石紅旗,陳發(fā)榮

(1.自然資源部 第一海洋研究所,山東 青島266061；2.自然資源部 海洋生態(tài)環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島266061)

210Pb為鈾系衰變系的子體,是其母體核素226Ra的氣態(tài)衰變產(chǎn)物222Rn通過(guò)一系列的短壽命氡子體(218Po、214Pb、214Bi和214Po)衰變而成。210Pb進(jìn)一步衰變?yōu)?10Bi,210Po和穩(wěn)定同位素206Pb。222Rn在海水中溶解度隨溫度和壓力變化而變化,在低溫高壓下處于溶解狀態(tài)。地表析出的222Rn進(jìn)入大氣中,衰變?yōu)?10Pb,在行星邊界層的大氣中短暫停留(約10 d)后,隨雨、雪、塵埃等遷出大氣,沉降于海洋表面,并進(jìn)一步沉降至海底沉積物中,形成了沉積物中210Pb的比活度過(guò)剩于其母體226Ra的現(xiàn)象。海底表層沉積物中過(guò)剩的210Pb(210Pbex)來(lái)自顆粒物吸附海水中的210Pb和大氣沉降顆粒物210Pb。海洋大氣也受到來(lái)自陸地大氣氣團(tuán)的影響,使得海洋上空大氣顆粒物中210Pb比活度升高[1-2]。Persson等的研究[3]表明北冰洋表層大氣中210Pb活度濃度為37～176μBq·m-3,靠近陸地氣團(tuán)的表層大氣中210Pb活度濃度為269～2 712μBq·m-3。2009—2013年Zhang等[4]的加拿大放射性監(jiān)測(cè)站(其中3個(gè)位于北極圈內(nèi))氣溶膠中210Pb活度濃度數(shù)據(jù)表明,210Pb比活度冬季高于夏季,冬季與夏季的平均比活度比值隨緯度增加而升高。還有研究者關(guān)注有機(jī)顆粒物中210Pb,應(yīng)用210Pb測(cè)年法測(cè)定海底表層沉積物樣品的年齡及沉積速率,結(jié)合沉積物有機(jī)碳含量計(jì)算有機(jī)碳沉積通量,反映有機(jī)顆粒物的輸入和輸出、遷移特征[5-6],這說(shuō)明210Pb有作為顆粒標(biāo)志物和時(shí)間標(biāo)記的特殊作用。對(duì)于海洋穩(wěn)定沉積環(huán)境區(qū)域,沉積物過(guò)剩210Pb比活度可作為近百年內(nèi)沉積的測(cè)年依據(jù)。楊偉峰等[7]研究了中國(guó)首次北極科學(xué)考察楚科奇海表層沉積物放射性核素,指出210Pb比活度低于大多數(shù)中低緯度區(qū)的,反映了研究海域較低的大氣210Pb輸入通量,證實(shí)有機(jī)物質(zhì)在210Pb的生物地球化學(xué)循環(huán)中起到重要作用。胡王江等[8]研究了白令海深層(水深1 000 m至底)210Pb質(zhì)量平衡關(guān)系,指出白令海深層除了上層海水沉降輸入的210Pb通量,尚需額外的210Pb輸入,并歸因于陸架區(qū)向深海的輸入。Oguri等[9]對(duì)白令海沉積物放射性核素研究表明,陸架區(qū)表層沉積物210Pb比活度隨沉積物樣品深度(0～20 cm)變化不明顯,說(shuō)明表層沉積物發(fā)生了層間混合,由于海洋初級(jí)生產(chǎn)力的清除作用和隨后的遷移使得陸坡底部沉積物中210Pb顆粒物有較強(qiáng)的積聚。部分區(qū)域海洋沉積物存在生物擾動(dòng)現(xiàn)象,即生物將不同沉積物層相互混合,這可通過(guò)測(cè)定柱狀樣上過(guò)剩210Pb比活度進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]。目前海底沉積物中210Pb的研究主要集中在沉積物沉積、表層向深層的自由擴(kuò)散、生物擾動(dòng)等過(guò)程。我們通過(guò)沉積物表層210Pb的分層測(cè)定,探討北冰洋及鄰近海區(qū)表層沉積物中天然放射性核素的分布狀況。

137Cs是人工放射性污染的指標(biāo)核素。北冰洋137Cs的來(lái)源途徑主要包括1952—1980年各國(guó)大氣層核武器試驗(yàn)產(chǎn)生的核廢料下沉灰、北冰洋周邊國(guó)家在海底拋棄的固態(tài)及液態(tài)核廢料、3次重大濱海核電站事故向海洋排放的放射性污染物、歐洲核工廠(chǎng)放射性污染物遠(yuǎn)程輸運(yùn)進(jìn)入北冰洋[11]。前蘇聯(lián)將北極圈內(nèi)的新地島附近巴倫支海、喀拉海作為處置核廢料和其他放射性廢物的場(chǎng)所,在遠(yuǎn)東地區(qū)的堪察加半島東南海域也設(shè)有固體和液體核廢料傾倒場(chǎng)。海水中溶解態(tài)的137Cs通過(guò)海洋生物代謝形成有機(jī)質(zhì)沉降進(jìn)入海底沉積物[12]。楚科奇海、白令海是北冰洋和太平洋連接海域,其陸架區(qū)沉積物中人工放射性核素,反映了受到多種因素綜合影響。如Oguri K等[9]在白令海北部和西北部陸架區(qū)表層沉積物監(jiān)測(cè)到137Cs,并歸因于陸源137Cs隨河流輸入。目前北冰洋及鄰近海域海底沉積物是否受到日本向西北太平洋排海放射性污染物的影響尚不明確,我們通過(guò)測(cè)定表層沉積物中137Cs比活度,判斷北極海域海底沉積物可能的突發(fā)污染狀況。

通過(guò)檢測(cè)第十次北極考察北冰洋楚科奇海、白令?？疾靺^(qū)表層沉積物樣品,分析了表層沉積物樣品0～8 cm層中210Pb和137Cs比活度,獲得表層沉積物中比活度分布,評(píng)估考察區(qū)海底沉積物中的210Pb和137Cs分布狀態(tài)、特征及成因機(jī)制,明確其目前污染狀況。

1 取樣與分析方法

1.1 研究區(qū)海底地形地貌、水文、海冰特征

中國(guó)第十次北極考察航次(2019-08-10—09-27)沉積物取樣站位分布于楚科奇海R斷面、白令海BL和BR斷面(圖1)。站位圖采用Ocean Data View 5.0.0軟件繪制。楚科奇海位于北極區(qū)的南端,R斷面為淺海陸架區(qū),水深41～61 m。楚科奇海水團(tuán)主要有變性的白令海上層水(位于白令海相連的楚科奇海南部)和極地水組成,夏季海冰融化,70°N以北表層形成較強(qiáng)的溫鹽鋒帶[13]。2014—2018年夏季楚科奇海密集冰區(qū)的海冰外緣線(xiàn)位置在78°～85°N。2019年夏季楚科奇海臺(tái)和加拿大海盆附近密集冰區(qū)的海冰外緣線(xiàn)位置在78°～80°N①自然資源部第一海洋研究所.中國(guó)第十次北極考察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案,2019:24.。白令海平均水深1 598 m,南部與北太平洋相通,北部通過(guò)寬80 km、水深約50 m的白令海峽與楚科奇海相連。BR斷面由北側(cè)陸架區(qū)延伸到南側(cè)陡坡區(qū),水深33～1 684 m。BL斷面為陸架區(qū),水深44～118 m,北淺南深。白令海存在3種水團(tuán),即白令海上層水(100 m以淺)、白令海中層水(冬季殘留水)、白令海深層水(水深300～400 m以深)[13],白令海水團(tuán)的溫、鹽特性有著明顯的季節(jié)和區(qū)域變化。

圖1 楚科奇海、白令海沉積物取樣站位()和3個(gè)斷面Fig.1 Sampling locations()for sediments from the Chukchi and Bering seas and the three sampling sections

1.2 儀器、設(shè)備和試劑

取樣設(shè)備:箱式取樣器(50×50×65 cm3),青島藍(lán)科海洋儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn),型號(hào)LK-DDC-5；聚丙烯管(15 m L),購(gòu)自亞速旺(上海)商貿(mào)有限公司。

測(cè)量?jī)x器:高純鍺γ譜儀(其井型探測(cè)器直徑為22.5 mm,井深為33.5 mm),美國(guó)Canberra有限公司生產(chǎn),型號(hào)GCW6023。

實(shí)驗(yàn)試劑:210Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液(88.28 Bq·g-1),全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)01-12-01-3702,參考日2017-11-01,全國(guó)輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配置項(xiàng)目提供,美國(guó)Eckert&Ziegler Analytics有限公司生產(chǎn)；模擬介質(zhì)MRC201705,國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)用沉積物。137Cs標(biāo)準(zhǔn)溶液(47.01 Bq·g-1)和152Eu標(biāo)準(zhǔn)溶液(191.17 Bq·g-1),中國(guó)原子能科學(xué)研究院生產(chǎn)。

1.3 沉積物取樣與沉積物中210 Pb、137 Cs和226 Ra活度測(cè)定

2019-08-27—09-08,采用箱式取樣器獲取各站位海底表層沉積物樣品。用聚丙烯管插管取樣,采集表層沉積物0～8 cm樣品,置于4℃冰箱保存,陸上實(shí)驗(yàn)室測(cè)量放射性核素比活度。沉積物管狀樣品每隔2 cm分層切割,置于105℃烘箱烘干,并干樣磨細(xì),置于塑料管中稱(chēng)重,密封放置20 d以上。沉積物中210Pb、137Cs和226Ra用高純鍺伽瑪譜儀測(cè)量γ能譜。測(cè)量日期:2019年10月至12月、2020年4月至9月。210Pb比活度測(cè)量用伽馬射線(xiàn)46.5 ke V；226Ra比活度通過(guò)測(cè)量子體214Pb衰變伽馬射線(xiàn)351.9 ke V,用于計(jì)算過(guò)剩210Pbex活度。137Cs測(cè)量子體137Ba發(fā)射的661.2 keV。井型探測(cè)器的探測(cè)效率測(cè)量添加210Pb、137Cs、152Eu標(biāo)準(zhǔn)溶液的模擬介質(zhì),然后通過(guò)計(jì)算能量效率曲線(xiàn)獲取。沉積物中放射性核素的比活度校正到了取樣時(shí)刻。

取樣站位信息及表層沉積物檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。沉積物樣層深度1 cm、3 cm、5 cm、7 cm對(duì)應(yīng)沉積物層深0～2 cm、2～4 cm、4～6 cm、6～8 cm數(shù)據(jù)。R斷面海水的溫鹽數(shù)據(jù)來(lái)自“向陽(yáng)紅01”船船載SBECTD數(shù)據(jù)(表2)。

表1 BL、BR和R斷面表層沉積物(0～8 cm)樣品檢測(cè)結(jié)果Table 1 The analytical results for surface sediments(0～8 cm)in the BL,BR and R sections

表2 R斷面海水溫鹽數(shù)據(jù)Table 2 Sea water temperatures and salinities data for the R section

2 結(jié)果與討論

2.1 楚科奇海考察區(qū)R斷面表層沉積物中210 Pb和137 Cs比活度分布

楚科奇?？疾靺^(qū)R斷面表層沉積物中210Pb和137Cs比活度及海水溫鹽分布見(jiàn)圖2。R斷面表層沉積物(0～2 cm層)210Pb比活度范圍為44.80～117.45 Bq·kg-1,平均值為(74.77±24.02)Bq·kg-1(n＝10),最高值出現(xiàn)在R03站位。不同層深210Pb比活度稍有區(qū)別,同一個(gè)站位210Pb比活度隨深度增加而降低(圖2a)。137Cs檢出站位9個(gè)(共10個(gè)站位),檢出層13層(共27層),主要分布在表層沉積物的2～4 cm和4～6 cm層,檢出的比活度范圍在ND～2.23 Bq·kg-1,最高值出現(xiàn)在偏北側(cè)R09站位4～6 cm層。楚科奇?？疾靺^(qū)R斷面表層沉積物樣品中的137Cs比活度處于較低水平,該斷面沉積物沒(méi)有明顯的人工放射性核素污染現(xiàn)象。210Pb在表層沉積物的分層分布和137Cs在表層沉積物出現(xiàn)(站位R04、R05和R09)均體現(xiàn)了生物擾動(dòng)現(xiàn)象(圖2a和圖2b)。R5站位(168°44′56″W,68°48′27″N)和R6站位(168°45′13″W,69°32′17″N)海水溫度較高(圖2c),符合湯毓祥等認(rèn)為的白令海暖流流過(guò)影響[13]?？疾靺^(qū)R斷面水深較淺(43～61 m),易受到陸源輸入的影響。210Pb和137Cs主要隨大氣沉降進(jìn)入海洋后隨顆粒物沉降到海底沉積物表面。137Cs還受到海水交換的影響,白令海、大西洋與北冰洋的水體交換,帶入的137Cs影響沉積物中137Cs變化。210Pb和137Cs比活度沒(méi)有出現(xiàn)隨海水深度增加呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),這與楊偉鋒等分析結(jié)果[7]不同。R斷面北端R10站位(168°44′40″W,72°53′58″N)的表層海水呈現(xiàn)出低溫低鹽海冰融水混和性質(zhì),夏季(9月份)水深20 m以深是溫度峰面,20 m以淺是鹽度峰面,低溫峰面對(duì)顆粒物沉積有一定的促進(jìn)作用。

圖2 楚科奇海R斷面表層沉積物210 Pb和137 Cs比活度及海水溫鹽分布Fig.2 The concentrations of 210 Pb and 137 Cs in surface sediments and the distribution of sea temperatures and salinities of the section R in the Chukchi Sea

2.2 白令?？疾靺^(qū)BL和BR斷面表層沉積物中210 Pb和137 Cs比活度分布

白令海BL和BR斷面表層沉積物中210Pb和137Cs比活度分布分別見(jiàn)圖3和圖4。白令海西側(cè)BL斷面表層沉積物(0～2 cm層)210Pb比活度范圍為23.93～141.35 Bq·kg-1,平均值為(81.10±51.19)Bq·kg-1(n＝5)。該斷面站位隨緯度增加(61°16′53″～63°46′08″N)和海水水深漸淺(由水深118 m上升至水深44 m),表層沉積物樣品中210Pb比活度降低。210Pb比活度最大值為(142.46±17.63)Bq·kg-1,出現(xiàn)在南端站位BL10(水深118 m)。該斷面137Cs檢出站位4個(gè)(總站位5個(gè)),檢出層4層(共17層),檢出的比活度范圍為ND～2.48 Bq·kg-1(圖3)。

圖3 白令海BL斷面表層沉積物中210 Pb和137 Cs比活度分布Fig.3 The distribution of 210 Pb and 137 Cs in surface sediments of the section BR in the Bering Sea

圖4 白令海BR斷面表層沉積物中210 Pb和137 Cs比活度分布Fig.4 The distribution of 210 Pb and 137 Cs in surface sediments of the section BR in the Bering Sea

白令海東側(cè)BR斷面表層沉積物(0～2 cm層)210Pb比活度范圍為40.78～620.43 Bq·kg-1,平均值為(132.75±160.81)Bq·kg-1(n＝12)。210Pb比活度在南端BR00站位(174°05′29″W,56°57′12″N)出現(xiàn)的極高值為(620.43±22.09)Bq·kg-1,該站位是BR斷面最深站位,水深為1 648 m。該站位226Ra比活度為(47.85±2.22)Bq·kg-1。由沉積物中226Ra產(chǎn)生的210Pb僅占總210Pb的7.7%,說(shuō)明沉積物中210Pb主要外源應(yīng)是來(lái)自顆粒物沉降過(guò)程的攜帶。該斷面137Cs檢出站位6個(gè)(共12個(gè)站位),檢出層7層(共40層),檢出的比活度范圍為ND～2.08 Bq·kg-1,高值出現(xiàn)在斷面北端BR10站位的0～2 cm層。BL斷面和BR斷面沉積物中137Cs分層檢出不均勻,這應(yīng)與核素來(lái)源和地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程有關(guān),陸架區(qū)受到陸源輸運(yùn)的影響,存在明顯的擾動(dòng)現(xiàn)象。白令?？疾靺^(qū)BL和BR斷面表層沉積物中的137Cs檢出站位和檢出層均較少,比活度處于極低水平,說(shuō)明考察區(qū)海底沉積物沒(méi)有明顯的人工放射性核素污染現(xiàn)象。

海洋大氣中210Pb的沉降是海底表層沉積物中210Pb的重要來(lái)源之一,大氣影響具有范圍廣的特點(diǎn)。白令海海域大氣中的210Pb可能受周?chē)厥猸h(huán)境影響。俄羅斯勘察加半島克柳切夫火山每隔3～5 a發(fā)生大型噴發(fā),2015—2019年每年都有噴發(fā)。火山噴發(fā)釋放到大氣中的氡氣222Rn受到風(fēng)的影響會(huì)隨風(fēng)向大范圍擴(kuò)散。與BR00站位緊鄰的BR01站位,其210Pb比活度為(197.47±10.83)Bq·kg-1,遠(yuǎn)低于BR00站位,表明火山噴發(fā)不應(yīng)是BR00站位海域210Pb比活度高的原因。BR00站位處于陡坡深水區(qū)(1 684 m),雖然與BR01站位(水深134 m)相隔較近,但水深差別非常大(超過(guò)12倍),原因可能是存在邊界清除使得位于陸坡區(qū)的深水BR00站位表層沉積物中210Pb比活度極高。

2.3 BR斷面部分站位表層沉積物210 Pb分層分析

BR斷面6個(gè)站位(BR00～BR04、BR07)表層沉積物樣品0～8 cm(2 cm/層)分層分析結(jié)果見(jiàn)表3。210Pb比活度隨自身衰變而降低,附著在海底沉積物顆粒上的210Pb以固定的速率衰變(半衰期22.3 a)。如果沉積環(huán)境穩(wěn)定,210Pb沿沉積深度的分布呈指數(shù)衰減關(guān)系。過(guò)剩210Pbex是指210Pb比活度與226Ra比活度的差值。依照余雯等[6]沉積物表層(0～8 cm)分層過(guò)剩210Pbex比活度(dpm·g-1)的自然對(duì)數(shù)與深度的關(guān)系公式:

式中A h為分層210Pbex比活度(dpm·g-1),A0為最頂層210Pbex比活度(dpm·g-1),h為沉積物分層深度(取層中間值,cm),λ為210Pb衰變常數(shù)(0.031 1 a-1)；s為沉積速率(cm·a-1)。

計(jì)算的沉積物210Pbex比活度(dpm·g-1)、年沉積速率(mm·a-1)和210Pb均化因子(HF)見(jiàn)表3,我們將210Pb均化因子(HF)定義為沉積物表層210Pb比活度與海水深度的比值。

表3 白令海BR斷面部分站位表層沉積物樣品(0～8 cm)210 Pb分層分析Table 3 The stratification analysis of 210 Pb in surface sediments(0～8 cm)at part of stations of the section BR in the Bering Sea

沉積物平流輸送多發(fā)生在海峽、海底、斜坡、海流異常處。表層沉積物隨海流由高處向低處移動(dòng),會(huì)引起年沉積率的增加。處于深海陸坡區(qū)的BR00站位,沉積物表層樣品(0～8 cm)210Pbex比活度總量最高,但因年沉積速率和均化因子(HF)較低,故不是陸架區(qū)沉積物平流輸送。深海區(qū)表層沉積物210Pb比活度高值主要原因是來(lái)自上層海水中的210Pb移出并下降至海底,我們初步認(rèn)為這種移遷不僅與顆粒物數(shù)量有關(guān),還與顆粒物粒度有關(guān),后續(xù)將展開(kāi)不同粒度顆粒物對(duì)深海沉積的影響研究。在大氣顆粒物吸附210Pb研究中[14],亞微米細(xì)顆粒物(0.1～0.7μm)對(duì)210Pb吸附作用最大。在海水中不同粒徑的顆粒物對(duì)210Pb吸附性能因技術(shù)條件限制很少研究。我們提出用沉積物表層210Pb比活度與海水深度的比值(HF),描述不考慮橫向遷移情況下顆粒物由表層向底層沉降過(guò)程中,210Pb隨水體深度(距離)增加量的差異。這一參數(shù)反映了顆粒物對(duì)210Pb的吸附性能,不同區(qū)域表層沉積物相近的HF值,意味著海洋沉積過(guò)程中存在相似機(jī)制。

續(xù) 表

本研究中北極考察區(qū)楚科奇海沉積物取樣站位位于陸架區(qū),水深較淺(41～61 m),沒(méi)有做表層沉積物樣品210Pb均化因子分析。Lepore等[5]研究了楚科奇海3個(gè)斷面(WHS、EHS和BC),提供了水體及沉積物中210Pb的較詳細(xì)的數(shù)據(jù),注意到表層沉積物過(guò)剩210Pbex(dpm·cm-2)總量隨海底深度增加而增大。我們基于其數(shù)據(jù)計(jì)算得楚科奇海陸架斜坡區(qū)(WHS5站位,水深1 108 m；WHS6站位,水深2 264 m)表層沉積物樣品210Pb沉積均化因子(HF,0.48和0.52 Bq·kg-1·m-1)相近,意味著臨近站位的海洋沉積過(guò)程中存在相似機(jī)制。

海底表層沉積物中226Ra和210Pb受到海水中顆粒物沉降的影響,顆粒物下降過(guò)程中吸附海水中的226Ra和210Pb,并最終抵達(dá)海底成為海底表層沉積物一部分。在白令海隨海底深度增加表層沉積物中226Ra和210Pb增加。除去226Ra產(chǎn)物外,210Pb增加還來(lái)自于海水中210Pb的析出和移遷,這與水深呈一定的線(xiàn)性關(guān)系現(xiàn)象。水體中氡(Rn)的溶解與析出受溫度和壓力影響,高壓低溫下溶解度系數(shù)變大[15-16]。北太平洋Papa站位數(shù)據(jù)分析[17]表明,水深超過(guò)150 m,海水中222Rn比活度接近226Ra的,222Rn處于接近完全溶解,較長(zhǎng)壽命子體210Pb以顆粒態(tài)或溶解態(tài)在海水中存在。海洋水體中溶解態(tài)或顆粒態(tài)210Pb被下沉的顆粒物再吸附,析出水體并沉積到海底。顆粒物沉降距離隨水深增加而增加,顆粒物沉降過(guò)程的吸附作用是深海表層沉積物210Pb比活度隨海底深度增加的主要原因。

Oguri等的研究表明白令海陸架區(qū)沉積物質(zhì)量沉積速率0.11～0.44 g·cm-2·a-1[9],質(zhì)量沉積速率最小值出現(xiàn)在陸坡區(qū)的最深站位(1 158 m),該站位的表層沉積物210Pb比活度為最高值。陸架淺海區(qū)的表層沉積物混合層較厚,沉積物混合主要是海底生物活動(dòng)以及冬季沉積物再懸浮引起的。來(lái)自河流的懸浮物主要沉積在河口區(qū),河流對(duì)陸架區(qū)沉積物的貢獻(xiàn)很小。在海洋陸坡區(qū),較深的陡坡站位具有明顯高的過(guò)剩210Pb[5,9,18-19],這應(yīng)是深海霧狀層細(xì)顆粒物在陸坡上的聚集[9],或因較高的初級(jí)生產(chǎn)力對(duì)上層水體210Pb的清除作用[5,19],或與沉積物的化學(xué)特性(較高的水合錳氧化物)[18]有關(guān)。Carpenter等[18]指出海水中的226Ra原位衰變產(chǎn)生210Pb,含有可溶態(tài)210Pb的海水平流輸運(yùn),是沉積物過(guò)剩210Pb的主要來(lái)源,過(guò)剩210Pb的沉積性輸入受限于顆粒物對(duì)溶解態(tài)210Pb的清除過(guò)程。深海表層沉積物中210Pb隨海底深度變化的趨勢(shì)具有普遍性。我們發(fā)現(xiàn)在過(guò)剩210Pb比活度高值BR00站位的226Ra比活度是鄰近站位的1倍以上,顯然226Ra來(lái)自顆粒物的沉積過(guò)程。深海區(qū)域海水的平流作用、溶解態(tài)210Pb的駐留時(shí)間、顆粒物(數(shù)量、尺寸、物化性質(zhì))的綜合影響,是導(dǎo)致考察區(qū)深海區(qū)域表層沉積物中210Pb高值的主要原因。

3 結(jié) 論

海洋表層沉積物中的210Pb主要來(lái)自海洋水體,210Pb比活度的分布反映了水體顆粒物沉積過(guò)程,也反映了生物活動(dòng)對(duì)沉積層的擾動(dòng)。我們通過(guò)將沉積物過(guò)剩210Pb與海水深度相關(guān)聯(lián),以顆粒物在下降過(guò)程中的比活度的變化顯示上層顆粒物在沉積到底層過(guò)程中增加的210Pb(包括226Ra)比活度。結(jié)果表明在沉降過(guò)程中顆粒物不斷吸附海水中的210Pb(包括226Ra)。不同海底深度的表層沉積物中210Pb明顯差異,深海區(qū)明顯高于淺海區(qū)。我們提出用210Pb均化因子HF(沉積物表層210Pb比活度與海水深度的比值)代表深海210Pb表層沉積物活度與海水深度的關(guān)系。研究表明隨海底深度增加顆粒物吸附210Pb增加；顆粒物理化性質(zhì)對(duì)210Pb吸附有明顯的影響,細(xì)顆粒物對(duì)210Pb吸附作用高于粗顆粒物,年沉積率小而比活度大。顆粒物沉降過(guò)程的吸附作用是深海沉積物表層210Pb比活度隨海水深度增加的主要原因。不同水深站位均化因子有的相近,有的差異很大。相近者可能具有相似的顆粒物下降過(guò)程,特別是細(xì)顆粒物沉積過(guò)程。顆粒物中210Pb比活度隨顆粒物粒徑變化的研究較少,水體中亞微米級(jí)粒徑的顆粒物起何種作用有待于進(jìn)一步研究。

137Cs作為人工放射性核素是非顆粒吸附型元素,不易被顆粒物吸附。大氣中放射性核素降落進(jìn)入海洋,在海水中處于溶解狀態(tài)的137Cs通過(guò)生物代謝轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)沉降進(jìn)入海底形成沉積物。大多數(shù)考察區(qū)站位表層沉積物(0～8 cm)137Cs比活度處于較低水平,這表明人類(lèi)核活動(dòng)釋放影響處于較弱狀態(tài)。海洋沉積物中137Cs比活度能夠反映一段時(shí)間以來(lái)海水中人工放射性核素污染狀況。楚科奇海陸架區(qū)、白令海陸架區(qū)沉積物中137Cs比活度分布不均勻,明顯受到生物擾動(dòng)影響。

依據(jù)我們考察獲得的調(diào)查數(shù)據(jù),確實(shí)難以系統(tǒng)地闡述該區(qū)域底質(zhì)沉積物中放射性核素比活度變化規(guī)律。深海中表層沉積物210Pb比活度隨沉積層深度變化的特征,反映了其隨時(shí)間的自然衰變過(guò)程和由上至下的自然擴(kuò)散過(guò)程。表層沉積物210Pb比活度隨海底深度增加而提高的現(xiàn)象,雖難以用現(xiàn)有數(shù)據(jù)指明原因,但作為一個(gè)特征并且用均化因子作為這一現(xiàn)象的量化指標(biāo),對(duì)于沉積物研究有一定的科學(xué)意義。