长江口水体混合过程中的水/粒作用地球化学——微量元素及同位素地球化学研究

近几年来，随着水体地球化学研究的逐步深入，人们发现表生水体中许多微量元素利同位素的水体地球化学行为都与水体颗粒物的行为密切相关，水／粒相互作用过程越来越引起研究者的关注。河口是连接河流与海洋两大不同性质水体的过渡地带，其水体的理化性质及化学组成在短时内会发生显著变化，使得河口环境成为研究表生水体水／粒相互作用过程的优势场所。本文首先对稀土和重金属元素以及锶同位素等化学组分在世界河口水体混合过程中的地球化学行为进行了综述。并在综述和调研的基础上，选择世界大河之一的长江口作为研究区域，通过对水体溶解相、酸溶相、和颗粒物中稀土和重金属元素以及水体锶同位素地球化学的研究，系统了解了长江口表层水体中微量元素和同位素的迁移转化规律，并对发生在河口区的水与颗粒物以及水与沉积物的相互作用过程进行了分析，并得出以下初步结论：1．在长江口，表层水体的混合不是以均匀方式进行的，盐度及主离子浓度在空间剖面上显示非连续性变化。这是由于长江口属于潮汐分汊河口，儿股径流相互穿插所致。但在盐度剖面上，主离子浓度都随盐度增加而线性变化，显示明显的化学保守性。2．长江口水体颗粒物的含量和pH值都比较高，使得溶解态物质的迁移转化规律相对特殊，尤其是水／粒相互作用过程比较强烈。3.长江及长江口水体的~(87)Sr／~(86)Sr比值(0.7105)相对较低，而Sr元素浓度(约150ppb)相对较高。Sr及~(87)Sr／~(86)Sr在长江口水体混合过程中显示保守行为，基本不受水/粒相互作用及其它地球化学过程的影响，只与水体端员的化学组成有关，所以锶同位素是河口研究中确定水体端员的良好指标。4.本文首次测定了长江口表层水体中溶解态REE的浓度。利世界大多数河口相比，长江口溶解态REE的浓度相对较低，仅为0.1～10ppt左右，比其它河口低了近10到100倍。溶解态REE在长江门盐度剖面上的分布规律也比较特殊，显示了自低盐度向高盐度的整体升高趋势，而不是通常的随盐度降低趋势。5.溶解态重金属元素Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Zn、Cd等在长江口表层水体混合过程中显示了各不相同的地球化学行为。受胶体絮凝过程的影响，溶解态Fe利Zn的浓度在河口低盐度区显著降低；溶解态Ni和Cu则显示住低盐度区的强烈解吸过程；Co和Pb的行为主要受水体颗粒物吸附作出的控制；溶解态Cd显示随盐度增加的全过程解吸行为。6．本文对江口表层水体中酸溶态利颗粒态微量元素的浓度也进行了测定。结果显示，酸溶态微量元素的行为主要受水体颗粒物行为的控制，但在一定程度上又受到盐度等水化学因素的影响，所以用酸溶态微量元素的行为讨论水/粒相互作用过程比颗粒物全样更为有效。颗粒态微量元素在水体混合过程中的行为相对惰性，除受粒度效应的影响外，基本不受其它物化参数及水／粒相互作用过程的影响，只与其物质来源有关。7．在江口表层水体中，发生着广泛的水／粒相互作用以及水与沉积物相互作用过程。住河口低盐度区以胶体絮凝作用为主，但同时又因离子交换反应而使某些元素(Cu和Ni)发生解吸过程。在河口中高盐度区广泛发生有沉积物再悬浮和颗粒物解吸及解聚过程，从而造成酸溶态及部分溶解态微量元素浓度的升高。8．水／粒相互作用过程明显影响到微量元素长江的入海通量，对解释东中国海及西太平洋的微量元素及同位素地球化学也有比较重要的意义。