彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中金屬元素之組成及來源探討

• Main Authors: 郭瓊文, Kuo, Chiung-Wen
• Other Authors: 林斐然, 臺灣大學：海洋研究所
• Format: Thesis
• Language: Chinese; English
• Published: 2005
• Subjects: 彭佳嶼; 大氣懸浮微粒; 金屬元素; aerosol; trace element; Arctic
• Online Access: http://ntur.lib.ntu.edu.tw/handle/246246/56494; http://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/56494/1/ntu-94-R91241303-1.pdf

本研究分析了2002年8月至2003年7月在彭佳嶼海域採集的221個大氣懸浮微粒標本，這些標本經過全消化處理後分別以感應耦合電漿發射光譜儀（ICP-OES）及感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）分析標本中各金屬元素濃度。其中Al、Fe、Na、Mg、K、Ca、Sr、Ba、Ti、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、V和Cr等元素以ICP-OES分析之；As、Co、Cd和Sc等元素以ICP-MS分析之，並配合氣象資料探討彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中金屬元素之濃度分佈、來源及傳輸機制。 研究結果顯示彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中金屬元素之濃度變化劇烈，且有明顯季節變化，幾乎所有元素之濃度都在冬春兩季達到最高，夏季最低，唯有V與Zn的濃度是在秋季最低。富集因子分析結果顯示Al、Fe、Ti、Mn、Ba和Sc等元素主要源自地殼物質；Na和Mg主要為海水鹽沫所產生；Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、As、Cd和Co等元素主要為污染來源。Sr和Ca是以海水與地殼雙重來源為主；K則是同時具有海水、地殼及污染三重來源。根據主成分分析發現彭佳嶼海域大氣中所散佈的金屬元素，大多是在冬春時節，經由大陸氣流所帶來的地殼物質及污染物質所提供，唯有V不同它的來源主要是從台灣北部港口所進出的船隻所排放的污染物並藉著西南氣流帶至此海域。其中污染元素又可因熔點高低，區分出高溫污染元素Ni、Cr、Co和Cu及低溫污染元素Cd、Pb、As和Zn兩個族群，至於海水來源之元素則是就近從海域產生。彭佳嶼海域大氣中的Pb/Cd比值全年平均為46，此與地中海大氣中Pb/Cd比值一樣；其中北風族群之Pb/Cd比值為35，此與北太平洋春季時大氣中的Pb/Cd比值37相近；南風族群之Pb/Cd比值為59，與前述各海域之比值均不相同，顯示不同來源區的Pb/Cd比值有顯著的不同。 本研究期間共偵測出十次沙塵暴，比起往年不僅次數比較少，強度及規模亦較小，氣流軌跡回推圖證實沙塵暴是從內外蒙一帶發生然後傳輸至此海域。沙塵暴入侵時，大氣中Pb濃度的上升往往比Al早一步，顯示在沙暴物質傳輸的路徑上一併被帶出的污染物質往往會被推至冷鋒鋒面的前緣。另外當有大量地殼物質經由大氣介入彭佳嶼海域時，會造成大氣組成的改變，特別是大氣中地殼源的Na ( Nacrust)濃度會升高，相對地海水源的Na(Nass)所占之比率會明顯的降低。 本研究期間彭佳嶼海域大氣中金屬元素的沈降通量在春季時其沈降通量占全年通量的44%，為所有季節中貢獻量最大。彭佳嶼海域大氣中Al、Fe和Mn等地殼元素之年通量和西北地中海比較接近，但其通量仍高於北海。Cu、Zn、Pb和Cd等污染來源元素的年通量約略和北海相當，但比其他海域高，顯示彭佳嶼海域大氣受到污染的程度不亞於北海。 摘要 i 目錄 iii 圖目錄 v 表目錄 vi 第一章 前言 1 1-1 研究背景 1 1-2研究目的 4 第二章 研究方法 5 2-1標本採集 5 2-2標本的前處理 5 2-3標本的消化處理……………………………………….6 2-4儀器分析……………………………………………….7 第三章 結果與討論 9 3-1分析方法之準確度與精密度 9 3-2懸浮微粒中各金屬元素的濃度分布 9 3-2-1各金屬元素之濃度變化 9 3-2-2各金屬元素濃度之時序變化……………………12 3-2-3各金屬元素濃度的月變化與季節變化…………13 3-3懸浮微粒中金屬元素來源的鑑別…………………….14 3-3-1富集因子分析……………………………………20 3-3-2主成分分析………………………………………23 3-4懸浮微粒中金屬元素之個論…………………….……25 3-4-1 Al、Fe、Mn、Ba、Ti和Sc.……………….27 3-4-2 Na…………………………………………………27 3-4-3 K、Mg、C和Sr…………….………………….30 3-4-4 Zn、Pb、Cd、As、Ni、Cr、Co和Cu.….….34 3-4-4.1 Pb/Cd比值………………………………35 3-4-5 V………………………………………………….38 3-5大氣懸浮微粒之長程輸送…………………………….40 3-5-1沙塵暴事件………………………………………41 3-5-2氣流軌跡回推圖…………………………………42 3-6懸浮微粒中各成分來源之交互關係………………….44 3-6-1 地殼來源與海水來源之消長………………….44 3-6-2 地殼來源與污染來源之共變………………….47 3-7大氣中金屬元素之沉降通量………………………….50 第四章 結論 56 誌謝 58參考文獻 59 附錄 68 圖目錄 圖一、彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中金屬元素濃度的時序變化 15 圖二、大氣懸浮微粒中各金屬元素的月變化…….….……….….16 圖三、大氣懸浮微粒中各金屬元素的季節變化 18 圖四、大氣懸浮微粒中金屬元素之EFcrust值與EFsea值. 22 圖五、大氣懸浮微粒中金屬元素與氣象因子之主成分分析……….26 圖六、大氣懸浮微粒中Na濃度和風速的時序變化 28 圖七、2003年大氣懸浮微粒中Na濃度和雨量的時序變化……….29 圖八、K之海水、地殼及污染來源所占百分比之月變化 32 圖九、Mg、Sr和Ca之海水及地殼來源所占百分比之月變化 33 圖十、大氣懸浮微粒中Pb與Cd濃度的時序變化 36 圖十一、大氣懸浮微粒中Pb與Cd濃度之散佈關係 37 圖十二、全球大氣懸浮微粒主要源區及向洋傳輸路徑 40 圖十三、大氣懸浮微粒中Al之濃度及Fe/Al比值之時序變化 43 圖十四、氣流軌跡回推圖 45 圖十五、大氣中Al濃度及Nass/Natotal比值之時序變化……………48 圖十六、大氣中Al與Pb之濃度時序變化 .49 表目錄 表一、NBS參考樣本SRM-1648及BCSS-1之分析結果 10 表二、大氣懸浮微粒中金屬元素之平均濃度及濃度變化範圍 11 表三、大氣懸浮微粒中金屬元素北方來源與南方來源濃度比 39 表四、大氣懸浮微粒中金屬元素之月平均通量 54 表五、彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中金屬元素總沈降通量與世界上其他海比較 55