- 學位論文
東海南部大氣懸浮微粒中金屬元素之組成及特性研究
Characterization of Trace Element Composition in Marine Aerosols over the Southern East China Sea
摘要
本研究以感應耦合電漿發射光譜儀分析了採自東海南部彭佳嶼島上的大氣懸浮微粒標本，標本採集的時間為2001年一月到2002年七月。這些樣本分別進行元素的總量分析、元素的物種分析及元素在海水中的溶解度測定，分析的元素包括Al、Fe、Na、Mg、K、Ca、Sr、Ba、Sc、Ti、V、Mn、Co、Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等19個元素。 研究結果顯示，東海南部大氣懸浮微粒中金屬元素的濃度呈現明顯的季節性變化；其中以春、冬兩季濃度較高，夏季濃度較低。大氣懸浮微粒中成分濃度的變化，反映出大氣物質之來源、強度以及氣象狀況的改變。大氣中最主要的成分來源是由氣流自亞洲大陸帶出的地殼及污染物質，以及由海水循環上來的海鹽成分，其中陸源物質的輸入主要是發生於東北季風盛行的春、冬兩季，沙塵暴入侵在此過程中扮演相當重要的角色，而海鹽成分則是就近從海水中濺起，它穩定地供應此處的大氣，其與陸源成分在大氣中呈現季節性互為消長的分佈趨勢。元素來源的鑑別結果顯示大氣中的Al、Fe、Mn、Sc、Ti、Ba和Co主要為地殼源；Na和Mg主要為海水源；Cr、Ni、V、Cu、Zn、Pb和Cd主要為污染源，Ca和Sr兼具地殼及海水源，K則兼具地殼、海水及污染三種來源。 在本研究期間，一共偵測到20次左右的沙塵暴入侵，其中2001和2002年各約十次左右。沙塵暴的入侵對大氣成份的影響相當大，其入侵季節主要集中在春季，根據大氣懸浮微粒中Fe/Al比值與Al濃度之對應比較，吾人可以很明確地界定出沙塵暴的發生，當有明顯的沙塵暴入侵時，大氣懸浮微粒中Al的濃度皆普遍高於2μg/m3，而Fe/Al比值則接近0.5。 大氣懸浮微粒中元素物種之分析結果顯示，污染性元素Cu、Zn、Pb、Cd、Mn和Co等主要分佈在較易隨環境之變異而產生變化的可交換相；相對的地殼源元素Al和Fe則主要分佈於穩定的晶格相中。此反映出大氣中元素來源屬性之不同，即污染性元素大多曾經由高溫作用而逸散至大氣中，之後靠凝結或吸附等作用而結合至顆粒的表面，因此很容易被萃取出來；反觀地殼源元素(如Al和Fe)，則大多存在於礦物晶格中，因此不易被萃取出。此一特性也反映於元素在海水中的溶解度研究上，即結合在可交換相比例較高的污染性元素，其在海水中溶出比例也比較高；而結合在晶格相比例較高的地殼源元素，其在海水中的溶出比例則相當低，僅2 ~ 3 %而已。 本研究所估算出的大氣沉降通量在地殼源元素方面，大致和黃海及地中海相當；在污染性元素方面，則比北海及地中海低，但和北太平洋相比則至少高出10倍以上。