持久性有機化合物(Persistent organic pollutants, POPs)是一類具有持久性,毒性的有機化合物,并且會對生物以及人類造成毒性影響。這種化合物被釋放進入環(huán)境以后,能隨著大氣長距離傳輸到沒有歷史使用的地區(qū),例如北極。隨著大氣長距離傳輸的過程,POPs會在溫度較低的北極環(huán)境中沉降和富集,影響到北極的生態(tài)環(huán)境。因此,大空間尺度的調查對于理解POPs的空間分布,長距離傳輸,以及研究北太平洋和臨近北極地區(qū)的POPs來源等問題具有重要的作用。另一方面,近些年來的環(huán)境事件和環(huán)境變化會影響到POPs的大氣長距離傳輸,也會導致POPs通過海冰消融以及生物質燃燒等作用再次釋放到大氣中,對海洋生態(tài)系統產生影響。為了能夠掌握POPs在北太平洋和臨近北極地區(qū)大氣中的最近濃度情況,鑒別POPs的源區(qū)和大氣長距離傳輸過程中可能的影響因素,以及揭示環(huán)境事件和環(huán)境變化對大氣中POPs濃度可能造成的影響,借助2008年中國北極考察的契機,在雪龍?zhí)柨茖W考察船上采集了大氣樣品,并且分析了這些大氣樣品中的POPs污染物多氯聯苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs),六氯苯(Hexachlorobenzene, HCB),六氯環(huán)己烷(Hexachlorocyclohexanes, HCH),滴滴涕(雙對氯苯基三氯乙烷,Dichlorodiphenyltrichloroethane, DDT),氯丹(Chlordanes)和六溴環(huán)十二烷(Hexabromocyclododecanes, HBCDs)的濃度。 檢測結果顯示在所有的大氣顆粒態(tài)樣品中HBCDs的濃度均低于檢出限。這說明HBCD在北太平洋和北冰洋海洋大氣中的濃度很低,并且大氣長距離傳輸可能不是HBCDs從歐亞大陸傳輸到北極的主要途徑。 氣態(tài)ΣPCBs (PCBs以及其他的有機氯污染物均在氣態(tài)樣品中檢測)的濃度范圍在整個航線中是22.0到520 pg m-3,平均值是240±160 pg m-3。三氯代、四氯代和五氯代PCB為大氣中主要檢測到的PCB同系物種類,分別占到大氣∑PCB濃度的30±13%,53±13%和16±6%。ΣPCBs最高值發(fā)現于日本海,最低值發(fā)現于高緯度北極地區(qū)。在北太平洋靠近歐亞大陸區(qū)域采集到的大氣樣品有較高的PCB濃度。大氣氣團反演表明這些高值可能是受到了臨近大陸源區(qū)大氣傳輸作用的影響。PCB的同系物組成和緯度分布表明在大氣長距離傳輸的過程中,比較輕的PCB同系物(有較少氯代且分子量較小)易于通過大氣傳輸沉降到較冷的地區(qū),比如北極,而較重的PCB同系物(有較多氯代且分子量較大)往往易于在靠近源區(qū)的地方沉降。 HCB在所有的大氣樣品中均有檢出,濃度范圍是24到180 pg m-3。整條航線HCB的平均值是88 pg m-3。在東亞檢出的HCB濃度高于在北太平洋地區(qū)檢出的HCB濃度,這表明東亞是HCB的可能源區(qū),并且可能會影響到北太平洋地區(qū)。從北太平洋到北極,HCB表現出濃度升高的趨勢,表明HCB會受到全球分餾作用的影響。 HCH在所有大氣樣品中均有檢出。α-,β-和γ-HCH在整條航線的平均濃度值分別是33±16,5.4±3.0,and 13±7.5 pg m-3。和前人在臨近區(qū)域報道的值相比較,∑HCH的值比上世紀90年代降低了10倍多,但是比2003年北極考察的結果高了大約4倍。這表明在采樣區(qū)域近些年HCH濃度有升高的趨勢。α/γ-HCH比值和2003年的數據相比較表現出明顯的降低趨勢,表明可能受到近些年來林丹(lindane,γ-HCH)持續(xù)使用的影響。 ∑DDT的濃度分布在整條航線上表現出很大的變動,范圍是2.0到110 pgm-3,平均值是36±31 pg m-3。在東亞海域和北太平洋海域檢出了較高p,p'-DDT和o,p'-DDT的濃度,且DDT/DDE的比值在這個區(qū)域也較高。這表明在臨近的大陸區(qū)域有DDT相關物質的持續(xù)使用,大氣長距離傳輸會使這些DDT使用或者排放直接影響到臨近海域。o,p'-DDT/p,p'-DDT的比值高于工業(yè)生產的DDT中的比值,但是比在中國大氣中檢出到的比值要低,這說明在2008年北極考察過程中采集到的大氣樣品可能同時受到工業(yè)生產的DDT和中國dicofol使用的影響。 Σhlordane在航線的濃度范圍是1.8至11 pg m-3,平均值是5.4±2.6 pg m-3。反式氯丹(trans-chlordane, TC)和順式氯月(cis-chlordane, CC)是主要的檢出物質,分別占到Σchlordane濃度的40%和39%。在所有的樣品中TC/CC的比值均低于工業(yè)生產氯丹中的比值,表明航線所采集的樣品受到風化的氯丹的影響。在TC和CC濃度較低的樣品中,TC/CC的比值也較低,反映了這些樣品受到了較老的氣團的影響。 由于近些年來許多的POPs物質在全球范圍內廣泛的被禁止或者是被限制使用,POPs的直接排放量有很明顯的降低�？梢灶A見二次再釋放的POPs物質對于環(huán)境的影響作用會明顯的增大。 當考察船于2008年7月底航行在白令海時,大部分有機氯農藥檢測出了相對較高的濃度。衛(wèi)星監(jiān)測數據表明在2008年7月底西伯利亞有大范圍森林大火。研究中運用一氧化碳分布和燃燒產生的煙氣排放的衛(wèi)星數據,以及大氣氣團反演的手段來鑒定生物質燃燒排放的有機氯農藥對所采集樣品造成的影響。結果表明2008年7月西伯利亞地區(qū)的大火會對北太平洋地區(qū)檢出的較高的DDT和HCH濃度有很大的貢獻。 大部分的有機氯污染物在北極浮冰區(qū)高于北極開放性海域和北極塊冰區(qū)。在有季節(jié)性和多年生海冰覆蓋的北冰洋地區(qū),大部分有機氯污染物的濃度隨著海冰濃度的增高而表現出明顯的降低。這個現象表明隨著全球氣候變化導致的北極海冰在夏季迅速消融,之前沉降富集在積雪、海冰和北冰洋中的有機氯污染物會加速的釋放到大氣中。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：X51;X131.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 研究目的以及所研究的污染物質介紹
    1.1 研究背景和研究目的
    1.2 POPs的物理化學性質以及全球使用情況介紹
        1.2.1 多氯聯苯（PCBs）
        1.2.2 六氯苯（HCB）
        1.2.3 六氯環(huán)己烷（HCHs）
        1.2.4. 雙對氯苯基三氯乙烷（DDTs）
        1.2.5 氯丹（Chlordanes）
        1.2.6 六溴環(huán)十二烷（Hexabromocyclododecanes,HBCDs）
第二章 采樣以及檢測方法
    2.1 采樣方法
        2.1.1 采樣區(qū)域描述
        2.1.2 大氣樣品采集過程
    2.2 樣品處理和分析過程
        2.2.1 有機氯污染物的化學分析
        2.2.2 HBCD物質的檢測
    2.3 大氣氣團軌跡反演和源區(qū)影響因子計算
第三章 采樣航向上POPs的空間分布和可能的來源分析
    3.1 CHINARE2008采樣航線上大氣POPs濃度概述
    3.2 PCBs的空間分布、同系物組成和來源
        3.2.1 PCBs的濃度趨勢和空間分布
        3.2.2 和其他檢測數據的比較,以及可能的來源和傳輸路徑的討論
        3.2.3 PCBs的同系物組成和緯度趨勢
    3.3 HCB的空間分布和來源分析
        3.3.1 HCB的濃度趨勢和空間分布
        3.3.2 HCB濃度和其他檢測數據的比較以及可能來源的討論
    3.4 HCHs的空間分布,時間變化趨勢和來源討論
        3.4.1 HCHs的濃度趨勢和空間分布
        3.4.2 HCHs大氣濃度水平的時間變化趨勢
        3.4.3 HCHs的來源
            3.4.3.1 HCHs可能的來源和傳輸途徑
            3.4.3.2 α/γ-HCH比值以及其反映的可能的來源信息
    3.5 DDTs的空間分布和可能的來源討論
        3.5.1 DDTs的濃度趨勢和空間分布
        3.5.2 和CHINARE2003獲得的結果以及其他檢測結果進行比較
        3.5.3 DDTs的可能來源和環(huán)境命運
    3.6 Chlordanes的空間分布和環(huán)境命運
第四章 POPs的大氣長距離傳輸行為
    4.1 POPs的全球分餾理論和"蝗蟲跳"現象（grasshopper effect）
    4.2 POPs的大氣長距離傳輸
    4.3 大氣長距離傳輸過程中的POPs環(huán)境命運
第五章 生物質燃燒排放有機氯農藥
    5.1 生物質燃燒排放有機氯農藥:趨勢和影響
    5.2 生物質燃燒事件和大氣氣團來源的鑒別
    5.3 西伯利亞大火事件對于北太平洋大氣的影響
第六章 北冰洋海冰分布對POPs物質的影響
    6.1 氣候變化對北極POPs環(huán)境命運造成的影響
    6.2 2008年夏季北極海冰消融情況
    6.3 海冰分布對于北冰洋POPs濃度水平的影響
第七章 結論與展望
    7.1 主要結論
    7.2 問題與展望
參考文獻
附錄
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果

【參考文獻】

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1 王亞韡;蔡亞岐;江桂斌;;斯德哥爾摩公約新增持久性有機污染物的一些研究進展[J];中國科學:化學;2010年02期

本文編號：2893861