台灣嘉南平原新生岩芯沉積物砷富集機制之地球化學證據

Abstract

臺灣嘉南平原地下水具高砷含量之特性是國際專注的地質現象，諸多分析資料顯示砷濃度平均值為0 35 ppm，遠高於世界衛生組織（World Health Organization）所規範的飲用水標準（0 01 ppm）35倍，飲用高砷地下水已被證實是罹患烏腳病與皮膚癌之肇因，且可能與心血管及呼吸疾病有關。地下水與地層沉積物的高度地質相關性，沉積物的化學特徵可能對地下水中砷之來源提供制約。因此本研究分析嘉南平原新營地區之158個新生岩芯沉積物樣本之砷濃度、礦物組成、總碳總有機碳含量及87Sr/86Sr與143Nd/144Nd同位素比值，以建立新生岩芯沉積物砷含量之垂直剖面，釐清砷於沉積物中之寄主物質，推測有利砷於沉積物中富集之沉積環境，並建構砷由沉積物釋入地下水之模式。 本研究所分析的樣本中砷濃度平均為15 8 ppm，約為一般沉積物平均值兩倍，主要礦物為石英、斜長石、綠泥石及依萊石。以「移動平均法」解析新生岩芯砷濃度數據，建立60–80及190–225公尺深之區段為高砷區段，亦呈現150公尺與160–180公尺有兩個不易辨識的砷富集區域。依吳琮壬（2007）的區分與砷與有機碳含量的相關圖中，推測60–80公尺、160–180公尺與195–225公尺等深富集區段為潟湖或沼澤沉積環境，此兩種環境之特點為相對封閉的環境與高有機物質含量。其中兩個高砷區段砷與有機碳含量呈明顯正相關，相關係數大於0 41。而160–180公尺則高達0 86，顯示於新生岩芯沉積物中有機物質強烈影響所含之砷含量。參考畢如蓮（1995）、陳冠宇（2007）與黃姿勳（2009）對於嘉南平原岩芯之連續萃取資料，砷於新生岩芯沉積物中主要是被吸附質，進入礦物晶格者為數極低。黏土礦物與隱晶質相（最可能者為氫氧化鐵）是主要介質。有機碳亦扮演重要角色，可能促進砷吸附於黏土礦物或隱晶質上，亦可能為吸附砷的另一介質。 綜合以上分析，建議以下一嘉南平原沉積物砷釋入地下水之模式，沉積物中之鐵鎂礦物等原始礦物風化成含砷的綠泥石，將部分砷與鐵釋入水中。當水體達針鐵礦及氫氧化鐵飽合，此二相由水中沉澱，並將砷移出水體。於潟湖環境沉積時，有機物質加入沉積系統，使綠泥石風化而釋出砷，為地下水中砷之主要來源。針鐵礦及隱晶質氫氧化鐵亦被還原而溶解釋出砷。所釋出的砷，部分又可被有機物質吸附，形成沉積物中砷含量與有機碳含量間的正相關。 在所提之模式中，砷含量與有機物碳含量的正相關是一系列礦物風化、分解、溶解、沉澱、砷釋出、脫附與吸附之最終現象。這些高砷含量的沉積物在適當還原環境下，應仍可持續釋出砷，而為目前地下水砷汙染之來源。

Date of Award	2016 Feb 15
Original language	Chinese
Supervisor	Huai-Jen Yang (Supervisor)