基本介紹
- 中文名：降塵
- 外文名：Dust Fall
- 又稱：落塵
- 導致：土地沙化
簡介,來源,測定,主題內容與適用範圍,原理,試劑,儀器,採樣點的設定和樣品的收集,分析步驟,結果的表示,精密度和準確度,注意事項,時空分布,對陸地生態系統的影響,對海洋生態系統的影響,粉塵沉積物的古環境意義,與降塵的區別,
簡介
降塵是指自然降落於地面的空氣顆粒物，其粒徑多在10微米以上，計量指標單位為一定時間內單位面積上地表沉降物質的量。大氣粉塵自然沉降量的監測是開展較早的大氣污染物例行監測項目。降塵反映顆粒物的自然沉降量，用每月沉降於單位面積上顆粒物的重量表示（單位：t/km2·月）。
在空氣中沉降較快，故不易吸入呼吸道。其自然沉降能力主要取決於自重和粒徑大小。是反映大氣塵粒污染的主要指標之一。
來源
降塵是大氣中粉塵的沉積物,大氣中粉塵顆粒物的來源可以分為自然來源和人為來源兩類。在自然源和人為源中都有一次和二次顆粒物的來源。自然源中一次顆粒物的來源主要有:土壤顆粒物和地球表面的沉積物、火山噴發形成的火山粉塵、由各種火災產生的煙塵顆粒、海洋中波浪破碎和氣泡爆炸產生的大氣氣溶膠、隕石進入地球大氣層分解形成的宇宙粉塵、生物界的花粉、孢子等。二次顆粒物的來源主要有:森林中放出的碳氫化合物經光化反應後產生的微小顆粒,自然界硫、氮、碳循環中的轉化物等,人為源主要包括工業過程如礦山和露天採石場等產生的工業粉塵。
測定
主題內容與適用範圍
1 主題內容
2 適用範圍
原理
空氣中可沉降的顆粒物，沉降在裝有乙二醇水溶液做收集液的集塵缸內，經蒸發、乾燥、稱重後，計算降塵量。
試劑
1乙二醇(C2H6O2)。
儀器
1 集塵缸，內徑15±0.5cm，高30cm的圓筒形玻璃缸。缸底要平整。
2 100mL瓷坩堝。
3電熱板，2000W。
4搪瓷盤。
採樣點的設定和樣品的收集
1 採樣點的設定
1.1 在採樣前，首先要選好採樣點。選擇採樣點時，應先考慮集塵缸不易損壞的地方，還要考慮操作者易於更換集塵缸。普通的採樣點一般設在矮建築物的屋頂，或根據需要也可以設在電線桿上。
1.2採樣點附近不應有高大建築物，並避開
1.3 集塵缸放置高度應距離地面5～12m。在某一地區，各採樣點集塵缸的放置高度盡力保持在大致相同的高度。如放置屋頂平台上，採樣口應距平台1～1.5m，以避免平台揚塵的影響。
1.4 集塵缸的支架應該穩定並很堅固，以防止被風吹倒或搖擺。
1.5 在清潔區設定對照點。
2樣品的收集
2.1 放缸前的準備
集塵缸在放到採樣點之前，加入乙二醇60～80mL，以占滿缸底為準，加水量視當地的氣候情況而定。譬如：冬季和夏季加50mL，其他季節可加100～200mL。加好後，罩上塑膠袋，直到把缸放在採樣點的固定架上再把塑膠袋取下，開始收集樣品。記錄放缸地點、缸號、時間(年、月、日、時)。
註：加乙二醇水溶液既可以防止冰凍，又可以保持缸底濕潤，還能抑制微生物及藻類的生長。
2.2 樣品的收集
按月定期更換集塵缸一次(30±2d)。取缸時應核對地點、缸號，並記錄取缸時間(月、日、時)，罩上塑膠袋，帶回實驗室。取換缸的時間規定為月底5d內完成。在夏季多雨季節，應注意缸內積水情況，為防水滿溢出，及時更換新缸，採集的樣品合併後測定。
分析步驟
1 瓷柑堝的準備
將100mL的瓷坩蝸洗淨、編號，在105±5℃下，烘箱內烘3h，取出放入乾燥器內，冷卻50min，在分析天平上稱量，再烘50min，冷卻50min，再稱量，直至恆重(兩次重量之差小於0.4mg)，此值為W0。然後將其在600℃灼燒2h，待爐內溫度降至300℃以下時取出，放入乾燥器中，冷卻50min。稱重。再在600℃下灼燒1h，冷卻，稱量，直至恆重，此值為Wb。
2 降塵總量的測定
首先用尺子測量集塵缸的內徑(按不同方向至少測定三處，取其算術平均值)，然後用光潔的鑷子將落入缸內的樹葉、昆蟲等異物取出，並用水將附著在上面的細小塵粒沖洗下來後扔掉，用淀帚把缸壁擦洗乾淨，將缸內溶液和塵粒全部轉入500mL燒杯中，在電熱板上蒸發，使體積濃縮到10～20mL，冷卻後用水沖洗杯壁，並用淀帚把杯壁上的塵粒擦洗乾淨，將溶液和塵粒全部轉移到已恆重的100mL瓷坩堝中，放在搪瓷盤裡，在電熱板上小心蒸發至乾(溶液少時注意不要崩濺)，然後放入烘箱於105±5℃烘乾，按上述方法稱量至恆重。此值為W1。 註：淀帚是在玻璃棒的一端，套上一小段乳膠管，然後用止血夾夾緊，放在105±5℃的烘箱中，烘3h後使乳膠管粘合在一起，剪掉不粘合的部分製得，用來掃除塵粒。
3 降塵總量中可燃物的測定
3.2 將與採樣操作等量的乙二醇水溶液，放入500mL的燒杯中，在電熱板上蒸發濃縮至10～20mL，然後將其轉移至已恆重的瓷坩堝內，將瓷坩堝放在搪瓷盤中，再放在電熱板上蒸發至乾，於105±5℃烘乾，按7.1條稱量至恆重，減去瓷坩堝的重量W0，即為W0。然後放入馬福爐中在600℃灼燒，按7.1條稱量至恆重，減去瓷坩堝的重量Wb，即為Wd。測定W0、Wd時所用乙二醇水溶液與加入集塵缸的乙二醇水溶液應是同一批溶液。
結果的表示
降塵量為單位面積上單位時間內從大氣中沉降的顆粒物的質量。其計量單位為每月每平方公裡面積上沉降的顆粒物的噸數(即t/km2·30d)。
1 計算方法
1.1 降塵總量按式(1)計算：
式中：M——降塵總量，t/km2·30d
W0——在105±5℃烘乾的瓷坩堝重量，g；
Wc——與採樣操作等量的乙二醇水溶液蒸發至乾並在105±5℃恆重後的重量，g
s——集塵缸缸口面積，cm2
n——採樣天數，(準確到0.1d)。
1.2 降塵中可燃物按式(2)計算：
式中：M/——可燃物量，t/km2·30d
Wb——瓷坩堝於600℃灼燒後的重量，g
W2——降塵、瓷坩堝及乙二醇水溶液蒸發殘渣於600℃灼燒後的重量，g
Wd——與採樣操作等量的乙二醇水鎔液蒸發殘渣於600℃灼燒後的重量，g
s——集塵缸缸口面積，cm2
n——採樣天數，(準確到O.1d)。
2 報告結果。結果要求保留一位小數。
精密度和準確度
五個實驗室分別發放A、B兩個統一樣品。
1精密度
1.1 重複性
重複性相對標準偏差樣品A為0.2%～3.5%，樣品B為0.2%～2.2%。
1.2再現性
再現性相對標準偏差樣品A為2.3%，樣品B為1.0%。
2準確度
樣品A的相對誤差為－3.1%；樣品B的相對誤差為－1.8%。
注意事項
1 大氣降塵系指可沉降的顆粒物，故應除去樹葉、枯枝、鳥糞、昆蟲、花絮等干擾物。
2 每一個樣品所使用的燒杯、瓷坩堝等的編號必須一致，並與其相對應的集塵缸的缸號一併及時填入記錄表中。
4 蒸發濃縮實驗要在通風櫃中進行，樣品在瓷坩堝中濃縮時，不要用水洗滌坩堝，否則將在乙二醇與水的界面上發生劇烈沸騰使溶液溢出。當濃縮至20mL以內時應降低溫度並不斷搖動，使降塵粘附在瓷坩堝壁上，避免樣品濺出。
5 應儘量選擇缸底比較平的集塵缸，可以減少乙二醇的用量。
時空分布
大氣降塵是浮塵、揚沙、沙塵暴等天氣現象的反映,因此其時空分布與沙塵天氣的時空分布基本一致。在大的時間尺度上,降塵頻率隨氣候的變化與環境的演變而發生變化。現代粉塵堆積的實例和歷史時期"雨土"的事實表明,降塵頻繁期對應於氣候乾冷期,低發期對應於暖濕期。根據黃土堆積速率估計,地質歷史時期的大風降塵天氣可能比現在頻繁,也有學者對此觀點存在異議。在短時間尺度上,從年際變化來看,沙塵天氣頻率主要受風能環境的影響,近50年,中國北方大部分地區沙塵天氣呈減少區域,但在部分沙漠化地區則有所增加,可能於沙漠化的發展有關;由於沙塵傳輸方向受控於風向,因此沙塵天氣的年內變化也與主風向變化有關,降塵季節分布一般以春季最高,夏季次之,秋季和冬季相對較低。
目前對大氣降塵尚缺乏網路化監測,歷史時期的"雨土"事實表明,我國降塵範圍西起新疆、東至海濱、北至內蒙、南迤長江以南,華南也有零星分布,並且可以認為越靠近沙塵源區,降塵量也越大。即使在同一景觀內,由於受微地貌特徵的影響,降塵的差異也較明顯。在不同高度上,降塵一般隨高度的增高呈減少趨勢,對和田降塵的研究表明93.14%的降塵集中在70cm和180cm的高度。
對陸地生態系統的影響
大氣降塵顆粒中的不同成分可以對陸地生態系統產生不同影響,並被認為是地表生態系統中營養元素的重要輸入來源。據分析,沙塵暴降塵中至少有38種化學元素,它的發生大大增加了大氣固態污染物的濃度,給策源地、周邊地區以及下風地區的大氣環境、土壤、水質、農業生產等造成了長期的、潛在的危害。研究表明,降塵從大氣中消除部分硫酸離子、硝酸離子、Na+、K+、Ca2+、Mg2+離子,及Pb、Cd、Zn等重金屬,,引起土壤酸化及其他反應導致地表生態系統變化將其帶入土壤或水域。如歐洲南部高山湖泊沒有像北部湖泊一樣發生酸化的原因,可能歸功於大氣降塵的影響。另外,降塵顆粒物可以使植物葉面被遮蓋,進而影響植物的光合作用和呼吸作用,沉降到地表會改變土壤的酸鹼度和養分供給，所有這些現象的發生也會間接影響農作物產量和質量。粉塵對陸地生態系統的良性作用也是存在的,比如降塵可以使氣攜氮化物被添加到土壤中,可以在乾旱地區形成粘結性結殼從而固定沙丘和其它活動地表,以及形成了肥沃的黃土高原等。近年來,降塵對文物古蹟的影響也越來越引起文物保護專家們的極大關注。在地質歷史上,一些學者認為粉塵對古生物的演化也起了關鍵作用,如白堊紀末發生的恐龍滅絕事件可能與隕石撞擊引起的稠密粉塵雲導致的太陽輻射減少和全球顯著變冷有關。
對海洋生態系統的影響
某些海域沉積物中風塵堆積的部分可占80%左右[。來自亞洲內陸的粉塵約有一半可以遠距離輸送到中國海區乃至北太平洋地區。研究認為海洋中的許多元素,如Pb、Al、Mn、Zn以及某些碳氫化合物和某些有機合成化合物,經由大氣遠距離的輸送比河流入海更為重要,這些元素可以直接影響海洋生物的營養鹽供應,為浮游植物的生長"施肥",控制海洋的初級生產力。粉塵氣溶膠所攜帶的鐵往往是某些海區初級生產力的重要限制因素,其主要機理是由於粉塵遠距離輸送過程中,其中大量的Fe3+轉化為Fe2+,並在大洋表層海水溶解成為生物吸收的營養元素。一些海區的實例研究表明,赤潮的爆發也可能與粉塵輸送大量的Fe2+有關,如在1999年7月1日前後,撒哈拉沙漠沙塵暴顆粒跨越大西洋到達西弗羅里達,使墨西哥灣附近海水中可溶性二價鐵的濃度增加了300%赤潮,我國的渤海和黃海頻繁爆發的赤潮可能也與源於我國西北部的沙塵暴爆發有很大的相關性,使有毒的紅色硅藻大量繁殖而形成。
粉塵沉積物的古環境意義
大氣粉塵沉積物分布相當廣泛,在深海、陸地以及南北半球的冰蓋中均包含有風塵顆粒物質。在古環境研究領域內,基於這些粉塵記錄已經有效地揭示出區域乃至全球不同年代沉積物與相應氣候條件的關係、大氣環流系統的演化、陸地環境變化、區域構造地質事件的發生和發展等。比如通過分析冰芯中所含的粉塵微粒可以提取大氣粉塵的變化信息,進而反演沙塵事件的演化過程以及重建溫度和降水的變化信息。第四紀以來,大氣圈西風環流加強和東亞季風環流的建立,使我國北方大部分地區不同程度地接受了大量氣攜粉塵沉積,形成巨厚黃土地層,風積黃土堆積序列較完整地記錄了最近240萬年來的環境變化信息,這對指示亞洲內陸荒漠演化的歷史、各種尺度的東亞古大氣環流格局的演化、地球軌道變化、青藏高原隆升及其環境效應和古生物、古人類演化等方面的信息均有重要意義。
