Изотопия подземных вод

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Изотопия подземных вод

27.07.2020

В последние три десятилетия большой вклад в развитие различных разделов геологии внесли точные науки. Среди них ведущая роль принадлежит физике и химии. На основе последних достижений этих наук стало возможным определение естественных концентраций стабильных и радиоактивных изотопов элементов в различных геологических объектах, в том числе и в подземных водах.

В геохимии и космохимии в качестве рабочей гипотезы допускают, что первозданный изотопный состав любого химического элемента является природной константой. Затем в результате ядерно-физических, физико-химических, биологических и других процессов изотопный состав элементов претерпевает временные и пространственные изменения. В результате различные геологические системы и подсистемы приобретают естественные изотопные метки, которые дают возможность прослеживать эволюцию геологических образований во времени, изучать процессы массопереноса как между геосферами (системами), так и внутри отдельных геосфер (между подсистемами), определять термодинамические характеристики объектов и их изменение во времени, не поддающиеся прямым измерениям.

Наиболее часто при гидрогеологических исследованиях используют данные о распределении в различных типах подземных вод и водовмещающих пород стабильных изотопов водорода, кислорода, углерода н серы. Другие изотопы, а также изотопные отношения используются в гидрогеологии при специальных работах исследовательского характера.

Из космогенных радиоактивных изотопов в гидрогеологии находят широкое применение тритий и углерод-14, в меньшей степени применяют 32Si.

Для определения содержания стабильных изотопов в природных объектах в настоящее время применяются методы масс-спектрометрических измерений, обладающие чувствительностью и точностью, необходимой для гидрогеологической интерпретации получаемых данных.

Изотопный состав исследуемого образца определяется не в абсолютных, а в относительных величинах бi путем сравнения отношения ионных токов изотопических пар молекул в образце и стандарте
Изотопия подземных вод

где i* и i — ионные токи изотопических пар молекул. Результаты относительных масс-спектрометрических измерений изотопного состава водорода, кислорода, углерода и других химических элементов в современной литературе приводятся в величинах б, выраженных, как правило, в промиллях

где bА — относительное содержание исследуемого изотопа данного элемента; Rобр, Rст — отношение тяжелого и легкого изотопов этого элемента, измеряемое как отношение ионных токов соответственно в образце и стандарте.

Очевидно, что при таком способе представления результатов изотопных измерений фиксируется относительное (в %) обеднение или обогащение пробы менее распространенным (как правило, более тяжелым) изотопом по сравнению с выбранным стандартом. В этом случае для стандарта значение bА = 0.

Концентрации космогенных радиоактивных изотопов (трития, радиоуглерода, раднокремння и др.) определяют методами низко-фоновых измерении радиоактивности пробы или специально приготовленного из нее препарата. Природные изотопы растворенных веществ предварительно концентрируются специальными методами. Для измерения трития производят обогащение проб воды электролизом,

В качестве международного эталона при измерении углерода-14 используют стандарт Национального бюро стандартов США (NBS), представляющий щавелевую кислоту радиоактивностью 14,3 расп/мин на 1 г углерода (1,176*10в-10 % 14C). Стандарт современного радиоуглерода определен как удельная активность 14C в древесине, произраставшей в 1950 г., после введения поправки на изотопное фракционирование и присутствие в атмосфере индустриального углекислого газа. В терминах NBS стандарт современного углерода представляет 95% активности щавелевой кислоты стандарта NBS, т. е. 13,56 расп/мин на 1 г углерода.

Активность радиоуглерода в исследуемых пробах выражается в процентах от стандарта современного углерода

где А — содержание (радиоактивность) 14C в пробе, %; Nпр, Nф, Nст — радиоактивность пробы, фона и стандарта, измеренная радиометрическими методами.

Концентрация трития в природных объектах измеряется в тритиевых единицах (Т.E.). 1 Т.Е. соответствует содержанию одного атома 3H на 10в18 атомов 1H и эквивалентна 7,2 расп/мин в 1 л воды. Радиоактивность других космогенных радионуклинов измеряется в распадах в минуту на 1 кг или 1 т воды.

В настоящее время развитие изотопных методов за рубежом применительно к задачам гидрогеологии идет в двух направлениях. Первое связано с широким использованием природных изотопов при решении местных и региональных гидрогеологических задач на всех стадиях проведения гидрогеологических исследований: при гидрогеологических съемках различных масштабов, при поисках и разведке месторождений подземных вод, в области шахтной и мелиоративной гидрогеологии, при изучении условий формирования гидротермальных месторождений полезных ископаемых, при охране подземных вод от загрязнения и истощения. Второе направление включает исследования, связанные с изучением физико-химических условий формирования изотопного состава подземных и поверхностных вод с целью уточнения предпосылок, лежащих в основе использования природных изотопов в гидрогеологии. В настоящей главе будут рассмотрены основные достижения, имеющиеся по указанным направлениям.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: