Дейтерий и кислород-18 в поверхностных водах

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Дейтерий и кислород-18 в поверхностных водах

28.07.2020

Наиболее постоянными по содержанию дейтерия и кислорода-18 и другим физико-химическим свойствам являются океанические воды, составляющие 90% от общих запасов воды в гидросфере. Исследования, проведенные рядом авторов, показали, что океаническая вода на глубине 500 м и более весьма однородна по изотопному составу. Это обстоятельство дало основание X. Крейгу предложить ее в качестве стандарта для выражения содержания дейтерия и кислорода-18 в природных водах в относительных единицах.

Факторы, влияющие на изотопный состав атмосферных осадков, изучались X. Крейгом и другими исследователями. Главным фактором фракционирования изотопных разновидностей воды в поверхностном гидрологическом цикле является различие в давлении насыщенного пара различных изотопных разновидностей воды: pH2O > pH2O > pH2O. В равновесных условиях коэффициент их фракционирования определяется отношением давления насыщенного пара легкого р и тяжелого р' компонентов а=р/р'. При температуре 20° С а для НДО и 18H2O равно соответственно 1,08 и 1,009. Следовательно, пар в равновесии с водой обеднен примерно на 80% дейтерием и па 9% кислородом-18. Между средней концентрацией изотопов кислорода-18 b дейтерия в атмосферных осадках и среднегодовой температурой воздуха на поверхности экспериментально установлена корреляционная зависимость, основанная на обобщении опытных данных по различным районам Земли. Она прослеживается в очень широком диапазоне температур и выражается эмпирическими уравнениями
Дейтерий и кислород-18 в поверхностных водах

На основании уравнений (208) и (209) корреляционную зависимость между содержанием дейтерия и кислорода-18 в атмосферных осадках можно записать в общем виде

Значение коэффициента h можно определить из соотношения

Впервые корреляционная зависимость между bD и b18O для атмосферных осадков была экспериментально установлена X. Крейгом.

Зависимость содержания тяжелых изотопов водорода и кислорода в атмосферных осадках от температуры конденсации пара отражается в естественных изотопных метках, которые приобретают метеорные воды и которые связаны с географическими и палеогеографическими параметрами. Например, наблюдаются сезонные вариации дейтерия н кислорода-18 в атмосферных осадках, достигающие максимума в теплые и минимума в холодные сезоны года. По той же причине концентрация дейтерия и кислорода-18 в метеорных водах уменьшается при продвижении на север и с повышением абсолютных отметок местности.

Изменение изотопного состава воды в поверхностных водоемах под влиянием различных факторов детально рассматривалось в ряде работ.

Соотношение между дейтерием и кислородом-18 в атмосферных осадках, описываемое уравнением bD = 8b18O+10, доказывает, что конденсация влаги происходит в условиях, близких к равновесным, при которых коэффициенты разделения изотопов водорода и кислорода могут быть приняты равными соответствующим коэффициентам для равновесных систем. При испарении жидкости в неравновесных условиях, наклон прямой в координатах bD—b18O для испаряющейся жидкой воды становится более пологим.

Из опытов по выпариванию морской воды видно, что изотопный состав ее может при определенных условиях претерпевать инверсию, что обусловлено снижением скорости испарения раствора в результате снижения активности воды в жидкой фазе по мере накопления солей. Инверсия наблюдается лишь тогда, когда эксперименты проводятся в условиях, характерных для гумидных регионов с относительной влажностью более 0,7 и изотопный состав атмосферного пара значительно облегчен относительно морской воды. В прибрежных районах с аридным и полуаридным климатом, если солеродный бассейн представляет морскую лагуну, изотопный состав пара атмосферной влаги практически мало отличается от равновесного с морской водой. Как показано X. Крейгом, для Калифорнийского побережья, Средиземного моря, Красного моря и Аденского залива значения b18O в парах варьируют в пределах от -12 до — 9,7%, a bD для атмосферных паров района Калифорнии равно —86%. При равновесии солеродного бассейна с парами атмосферной влаги в подобных условиях его изотопный состав на конечных стадиях упаривания должен незначительно отличаться от морской воды. В континентальных солеродных бассейнах (соляных озерах), питание которых происходит за счет атмосферных осадков и разгрузки подземных вод, изотопный состав на различных стадиях выпаривания может резко изменяться в зависимости от климатических условий.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: