Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
?шим интервалом изменения 18О ,наименьшим содержанием кислорода-18 и солей в воде и наиболее низкими температурами. Учитывая, что поверхностные воды в различных районах Арктического бассейна формируются под воздействием вод, поступающих из районов со значительной разницей средних годовых температур, следует ожидать заметных колебаний в содержании кислорода-18 в зависимости от района их формирования. Так, поверхностные воды западнее хр. Ломоносова формируются в основном под влиянием вод атлантического происхождения с высокой соленостью, имеют максимальное содержание кислорода-18, составляющее -1,0‰ при солености 32,79‰ (СП-13, станция Б). Напротив, собственно арктические поверхностные воды восточной части бассейна, формирующиеся под значительным воздействием вод ледотаяния в зоне низких среднегодовых температур при участии речного стока и поступления тихоокеанских вод из Берингового моря, имеют самое низкое содержание кислорода-18 во всем Арктическом бассейне при минимальных соленостях. Так, в самой восточной точке отбора проб (СП-16, станция А) содержание кислорода-18 составило -4,5‰ при минимальной для поверхностных вод солености 29,65‰. Концентрация кислорода-18 и солей в поверхностных водах станций (СП-13, станция А; СП-17, станция А; СП-15, станции А, Б), расположенных между крайними пунктами отбора проб, имеют промежуточные характеристики, отражающие процесс смешения вод западного и восточного секторов Арктического бассейна.
Рассмотрим для поверхностного слоя воды зависимость между 18О и соленостью S (рис. 16). Как из нее следует, в пределах аналитических погрешностей точки ложатся на прямую, описываемую уравнением
18О = 0,7S - 24,6.(50)
Зависимость 18О -S, по существу, характеризует процесс разбавления океанических вод пресными. Наклон прямой ( = 0,7) хорошо согласуется со значением 0,75, полученным Г. Крейгом и Л. Гордоном [74]. Экстраполяция прямой к нулевому значению солености дает значение концентрации 18О около - 25‰. Можно предположить, что это значение примерно отвечает среднему изотопному составу пресных вод для исследуемых широт.
На основании изотопных данных можно приближенно оценить содержание пресной воды в океанической по формуле
,(51)
где Q - количество пресной воды, которое приходится на единицу площади, г/см2; h - глубина распространения пресной воды, см (h1 = 103 см; h2 = 2,5*104 см); - плотность пресной воды, г/см3; - доля пресной воды в океанической (весовые части).
Из уравнения изотопного разбавления
= Мпр.в /Mок.в = (С-В)/(А-С),(52)
где Мпр.в и Mок.в - количество пресной и океанической воды соответственно; А, В, С - концентрация кислорода-18 в пресной, океанической водах и их смеси соответственно, ‰; = mпр.в /mок.в (mпр.в и mок.в - атомная масса пресной и океанической воды соответственно).
Проведенный расчет позволил установить, что для станции А СП-16 и станции А СП-17 доля пресной воды в океанической составляет приблизительно 1,9*103 и 1,4*103 г/см2 соответственно (0,3 и 0,2%).
Наиболее высокое содержание 18О при весьма узком интервале изменения 18О (от -0,4 до +0,3‰) наблюдается в водах, расположенных в слое от 200-250 до 750 м. Они также характеризуются положительными температурами и концентрацией солей более высокой, чем поверхностные воды. По изотопным, гидрологическим и гидрохимическим характеристикам эти воды соответствуют атлантическим.
В придонных слоях воды содержание тяжелых изотопов кислорода изменяется очень незначительно, обнаруживается лишь некоторая тенденция к уменьшению концентрации кислорода-18 ко дну. Это указывает, с одной стороны, на отсутствие гравитационного разделения изотопов в глубоководной части Центральной Арктики, что значительно облегчает решение вопросов, связанных с динамикой водной массы, с другой - на некоторое различие в изотопном составе донных и атлантических вод и позволяет предположить, что в формировании донных вод принимают участие воды не только атлантические, но и другого происхождения с более низким содержанием кислорода-18.
Атлантический и Тихий океаны
Результаты изучения распределения изотопного состава кислорода в водах Атлантического [2] и Тихого [7] океанов приведены в табл. 13. В пределах Атлантического океана (экваториальная часть) исследование проводилось в районах Северо- и Южно-Атлантического хребтов и в глубоководных впадинах Романш, Бразильской и Сьерра-Леоне. Кроме того, изучался изотопный состав поровых вод донных отложений океана в районе впадин Романш и Сьерра-Леоне [2]. Пробы отбирались батометрами из неорганического стекла во время рейсов научно-исследовательского судна М. Ломоносов. Придонные воды сливались из грунтовой трубки после поднятия ее с пробой грунта. Пробы вод до прибытия судна и подготовки к анализу хранились в холодильнике в стеклянной посуде.
Как следует из табл. 13, распределение концентраций кислорода-18 и солености в водной толще экваториальной зоны Северо- Атлантического хребта (пробы 1-7) испытывает очень небольшие колебания по разрезу - от 0,5 до - 0,8 и от 38,2 до 36,4‰ соответственно. В пределе вариации достигают (0,640,7)‰ для всей толщи (от поверхности до 2800 м). Максимум содержания кислорода-18 наблюдается в поверхностном слое воды, что обусловлено интенсивным испарением, преобладающим над выпадением осадков. С глубиной концентрация тяжелого изотопа уменьшается. Минимум отмечается на отметках 500 м и в придонном слое. Аналогичная тенденция устанавливается и в других п