Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
µм, у которого весь приток расходуется на испарение
,(17)
где - коэффициент равновесного фракционирования; - фактор кинетического фракционирования; и - изотопные отношения в притоке и региональных атмосферных парах; - активность испаряющейся воды; - относительная влажность атмосферы при температуре поверхности воды;
) с исчерпыванием - модель пересыхающего бассейна
(18)
где R заменено на = и на ; - конечный и исходный изотопный состав испаряющейся воды; f - степень сокращения объема жидкости, равная отношению оставшегося объема к первоначальному.
В качестве переменных параметров авторы задаются изотопными отношениями водорода и кислорода в атмосферном паре, испаряющейся жидкости и воде притока, температурой испаряющейся воды, влажностью, активностью воды в растворе, коэффициентами кинетического фракционирования и др. При расчетах допускалось, что выпадающие соли не влияют на изотопный состав воды, т. е. разделение в системе вода - минерал отсутствует, а изменение параметров RА, h, k и (как функция температуры) носит кратковременный характер (сезонно-суточный), что позволяет считать их средние значения постоянными во времени.
В результате модельных расчетов было получено около 100 кривых распределения изотопного состава в испаряющейся морской воде по каждой из моделей. Анализ полученных кривых показал, что в отличие от растворов начальной стадии выпадения солей (где наблюдается обогащение воды дейтерием и кислородом-18 до некоторого предельного значения, определяемого влажностью и изотопным составом атмосферного пара) в случае высококонцентрированных рассолов с активностью воды 0,33, соответствующей приблизительно стадии выпадения солей магния, имеет место уменьшение содержания тяжелых изотопов в остающейся воде. Вычисленные экстремальные значения обогащения и обеднения оказались за пределами реальных значений. Поэтому были введены ограничения, отвечающие климатическим условиям образования мощных солеродных бассейнов
, что сузило пределы содержаний изотопов и позволило получить значения, близкие к реально установленным в первичных ископаемых рассолах морского происхождения: D от +80 до -40, О от +22 до +3‰ (при = 050; = 05‰). Отличие вычисленного диапазона значений D и О от вариаций этих величин в метеорных водах позволило авторам сделать заключение о возможности использования изотопных данных при оценке генезиса захороненных рассолов [21].
О. Матсубая и др. [85] приводят соотношение между изотопным составом водорода (кислорода) в водяном паре и различными показателями, обусловливающими сокращение первоначального объема воды в водоеме,
+ = ,(19)
где , и - значения D или , ‰, умноженные на 10-3, соответственно в паре, в воде и в атмосферной влаге; - активность воды водоема; - относительная влажность воздуха, приведенная к температуре поверхностного слоя воды в водоеме; - фактор изотопного фракционирования между водой и паром в равновесии; Г - фактор коррекции на эффект гидратации растворенных солей, ,, - сопротивление движению легких и тяжелых разновидностей изотопов в атмосфере и тяжелых разновидностей изотопов в воде соответственно.
Все ранее проведенные эксперименты по испарению морской воды заканчивались стадией садки гипса или галита, что не отвечает более высокому уровню содержания ионно-солевого состава, выявленному в глубоких подземных водах. Именно это обстоятельство, а также недостаточная изученность проблемы в целом, неоднозначность точек зрения о механизме поведения изотопов в процессе естественного испарения морской воды и, как следствие, высказывания об ограниченных возможностях использования изотопного состава высокоминерализованных глубинных рассолов Для установления происхождения подземных вод артезианских бассейнов [52] стимулировали нас продолжить эти исследования.
Работа велась в двух направлениях. Первое имело целью определить коэффициент фракционирования изотопов водорода и кислорода при испарении ископаемых рассолов различной минерализации и химического состава, отобранных из разных водоносных комплексов и географических районов [Малюк Г. А. и др., 1975 г.], второе - изучить поведение изотопов водорода и кислорода в процессе солнечного сгущения воды Черного моря и рапы оз.Сасык-Сиваш. Работа второго направления выполнялась в период с 1972 по 1977 г. совместно с М. Г. Валяшко и И. К. Жеребцовой (кафедра геохимии Московского государственного университета - МГУ) и А. И. Поливановой (Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов - ВНИИГаз). При этом эксперимент по испарению морской воды проводился в условиях аридного климата современного Причерноморья, в котором сгущение вод было доведено до стадии садки калийных солей.
Таблица 7
Результаты определения коэффициентов изотопов водорода и кислорода в природных водах различного химического состава
Характеристика образцаОбъем остаточной фракции,%Исходная минерализация, г/лСодержание,г/лТемпература испарения,Изотопный состав исходной воды,‰K+ + Na+Mg2+Ca2+Cl-Br+I-Вода дистиллированная (водопровод, г.Киев)70-------401,0591,0077-95-11,0То же30-------401,0601,0108-95-11,0Вода океаническая (Арктика, проба 794)5034,811,21,30,419,350,0660,00005401,0611,0091-5-0,4То же5034,811,21,30,419,350,0660,00005501,056--5-0,4Рассол (Припятский прогиб, Давыдовская площадь, скв.2, интервал опробования 3150-3160м)50376,236,112,982,0239,33,970,34401,0601,0080-41+1,4Рассол (Припятский прогиб,Копаткевичская площадь, скв.6, интервал опробования 2935 - 3031м)50366,224,517,084,0235,18,50,03401,0501,0076-27-4,3Рассол(Сиби?/p>