了解酸雨的來源和季節(jié)變化

在“Influence of anthropogenic emissions on wet deposition of pollutants and rainwater acidity in Guwahati, a UNESCO heritage city in Northeast India”一文中，印度和中國科學家在印度東北部古瓦哈蒂走廊（被聯(lián)合國教科文組織列為世界遺產(chǎn)）收集了一年的降雨，并分析了其化學組成和來源。

酸雨是指pH值小于5.6的降雨，會對生態(tài)系統(tǒng)造成不利的影響。是由人類活動產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化合物與大氣中的水分子反應生成酸而形成的。以前的研究認為在印度東北部，酸性物質(zhì)中硫（SO₄^2-）和 氮（NO₃^-）的較高的水平對當?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)造成很大的威脅。古瓦哈蒂地區(qū)土壤肥沃且富含礦物質(zhì)，但其土壤結(jié)皮具有酸性，無法中和酸雨的干濕沉降。2016.6-2017.6，在季風和非季風季節(jié)，酸雨的發(fā)生頻率分別為64%和87%，科學家們在此期間研究了當?shù)赜晁幕瘜W組成和來源（同位素法）。

涉及酸雨濕沉降和干沉降的過程（在酸雨中SO₂和 NO_X起主要作用）

1.試驗方法

用清洗過的硼硅酸鹽瓶收集樣品，并配置有聚乙烯漏斗，放置于屋頂上。開始下雨后立即放置收集器，雨停后收回。首先檢測每個樣品的pH，然后將其轉(zhuǎn)移到干凈的聚乙烯小瓶中，使用原子吸收光譜法分析其金屬和總有機碳。利用離子色譜法分析測量每個樣品已過濾的等分試樣中的陰離子和陽離子。利用LGR-ICOS加強型水同位素分析儀GLA431-TIWA（TIWA-45-EP）對剩余的未過濾（防止蒸發(fā)損失）10mL試樣進行同位素分析。

LGR-ICOS加強型水同位素分析儀GLA431-TIWA

2.?結(jié)果

2.1同位素分析-大氣降水線

為了確認雨水的來源，計算了痕量金屬相對于地殼元素的富集因子（EF），即分析樣品中金屬的平均濃度與沿海地殼中的平均濃度之比。檢測一些元素是受人為來源影響而不是自然來源。鉛，鋅，鈷，銅的EF值＞5表示明顯富集，并證實了該區(qū)域以人為來源為主導。LGR-ICOS分析儀確定研究期間采集樣品的δD和δ¹⁸O，得到當?shù)氐拇髿饨邓€：δD（‰）=8.4δ¹⁸O+12.01。

2016.6-2017.6收集樣品的同位素分析（δD和δ¹⁸O）（a）當?shù)卮髿饨邓€（b）降水同位素組成的季節(jié)性影響（Garaga.et al.)

當?shù)卮髿饨邓€的斜率和截距與全球大氣降水線（GMWL)相似，這表明印度東北部熱帶季風雨林地區(qū)雨滴形成不受蒸發(fā)影響。季風季節(jié)（-4.11‰和-23.41‰）δ¹⁸O和δD值小于非季風季節(jié)（-0.80‰和5.60‰），表明非季風季節(jié)，雨水的同位素富集。

2.2?同位素分析-氘盈余

氘盈余是確定水分來源的一個重要因子。氘盈余觀測值＞10‰，表明非季風季節(jié)水分來源于大陸（內(nèi)陸水域）。相反地，季風季節(jié)氘盈余＜10‰，表明通過蒸散作用的海洋對水分來源貢獻率大。使用內(nèi)部實驗室標準進行3年的定期測量，得出與氘盈余相關的誤差值。作者發(fā)現(xiàn)氘盈余的誤差值是0.75‰，顯著低于以往研究中質(zhì)譜儀的結(jié)果。他們認為LGR-ICOS技術在穩(wěn)定同位素分析中具有很高的精度。

為了理解降水同位素組成的季節(jié)性影響，將δ¹⁸O和氘盈余的關系進行作圖。分布圖顯示兩組不同數(shù)據(jù)點具有不同的趨勢線，分別表示季風和非季風季節(jié)的樣本。非季風季節(jié)δ¹⁸O和氘盈余的關系圖中的斜率較高，表示雨滴受到強烈蒸發(fā)。季風季節(jié)，斜率減小表明由于濕度增加導致蒸發(fā)降低。

2.3來源貢獻確定

作者利用同位素分析確定來源的同時，利用美國國家環(huán)境保護局（U.S.EPA)的正矩陣因數(shù)分解模型（PMF)v5.0。該模型技術不需要來源特征的先驗知識，輸入不同來源的各種污染物的濃度值即可。U.S.EPA PMF5.0模型的應用表明季風季節(jié)海洋來源的貢獻較大（40%），非季風季節(jié)工業(yè)來源的貢獻較大（28%)，這支持同位素分析的結(jié)果。EF分析確定了人為來源的Pb和Zn的富集貢獻，證實了該地區(qū)需要實施科學嚴格的控制策略，在區(qū)域和全球范圍內(nèi)調(diào)節(jié)導致嚴重酸雨的人為活動。

?使用美國EPA的PMF模型v5.0綜合識別降雨來源貢獻

3.?結(jié)論

當前的研究是在印度增長最快的城市之一的古瓦哈蒂進行的，該地區(qū)幾十年來發(fā)展不受控制，人類活動增多，導致空氣質(zhì)量下降。因此，分析后的PM濕沉降揭示了該地區(qū)長達一年的酸雨事件（pH＜5.6）。雨水樣品中一些主要離子，痕量金屬以及TOC的測量表明地殼物種的濃度低，酸性物質(zhì)的緩沖能力可忽略不計。同位素分析和反向軌跡分析表明非季風期，雨水主要來源于內(nèi)陸水域，而季風期水分從海洋輸送而來。非季風季節(jié)，降水同位素富集（氘盈余為9.47‰），季風季節(jié)，降水同位素貧化（氘盈余為12.14‰）。這些結(jié)果支持了美國國家環(huán)境保護局（U.S.EPA)的正矩陣因數(shù)分解模型（PMF)v5.0分析得出的結(jié)論，即季風季節(jié)海洋來源的貢獻最高，非季風季節(jié)工業(yè)來源的貢獻最高。此外，EF分析確定了來源于人類活動的鉛和鋅的豐富貢獻，表明該地區(qū)需要實施科學的控制策略以調(diào)節(jié)導致嚴重酸雨的人類活動。

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