Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
За стандарт обычно принимается Международный стандарт среднеокеанической воды .(SMOW), который для дейтерия (?DSMOW) равен 0,0158%, а для 18O(?180SMOW) —0,1933%. Относительное содержание D и 18O (SD и 618O), выраженное в промилле, находится из выражения:
X _ #обр — ^SMOW 1 A3 О/
И— _ /СО»
ASMOW
где R0Gp и ??SMOW — изотопные отношения (D : H и 18O : 16O) соответственно в исследуемом образце и стандарте SMOW. Средняя погрешность определения б на масс-спектрометре равна: 6D = ±2%o, б18О = ±0,2%сч Изотопный состав в природных водах изменяется в пределах: >400%о для 6D и 40%о для б180, т. е. почти в 200 раз превышают погрешность измерений.
Данные по OD и 618O обычно наносятся на соответствующие графики (рис. 1.15, 1.16). Для метеорных и поверхностных вод мира (за исключением областей с аридным климатом) X. Крэй-гом получена корреляционная зависимость, описываемая уравнением прямой линии:
8D = 86*8O-fl0 •/
00'
Эта линия получила широкое распространение в практике изотопных исследований под названием линии Крэйга. Анализ получаемых на графиках фактических данных, по сравнению с линией Крэйга, позволяет решать задачи формирования подземных вод. Например, в процессе испарения воды из открытых водоемов происходит увеличение относительного содержания D и 18O, что фиксируется снижением коэффициента в уравнении прямой линии с 8 до 4—6. Для пресных подземных вод, формирующихся за счет атмосферных осадков и поверхностных вод, точки на графиках зависимости 6D и 618O будут близко совпадать с линией Крэйга.
37
&\%, -12 -? -4
Ai *
140 -
-UO -
-80 -
-120 -Ti
8 ~
-ца -so -72 а
-1Б0
Рис. 1.15. Средний изотопный состав атмосферных осадков и подземных вод зоны активного водообмена (по В. А. Полякову).
Регионы: / — Рвонская низменность; 2 — Южная Камчатка; S-Московская обл.; 4— Южная Карелия; 5 — Большой Кавказ (ледники); 6 — п-ов Таймыр; 7 — Центральная Якутия; 8 — океаническая вода; // — линия метеорных вод; // — линии термальных вод.
Рис. 1.16. Соотношение концентраций дейтерия и кислорода-18 в глубоких подземных водах (по В. И. Ферронскому и В. А. Полякову):
1—4 — бассейны (/ — Иллинойсскнй. 2 — Галф-Кост, 3 — Мичиганский, 4 — Альберта) _ . J
-10
-6
-2 О 2
6 (T10O, Уоо
Использование стабильных изотопов D и 18O для решения проблемы формирования подземных вод основано на эффекте фракционирования тяжелых и легких изотопов в процессе вла-гопереноса.
Например, по содержанию D и 18O можно различать подземные воды растворения солей и метаморфизованные морские воды (первые содержат D и 18O меньше, чем вторые). Соленые воды континентального засоления (испарения) отличаются от морских большей степенью обогащения 18O вследствие неравновесного фракционирования во время испарения. Метаморфизованные морские воды по сравнению с неизмененной морской водой-имеют относительно повышенные значения величины 180/D, обусловленные кислородным изотопным обменом с породой (кислородный сдвиг при высоких температурах).
38
?
Радиоактивные изотопы космогенного происхождения, представляющие интерес для гидрогеохимии и гидрохронологии, следующие (в скобках приводится период их полураспада): 3H (12,43 лет), 7Be (53 дня), 10Be (2,7-10е лет), 14C (5730 лет), 22INa (2,6 лет), 24Ne (15 ч),26А1 (7,4-10» лет), 28Mg (21,3 ч), 32Si (-100 лет), 33P (25 дней); 35S (87,1 дня), 36Cl (3,Ы05 лет), 37Ar (35 дней), 39Ar (270 лет), 53Mn (2-106 лет), 59Ni (8•1O4 лет), 81Kr (8,1•1O5 лет). При облучении космической пыли, выпадающей на земную поверхность (около 106 т/год), образуются такие радиоактивные изотопы, как 10B, 14C, 22Na, 36Al, 36Cl, 39Ar, 5aMn, 59Ni и др. Активность радионуклидов в природных водах измеряют в . беккерелях (Бк), а концентрацию трития 3H — в тритиевых единицах (ТЕ). ITE соответствует содержанию одного атома трития на 1018 атомов протия. Содержание радиоуглерода (14C) выражают в процентах (или в промилле) от стандарта современного 14C, которым является щавелевая кислота:
6"C= л°р-^т .100 0/о (ЮОО V00),
где Лцр — радиоактивность пробы; Лст — радиоактивность стандарта. Основная часть ( — 70%) космогенных изотопов образуется в верхних слоях атмосферы и около 30%—в тропосфере в результате ядерных реакций. Последующая их история связана с процессами циркуляции воздуха между стратосферой и тропосферой, течениями воздуха в тропосфере и выпадением части изотопов на земную поверхность вместе с атмосферными осадками, космической пылью или в виде аэрозолей.
Наиболее широкое применение в гидрогеологии нашли такие изотопы, как тритий (3H или T) и радиоуглерод (14C). Радиоактивные изотопы используются для определения возраста подземных вод, так как радиоактивность воды (и растворенного вещества) со временем уменьшается по закону радиоактивного распада:
Л = Д>е-Ч
где А — наблюдаемая активность; A0 — активность в момент поступления воды в водоносный горизонт; К — постоянная распада; t — возраст воды*.
Например, для датирования подземных вод зоны активного водообмена, а также оценки современного питания широко используется тритиевый метод. Содержание трития в атмосферных
