ф），占11.8%-28.6%，其中細(xì)砂（2～4Ф）、中砂（1～2Ф）和粗砂（-1～1Ф）分別以細(xì)砂居多；粘土（>8Ф）含量最少，僅占10%左右，其中粗粘土（8～10Ф）和細(xì)粘土（<10Ф）分別平均占4.8%和2.3%。

1.3 與其它地區(qū)對(duì)比分析

根據(jù)粉塵動(dòng)力學(xué)研究，在一般風(fēng)暴條件下，粒徑中大于62.5um的粗粒組分不太可能來(lái)源于遠(yuǎn)距離的哈爾濱內(nèi)蒙古等地，沙塵中大量的粗粒物質(zhì)只能來(lái)源于近源物質(zhì)堆積。綜上所述，哈爾濱降塵中的粗粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂均為近源堆積，占70%左右。

細(xì)小沙粒的來(lái)源應(yīng)該按照風(fēng)向的耦合關(guān)系和粒度粗細(xì)搬運(yùn)的距離來(lái)看，是來(lái)自?xún)?nèi)蒙古鏡內(nèi)沙地的沙塵，從所經(jīng)路徑看，應(yīng)該包括科爾沁沙地、渾善達(dá)克沙地。

2 沙塵暴降塵物化學(xué)成分特征

2.1判別函數(shù)

用來(lái)判斷待判采樣點(diǎn)沉積物與某一標(biāo)準(zhǔn)端元沉積物（來(lái)源沉積物）的接近或相似程度，常用于沉積物物源判別：

DF=|（Cx1/Cx2）/（CRef1/CRef2）-1|，

式子中（Cx1/Cx2）表示待判采樣點(diǎn)沉積物中兩種元素的比值，（CRef1/CRef2）表示標(biāo)準(zhǔn)端元沉積物（來(lái)源沉積物）中這兩種元素的比值。

一般DF的絕對(duì)值小于0.5即認(rèn)為兩種沉積物接近。選擇沉積物元素與Al的比值來(lái)計(jì)算哈爾濱沙塵呼蘭、雙城的沙塵與潛在沙源區(qū)嫩江流域的土壤的DF值，探討之間的關(guān)聯(lián)性。呼蘭和雙城與嫩江流域的潛在沙源區(qū)未見(jiàn)明顯區(qū)別，后期污染元素與嫩江流域的關(guān)聯(lián)性較高，推測(cè)與工業(yè)開(kāi)采有關(guān)。

2.2物源指數(shù)

物源指數(shù)（PI）常用于物源分析，其計(jì)算如下：

PI=∑|Cix-Ci1|/（∑|Cix-Ci1|+∑|Cix-Ci2|）

Cix為待判沉積物中元素i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Ci1、Ci2分別為端員沉積物1、端員沉積物2種元素i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該公式中包含了大部分地球化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的分析元素，因此它反映的是沉積物之間化學(xué)成分總的接近程度。

PI介于0～1，PI小于0.5表明待判沉積物與端員沉積物1化學(xué)組成相近，PI大于0.5表明待判沉積物與端員沉積物2化學(xué)組成相近。本次分析中哈爾濱沙塵暴沉降物為待判沉積物，西北呼蘭區(qū)沙塵為端員沉積物1，西南雙城沙塵沉降物為端員沉積物2。哈爾濱的物源指數(shù)PI（h-l）明顯大于0.5，表明哈爾濱的元素組成非常接近西南雙城沉降物端員沉積物2，而明顯不同于呼蘭區(qū)沙塵。

3、沙塵暴的物源及路徑分析

3.1沉降物的同位素示蹤

在地表過(guò)程中，沉積物Sr同位素比值受母巖特征、粒度變化和化學(xué)風(fēng)化的制約。一般地，母巖Sr同位素比值高，和/或細(xì)顆粒組分多，和/或化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)，沉積物Sr同位素比值就高；反之，則低。Nd同位素比值僅與母巖同位素特征相關(guān)，因此引入εNd（0）參數(shù)，其定義如下：

εNd（0）= ×104

式子中[n（143Nd）/ n（144Nd）]為實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，[n（143Nd）/ n（144Nd）]0CHUR的現(xiàn)代值（0.512638）；

根據(jù)公式，計(jì)算得出：雙城市εNd（0）=-6.3205；呼蘭區(qū)εNd（0）=-4.2915。雙城市降塵樣的εNd（0）值與科爾沁沙地的εNd（0）一致，基本上在-6.6～-6.4之間變化。因此，內(nèi)蒙古的科爾沁沙地是哈爾濱市沙塵的主要遠(yuǎn)源地。

3.2沙塵暴的源地分析

通過(guò)以上的分析認(rèn)為：哈爾濱沙塵暴沉積物是不同來(lái)源沙塵遠(yuǎn)距離和近距離搬運(yùn)的混合體。

西南路：科爾沁沙地～雙城市～哈爾濱市區(qū)。存在沙塵暴近源和遠(yuǎn)源兩種：遠(yuǎn)源主要為科爾沁沙地，近源主要為雙城市旱田和拉林河沿岸分布的沙地。其中，遠(yuǎn)源科爾沁沙地對(duì)哈爾濱沙塵暴的貢獻(xiàn)率為40%-75%，近源的貢獻(xiàn)率為25%-60%。

西北路：齊齊哈爾市～大慶市～安達(dá)市～肇東市～哈爾濱市區(qū)。遠(yuǎn)源主要為齊齊哈爾嫩江流域的沙地、鹽堿地、旱田等，近源主要為肇東市及哈爾濱市境內(nèi)的旱田及退化的土地。其中，遠(yuǎn)源嫩江流域?qū)枮I沙塵暴的貢獻(xiàn)率為42%-84%，近源的貢獻(xiàn)率為16%-84%。

東北路：呼蘭區(qū)～哈爾濱市區(qū)。無(wú)遠(yuǎn)源提供，只存在近源，主要是呼蘭區(qū)旱田和退化的土地。

4、結(jié)論

（1）同位素示蹤結(jié)果顯示：內(nèi)蒙古的科爾沁沙地是哈爾濱市沙塵的主要遠(yuǎn)源地。

（2）影響哈爾濱沙塵暴的移動(dòng)路徑主要有三條：西南路、西北路、東北路。

（3）哈爾濱沙塵物源有近源和遠(yuǎn)源之分，遠(yuǎn)源主要為內(nèi)蒙古科爾沁沙地、齊齊哈爾等地沿嫩江流域分布的沙化土地；近源主要為哈爾濱市、雙城市、呼蘭區(qū)的旱田和沙化地。

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