第二部分 大气降水、地表水、地下水同位素研究中的一些问题.ppt

第二部分：大气降水、地表水、地下水应用中的几个问题一.大气降水的同位素分布特征 1. 大气降水氢氧同位素基本特征 大气降水氢氧同位素组成特征：δD－δ18O值之间呈线性变化；大多数地区大气降水的δD和δ18O为负值；δ值与所处地理位置有关，并随离蒸气源的距离增大而变得更负。 降水方程： 由于水在蒸发和凝结过程中的同位素分馏，使大气降水的氢氧同位素组成出现了线性相关的变化。这一规律最早是由Craig（1961）在研究北美大陆大气降水时发现的，并把这一规律用数学式表示为： δD = 8δ18O+10 这就是降水方程，又称之为Craig方程（图2-2-1）。 H: 99.9814％, D：0.0156 ％； 16O：99.762 ％ ，17O：0.038 ％ ， 18O ：0. 200％ 天然水：； H216O（18） 、HD16O（19）、D216O（20）、 H217O （19）、HD17O（20）、D217O（21）、 H218O（20）、 HD18O（21）、D218O （22） 等不同类型的同位素水分子的聚合体。H216O分子在水中占绝对优势，其它相对较重同位素水分子含量很少。 蒸发过程中的同位素分馏受两种因素制约：水同位素分子的质量数（振动频率）；氢键的强弱（同位素水分子的结构，静电引力的大小差异）。 降水过程中的同位素分馏主要受同位素水分子结合能的影响。造成大气降水的氢氧同位素组成呈线性分布，大气降水方程的斜率和截距的变化，受蒸发和凝结过程中的同位素分馏程度所制约。 图2-2-1为大气降水中δD-δ18O关系图（Craig，1961） （2）δD－δ18O图形： 在δD－δ18O的图中可以直观地得到以下规律： （1）温度低、寒冷季节、远离蒸气源的内陆、高海拔、或高纬度区的大气降水的同位素组成，一般落在降水线的左下方，反之其它降水的同位素组成落在降水线的右上方。 （2）偏离全球降水线，斜率较小的蒸发线（或地区降水线），则落在它们的右下方。斜率越小，偏离降水线越远，并反映其蒸发作用越强烈。 （3）蒸发线和降水线的交点，可近似反映出蒸气源水的原始平均同位素组成。 （4）两种不同端元水的混合，例如，经蒸发的水与雨水混合的水体，其同位素组成落在该水体蒸发线和雨水线之间的区域内，它与两种端元水的距离，可近似地反映其混合量。 Y.Yurtsever（1975）利用降水的平均同位素组成与纬度、高度、温 度和降水量作多元回归分析，其线性方程为： δ18O = a0+a1T+a2P+a3L+a4A 式中：T为月平均温度（℃）；P为月平均降水量（mm）；L为纬 度；A为高程（m）；a0、a1、a2、a3、a4分别为回归系数。 2.1 温度效应 大气降水的平均同位素组成与温度存在着正相关关系。 (1)北大西洋沿海地区，在中-高纬度滨海区，降水的年平均加权δ值与年平均气温（t）关系为： δ18O = 0.695t－13.6 δD = 5.61t－100 2. 大气降水过程中的同位素效应 (2)北半球的Thule, Groenedal, Nord和Vienna等地，获得降水的δ18O 和月平均温度的关系为： δ18O = (0.521±0.014)t－(14.96±0.21)‰ r = 0.893 莫斯科地区的相关方程（Polyakov和Kolesnikova，1978）为： δ18O = (0.34±0.03)t－(12.6±0.3)‰ r = 0.82 δD = (2.4±0.2)t－(101±2)‰ r = 0.89 维也纳地区的相关方程（Polyakov和Kolesnikova, 1978）为： δ18O = (0.40±0.04)t－(13.2±0.5)‰ r = 0.74 δD = (2.94±0.19)t－(99.3±16.9)‰ 英格兰地区的相关方程（T. L. Evans等，1979）为： δ18O = 0.23t－8.62‰ r = 0.77