07 第七章地下水测年.ppt

1982年氚年龄等值线图（据刘存富） 不同方法测年的对比分析 参照韩庆之2003和2004年两次取样作的3H－3He年龄等值线图，以及1982年刘存富等所作的同一地区浅层地下水的3H年龄等值线图对比不同时期、不同方法测得的年龄可以得出一些结论。 相同点：三幅年龄等值线图具有的一致变化规律，从西北到东南，地下水年龄呈现逐渐变老的趋势。 不同点： （1）SF6法受到本身测年条件的限制，只能用来测非常年轻的地下水，其年龄等值线到20年就截止了，市区中心的降落漏斗无法在图上反映出来；而3H－3He法和氚法在图上反映的年龄等值线可以到50年，年龄等值线向降落漏斗中心凸出。 （2）市区东北方向的正定附近的地下水SF6年龄和氚法年龄比较接近，但是要大于3H－3He法年龄。 可能的原因： 取样点和取样层位不同 三种方法在这一区域取样布点稀少，主观因素影响较大 （3）市区北部滹沱河河岸带直至石津总干渠一带，SF6年龄和3H－3He法年龄比氚年龄小。 可能的原因： 滹沱河地表和地下径流变化 氚法本身有局限性，测小于10年的年轻地下水不准。 不同方法测年的对比分析 样品采集 (1) SF6水样的野外收集： 用500ml的带橡胶塞的窄口玻璃瓶取样，每个样采集8瓶，总量为4L，以满足大体积水量的要求。取样前先将玻璃瓶清洗三次，使用排气法收集水样，最后用橡胶塞封口，尽量不留顶空气体。 (2) SF6气体样品的野外收集 （为了找到对应的增长曲线）： 气体采样袋贮气法（1 L ） (3) 18O、D样品的野外收集： 50mL的高密度聚乙烯瓶 关键：防止样品漏气或污染 地球上“交换碳”有三大储存库：大气圈、生物圈和水圈 计算表明，地球上14C总量约90吨。14C属于宇宙成因核素，天然14C的产生率为2.6原子/cm2.s，相当于每年生成14C约9.8kg。14C随着“交换碳”参加大气圈、生物圈和水圈的交换循环，最终达到平衡。 可以认为，“交换碳”在最近数万年内基本上是恒定的。但是，由于19世纪后半叶人类工业活动使自然界中碳循环起了相当大的变化。大量的烃和石油（不含14C）的燃烧使大气中CO2含量急剧增加，产生了人们所知的“温室效应”，同时也引起了碳同位素组成的改变，即大气CO2中14C的含量相对减少，这个效应被称为“工业效应”。据统计，在20世纪前50年内，大气中14C含量相对稀释了2％～6％。相反，20世纪40年代开始的空中核试验直接导致大气中14C浓度的增加，这个效应称为“核爆效应”。自1953年以来，大气CO2中的14C浓度普遍增加。 2 14C起源、循环与分布 2.1 14C 的起源 天然起源的14C 天然起源的14C是在平流层和对流层之间的过渡地带，通过二次宇宙射线的慢中子和氮原子的一种核反应生成的（Libby，1965）。 在14C形成的同时，又发生着14C的衰变： 当宇宙射线恒定时，14C的形成与衰变处于动平衡状态。 宇宙射线通过地球表面的大气层后，自身能量几乎耗尽，因此，地球表面上宇宙成因的14C是极少的，可以忽略不计。所以，地球上天然14C主要是在大气圈上层（12-13km处）由宇宙射线中的热中子和大气中氮的核反应形成的。所以说，14C是宇宙成因核素。 2.2 14C的交换循环 地球上“交换碳”有三大储存库，即大气圈、生物圈和水圈。 大气圈：是天然14C储存库之一，新的14C在这里产生。通过扩撒作用使整个大气圈中的CO2都含有14C。尽管大气中CO2的含量很少，按体积计算略大于0.03％，但它却具有很重要意义，因为大气圈是天然14C的唯一发源地，并且由此与其它交换储存库（如生物圈、水圈）进行自然界碳的交换循环运动。 生物圈：生物圈也是天然14C的交换储存库。大气CO2与生物界有着密切的关系，空气中CO2是生物化学过程中碳的基本来源。自养生物的光合作用使大气中的碳最先进入生物圈。植物靠光合作用吸收了大气中含14C的CO2，组成自身的根、茎、叶、花果、种子等组织，使所有植物均含有14C的放射性。动物直接或间接地以食用植物为生，所以也含有了14C的放射性，于是整个生物界都含有恒定的14C放射性。另外一方面，生物遗体、排泄物经过腐烂分解、动物呼吸、植物作为燃料被燃烧、化石燃料的使用等，所释放的CO2又回到大气圈中或又被植物吸收。这就使大气圈和生物圈中的碳发生了交换循环。当然，在碳循环过程中，有机体内的14C又不断地因衰变而减少。生物遗骸中也含有14C。 水圈：水圈也是14C的最大交换储存库。大气CO2大部分溶解于水中，形成含14C地碳酸及碳酸盐，如CO32-、HCO3-及H2CO