Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
?остью, изотопный обмен с атмосферным паром при падении капель и т. д.
На диаграмме (см. рис. 10) пространственного и временного распределения дейтерия и кислорода-18 в сезонных и годовых осадках, а также их количеств Q, температуры t и относительной влажности W обращают на себя внимание высокая корреляционная связь с температурой и слабая с влажностью и количеством выпадающих осадков.
Изотопный состав атмосферных осадков некоторых климатических зон азиатской части территории СССР
Распределение изотопов водорода и кислорода (рис. 12) в среднемесячных атмосферных осадках изучено в пределах различных климатических зон среднеазиатской, приморской и дальневосточной частей территории Советского Союза.
Изменения в содержании дейтерия и кислорода-18 характеризуются значительными колебаниями как во времени, так и по зонам. Существенные колебания имеют и метеорологические показатели: среднемесячная температура приземного воздуха t, относительная влажность W и количество выпадающих осадков Q. Интервалы изменений для каждого из пунктов характеризуются следующими пределами.
Место отбораD,‰18О,‰t,W,%Q,ммТашкент-127+7-16,7+0,5-3,1+25,778-4713,9-92,3Иркутск-192-65-25,1+8,3-20,5+19,487-555,7-127,8Хабаровск-207-55-26,4-6,5+23,0+22,187-534,3-243,2Петропавловск- Камчатский-112-52-14,2-6,1-9,0+12,989-6024,3-197,1
Самые низкие значения концентраций тяжелых изотопов водорода и кислорода установлены для Иркутска и Хабаровска (), наиболее высокие - для Ташкента Промежуточные значения отмечаются для Петропавловска-Камчатского. Таким образом, в пределах изучаемой территории устанавливаются зоны с обедненной, обогащенной и промежуточной концентрацией изотопов в осадках. Вместе с тем каждой зоне свойствен свой временной ход изменения амплитуды значений D и 18О, обусловленный сезоном отбора и климатическими условиями (рис. 12). Однако отмечаются и общие закономерности: а) осадки, выпадающие в зимний период, обеднены тяжелыми изотопами; летние имеют наиболее высокие значения D и 18О; в весенних и осенних осадках они характеризуются промежуточными значениями; б) практически во всех случаях наблюдается параллельное изменение концентрации тяжелых изотопов водорода и кислорода. Исключение составляют осадки, выпадающие в районе Ташкента в отдельные летние месяцы.
Для каждого пункта между изотопным составом водорода и кислорода в атмосферных осадках и температурой приземного воздуха установлены закономерности, описываемые системой линейных уравнений, вычисленные по методу наименьших квадратов при надежности вывода Р=0,99 (для Ташкента Р=0,95):
Ташкент
D =3,6t - 8,2‰ (r = 0,74);(41)
18О =0,46t - 11,4‰ (r = 0,79);(42)
Иркутск
D = 2,2t - 123‰ (r = 0,79);(43)
18О = 0,26t - 16,8‰ (r = 0,77);(44)
Хабаровск
D = 2,1t - 126‰ (r = 0,79);(45)
18О = 0,25t - 17‰ (r = 0,76);(46)
Петропавловск-Камчатский
D = 1,4t - 84‰ (r = 0,60);(47)
18О = 0,26t - 11,2‰ (r = 0,72).(48)
Как и следовало ожидать, исходя из сходных климатических характеристик Иркутска и Хабаровска, тангес угла наклона прямых в уравнениях для этих пунктов имеет близкие значения.
В засушливых районах, где относительная влажность воздуха очень низкая (20 - 40%), существенное влияние на концентрацию дейтерия и кислорода-18 в осадках оказывает эффект испарения падающих капель. В момент выпадения капель дождя происходит их частичное испарение в ненасыщенном водяными парами воздухе. Поскольку молекулы Н218О и HDO менее летучие по сравнению с молекулами Н2О, наблюдается обогащение тяжелыми изотопами жидкой фазы по сравнению с паром. Поэтому собранные на уровне поверхности земли осадки будут обогащены дейтерием и кислородом-18 по сравнению с облачной водой. Этот эффект оказывает значительное влияние на изотопный состав осадков в районах с аридным климатом [Ehhalt D. е. а., 1963 г.]. При нахождении корреляционной зависимости между влажностью воздуха и изотопным составом осадков было установлено, что для Ташкента = - 0,57, = - 0,61 при надежности вывода Р = 0,99.
Существенное влияние на формирование изотопного состава выпадающих осадков, как уже упоминалось, может оказывать изотопный обмен с атмосферным паром. Сформировавшаяся элементарная капля при падении на землю будет стремиться к установлению изотопного равновесия с водяным паром воздуха. Перераспределение изотопов между жидкостью и паром в общем случае .должно подчиняться закону релеевской дистилляции и характеризоваться коэффициентом фракционирования . Условием изотопного равновесия является то, что количество тяжелого компонента в жидкой фазе в раз больше количества этого компонента в паровой фазе. В противном случае обмен между фазами вызывает изменение изотопного состава как в паре, так и в капле воды до тех пор, пока не наступит изотопное равновесие. Однако изотопное равновесие может и не наступить. В этом случае, как и при любом другом процессе, протекающем в неравновесных условиях, будет иметь место кинетический изотопный эффект.
Изотопно-обменные процессы и эффект испарения капель оказывают существенное влияние на изотопный состав главным образом коротких грозовых дождей и могут привести к изменению характера зависимости D - 18О.
Ниже рассмотрены особенности формирования изотопного состава осадков исследуемых пунктов.
Ташкент. Расположен в предгорной равнинной части Узбекистана (в долине р. Чирчик). Континентальный пустынный климат района формируется под влиянием сухих воздушных масс, образующихся над сильно прогретыми равнинами Узбекистана летом, и континентальных возд?/p>