關于哈爾濱地區沙塵暴物源以及路徑的研究

摘要：對收集的哈爾濱地區地表土壤樣和降塵樣進行粒度分析，常量、微量、稀土等地球化學元素的分析以及Sr、Nd同位素示蹤，確定了其物質成分的特點，通過與潛在源區樣品的比較，示蹤其來源路徑與地區。

關鍵詞：沙塵暴 粒度特征 化學成分特征 同位素示蹤

哈爾濱地區的沙塵暴天氣日益嚴重，通過科學研究尋找比較準確的物質來源，對沙塵暴的源頭進行重點治理，已是哈爾濱市所面臨的緊迫問題。

本次研究根據在呼蘭、雙城的氣象站采集的沙塵樣品，對收集的地表土壤樣和降塵樣進行了粒度分析，地球化學元素的分析以及同位素示蹤，確定了其物質成分的特點，通過與潛在源區樣品的比較，示蹤其來源路徑與地區。

1 沙塵暴降塵物粒度特征

1.1土壤粒度特征

從239個土壤測試結果中，哈爾濱市及周邊地區地表土粒度以粉砂（4-8Ф）為主，占50%以上，其中粗粉砂（4-6Ф）占的比例大于細粉砂（6-8Ф）的比例；從地區來看，雙城市的草甸土、鹽堿土、沼澤土、風沙土眾數值均為粗粉砂（6﹥Ф>4），呼蘭區的5種土壤類型雖都以粗粉砂為主，但是總體偏向細粒，呈現頭粗尾細的特征；嫩江流域的土壤類型粒度特征表現為鹽堿土眾數值為細砂，是三個區域中最粗的。

土壤類型看，雙城、哈爾濱到齊齊哈爾嫩江流域的鹽堿土中砂粒級含量較高；呼蘭、哈爾濱到齊齊哈爾沼澤土中的粘土含量高，可達25%-35%，但雙城的沼澤土中粘土含量較低，只占到3%-4%，三個地區黑土均以砂粒級為主，可以推斷，其土壤沙化現象比較明顯，黑土層不同程度的被破壞，露出了下邊厚層的河流沖積層，以粉砂和砂為主，當地表裸露，在大風的條件下，可以為沙塵暴提供豐富的物源。

1.2降塵樣粒度特征

雙城市粒度分析結果表明，沉降物以粉砂（4～8Ф）為主，占63.4%-77.6%，其中粗粉砂（4～6Ф）和細粉砂（6～8Ф）分別占12.3%-36.4%和39.6%-56.9%；其次為砂粒組分（<4Ф），占11.8%-28.6%，其中細砂（2～4Ф）、中砂（1～2Ф）和粗砂（-1～1Ф）分別以細砂居多；粘土（>8Ф）含量最少，僅占10%左右，其中粗粘土（8～10Ф）和細粘土（<10Ф）分別平均占4.8%和2.3%。

1.3 與其它地區對比分析

根據粉塵動力學研究，在一般風暴條件下，粒徑中大于62.5um的粗粒組分不太可能來源于遠距離的哈爾濱內蒙古等地，沙塵中大量的粗粒物質只能來源于近源物質堆積。綜上所述，哈爾濱降塵中的粗粉砂、細砂、中砂、粗砂均為近源堆積，占70%左右。

細小沙粒的來源應該按照風向的耦合關系和粒度粗細搬運的距離來看，是來自內蒙古鏡內沙地的沙塵，從所經路徑看，應該包括科爾沁沙地、渾善達克沙地。

2 沙塵暴降塵物化學成分特征

2.1判別函數

用來判斷待判采樣點沉積物與某一標準端元沉積物（來源沉積物）的接近或相似程度，常用于沉積物物源判別：

DF=|（Cx1/Cx2）/（CRef1/CRef2）-1|，

式子中（Cx1/Cx2）表示待判采樣點沉積物中兩種元素的比值，（CRef1/CRef2）表示標準端元沉積物（來源沉積物）中這兩種元素的比值。

一般DF的絕對值小于0.5即認為兩種沉積物接近。選擇沉積物元素與Al的比值來計算哈爾濱沙塵呼蘭、雙城的沙塵與潛在沙源區嫩江流域的土壤的DF值，探討之間的關聯性。呼蘭和雙城與嫩江流域的潛在沙源區未見明顯區別，后期污染元素與嫩江流域的關聯性較高，推測與工業開采有關。

2.2物源指數

物源指數（PI）常用于物源分析，其計算如下：

PI=∑|Cix-Ci1|/（∑|Cix-Ci1|+∑|Cix-Ci2|）

Cix為待判沉積物中元素i的質量分數；Ci1、Ci2分別為端員沉積物1、端員沉積物2種元素i的質量分數。該公式中包含了大部分地球化學性質較穩定的分析元素，因此它反映的是沉積物之間化學成分總的接近程度。

PI介于0～1，PI小于0.5表明待判沉積物與端員沉積物1化學組成相近，PI大于0.5表明待判沉積物與端員沉積物2化學組成相近。本次分析中哈爾濱沙塵暴沉降物為待判沉積物，西北呼蘭區沙塵為端員沉積物1，西南雙城沙塵沉降物為端員沉積物2。哈爾濱的物源指數PI（h-l）明顯大于0.5，表明哈爾濱的元素組成非常接近西南雙城沉降物端員沉積物2，而明顯不同于呼蘭區沙塵。

3、沙塵暴的物源及路徑分析

3.1沉降物的同位素示蹤

在地表過程中，沉積物Sr同位素比值受母巖特征、粒度變化和化學風化的制約。一般地，母巖Sr同位素比值高，和/或細顆粒組分多，和/或化學風化作用強，沉積物Sr同位素比值就高；反之，則低。Nd同位素比值僅與母巖同位素特征相關，因此引入εNd（0）參數，其定義如下：

εNd（0）= ×104

式子中[n（143Nd）/ n（144Nd）]為實驗測定值，[n（143Nd）/ n（144Nd）]0CHUR的現代值（0.512638）；

根據公式，計算得出：雙城市εNd（0）=-6.3205；呼蘭區εNd（0）=-4.2915。雙城市降塵樣的εNd（0）值與科爾沁沙地的εNd（0）一致，基本上在-6.6～-6.4之間變化。因此，內蒙古的科爾沁沙地是哈爾濱市沙塵的主要遠源地。

3.2沙塵暴的源地分析

通過以上的分析認為：哈爾濱沙塵暴沉積物是不同來源沙塵遠距離和近距離搬運的混合體。

西南路：科爾沁沙地～雙城市～哈爾濱市區。存在沙塵暴近源和遠源兩種：遠源主要為科爾沁沙地，近源主要為雙城市旱田和拉林河沿岸分布的沙地。其中，遠源科爾沁沙地對哈爾濱沙塵暴的貢獻率為40%-75%，近源的貢獻率為25%-60%。

西北路：齊齊哈爾市～大慶市～安達市～肇東市～哈爾濱市區。遠源主要為齊齊哈爾嫩江流域的沙地、鹽堿地、旱田等，近源主要為肇東市及哈爾濱市境內的旱田及退化的土地。其中，遠源嫩江流域對哈爾濱沙塵暴的貢獻率為42%-84%，近源的貢獻率為16%-84%。

東北路：呼蘭區～哈爾濱市區。無遠源提供，只存在近源，主要是呼蘭區旱田和退化的土地。

4、結論

（1）同位素示蹤結果顯示：內蒙古的科爾沁沙地是哈爾濱市沙塵的主要遠源地。

（2）影響哈爾濱沙塵暴的移動路徑主要有三條：西南路、西北路、東北路。

（3）哈爾濱沙塵物源有近源和遠源之分，遠源主要為內蒙古科爾沁沙地、齊齊哈爾等地沿嫩江流域分布的沙化土地；近源主要為哈爾濱市、雙城市、呼蘭區的旱田和沙化地。

參考文獻：

[]王式功，董光榮，陳惠忠，等.沙塵暴研究的進展[J].中國沙漠，2000，20（4）：349-356.

[2]邱新法，曾燕，繆啟龍.我國沙塵暴的時空分布規律及其源地和移動路徑[J].地理學報，2001，56（3）： 316-322.

[3]莊國順，郭敬華，袁蕙，等. 2000年我國沙塵暴的組成、來源、粒徑分布及其對全球環境的影響〔J〕.科學通報，2001，46（3）：191-197.