第三章（氢氧同位素）ppt课件.ppt

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1、第三章氢氧稳定同位素Theory,TechniqueandApplicationofEnvironmentalIsotopes原子量低，一般小于36。同位素相对质量差大。形成共价键，键性与同位素分馏有很大关系。化学价可变，在化合价变化过程中会发生大的同位素分馏小丰度同位素的相对丰度为千分之几到百分之几，便于精确测定。研究稳定同位素的组成特征、变化机理、分馏原理并应用它们作为地球化学示踪剂研究各种地质过程轻元素稳定同位素的基本特点氢氧同位素概述天然水的氢氧同位素组成及分布特征氢氧稳定同位素的应用Ou

2、tline1概述氢氧同位素的主要地球化学性质氢和氧是自然界中的两种主要元素，它们以单质和化合物的形式遍布全球。水是一种极为重要的氢氧化合物。氢和氧是生物圈的最基本的物质组成，是各种生物赖以生存的基础。氢和氧是地壳的重要组成成分。氢和氧是大气的重要组成部分。由氢和氧组成的水（H2O）不仅参与自然界的各种化学反应和地质作用，而且也是自然界各种物质运动、循环和能量传递的主要媒介物。氢有两个稳定同位素：氕（1H）和氘(2H)。氕的天然平均丰度：99.9844％；氘的天然平均丰度：0.0156％。氢同位素1

3、H和2H彼此间有着最大的相对质量差（100％），因而同位素分馏特别明显。地球上氢同位素分馏范围达700‰，这一特点对于氢同位素的地球化学行为的研究非常有利。氢氧稳定同位素的丰度通常我们能够把氧同位素和其它同位素结合起来使用，互相验证。例如在全球变化研究，常常把碳、氢、氧的三种同位素结合使用，同时分析，同时测定。在研究天然水的同位素组成时更是不可分离。氧有三个主要的稳定同位素：16O、17O、18O。它们的平均丰度为：16O＝99.762％；17O＝0.038％；18O＝0.200％（它们的比例16

4、O:17O:18O＝500:0.2:1）。氧同位素自然界中氢、氧同位素的分馏主要是蒸发、凝结过程的同位素分馏和水与岩石圈、大气圈及生物圈的不同物质之间的同位素交换引起的。动力过程，如植物的光和作用、呼吸作用等也能引起较小的同位素分馏。蒸发时，较轻的同位素组分（1H和16O）总是优先富集在汽相中，富集的顺序取决于温度。氢氧稳定同位素分馏地下水是地球水圈的一部分，它同各种天然水体之间有着密切联系。在本节我们主要讨论地下水与其有成因关系的海水、大气降水、陆地地表水的氢氧同位素组成及其分布特征。2天然水的

5、氢氧同位素组成及分布特征海水氢氧同位素组成的特征：2.1海水深层海水的同位素组成非常接近SMOW，不同海洋区域的δ值变化很小。表层海水的氢氧同位素组成变化较大，通常两极地区海水的δ值较低，赤道地区较高。海水由于受陆地水的影响，其同位素组成常常偏负。海水的氢氧同位素组成与盐度之间存在着一定的相关关系。在地质历史时期，海水的氢氧同位素只有微小的变化。影响海水同位素组成变化的因素蒸发量与降雨量之比：δD＝Sδ18O，斜率S取决于区域性的蒸发量与降雨量之比，如太平洋S＝7.5，北太平洋S＝6.5；冰雪的堆

6、积与融化：据计算，若全球冰雪融化，海水的δ18O将降到-1‰，δD降到-10‰；海底火山活动以及海水与海底岩石、洋壳沉积物之间同位素交换反应。（Dansgaard，1964）（Y.Yurtsever，1975）（郑淑惠，1982）大气降水的同位素组成与温度存在着正相关关系，即温度升高，δ值增大，温度降低，δ值减小。但是这种变化在不同地区其变化程度相差很大。温度效应影响大气降水同位素组成的因素2.2大气降水纬度效应大气降水的同位素组成随着纬度的增高而δ值降低，称为纬度效应。纬度效应主要是温度和蒸气团

7、运移过程中同位素瑞利分馏的结果。季节性效应地球上任何一个地区的大气降水的同位素组成都有存在季节变化，一般夏季的δ值高，冬季低。这一现象称为“季节性效应”。北美地区不同纬度台站的δ18O降水季节性变化北半球大陆台站（帕兹台站）δT和δ18O的季节变化高度效应大气降水的氢氧同位素组成随着高度增加而逐渐降低的现象称为“高度效应”。高度效应在世界各地变化很大。当海拔高度较高时，平均气温较低，降水中的氢氧同位素减小。对18O来说，高度每升高100m，减少量为-0.15‰～-0.5‰，D的变化为-1‰～-4‰

8、。这种高度效应在地下水研究中是非常有用的，因为它将可以将高海拔和低海拔补给的地下水分开来。利用大气降水的高度效应，可以推测计算地下水补给区的高度和位置。穿过起伏较大的大陆边缘加拿大西部山脉降水的δ18O变化北大河水δ18O和高程的关系北大河样品的O18随高程变化比较稳定，说明源区河水的补给高程比较稳定，主要来自于高程相近的冰雪融水补给。黑河水δ18O和高程的关系大陆效应降水的同位素组成随远离海岸线而逐步降低降雨量效应大气降水的平均同位素组成是空气湿度的函数。因此，雨水的平均同位素组