Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
µнно в верхней гидродинамической зоне. Сопровождается незначительным фракционированием изотопов. Влияния на изотопный состав подземных вод этот процесс из-за количественного преобладания воды практически не оказывает.
Глава III. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ. АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ
Атмосферные осадки (или метеорные воды) находятся главным образом в пределах тропосферы и являются самым короткоживущим типом вод. Количество их составляет 12,8 тыс. км3. Представлены они водами облаков, атмосферным паром, жидкими и твердыми (атмосферными) осадками. Химический состав метеорных вод формируется как под воздействием процессов, связанных с их образованием при испарении с поверхности водоемов, так и при взаимодействии с газами, аэрозолями и т. п. при переносе и конденсации. По содержанию солей они относятся к ультрапресным водам. Их минерализация составляет от 3 - 4 до 40 - 70, реже 100 - 150 мг/л.
Ниже представлены результаты режимных наблюдений по распределению дейтерия и кислорода-18 в атмосферных осадках, отобранных в пределах восьми административных областей Украинской и Молдавской ССР, а также Камчатской, Иркутской областей, Приморского края и Узбекской ССР [48, 55]. Образцы отбирались в течение 1969-1971 гг. организациями Гидрометеорологической службы СССР по стандартной методике с соблюдением требований изотопной гигиены.
Изотопный состав атмосферных осадков, выпадающих на территории Украинской и Молдавской ССР
На схеме расположения станций отбора проб (рис. 9) приведены среднегодовые значения D и 18О за исследуемый период (1969-1970 гг.).
Изученная территория площадью ~250 тыс. км2 представляет собой равнину с небольшими возвышенностями, высота которых не превышает 400 - 500 м (за исключением района Карпат). Климатические условия в целом для всего района имеют переходный характер между мягким и влажным климатом Западной Европы и континентальным - внутренних районов Советского Союза. Наблюдаются среднегодовые широтные изменения температуры от 6,6 до 12,9 С, количества осадков от 476 до 987 мм/год и относительной влажности воздуха от 68 до 81%.
Результаты определения вариаций в содержании дейтерия и кислорода-18 в среднесезонных и среднегодовых осадках, а также сведения о температуре приповерхностного воздуха, количестве выпадающих осадков и относительной влажности представлены на рис. 10. Среднегодовые значения D и 18О обычно приводятся в двух видах.
В первом случае
, (35)
где - значения D или 18О в среднесезонных осадках.
Во втором случае определяется в виде, приведенном к количеству выпадающих осадков, из выражения
,(36)
где Q - количество осадков, выпадавших в течение года; - среднесезонное количество осадков.
Представленные на рис. 10 значения D и 18О получены из уравнения (36). Для всего исследуемого географического района содержание дейтерия в среднесезонных осадках изменяется от - 112 до - 21, кислорода-18 - от - 15,1 до - 2,3, в среднегодовых - от - 70 до - 40 и от - 10,7 до - 7,1‰ соответственно в зависимости от расположения данного пункта и сезона отбора проб. Из рис. 9 видна общая тенденция увеличения содержания дейтерия и кислорода-18 в направлении с севера на юг (широтный изотопный эффект) и уменьшения их концентрации с запада на восток (континентальный изотопный эффект). Изменение градиента концентрации изотопов водорода и кислорода относительно расстояния(или , ‰/км) для широтного эффекта территории Украины и Молдавии составляет 4,5 и 0,53‰/100 км соответственно. Континентальный эффект в пределах исследуемой территории проявляется в существенно меньшем масштабе. Отношения D/H и 18О/16О в зимних и весенних осадках ниже, чем в летних и осенних. Причиной наблюдаемых широтных, континентальных и сезонных вариаций содержания изотопов являются как температурные эффекты и климатические условия, так и эффекты локального характера (абсолютные отметки местности, расстояние до источника влаги и т. д.).
Между среднегодовыми значениями величин D и 18О в исследуемых осадках (рис. 11) устанавливается линейная корреляционная зависимость вида
= 8,5 +17.(37)
Коэффициент угла наклона прямой в уравнении (37), равный 8,5, свидетельствует, что конденсация водяных паров происходит в условиях, близких к равновесным.
Зависимость между среднегодовыми значениями D и 18О в осадках и температурой приповерхностного воздуха t, близка к линейной и описывается уравнениями
D = 5,3t-108 (r = 0,92);(38)
18О = 0,59t-13,5 (r = 0,72),(39)
где r - коэффициент корреляции.
Значения тангенса угла наклона прямых в уравнениях (38, 39) несколько меньше, чем значения, установленные В. Дансгаардом [77] для осадков преимущественно из неконтинентальных областей. Это, возможно, объясняется некоторым вкладом паров, обедненных дейтерием и кислородом-18 за счет испарения из пресных водоемов, а также увеличением вероятности конвекционных потоков, вследствие которых различие действительной температуры конденсации и температуры у поверхности земли сказывается более значительно.
Скорость изменения содержания изотопов с температурой
. (40)
В формировании изотопного состава атмосферных осадков не исключается участие и таких вторичных факторов, как испарение капель дождя в атмосфере ниже слоя облаков в районах с аридным и полуаридным климатом (юг и юго-восток Украины), взаимодействие атмосферной влаги с подстилающей поверх?/p>