中国东海、黄海和南海北部海水中挥发性卤代烃的分布与通量研究

论文摘要

挥发性卤代烃VHCs（Volatile halocarbons）是大气中重要的痕量温室气体和臭氧层破坏者,在全球气候变化和生态环境等方面起着重要作用。大气中挥发性卤代烃的来源主要有天然产生和人为活动两种,其中海洋是大气挥发性卤代烃的重要天然来源。海洋界面层是水—大气之间气体交换的重要场所之一,因此海洋既可能是大气VHCs的源,也可能是汇。海洋对大气VHCs的源汇平衡起着举足轻重的作用,所以开展对海洋环境中VHCs的研究具有重大意义。本论文以中国有代表性的东海和黄海陆架海以及南海北部陆架-陆坡-深海区为研究目标,对这些海域中常见的几种VHCs的浓度分布特征、时空变化、海—气通量及其影响因素进行了研究,为丰富我国在海洋领域中VHCs的研究内容、客观估算中国海对区域和全球环境变化的贡献提供了科学依据。本论文的主要研究成果如下：（1）在实验室已经建立的吹扫-捕集气相色谱法测定VHCs的基础上,分析测定了海水中常见的6种VHCs,它们分别是：氯仿（CHCl3）、四氯化碳（CCl4）、三氯乙烯（C2HCl3）、一溴二氯甲烷（CHBrCl2）、一氯二溴甲烷（CHBr2Cl）和溴仿（CHBr3）.对实验条件和色谱测定条件优化后,该方法检测限分别达到了0.25 pmol L-1 CHCl3、0.03 pmol L-1CCl4、0.08 pmol L-1 C2HCl3、0.01 pmol L-1 CHBrCl2、0.16 pmol L-1 CHBr2Cl和0.12 pmol L-1 CHBr3.相对标准偏差介于1.82%-3.98%之间,回收率在87.3%-109.4%之间,与国外同类方法相当。该方法的建立,为中国东海、黄海和南海北部海水中VHCs的分析测定工作奠定了坚实的基础。（2）于2009年4-5月对东海和黄海6种VHCs的浓度分布和海—气通量进行了研究。结果表明,表层海水中CHCl3、CCl4、C2HCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl和CHBr3平均浓度及范围分别是42.19（2.57-139.76）、2.91（0.06-13.49）、17.85（2.67-41.99）、24.47（7.17-45.71）、6.31（0.47-30.45）和10.09（5.54-21.93）pmol L-1。东海和黄海表层海水中6种VHCs的水平分布呈现一定的分布特征。主要来自人为排放的CHCl3、CC14和C2HCl3浓度的水平分布总体呈现近岸高、外海低的趋势。在东海陆架的东部海域,由于受到低营养盐、低Chl-a、高温、高盐的黑潮水入侵影响,三者浓度存在明显的低值区。生源为主的CHBrCl2、CHBr2Cl和CHBr3在长江口邻近海域赤潮频发区出现高浓度分布。断面垂直分布的研究表明,6种VHCs在每一个断面呈现出不同的分布特征。周日变化研究显示,从总体来看,可通过生源产生的5种VHCs浓度周日变化受光照和温度的影响较大,人为产生的CCl4影响较小。线性回归分析表明,海水温度与CHBrCl2之间存在显著的负相关,盐度与CHBr2Cl的负相关较明显。在6种VHCs中,只有CHBrCl2与Chl-a有一定的正相关。海一气通量研究表明,在本航次调查期间,东海和黄海是CCl4的汇,是C2HCl3、CHBrCl2和CHBr2Cl的源,而对于CHCl3和CHBr3,除部分站位出现不饱和外,大部分海域都表现出是它们的源。由此可见,陆架海区虽然只占全球海洋的一小部分,但对估算全球海洋中这6种VHCs的海一气通量不容忽略。（3）于2009年3-4月对我国南海北部海域4种VHCs的浓度分布和海—气通量进行了研究。结果表明,表层海水中CHCl3、C2HCl3、CHBrCl2和CHBr3平均浓度及范围分别是6.47（0.88-27.02）、1.44（0.31-6.79）、3.12（0.35-6.76）和23.39 （5.84-32.12） pmolL-1。这4种VHCs在水平分布上呈现一定的分布特征。CHCl3、CHBrCl2和C2HCl3的最高浓度分别出现在调查海域北部陆坡区的NO1、N02和N03站位；CHBr3最高值则出现在西部陆坡区的QB4站,且高值区也出现在此海域；CHCl3、CHBrCl2和CHBr3在黑潮区都表现出浓度低的现象,但C2HCl3在该区域出现较高值。周日变化研究显示,这4种VHCs在总体上白天浓度相对较高,而夜间浓度较低,说明它们受光照和水温的影响比较大。线性回归分析表明,CHBrCl2和C2HC13之间存在显著的正相关,而CHBrCl2与海水温度之间存在明显的负相关。海—气通量研究显示,总体上该调查海区是CHCl3、C2HCl3、CHBrCl2和CHBr3这4种VHCs的源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 海洋中VHCs的来源、生成机理及其消费去除
• 1.1.1 海洋中VHCs的来源
• 1.1.2 海洋中VHCs的生成机理
• 1.1.3 海洋中VHCs的消费去除
• 1.2 海水中VHCs的浓度分布与海—气通量
• 1.2.1 海水中VHCs的浓度分布
• 1.2.2 海水中VHCs的海—气通量
• 1.3 海水中VHCs的分析方法
• 1.4 本论文研究内容和目标
• 2 实验部分
• 2.1 仪器与试剂
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.2 实验条件
• 2.2.1 吹扫-捕集条件
• 2.2.2 气相色谱条件
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 实验操作
• 2.3.2 定性分析
• 2.3.3 定量分析
• 2.3.4 水样的采集、测定与保存
• 2.3.5 Chl-α含量的测定
• 2.3.6 纯水的制备
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 分析结果
• 2.4.2 分析方法的质量评价
• 2.5 本章小结
• 3 东海和黄海6种VHCs的分布与通量
• 3.1 航次简介
• 3.2 样品采集与分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 春季东海和黄海6种VHCs和Chl-α的水平分布
• 3.3.2 东海和黄海中Chl-α和5种VHCs的季节变化规律
• 3.3.3 东海和黄海中6种VHCs的垂直分布
• 3.3.4 东海6种VHCs的周日变化
• 3.3.5 相关性分析
• 3.3.6 海—气通量
• 3.4 本章小结
• 4 南海北部海域4种VHCs的分布与通量
• 4.1 航次简介
• 4.2 样品采集与分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 春季南海北部4种VHCs和Chl-α的水平分布
• 4.3.2 南海北部4种VHCs的周日变化
• 4.3.3 相关性分析
• 4.3.4 海—气通量
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在学期间主要的学术论文成果