Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
µвых каплях благодаря их интенсивному испарению при дефиците влажности воздуха. Эти и другие исследования показывают, что изотопные отношения в выпавших осадках не могут отвечать их изотопному содержанию в облаках. Фракционирование изотопов может быть обусловлено также вихревыми и адвективными процессами в атмосфере [Eriksson Е., 1965 г.], изотопным обменом падающих капель с атмосферным паром, адсорбцией, различием в коэффициентах диффузии молекул Н216О, НD16О, H218О и т. п. Несмотря на выполненный к настоящему времени значительный объем изотопных исследований атмосферных осадков, многие вопросы, связанные с повсеместным изучением как распределения изотопов, так и процессов их контролирующих, остаются нерешенными. Последнее, разумеется, затрудняет окончательное построение элементарной физической и изотопной модели кругооборота метеорных вод. Формирование изотопного состава морских вод и рассолов в процессе испарения. Генезис глубоких подземных рассолов, как известно [33, 68 и др.], связывается во многих случаях с эвапоритовыми бассейнами прошлого. Поэтому для правильного использования изотопных данных в целях познания природы этих рассолов необходима информация о характере поведения изотопов в процессе естественного (солнечного) испарения морской воды. Особенно остро этот вопрос обсуждается в последние годы в связи с противоречивыми взглядами исследователей как на происхождение рассолов, рассольных вод и солей [33, 46, 59, 68], так и на саму правомочность использования стабильных изотопов воды - растворителя - для выяснения генезиса подземных флюидов [52]. Последнее, видимо, объясняется недостаточной изученностью проблемы в целом, ее разносторонностью и, возможно, субъективностью подхода к ее рассмотрению [52]. К настоящему времени опубликовано относительно небольшое число работ, в которых рассматриваются различные факторы, влияющие на изменение изотопного состава морских вод в процессе испарения. При этом практически все проведенные эксперименты ограничивались сгущением морской воды до стадии садки гипса и галита [53, 81, 92 и др.]. Нами впервые степень сгущения доводилась до стадии садки калийных солей [34]. И. Фридмен и др. [92] сообщают об анализах изотопного состава водорода морской воды, испаряющейся из котлованов, для производства солей в районе Лесли-Соулт (южная часть Сан-Франциского залива). Они нашли для морской воды и трех различных рассолов () близкие значения Авторы считают, что морские туманы, наблюдающиеся ежедневно в течение месяца, способствовали установлению равновесия между рассолами и водой. Р. Ллойд [Lloyd R., 1966 г.] провел серию экспериментов в лабораторных и полевых условиях по изучению поведения изотопов кислорода при выпаривании морской воды с соленостью 36‰ и ?18О =1,0‰. Анализировались различные модели испарения: а) по Свердрупу, с равновесным, диффузионным и смешанным слоями; б) равновесное испарение с единственной стадией изотопного фракционирования в системе жидкость - пар, при которой изотонически легкий пар удалялся из области испарения благодаря массопереносу без какого-либо дополнительного изменения изотопного состава; в) варьирование скорости испарения и других условий эксперимента. Наиболее подходящим признается механизм испарения Свердрупа, хотя и он, как верно отмечается в работе [53], не объясняет инверсию в содержании изотопов, роль атмосферного пара и т. д.
Сопоставив наблюденные закономерности при испарении морской воды из бассейнов больших и малых объемов, можно сделать заключение об их сходстве с некоторым замедлением обогащения тяжелыми изотопами в бассейнах с меньшими объемами. Р. Ллойд считает, что рассолы морских побережий не могут увеличивать 18О более чем на 6‰. Он делает также вывод, что в рассолах с природной морской водой влияние атмосферного обмена преобладает над кинетическим изотопным эффектом в процессе выпаривания, в то время как в рассолах замкнутых бассейнов с сухим континентальным климатом кинетический эффект может преобладать на ранних стадиях испарения.
Р. Гонфиантини [81] провел модельные опыты по испарению средиземноморской и дистиллированной вод одинакового изотопного состава. Эксперименты велись при постоянных значениях влажности воздуха и изотопном составе атмосферной влаги. Было установлено увеличение содержания тяжелых изотопов по мере испарения морской воды до С уменьшением объема воды до 10-12% от исходного количества происходило резкое обеднение остаточной фракции тяжелыми изотопами. Стабилизация изотопного состава дистиллированной воды наблюдалась при значениях
Аналогичные эксперименты по изотопам кислорода, но на примере испаряющейся в природных условиях морской воды (лагуна Эгью-Морт, Гард), осуществил Ж. Ч. Фонт [1966 г.]. Здесь также результаты исследований показали, что остаток жидкости обогащается тяжелым изотопом кислорода до . Эти значения отвечали испарению примерно 85% исходного количества воды, после чего наблюдалось обеднение остаточной фракции до +6‰. Анализируя поведение тяжелых изотопов в этих опытах, А. И. Поливанова [00] отмечает возможное влияние изменения степени гидратации раствора на инверсию в их содержании.
Л. С. Власова и В. С. Брезгунов [00] теоретически оценили средний изотопный состав рассолов, формирующихся при испарении воды с нормальной морской соленостью в заданных разумных пределах природных параметров. Вычисления проводились на примере двух моделей, отвечающих крайним состояниям водного режима испаряющихся в природе водоемов:
) с постоянным уровн?/p>