Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
? самостоятельный выход на контейнер газа.
Тонкоизмельченную навеску мономинеральной фракции образца, эквивалентную (57)*10-3 г воды, вносят в лодочку из кварца и вводят в реакционное пространство реактора 1, внешние и внутренние рабочие объемы которого находятся в вакууме. Последнее позволяет осуществить заданный температурный нагрев образца вплоть до 1200. При этом могут использоваться электронагреватели из обычных высокоомных сопротивлений. Контроль и регулировку температуры осуществляют блоком регулирования и управления температурой (БРУТ). Вначале производят первичную тренировку образца при 130-170 в течение 1,5 - 2 ч в условиях высокого вакуума. Затем температуру в реакторе плавно повышают до заданной и выдерживают ~2 ч. Выделяющиеся водяные пары конденсируют жидким азотом в ловушке 5. Выделившуюся воду разлагают в U-образном реакторе из молибденового стекла на разогретой до 3951 смеси стружки и порошка металлического цинка, активированных бромистым свинцом. Конвекция паров воды происходит при последовательном чередовании нагрева и охлаждения (жидким азотом) ловушек 5 и 7. Всю систему, во избежание памяти, предварительно промывают анализируемым образцом и удаляют последний из системы до отсутствия фона с масс-спектрометрическим контролем. Полноту выделения водорода вначале контролируют по ртутному манометру, а на конечном этапе - также масс-спектрометрически по интенсивности ионного тока 2 а. е. м. Аналогичным процедурам подвергают образец SMOW или близкую к нему пробу воды, извлеченную из капсулы 4, которую после предварительной подготовки вводят в систему разложения через кран 3. Каждый образец исследуют не менее 3-4 раз.
Выделение водорода из газово-жидких включений в минералах и породах, каменных солей и поровых растворов. Методика проведения анализа в принципе сходна с вышеописанной методикой выделения водорода из ОН-содержащих минералов. Отличие состоит главным образом в несколько увеличенных размерах внутреннего реакционного пространства кварцевого реактора (рис. 5), температурных режимах и др.
ОТБОР И ХРАНЕНИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ВОДЫ И МИНЕРАЛОВ
Требования к отбору представительных проб воды, консервации ее и хранению в принципе те же, что и при обычных гидрогеохимических исследованиях. Некоторое отличие связано лишь с особенностями изотопного анализа воды: необходимым ее количеством и герметизацией контейнеров.
При массовых изотопных определениях особое значение приобретает представительность образцов. Поэтому желательно, чтобы при подготовке на изотопный анализ представительность проб предварительно устанавливалась обычными методами.
Пробы воды должны отбираться в стеклянную чистую посуду вместимостью 50, 100 или 200 мл, предварительно ополоснутую 2-3 раза той же водой. Полиэтиленовая посуда пригодна лишь для хранения образцов до 3-4 недель. Воду заливают под пробку, а надежная герметизация должна обеспечиваться резиновой или корковой пробкой с последующим парафинированием или использованием резиновой оболочки радиозонда.
При изотопном анализе водорода ОН-содержащих минералов (серпентины, биотиты, мусковиты, хлориты и др.) навеска мономинеральной фракции должна составлять 1-5 г, а пород с газово-жидкими включениями - 3 - 10 г; при исследовании изотопного состава кислорода в кислородсодержащих минералах и породах (кварц, магнетит и т. д.) - 1-3 г.
Глава II. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ ПРИРОДНЫХ ВОД
Изучение закономерностей распределения изотопов водорода и кислорода в природных водах, так же как и изотопов других элементов, предполагает некоторый изначальный изотопный состав данного элемента и последующую его эволюцию, обусловленную влиянием физических, химических и биохимических процессов в течение геологической истории Земли и изменяющихся - условий. Вода как удивительный феномен природы изучается многочисленными научными дисциплинами. Ее значение для развития живой и неживой природы огромно. Именно эта особая роль воды в формировании облика планеты, участие практически во всех геологических процессах, а также влияние на растительный и животный мир делают ее важным и актуальным объектом исследования.
Одной из главных проблем геологических и гидрогеологических исследований является выяснение вопросов, связанных с происхождением воды и образованием гидросферы. Этот круг задач тесно связан с такими фундаментальными проблемами естествознания, как происхождение Земли и Солнечной системы в целом. Решение этих и многих других проблем, имеющих более частное значение, с использованием изотопных методов невозможно без знания механизма фракционирования изотопов в результате различных природных процессов. Усилиями советских и зарубежных исследователей многие вопросы, связанные с фракционированием изотопов в процессе формирования природных вод, к настоящему времени изучены. Результаты теоретических и экспериментальных исследований рассмотрены в работах А. И. Бродского [1957 г.], Г. Юри [1947 г.], Ю. Б. Селенного и др. [1973 г.], В. И. Ферронского и др. [1975 г.], В. Н. Сойфера и др. [1967 г.].
Фракционирование изотопов в физических процессах связано с различием в свойствах изотопных разновидностей молекул воды: давлении паров, адсорбции, коэффициентов диффузии, плотности газообразной и конденсированной фаз, теплопроводности и т. п. Примерами таких процессов являются испарение, конденсация, радиолиз, гр