氢氧同位素
氢氧同位素.ppt
热动力模式关键是要得到样品的 △(δDkaol)，也就是知道在始新世海岸处 δDkaol值。但古河流海拔为零的沉积地 层没有暴露，无法得到始新世海岸参考 值δDkaol，因此只能根据已有样品所得 到的曲线截距，δDkaol =（-75±5）‰ （r2=0.76）。为使推测更为稳妥，取其 最小值，海岸δDkaol=-80‰，这样取值 会导致低估高程。
三、热动力学模式
通过对现代大气在冷凝过程中物 理学和热动力学的研究，得到气团 随海拔的升高过程中影响降水中氢 氧同位素分馏递变的相关参数，推 导出高程(h)与随地形而改变的氢、 氧同位素变化值（Δ（δ18Op）)的 近似关系(图2)。
根据Rowley的高程（h）与Δ（δ18Op） 的关系图推导出以下关系式：
二、基本原理
当气团沿高地形抬升时水汽 冷凝，会导致氢氧同位素的动力 学分馏。高程越高，降水中越贫 18O和D。这种分馏符合瑞利分 馏规律，属于开放系统中动力系 统分馏(图1) 。
若地史时期山间的河湖主要靠当 地的降水补给，河湖水就能记录下 降水中氢氧同位素含量随高程而变 化这个规律。河湖中自生矿物沉淀 过程中往往能够与河湖水达到氢氧 同位素含量的平衡，这样就可以利 用岩石中自生矿物研究古高程变化。
六、优缺点
古高程计的热动力模式适用地域范 围广，应用便捷。热动力模式的计算中， 现代值只须有一个数值大概的趋势，起 到矫正古高程值作用就行，模式本身就 可以提供普适性(纬度低于35o的地区)的 古高程的计算公式(公式1)。
热动力模式这种方法的局限 性也很明显，即误差较大。由于 它是一个理想化的模型，无法针 对不同地方的气候、地形等影响 氢氧同位素的因素矫正误差。
研究中沿河流15个不同的地 点取了44个样品(图3)，样品分 为2类：一类是取自花岗岩碎屑 的原地高岭石(图中用圆点和三 角表示)；一类是取自河道砂岩 中的碎屑高岭石(用黑色方块表 示) 。
氢氧稳定同位素及其应用
氢氧稳定同位素及其应用想象一下，你和你的朋友小明一起去参观一个奇妙的科学博物馆。
馆内各种各样新奇的展品就像繁星一样闪耀着知识的光芒，让人目不暇接。
我和小明在一个看似普通却又神秘的展柜前停了下来。
里面摆放着一些透明的小瓶子，瓶子里装着无色的液体。
小明皱着眉头，好奇地问我：“这些看起来普普通通的东西有什么特别之处吗？”我神秘地一笑，告诉他：“可别小瞧了这些，这里面涉及到氢氧稳定同位素呢。
”那什么是氢氧稳定同位素呢？简单来说，氢有三种同位素，分别是氕、氘、氚，其中氕和氘是稳定同位素；氧也有多种同位素，而我们常说的氧 - 16、氧 - 18就是稳定同位素。
它们就像是氢和氧家族中的兄弟姐妹，有着相似之处，却又各自有着独特的“性格”。
我继续给小明解释道：“你看，这些同位素虽然很微小，但它们的作用可大了。
比如说在研究气候变化方面，它们就像是大自然的小侦探。
”小明眼睛睁得大大的，就像两个铜铃，显然被我的话吸引住了。
“科学家们通过研究降水中氢氧稳定同位素的比例变化，就像在解读大自然写下的日记。
因为不同的气候条件下，这个比例是不一样的。
如果把地球的气候系统比作一个超级复杂的机器，那么氢氧稳定同位素就是这个机器运转过程中留下的特殊标记。
这难道不神奇吗？”不仅如此，在水资源研究领域，氢氧稳定同位素也是大有用处。
“就好比我们现在喝的水，”我指了指旁边的饮水机，“它来自哪里，经历过什么样的旅程，都可以通过分析其中氢氧稳定同位素的特征来推断。
这就像是给每一滴水都装上了一个小小的追踪器。
”小明一边听一边不住地点头，嘴里还嘟囔着：“原来如此，真是不可思议。
”在考古学方面，氢氧稳定同位素也扮演着重要的角色。
我拉着小明的手，走到一个古代陶器的展品前，对他说：“你看这个陶器，它的原材料可能来自某个特定的地区。
就像我们能通过口音辨别一个人的家乡一样，科学家们可以通过分析陶器中黏土所含水分的氢氧稳定同位素来判断这个陶器的原料产地。
这是不是有点像穿越时空的侦探工作呢？”在医学上，氢氧稳定同位素也有它的用武之地。
同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究
同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究地下水是地球上最重要的淡水资源之一，被广泛用于供水和灌溉。
然而，由于人类活动和自然因素的影响，地下水受到污染的风险日益增加。
为了识别和追踪地下水的污染源，同位素示踪方法成为了一种强大的工具。
本文将探讨同位素示踪方法在地下水污染溯源中的应用研究。
同位素是元素核外的不同核质量所对应的各个种类，即质子数相同、中子数不同的同一元素。
同位素示踪方法是通过测量地下水中特定同位素的比例来识别和追踪污染源。
以下将介绍几种常见的同位素示踪方法及其在地下水污染溯源中的应用。
首先，氢氧同位素（δD、δ^18O）被广泛用于地下水的溯源研究。
地下水中的氢氧同位素比例受降水同位素组成和地质过程的影响，因此可以用来确定地下水的来源和运动路径。
通过比较地下水和潜在污染源（如降水、地表水或地下水）中的氢氧同位素比例，可以追踪污染物在地下水中的扩散轨迹。
例如，污染源中的氢氧同位素比例可能与地下水中的比例相差较大，从而揭示污染物可能来自其他来源。
其次，碳同位素示踪方法（δ^13C）在地下水污染溯源研究中也得到广泛应用。
地下水中的有机物和溶解性无机碳通常具有不同的碳同位素比例。
通过分析地下水中有机物的碳同位素比例，可以确定污染物的来源和类型。
例如，石油污染源通常具有较低的碳同位素值，而有机肥料污染源则具有较高的碳同位素值。
通过比较地下水中溶解性无机碳的同位素比例变化，还可以揭示地下水中生物地化循环的过程和影响。
另外，硫同位素示踪方法（δ^34S）在地下水中污染源的追踪研究中也起着重要的作用。
硫同位素比值在不同类型的污染源中通常有明显差异。
通过分析地下水中硫同位素的比例，可以识别污染源，并揭示其对地下水的影响。
例如，矿山废水中的硫同位素比值通常较高，而农业排水中的硫同位素比值较低。
硫同位素示踪方法在揭示地下水中人类活动对环境的影响和评估污染源负责程度方面发挥着重要作用。
此外，其他同位素示踪方法如氯同位素示踪（δ^37Cl）和铅同位素示踪（^206Pb/^207Pb）也可用于地下水污染源的追踪研究。
同位素相关信息
氢、氧为分布最广的元素,氢、氧同位素研究涉及宇宙、月球、地球各层圈,包括岩石圈、水圈、气圈,特别是各种各样水的氢、氧同位素研究,它对多种成岩成矿作用过程及物质来源具有重要意义。
7.3.1水的氢、氧同位素组成一、大自然之中的氢氧同位素自然界氢有H,D和极微量的氚三种同位素,相对丰度为99.9844%和0.0156%。
氢同位素相对质量差最大,同位素分馏也最明显。
氧有16O,17O,18O三种同位素,其相对丰度为99.762%、0.038%,0.200%。
1.大气水大气水、或雨水,是指新近参加大气循环的雨、雪、河、湖、地下水等一类水的总称。
大气水的同位素组成变化幅度大,δD值从+50到-500‰,δ18O从+10到-55‰,总的讲大气水比海水贫D和18O。
大气水的同位素组成呈有规律的变化:从赤道到高纬度地区、从海洋到大陆内部、从低海拔到高海拔地区,重同位素的亏损依次递增,构成所谓的纬度效应,大陆效应和高度效应,以及季节效应,降水量效应等。
这是由于水在蒸发、凝聚过程中的同位素分馏293效应,蒸发时轻同位素优先汽化,凝聚时重同位素优先液化,随着蒸发、凝聚过程的不断进行,造成轻同位素在逐渐增加。
雨水线方程或Craig方程大气水同位素组成的另一特点是δD和δ18O之间有明显线性关系,有δD=8δ18O+10 (7.9)称为雨水线方程或Craig方程,如图7.1所示。
这个方程的实质是:在T=25℃时,亦即:δ18O水-δ18O汽=9.15 δD水-δD汽=71.4 将上两式相除,即可得Craig方程。
因此方程中的斜率反映了同位素平衡条件下水汽二相氢、氧同位素富集系数之比,而截距则反映了汽相中氢、氧同位素组成的绝对值差。
但如果只考虑海水蒸发和大气凝聚的平衡过程,则δ18O海水≈0,δD海水≈0,处于平衡水汽中的δ18O汽=-9.14,δD汽=-74,应该是δD水=8δ18O,没有截距,不完全符合Craig方程,可见式(7.9)是考虑了分馏的动力学特征。
氢氧稳定同位素
氢氧稳定同位素方法在确定地下水的成因类型、地下热水的起源等理论问题方面具有重要意义。
同时，该方法还可以解决地下水的补给来源、补给区高程、各种补给来源水的混合比例、各类水体间的水力联系等实际应用问题。
1.判断地下水的补给来源
如果地下水有几种不同的降水补给源，而且这些降水的蒸发、凝结条件各不相同，则它们在δ2H—δ18O关系曲线上就会呈现出不同的斜率和截距。
据此，便可对地下水的补给来源进行判定。
例如，科尼亚平原位于土耳其中部地区，根据氢、氧稳定同位素成分分析结果，平原内潜水的同位素组成为δ2H=8δ
18O+22，这正好是平原南部地中海地区的大气降水线；平原内深部承压水的同位素组成为δ2H=8δ18O+10，这正好是北部大西洋湿气补给的降水线。
由此可以判定，科尼亚平原上部潜水接受了来自地中海方向大气降水的补给，深部承压水则接受了来自大西洋方向降水的补给。
2.确定地下水补给区的高程
如果地下水取样点附近大气降水的δD值和δ18O值已知，则可按下式求得采样点地下水补给高程：
水文地球化学基础
式中：H为补给高程，m；h为取样点高程，m；δs为取样点地下水的同位素组成，‰；δp为取样点附近大气降水的同位素组成，‰；k为同位素高度梯度，‰/100m。
根据此公式计算地下水补给高程，必须知道δp和k这两个参数，若δp和k已知，则可求出H。
水中系列氢氧同位素标准物质的研制
第< 期
张琳!等&水中系列氢氧同位素标准物质的研制
第 $! 卷
!"实验部分
!;!"水样的采集与制备 本次研制的 @ 个氢氧稳定同位素水标准物质由
$ 个天然水和 # 个人工配制的贫氘水组成% $ 个天 然水样分别采自远离大陆的南海海水'河北正定地 下水'青藏高原冰川水!其中的南海海水和青藏高原 的冰川水分别为我国境内氢氧同位素的两个端值% 参照 4050颁布的国际标准 860P值!因其氢氧同位 素比值无法在国内采集到天然水样!本次人工配制 了贫氘水!其同位素值与国际标准 860P值接近%
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珠穆朗玛峰高海拔地区水体中氢氧同位素的地球化学特征
珠穆朗玛峰高海拔地区水体中氢氧同位素的地球化学特征
珠穆朗玛峰位于世界最高地区，海拔8848米，是青藏高原金字塔形中心，也是世界最高峰。
水体中氢氧同位素的地球化学特征是珠穆朗玛峰地区水体科学研究领域的核心课题。
氢氧同位素的地球化学特征能够为我们提供准确的地质环境和水文演化信息以及地表过程的演变信息。
氢氧同位素的地球化学特征通常可以从水体反映出水文、水土环境的变化过程，通过分析这些信息来发现水体一份更广泛的科学价值。
研究表明，珠穆朗玛峰地区河流水体中的氢氧同位素具有明显的多样性，其组成分布式与周围植被、地形和气候等多重因子有关，呈现出复杂的特征。
据分析，珠穆朗玛峰地区的氢氧同位素的空间变化趋势与其地形特征有关，可以分析出地形对水文流动特征的影响。
此外，珠穆朗玛峰地区水体中氢氧同位素特征表明，地区环境能够为相应水体提供较高的营养资源，从而维持水体生物多样性、群落结构和功能。
总之，珠穆朗玛峰地区水体中氢氧同位素的地球化学特征反映了其地质环境与水文演变特征，以及地表过程的演变信息。
它为进一步研究珠穆朗玛峰地区地质环境特征及影响因素提供了有效的依据，并有助于识别水文流动特征及水质演变过程，研究珠穆朗玛峰地区水文及环境保护保障工作。
水稳定同位素的分析和应用
水稳定同位素的分析和应用水是人类生命中必不可少的物质，而水稳定同位素的分析和应用也在自然科学以及环境科学等领域中扮演着重要的角色。
本文将介绍水稳定同位素的基本概念、分析方法以及相关应用。
一、水稳定同位素的基本概念水稳定同位素是指水分子中含有的氢、氧同位素。
其中，氢主要有氘(2H)和普通氢(1H)，氧主要有氧-16和氧-18两种同位素。
水稳定同位素的存在与其所在环境的气候、地质、水文环境等因素密切相关，因此，对水稳定同位素的分析和应用可以了解和掌握水的来源和变化过程，具有较高的科学价值和实用价值。
二、水稳定同位素的分析方法1. 氢氧同位素比值测定法氢氧同位素比值测定法是一种常用水稳定同位素分析方法。
其基本原理是通过氢氧同位素比值的不同反映水来源和水文环境等情况。
主要包括以下步骤：(1) 采集水样，并在实验室中将样品中的水分离出来。
(2) 对水样进行氢氧同位素比值的测定。
(3) 分析氢氧同位素比值的结果，并结合现场采样和样品分析结果，进一步得出水源和水环境等相关信息。
2. 水稳定同位素溶解氧分析法水稳定同位素溶解氧分析法是一种通过测定水中溶解氧同位素比较水体状态的方法。
溶解氧同位素比值的变化可以反映水体的水动力学特征、生物生态特征以及污染程度等信息。
该方法的实验流程主要包括以下几个步骤：(1) 采集水样以及溶解氧同位素标准物质。
(2) 通过电化学方法将水样中的溶解氧与其同位素交换。
(3) 进行溶解氧同位素比值的测定。
(4) 分析溶解氧同位素比值的结果，并结合水文环境等因素，进一步了解水体的状态和污染情况等。
三、水稳定同位素的应用1. 环境演变研究通过对水稳定同位素的分析，可以了解过去水文环境和气候情况的变化，进而进行环境演变研究。
例如，可以通过对岩石、土壤中水稳定同位素的分析，了解该地区在不同气候条件下的水文环境变化情况，为环境演变分析提供重要数据基础。
2. 水资源评价水稳定同位素的分析也可用于水资源的评价，通过分析水中同位素比值，判断水资源的水源和流向等情况。
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六、优缺点
古高程计的热动力模式适用地域范 围广，应用便捷。热动力模式的计算中， 现代值只须有一个数值大概的趋势，起 到矫正古高程值作用就行，模式本身就 可以提供普适性(纬度低于35o的地区)的 古高程的计算公式(公式1)。
热动力模式这种方法的局限 性也很明显，即误差较大。由于 它是一个理想化的模型，无法针 对不同地方的气候、地形等影响 氢氧同位素的因素矫正误差。
另外，造成计算误差的还有两类因素： （1）方解石形成时由于气候干旱，水体大 量蒸发，会导致方解石中δ18O值升高， 低估古海拔值。 （2）方解石在成岩过程中，由于温度、压 力和生物的作用改变方解石的δ18O值。 为避免这种误差，须对样品进行地 球化学和矿物学的分析，判断样品是否 受到蒸发作用和成岩作用的影响。
三、热动力学模式
通过对现代大气在冷凝过程中物 理学和热动力学的研究，得到气团 随海拔的升高过程中影响降水中氢 氧同位素分馏递变的相关参数，推 导出高程(h)与随地形而改变的氢、 氧同位素变化值（Δ（δ18Op）)的 近似关系(图2)。
根据Rowley的高程（h）与Δ（δ18Op） 的关系图推导出以下关系式：
热动力模式关键是要得到样品的 △(δDkaol)，也就是知道在始新世海岸处 δDkaol值。但古河流海拔为零的沉积地 层没有暴露，无法得到始新世海岸参考 值δDkaol，因此只能根据已有样品所得 到的曲线截距，δDkaol =（-75±5）‰ （r2=0.76）。为使推测更为稳妥，取其 最小值，海岸δDkaol=-80‰，这样取值 会导致低估高程。
当气团沿高地形抬升时水汽 冷凝，会导致氢氧同位素的动力 学分馏。高程越高，降水中越贫 18O和D。这种分馏符合瑞利分 馏规律，属于开放系统中动力系 统分馏(图1) 。
若地史时期山间的河湖主要靠当 地的降水补给，河湖水就能记录下 降水中氢氧同位素含量随高程而变 化这个规律。河湖中自生矿物沉淀 过程中往往能够与河湖水达到氢氧 同位素含量的平衡，这样就可以利 用岩石中自生矿物研究古高程变化。
Δ（δ18Op）是某处降水的氢氧同位素 含量与海平面降水同位素含量的差பைடு நூலகம்。
四、应用实例
为了了解美国西部内华达山脉的 演化历史，Mulch等用氢同位素作 古高程计，恢复山脉在始新世(约 40- 50 M a)的高程。所用的样品是 始新世河流沉积物中自生高岭石， 记录了从上游沿河流走向的地表降 水的氢同位素含量。
研究中沿河流15个不同的地 点取了44个样品(图3)，样品分 为2类：一类是取自花岗岩碎屑 的原地高岭石(图中用圆点和三 角表示)；一类是取自河道砂岩 中的碎屑高岭石(用黑色方块表 示) 。
经过对样品的分析，原地高岭 石δDkaol的值随地形高程的升高而 减少，而相同高程的碎屑高岭石的 δDkaol值与原地高岭石的δDkaol值 无法对应，不能作为样品值推测古 高程。但2类样品的δDkaol值都随 高程有规律的变化，说明始新世后 的风化和其他成岩后作用没有影响 到高岭石δDkaol值。
古高程计：氢氧同位素的应用
Paleohypsom etry：Application of Hydrogen Isotope and Oxygen Isotope
学生：任来君 葛贤发 程鹏 彭三曦 张群利 苏玲燕 刘伟 王在敏 指导老师：谢先军 2009年3月19日
主要内容
一、简介 二、基本原理 三、热动力学模式 四、应用实例 五、误差分析 六、优缺点
谢谢！ 欢迎批评指导
一、简介
地史时期上，地表起伏的状态能为地壳、岩石 圈和上地馒动力学的研究提供第一手资料，用定量 的方法精确刻画高大地形的古海拔演变，研究方法 主要有3种： （1）古植物化石中叶片的形状特征与古气候多指标 过程。 （2）利用熔岩流气孔推测。 （3）山间盆地沉积的自生矿物氢氧同位素含量。
二、基本原理
为了恢复内华达山脉的始新世的 高度，取河流上游样品的δDkaol值， 得到ΔδDkaol的平均值为 -25‰，根据Rowley等的热动力模 式，推测始新世的内华达的高程约 为1500 m。用河流的高度与山脉实 际高度的关系校准认为内华达山脉 在始新世高度已达到2200 m 。
五、误差分析
地史时期在山间盆地沉积的自生矿物 如方解石、高岭石、蒙脱石和针铁矿都 可以作为方法的样品，就其分馏温度的 敏感程度而言，蒙脱石和高岭石两种矿 物可更准确地反映大气降水中同位素的 含量。 4种矿物形成时与河湖水或土壤水 (它们的同位素含量近似等于降水)之间的 氢氧同位素分馏的结果不同。