气溶胶元素富集系数和来源分析

由表8-1可见，Sc在沙尘暴TSP和PM 2.5中的含量都是0.001%，非常接近其在地壳中的丰度0.001 1%［29］，是理想的地壳源参比元素。富集系数定义为如下方程。

有关元素在沙尘暴及常日的TSP和PM 2.5中的富集系数，分别计算并列于表8-3。根据所得数据，可以把所分析的18种元素分成如下4类。

表8-3　沙尘暴及常日TSP和PM2.5中元素的富集系数

（续表）(www.xing528.com)

①Al、Fe、Mg、Na、Ti、Mn、Sr等元素的富集系数，在沙尘暴及常日的TSP和PM 2.5中都在1～2左右，表明以上元素在沙尘暴及常日皆来自地壳源。在沙尘暴最高峰期，元素Al、Fe、Na、Ti、Mn、Sr在TSP（6.8%、3.4%、1.6%、0.38%、0.054%、0.024%）和PM 2.5（5.83%、3.88%、1.39%、0.37%、0.063%、0.030%）的百分含量非常接近多伦（6.6%、1.6%、1.8%、0.29%、0.028%、0.017%）和 丰 宁（7.1%、2.6%、1.8%、0.59%、0.049%、0.017%）土壤样品中的百分含量。沙尘暴期间这些元素无疑绝大部分源自外地入侵的沙尘；在常日非沙尘暴期间，应来自外地入侵沙尘与本地扬尘（本地的地壳源沙尘或原先沉降的外地入侵沙尘）之混合。

②Ca、Co、Cr三元素在沙尘暴TSP和PM 2.5中的富集系数都在3左右。在常日，TSP和PM 2.5中的Ca皆为5左右，Co皆为4左右，而Cr则分别为10和11，表明以上三元素在沙尘暴时大部分源自外地入侵的沙尘，可能有少量来自沿途污染物沙尘的混合。Ca在沙尘暴TSP和PM 2.5中高达7.07%和9.28%，远大于地壳的平均丰度3.00%。Zhang等［17］报道了2001年对中国西北地区沙尘暴的监测结果，其中Ca占6%。Y.Hseung和M.L.Jackson［32］曾报道中国沙漠和黄土富含Ca，因此沙尘暴中的高浓度Ca，可能说明Ca不仅来自沙漠源头，也来自干旱或半干旱地区的表层土，或两者在沙尘暴传输途中的混合。在常日非沙尘暴时，此三元素应来自外地入侵沙尘与本地扬尘的混合。Cr在常日气溶胶中的较高富集系数，说明有较多部分来自本地污染源。

③Ni、Zn、Cu三元素在非沙尘暴TSP和PM 2.5中的富集系数，分别高达21.0、16.8、14.4和37.8、58.8、27.7，而在沙尘暴时皆为2～3左右。在沙尘暴期间，这三元素的含量在TSP和PM 2.5中均接近土壤中的含量（多伦：0.009 5%、0.003 8%、0.000 63%；丰宁：0.005 5%、0.004 1%、0.000 42%）；而在非沙尘暴期间，它们的含量要比土壤中的含量高出近10倍。所有这些数据表明，此三元素在常日非沙尘暴时，主要来自本地污染源，而在沙尘暴时则主要来自外地入侵沙尘。Ni、Cu、Zn在沙尘暴中的浓度，比平日高出3.42、2.93、2.15倍，应归于沙尘暴入侵气团和本地原有携带污染物的气团交替前后的叠加［33］，或有少量来自沿途与污染物沙尘的混合。

④Pb、As、Cd、S四元素在非沙尘暴TSP和PM 2.5中的富集系数，分别高达45.3、123.9、292.6、54.9和116.4、262.1、647.1、152.0；在沙尘暴期间虽然有所降低，但仍分别高达10.7、40.2、43.7、19.8和12.7、29.6、43.5、28.4。在沙尘暴TSP和PM 2.5中，这些元素的含量分别略高于和显著高于土壤中的含量。在非沙尘暴期间，它们均远高于土壤中的含量。这说明了Pb、As、Cd、S四元素是北京气溶胶中的主要污染元素，常日主要来自本地污染源。沙尘暴中Pb、As、Cd、S的浓度，比平日分别高出2.03、6.92、3.51、8.58倍，仅仅由于沙尘暴入侵气团和本地原有携带污染物气团交替前后的叠加，不可能仍有如此高的富集系数。这些污染物，尤其是S，在沙尘暴TSP和PM 2.5中的含量分别为0.46%和0.96%，高出土壤S含量（多伦：0.017%；丰宁：0.009 3%）27～50和54～99倍。因此，最大的可能是，这些污染物的相当部分来自沙尘暴长距离传输途中，矿物气溶胶与沿途污染源排放的污染气溶胶的混合。在沙尘暴颗粒物中，这些污染元素的富集系数在PM 2.5中远大于在TSP中，佐证了沙尘暴中的大量细颗粒物在传输途中易于富集污染物。