Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
?ская платформа, Илимская площадь, скв.4, интервал опробования 2940-2951м)50380,343,177,0881,3226,81,690401,0711,0080-61-7,6
При определении коэффициента разделения изотопов водорода и кислорода образцы рассолов подбирались таким образом, чтобы учесть исследования Р. Л. Кембса и X. А. Смита [Combs R. L., Smith Н. А., 1957 г.], которые нашли, что элементы с большим размером радиуса иона, например Вг-, I-, при определенных концентрациях раствора могут приводить к преимущественному улетучиванию тяжелых изотопных разновидностей молекул воды. Поэтому анализировались рассолы с различным содержанием брома и йода, в том числе и близкие к предельным. Эксперименты проводились при 40 до остатка 50% от исходного объема при испарении в одинаковых условиях вакуума. При этом учитывалось, что испарение в вакууме протекает при большей скорости, чем в обычных условиях, и возможно отклонение от условий равновесия. Для сравнения определялись также коэффициенты фракционирования изотопов водорода и кислорода в дистиллированной воде с активностью ионов три остаточных объемах 70 и 30% и в океанической воде с минерализацией 34,8 г/л (табл. 7). Как следует из табл. 7, при изменении концентрации ионно-солевого состава в воде от 34,8 до 376,2 г/л, содержания иода от 0,05 до 340 мг/л и брома от 0,066 до 8,5 г/л коэффициент разделения изотопов водорода и кислорода для исследуемой группы рассолов варьирует от 1,050 до 1,071 и от 1,0076 до 1,0080 соответственно, т. е. имеет практически одни и те же значения, что и для дистиллированной воды ( = 1,0561,060; = 1,00771,0108). Из этого следует важный вывод, что в процессе испарения высокоминерализованных рассолов преимущественной летучестью обладают легкие изотопные разновидности, аналогично тем, которые наблюдаются в пресных водах. Предпочтительное улетучивание молекул HDO ни в одном из случаев не отмечается. Это заключение согласуется с лабораторными экспериментами В. А. Полякова и Ю. Б. Селецкого [1972 г.] по упариванию вод Атлантического океана, Каспийского моря и искусственных солевых растворов.
Результаты изучения поведения изотопов водорода и кислорода в процессе испарения вод Черного моря и оз. Сасык-Сиваш, а также сведения о химическом составе вод, сумме солей и хлор-бромном коэффициенте в зависимости от изменения содержания остаточной фракции, представлены в табл. 8.
Испарение воды Черного моря до высоких стадий сгущения - стадии садки калийных солей (320 г/кг или ~ 420 г/л) - проводили в Крыму, вблизи г. Саки, в течение двух летних сезонов.
Таблица 8
Содержание дейтерия, кислорода-18 и химический состав в водах сгущения Черного моря и оз.Сасык-Сиваш [34]
Остаточный объем жидкости %Плотность,
г/см3Сумма солей,
г/кгСодержание, г/кг,‰
HCO3-SO42-Cl-Br-Ca2+Mg2+Na+K+Испарение воды Черного моря1001,013518,670,211,4410,200,0350,230,675,740,19291-25-4,0831,017023,810,251,7813,020,040,280,837,350,25325-25-4,0501,028337,810,392,9520,610,070,441,4111,520,42294-10+0,8501,029138,710,453,0221,200,070,441,4511,860,42302-8+0,1231,056372,280,585,7039,460,140,762,7222,040,882810+2,3231,053570,150,585,4438,420,130,732,7021,360,79295-2+2,0111,1108147,001,6010,5580,740,351,555,4045,601,81230+11+4,9111,1119149,731,6010,3682,640,371,105,5246,501,87223+16+6,961,1834241,201,3014,25136,600,540,459,2376,302,96253+12-0,361,2137264,851,5015,87155,900,610,3010,6586,903,48256+3-1,73,61,2234282,731,7024,58156,000,910,3018,0076,405,35171-15-1,53,6------------18-0,72,61,2369286,572,0036,99151,701,450,1526,0067,038,12102-28+1,30,81,2897320,530,6140,70188,304,50следы67,6311,709,6342-60-2,5Испарение вод оз.Сасык-Сиваш-1,2645294,601,5442,96160,302,630,0549,4025,1012,5162-27-3,0-1,2832311,602,1041,70174,303,160,0356,9418,1015,2550-62-4,3-------------65-9,0-1,3050321,42,6027,12197,404,06-65,7011,1513,0549-63-8,7
Морскую воду с минерализацией 18,67 г/кг и исходным объемом около 2000 л испаряли в специальных кюветах. Кюветы оборудовали крышками, предохраняющими от попадания атмосферных осадков ночью (росы) и в период дождей, очень кратковременных в течение обоих периодов. В начале эксперимента водой наполняли 16 кювет, из которых затем сливали попарно после уменьшения количества раствора наполовину. В первый сезон объем испаряющейся жидкости в кюветах менялся от 130 до 60, а во второй- от 60 до 30 л. Конечный объем составил около 15 л. Температура воды 20-30. В процессе испарения фиксировали остаточный объем и отбирали пробы для определения состава растворенных солей и содержания изотопов водорода и кислорода.
Как следует из табл. 8, а также зависимостей в координатах и О (рис. 6), по мере испарения воды Черного моря наблюдается закономерное возрастание D и O соответственно от -25 и -4 до +16 и +6,9‰. Наибольшая концентрация дейтерия и кислорода-18 отмечается перед началом садки гипса ( f = 11 %). Затем наступает глубокая инверсия со значительный уменьшением содержания тяжелых изотопов на высоких стадиях сгущения рассолов. В наиболее высокоминерализованных рассолах определены значения и O, которые соответственно составляют -65-60 и -9,0‰. Естественное солнечное испарение морской воды протекает, как известно, таким образом, что когда концентрация рассолов достигает пределов растворимости, происходит выпадение компонентов в твердую фазу. Вначале выпадают из раствора карбонаты, гипс и галит, затем сульфаты магния и калийные соли.
В области, близкой к максимальному содержанию изотопов водорода и кислорода, отмечаются резкое уменьшение концентрации хлоридов натрия и увеличение количества сульфатов и хлоридов магния. Именно это обстоятельство дало основание сделать предположение, что выявленная связь между изотопным и химическим составами сильноконцентрированных водных растворов Mg и Na обусловлена особенностями их структуры [34], и вслед за Ю. А. Борщевским и В. И. Христиановым [4] также считать, что накопление в растворе ионов с высокой гидратационной способностью (Mg2+,SO42-) приводит к связыванию все большего количества молекул 1H216O и, таким образом, препятствует их испарению. В этом случае, по-видимому, ?/p>