Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
есторождений Украины и Польши, воды Черного моря в процессе испарения [34] и современные поверхностные рассолы зал. Кара-Богаз-Гол [32], из которых происходит кристаллизация галита, астраханита и глауберита. Как видно из рис. 33, по мере испарения воды Черного моря наблюдается закономерное возрастание значений и от -25 и -4 до +16 и +6,9‰ соответственно. При этом максимальное обогащение тяжелыми изотопами в процессе испарения совпадает с началом садки гипса, когда остаточный объем жидкости составляет 11 %. При дальнейшем испарении наблюдается инверсия изотопного состава - уменьшение значений и . Можно заметить, что снижение значений и в процессе солнечного испарения морской воды от 11 до 3,6 % не носит закономерного системного характера, как того следовало бы ожидать, исходя из лабораторных экспериментов. По всей вероятности, это связано с вполне естественными колебаниями во времени в процессе испарения (на указанной стадии) параметров окружающей природной среды, главным образом с изменениями изотопного состава атмосферной влаги в сторону снижения значений и . Дальнейший процесс солнечного испарения воды Черного моря до стадии садки галита и калийных солей (до 2,6 и 0,8 % остаточной рапы) сопровождается закономерным снижением значений и (рис. 33) и приблизительно аппроксимируется уравнением прямой
(55)
Справедливость уравнения (55) подтверждается в определенной степени и характером соотношения величин и в процессе солнечного упаривания воды Каспийского моря в естественной природной обстановке в зал. Кара-Богаз-Гол (рис. 33).
Важно подчеркнуть, что наклон прямой, равный 8,0 в уравнении (55),описывающем изменение концентрации дейтерия и кислорода-18 в остаточном растворе воды Черного моря после инверсии ее изотопного состава, соответствует наклону прямой в уравнении Крейга для метеорных вод [72]. В настоящее время трудно дать однозначное объяснение установленному факту. Как известно,тангенс угла наклона в уравнении Крейга означает, что конденсация паров атмосферной влаги (см. гл. II) протекает в условиях, близких к равновесным. Последнее в свою очередь может свидетельствовать, что взаимодействие системы высокоминерализованный раствор - атмосферный пар протекает в условиях динамического равновесия со стабилизацией изотопного состава во времени. При этом взаимодействие фаз протекает при непрерывном поступлении свежих порций атмосферного пара, выступающего в виде донора изотопов водорода и кислорода, высокоминерализованный раствор - в виде акцептора.
Анализ полученных данных по природным системам и экспериментальному моделированию [34] позволяет полагать, что при испарении морской воды и хлормагниевых растворов до высоких стадий сгущения - садки галита, калийных и магниевых солей - наклон прямых на диаграмме после инверсии изотопного состава есть величина сравнительно постоянная, составляющая около 8,0. Свободный член в уравнении (55) характеризует степень отклонения от динамического равновесия, или скорость испарения рассолов, т. е., по существу, кинетический фактор. Эта величина переменная, зависящая, судя по экспериментальным данным (см. гл. II), главным образом от скорости ветра, относительной влажности воздуха и изотопного состава атмосферной влаги.
Таким образом, проведенный выше анализ позволяет сделать вывод, что при солнечном испарении морской воды или хлормагниевых растворов до высоких стадий сгущения после инверсии изотопного состава характер соотношения значений и в остаточном растворе будет всегда выражаться серией прямых, параллельных прямой Крейга и располагающихся ниже ее на различном удалении в зависимости от условии взаимодействия системы.
Значения и исследуемых рассолов (рис. 33) попадают в область инверсии изотопного состава морской воды в процессе испарения. Кроме того, изменение величин и рассматриваемых рассолов хорошо согласуется с изменением изотопного состава воды Черного моря, что подтверждается близким расположением точек к прямой II или на параллельной к ней (прямая III). Это со всей очевидностью может свидетельствовать о том, что исследуемые рассолы являются реликтовыми маточными морскими седиментациониыми водами, подвергшимися процессам солнечного испарения до стадий садки из них каменных и калийных солей.
Рассол из месторождения каменной соли Величко на -диа- грамме попадает в область прямой Крейга для метеорных вод, подтверждая тем самым сделанный ранее по геохимическим критериям вывод о формировании этого рассола в результате выщелачивания залежи каменной соли.
Таким образом, впервые установлено соотношение изотопов водорода и кислорода в реликтовых маточных рассолах в природном процессе галогенеза. На основании изотопного анализа природных реликтовых маточных рассолов из солей показано, что для формирования месторождений каменных и калийных солей в качестве исходной субстанции служит морская вода, а процессом, приводящим к ее сгущению и выпадению солей, - солнечное испарение. Сопоставление изотопных данных показывает, что говорить об участии ювенильных и магматических вод в формировании маточных рассолов соленосных формаций нет оснований.
Химически и физически связанные воды
Успехи геохимии изотопов кислорода и водорода свободных (гравитационных) вод позволили расширить круг объектов исследования и подойти с середины 60-х гг. к систематическому изучению методами прецизионной масс-спектрометрии химически (структурно) и физически (гигроскопично и