Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
с очень высокой чувствительностью и точностью; во-вторых, достоверные выводы для решения практически каждой конкретной задачи могут быть получены лишь сопоставлением и статистической обработкой большого числа экспериментально изученных образцов. Именно эти обстоятельства обусловили относительно небольшое число публикаций о распространенности изотопов кислорода и водорода в природных соединениях. Поэтому очень важно было располагать методами анализа изотопного состава природных вод (учитывая огромные водные ресурсы страны), которые совмещали бы высокую точность анализа с большой его скоростью. Это позволило бы перейти от единичных определений к систематическому изучению больших серий образцов. Представлялось также весьма перспективным изучение изотопного состава водорода и кислорода в газах, минералах и породах, с которыми исследуемые воды могли находиться во взаимодействии.
Ранее не существовало методов анализа изотопного состава кислорода и водорода в природных объектах, в частности в природных водах, которые удовлетворяли бы указанным целям. Поэтому первый этап работы заключался в создании прямых, технически простых и быстрых масс-спектрометрических методов анализа относительного содержания кислорода-18 и дейтерия. В гл. I в сжатом виде приведены критический обзор методов выделения кислорода и водорода из различных природных объектов, а также применяемые в работе масс-спектрометрические методики, аппаратура и техника подготовки проб для изотопного анализа. Кроме того, даны краткие сведения об изотопии кислорода и водорода природных вод и используемых стандартах. В гл. II рассмотрены процессы, контролирующие фракционирование изотопов природных вод, в гл. III - фактический материал по закономерностям распределения изотопов кислорода и водорода в различных типах природных вод - гравитационных (свободных), физически и химически связанных, отображенных в пределах территории как СССР, так и сопредельных стран (ЧССР, МНР, ПНР), в гл. IV - особенности формирования основных типов природных вод по изотопным и другим данным. В заключение (гл. V) приведены различные примеры применения изотопно-геохимических исследований для решения научных и народнохозяйственных задач. В связи с многоплановостью работы автор не считал целесообразным вводить литературный материал, за исключением гл. II, но по мере необходимости использовал его в каждом разделе.
Глава I. МЕТОДИКА ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА
Стабильные тяжелые изотопы кислорода и водорода в связи с весьма слабой их распространенностью были обнаружены несколько позднее изотопов других элементов. Изотопы кислорода (18О и 17О) открыты В. Джиоком и X. Джонстоном в 1929 г., водорода (дейтерий) - Г. Юри с сотрудниками в 1932 г.
Сразу же после открытия изотопов кислорода и водорода начались многочисленные исследования изотопного состава природных вод разных типов, в том числе и поиски тяжелой воды. Большинство этих работ в настоящее время имеют лишь историческую ценность, поскольку измерения проводились по общей плотности, которая неоднозначно определяет вариации в изотопном составе кислорода и водорода. Кроме того, часто исследования проводились на низком методическом уровне.
Новый этап в изучении природных вод связан с работами А. И. Бродского и его коллег, которые в 1937 г. разработали методики раздельного определения изотопного состава кислорода и водорода. Для этой цели использовалось сочетание денсиметрического и интерферометрического методов. Это позволило осуществить систематическое изучение распространенности изотопов водорода и кислорода в образцах воды разного происхождения: снегах, льдах, фирнах. инее, дожде, озерах и морях. Преимущество раздельного способа анализа особенно хорошо показано на примере исследования концентрации изотопов водорода и кислорода в океанических и морских водах Арктического бассейна, где были обнаружены закономерности их распределения в водах и льдах в зависимости от географических признаков, тогда как суммарная плотность оказалась малохарактерной [5]. Упомянутые методы анализа впоследствии применялись в ряде лабораторий мира для решения многих научных задач, а также для контроля обогащения вод тяжелыми изотопами. Однако широкая постановка исследований тормозилась трудоемкостью методик и относительно низкой точностью. Отдав в целом должное большому вкладу в геохимию изотопов природных вод пионерским работам, выполненным не масс-спектрометрическими методами, отметим, что нами рассмотрены лишь результаты исследований, осуществленных методами прецизионной масс-спектрометрии.
Впервые метод прецизионной масс-спектрометрии был предложен группой Г. Юри в 1951 г. [84] для определения палеотемператур древних морей и явился следующим крупным вкладом в развитие геохимии изотопов легких элементов. Разработанные методы были применены С.Эпштейном. Т. Майедой, И. Фридменом и другими для изучения изотопного состава природных вод [78, 80].
Три изотопа водорода - 1Н, 2Н(D) и 3Н(Т) - и шесть изотопов кислорода - 14О, 15О, 16О, 17О, 18О и 19О - образуют 36 изотопных разновидностей, из которых только 9 включают стабильные изотопы и содержатся в природной воде примерно в следующих концентрациях, мол. %: 1Н216О - 99,73; 1Н217О - 0,04; 1Н218О - 0,20; 1Н2Н16О - 0,03; 1Н2Н17О - 1,2*10-15 ; 1Н2Н18О - 5,7*10-5; 2Н216О - 2,3*10-6; 2Н217О - 0,9*10-9 и 2Н218О - 4,4*10-9.
Наибольшую роль в геохимических исследованиях имеют соотношения стабильных изотопов водорода (D/H?1/6700) и кислорода (18О/16О?1/500). Радиоактивные изотопы 14О, 15О и 19О, жизнь которых изм?/p>