镧异常作为监测图拉（墨西哥城大都市区）工业区周边表层土壤中化石燃料燃烧污染的指标

《Journal of Geochemical Exploration》：Lanthanum anomaly as monitor of the burning of fossil fuels pollution in surface soil surrounding the industrial complex in Tula (Mexico City megalopolis)

工业污染与稀土元素异常：以墨西哥图拉市为例，研究通过土壤采样和多种分析方法（ICP-MS、磁学 susceptibility、污染指数）发现，镧/镧*比值（La/La*）能有效指示大气油燃烧残渣（ROFA）的沉降，工业区的土壤中V、Ni、Mo及La显著富集，磁学数据与重金属浓度高度相关，证实工业排放是主要污染源。

　　该研究聚焦于墨西哥城大都会北部地区，特别是图拉市的土壤污染情况，重点分析了工业排放对环境的影响。研究团队由来自墨西哥的几位科学家组成，他们来自CICESE（墨西哥国家海洋学与大气科学研究所）的地质学系，致力于通过土壤中的化学元素分析来评估污染源，特别是在工业活动集中的区域。

在该地区，图拉市拥有一座大型的热电发电厂和一座重要的炼油厂，这些设施在燃烧化石燃料（如汽油和石油）以及裂解重质原油以生产轻质油品的过程中，会释放出大量的颗粒物。这些颗粒物包括残留油飞灰（ROFA），其中含有多种潜在有毒元素（PTEs），如钒（V）、镍（Ni）、钼（Mo）、铅（Pb）、锡（Sn）、锑（Sb）和砷（As）等。此外，这些工业活动还可能导致稀土元素（REE）的富集，特别是镧（La）的富集，从而对周边土壤造成显著影响。

研究团队收集了27个表层土壤样本和3个岩石样本，用于分析其物理和化学特性。这些特性包括粒度分布、pH值（H2O和KCl）、有机碳含量、阳离子交换容量（CEC）以及磁化率（MS）。通过这些参数的测量，可以评估土壤的污染程度和来源。土壤的粒度分布范围从砂质壤土到黏土，pH值在6.83到8.33之间，表明土壤环境接近中性或偏碱性。有机碳含量从0.58%到12.02%不等，显示出土壤中有机质的多样性。阳离子交换容量（CEC）范围为17.40到80.23 cmolc/kg，表明土壤具有较强的阳离子吸附能力，这可能与其较高的黏土含量有关。

此外，研究还分析了土壤中的稀土元素及其与其他元素之间的关系。通过使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和X射线荧光光谱仪（WD-XRF）等分析技术，团队能够精确地测量土壤和岩石中的元素含量。研究中特别关注了镧（La）的富集情况，因为其在大气颗粒物中的存在可能与工业排放有关。通过对土壤样本的分析，研究发现La的富集值与某些其他元素（如V、Ni、Mo）之间存在显著的正相关关系，这表明La可能作为工业污染的追踪指标。

在统计分析方面，研究团队采用了多种方法，包括Spearman秩相关分析、主成分分析（PCA）以及污染指数计算，以确定不同元素的来源。Spearman秩相关分析结果显示，V与Ni之间的相关性最强，表明它们可能来自相同的污染源。此外，V与Mo、Cr和La之间的显著正相关也支持了这一观点。PCA分析进一步揭示了不同元素的来源，将它们分为四个不同的集群：第一集群包括Al和Co，这些元素通常与自然地质过程有关；第二集群由Pb、Sn、Zn、Cu和Cr组成，它们可能受到自然和人为因素的共同影响；第三集群包括V、Ni、Mo和La，这些元素的富集主要与图拉工业区的排放有关；第四集群则由As和Sb组成，它们通常与土壤侵蚀和农药使用有关。

磁化率（MS）是评估土壤污染的重要参数之一，其值反映了土壤中磁性矿物的含量。研究发现，图拉工业区附近的土壤磁化率显著高于未受污染的土壤样本（如TU-01）。这表明工业排放的颗粒物中包含大量磁性矿物，如磁铁矿或赤铁矿，这些矿物的加入导致土壤磁化率的增加。此外，磁化率与V、Ni、Mo和La之间的正相关关系进一步证明了工业排放对这些元素富集的贡献。

研究还利用了三元图（ternary diagrams）来分析稀土元素的分布情况。通过将La、Ce和Sm等元素的含量标准化，研究团队能够识别出土壤中是否存在异常富集。结果显示，图拉工业区附近的土壤样本在La异常方面表现出显著的富集趋势，这与工业排放的油燃烧残留物密切相关。相比之下，未受污染的土壤样本（如TU-01）则显示出接近自然标准的稀土元素分布模式。

通过空间插值地图，研究团队能够更直观地展示污染元素在图拉地区的分布情况。这些地图显示，V、Ni、磁化率（MS）和La异常值主要集中在工业区及其周围区域，表明这些元素的富集与工业活动密切相关。同时，研究还发现，La的异常富集在一定程度上可以作为监测土壤污染的有效指标，尤其是在局部尺度上。

研究的结论指出，图拉地区的土壤受到了显著的工业污染，其中钒（V）、镍（Ni）、钼（Mo）和镧（La）等元素的富集主要来源于大气颗粒物的沉降。此外，磁化率（MS）与这些元素之间的正相关关系表明，工业排放的颗粒物对土壤的磁性特征产生了影响。稀土元素（REE）在土壤中相对稳定，其标准化的分布模式可以作为地质来源的指示，但La的异常富集则提供了人为污染的证据。

然而，研究也指出了一些局限性。首先，采样仅在单个季节进行，可能无法全面反映污染物在不同季节的沉积情况。其次，研究仅关注土壤表层，未能揭示垂直污染分布的特征。此外，空间插值地图的准确性受到采样密度和分布的影响，因此需要更多的数据来进一步验证图拉工业区对周边土壤污染的影响。

总体而言，该研究为评估工业活动对环境的影响提供了重要的科学依据，并展示了如何利用土壤中的化学元素和磁性特征来追踪污染源。这些方法不仅有助于理解图拉地区的污染情况，也为其他类似地区的环境监测和管理提供了参考。