2002 年春季北京特大沙尘暴颗粒的矿物组成分析 - 中国科学.pdf

中国科学 D 辑:地球科学 2007 年 第37 卷 第2 期: 215~221 SCIENCE IN CHINA PRESS 2002 年春季北京特大沙尘暴颗粒的矿物组成分析 ①②* ①② ①② ③ ①② 邵龙义 李卫军 杨书申 时宗波 吕森林 (① 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 北京 100083; ② 中国矿业大学(北京)资源与地球科学系, 北京 100083; ③ Faculty of Environmental and Symbiotic Sciences, Prefectural University of Kumamoto, Kumamoto 862-8502, Japan) 摘要 应用X 射线衍射(XRD)和带能谱的场发射扫描电镜(FESEM-EDX)对在北京2002 年3 月 20 日收集的一次特大亚洲沙尘暴样品进行了分析, 获得了矿物组成及粒度分布信息. 结果表明, 此次沙尘暴颗粒中矿物颗粒达 94%. XRD 半定量分析显示, 沙尘暴颗粒的矿物组成主要有黏土 (40.3%)和石英(19.5%), 其次有方解石、斜长石、钾长石、赤铁矿、黄铁矿、角闪石和石膏, 但其 含量都小于 10%. 分离出的黏土组分中伊/ 蒙混层矿物占78%、伊利石9%、高岭石6%、绿泥石 7%. FESEM-EDX 分析除了检测到那些主要类型矿物外, 还检测出痕量的白云石、黄铁矿、盐类 矿物芒硝、重矿物、金红石、钛铁矿和磷灰石等矿物. 此次亚洲沙尘暴颗粒和非洲撒哈拉大沙漠 的沙尘羽颗粒的矿物类型相似, 但是黏土矿物组成有很大的差别, 前者以伊/ 蒙混层矿物为主, 后 者以伊利石为主. 关键词 亚洲沙尘暴 PM10 X 射线衍射(XRD) 单颗粒分析 北京 由于春季西风及西北风的影响, 来自于亚洲地 不仅含有从其源区产生的大量沙尘颗粒, 而且还有 区干旱和半干旱区域的沙尘颗粒被不断地传送到亚 一定量的一次或二次形成的硫酸盐和有机气溶 洲大陆其他地区及其以外区域, 可传送到太平洋中 胶 [11~13]. 目前对大气气溶胶颗粒矿物学的研究水平 北部, 有时甚至能到达北美大陆 [1~3]. 据估算, 对流 还非常低 [14]. 因此提高关于气溶胶颗粒的矿物学认 层中近 50% 的气溶胶颗粒是矿物颗粒, 这些矿物颗 识是大气科学家非常重要的一项工作 [15]. 本文主要 粒主要源自于沙漠及其周边地区 [4]. 矿物气溶胶通过 研究的是 2002 年 3 月 20 日一次特大沙尘暴天气, 利 散射、透射和吸收太阳光辐射能直接影响全球气候, 用带能谱的场发射扫描电镜(FESEM-EDX)和X射线 并且当矿物颗粒表面被可溶性物质覆盖时可作为云 衍射仪(XRD)分析了沙尘暴中沙尘颗粒的矿物学特性. 凝结核从而间接影响全球气候 [4,5]. 尤其是那些被沙 1 采样仪器与方法 尘暴直接搬运的矿物气溶胶能够在全球传输, 并对 全球的环境和气候有着非常重要的影响 [5~8]. 另外, 1.1 样品采集 气溶胶矿物组分的鉴别有助于确定沙尘暴的来 采样点设在北京海淀区中国矿业大学综合楼五 [9,10] 源 . 楼平台, 离地面高度为 18.5 m. 采样时间为 2002 年 3 春季 3 和 4 月, 中国北方常发生沙尘天气,