Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
34
(космического и радиогенного происхождения) и более 1000 искусственных радиоактивных изотопов (рис. 1.14). В геологии возникло самостоятельное научное направление — изотопная геология, где наибольшее значение придается изотопам свинца, углерода, кремния, серы, кислорода, водорода, лития, гелия, азота, бора, радия, урана, тория и др.
Содержание изотопов в природных объектах непостоянно, так как изотопы участвуют в изотопном обмене. Изотопный об-мен — это процесс, приводящий к изменению распределения изотопов между разными химическими формами элементов, разными фазами или внутри молекул. К изотопному обмену (или изменению изотопно-обменных равновесий) приводят многие физико-химические процессы: испарение и конденсация влаги, осаждение вещества, взаимодействия в различных геохимических системах («карбонат — гидрокарбонат», «газ — твердое
вещество» и др.)-
Различают стабильные и радиоактивные изотопы химических элементов как самой воды (H и О), так и содержащихся в ней макро- и микрокомпонентов. В настоящее время в гидрогеологии изучают стабильные и радиоактивные изотопы (космические и радиогенные), а также радиоизотопы-индикаторы.
Как известно, научно-методическое руководство по использованию достижений ядерной техники и технологии и изучению их влияния на природную среду осуществляет МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии, г. Вена), в составе которого активно работает секция изотопной гидрогеологии. В сферу деятельности секции входят изучение природного изотопного состава поверхностных .и подземных вод и искусственных радионуклидов в качестве индикаторов гидрогеологических, гидрохимических и гидрологических процессов, а также применение радиоизотопных приборов и инструментов для исследования природных вод.
Стабильные изотопы (1H, 2H(D), 16O, 18O, 12C, 13C, 32S, 34S, 3He, 36Ar и др.). А. П. Виноградов отметил, что изотопные смеси кислорода, серы, углерода, водорода и других элементов (особенно легких) в природных процессах не остаются постоянными и фракционирование изотопов достигает иногда 5% в ту или иную сторону. Так, основными процессами, при которых происходит фракционирование изотопов H и О, являются испарение и конденсация. При испарении наиболее летучие легкие изотопы протий 1H и 16O уходят из водного раствора, который при этом обогащается дейтерием (D) и 18O. Ниже приводятся наиболее характерные отношения дейтерия к протаю в различных природных водах, %:
метеорные и поверхностные воды....... 0,0109—0,0155;
морские и океанические воды........ 0,0150—0,0158;
подземные воды нефтегазоносных провинций ..... 0,0139—0,0163.
3*
35
I
-A
3 LI
.6,939
" Na
22,9898
Ш
« Be
9,0122
12Mo-
24,312s
5 B
10,811
13 AL
26,9615
14 Si
28,086
51
7 N
14,0067
15 p
30,9738
mm
32(064^2
9 F
16,9984
" CL
35,453
IO Ne
20,183
18
'5
39,948?%
19 K
39,102
20CA
40,08
21 Sc
44,956
29
63,54
30 ZlV
65,37
31 GA
22 Ti
47,90
23 -у 50,942
24Cr
51,996
25Mn
54,938
Триады —
переходных
элементов
60,72
32 Ge
7Z,59
37Rb
85,47
38 Sr
87,62
39 88,905
47 Ag*
107,87 й
48 Cd
112,4
49 lit
114,83
55 Cs
132,905
79 Alt
196.96Г
87 FT
(223)
56 BA
137,34
57 LA
138,91
ВО Hp*
200,59
ЕВ Ra
(226)
81 TL
204,37
89 AC
(227)
40 Zr
91,22
50 Sit
118,69
72 Hf
178,49
82Pb
207,19
104 Ku-
(260
33 AS
74,9216
34 Se
78,96
35 Br
79,909
36 KF
83,80_
26Fe 27 Co
55,847 58,9332
41 NB
92,906
42Mo
95,94
43 Tc
(99)
Триады —* переходных элементов
44Rb
101,107
SI Sb
121,75
52 те
127,6
53 I
126,9
73 TA
180,948
74Vf
183,85
75 Re
186,2
83
208,98
84 Po
(210)
85 At
(210)
105NS
45RIt
102,905
54 Xe
131,30
Триады —>
переходных элементов
76Os
190,2
86 Re
(222)
77 Ir
192,2
58 14O1
•Р1
.12
59Pr
140,907
60Nd|6iPm
144,24
047)
лантаноиды
62Sm|63 EuMCd
20NI
58,71
46Pd
106,4
78Pt
195,09
150.35
151,25 157,25
65Tb-
158,924
66Dy
162,50
67НО
164,93
68ЕГ
167,26
69 TtH
168.93
70Yb
173,04
71 LlX
174,97
актиноиды
90 Th 91
232,038 (231)
92 U|93Np
238,03 (237)
94Pu
(242)
95АШ
(243)
(247) (247)
98 Cf
(249)
99ES (254) гаойа
(253) TOIMD
(256)
102(NO)
(256)
103(Lr)
(257)
Рис. 1Л4. Изотопы элементов, изучаемые-в гндрогеохнмни (радиоактивные обведены жирной линией, стабильные — заштрихованы).
Наиболее постоянным содержанием дейтерия характеризуются воды морей и океанов (изменения в пределах 2%), в связи с чем морская вода принимается за стандарт (SMOW).
Отношения легкого изотопа кислорода к тяжелому (160/180) в природных водах изменяются в меньших пределах: водяной пар 496, пресные воды 498, морские воды 502.
Соотношение между 12C и 13C равно в среднем 90: 1 и благодаря естественным процессам фракционирования изменяется в пределах 4%. Соотношение между стабильными изотопами серы составляет, %: 32S :33S : 34S : 36S = 95:0,76:4,22:0,014.
Содержание стабильных изотопов D и 18O обычно выражают в относительных единицах стандарта б. Это оправдано тем, что наибольший интерес представляют именно вариации изотопного состава, а не абсолютное содержание изотопов в воде.
