同位素水文地球化學(xué)

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1、同位素水文地球化學(xué)成都理工大學(xué)尹觀同位素水文地球化學(xué)，是直接或間接地應(yīng)用水和水溶物質(zhì)中保存的與水體來(lái)源、形成環(huán)境和演化歷史有關(guān)的天然同位素信息，去揭示各種水體的成因、賦存條件及演化規(guī)律，為查明水和水資源服務(wù)的學(xué)科。第一部分地下水的同位素地質(zhì)年齡一、同位素的放射性衰變1．基本概念（1）放射性：一些元素能不斷自發(fā)地放射出一種或幾種射線，這種由原子核自發(fā)地產(chǎn)生輻射線的性質(zhì)，稱(chēng)為放射性。（2）放射性衰變：放射性元素在產(chǎn)生放射性輻射和放出能量時(shí)，原子核也發(fā)生了變化，一種元素的原子轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素的原子，這一過(guò)程成為放射性衰變。2．衰變方式（1）α衰變：放出2質(zhì)子+2中子的粒子（He核）（2）β

2、衰變：（3）K層電子俘獲：（4）γ衰變：（5）其它：3．放射性衰變定律：（1）放射性母體同位素的衰變公式：放射性母體的衰變速率（dN/dt）與現(xiàn)有母體數(shù)目（N）成正比。寫(xiě)成：寫(xiě)成：dN/dt∞NdN/dt=－λN∫dN/N=－λ∫dt㏑N=－λt+K當(dāng)t=0時(shí)，K=㏑N0㏑N－㏑N0=－λtN=N0e－λt或N0=Neλt意義：放射性母體同位素隨著時(shí)間的增長(zhǎng)呈指數(shù)函數(shù)衰減（2）放射性子體同位素增長(zhǎng)公式：∵N0=N+D代入D=N（eλt－1）或D=N0（1－e－λt）意義：放射性成因子體同位素D隨著時(shí)間的增長(zhǎng)呈指數(shù)函數(shù)積累。（3）半衰期T1/2：放射性母體原子數(shù)衰減到一半時(shí)所需的時(shí)間。

3、T1/2=㏑2/λ=0.693/λ二、??水體的氚和14C定年1．氚法：（1）氚的起源：大氣層上部—宇宙射線的快中子（超過(guò)400萬(wàn)電子伏特）與穩(wěn)定的14N的核反應(yīng)：14N+n→3H(T)+12C3H(T)與大氣中的氧原子化合成HTO,以大氣降水或水汽的形式參與水循環(huán)。（2）地下水氚的定年：①在一定條件下，地下水流中任意一點(diǎn)的氚（T）含量與氚的輸入量（T0）和水的滯留時(shí)間(t)有關(guān)，其關(guān)系式為：T=T0e－λtt=1/λ㏑(T/T0)只要測(cè)得氚的輸入濃度（T0）和地下水的氚濃度T，就可以求得地下水的年齡。②氚單位（Tu）：在1018個(gè)氫原子中有一個(gè)氚原子。③氚的半衰期T1/2為12.4

4、3a，屬β－衰變，衰變的最終產(chǎn)物為3He：31H→32He+β－+γ－+Q(3)大氣層中氚濃度（T0）的變化：①大氣層的休止層滲漏效應(yīng)：大氣層上部（休止層）的氚通過(guò)氣團(tuán)交換向?qū)α鲗舆w移（滲漏），這種交換主要是在中緯度高壓帶休止層不連續(xù)區(qū)域內(nèi)，其交換強(qiáng)度隨季節(jié)而異，每年的晚冬和春季期內(nèi)達(dá)到最大值；②氚自身的衰變和與貧氚的海洋表面水分子交換，導(dǎo)致大氣氚濃度的降低；③大氣層人工核試驗(yàn)導(dǎo)致大氣氚濃度的急劇上升：1954~1956，1964~1966時(shí)期兩個(gè)高峰期，最高氚濃度達(dá)2000Tu。（4）大氣降水中的氚的各種效應(yīng)①緯度效應(yīng)：氚濃度隨緯度的增高而增高；②大陸效應(yīng)：在同一緯度帶上，氚濃度隨

5、遠(yuǎn)離海岸線而逐步升高；原因：赤道的宇宙射線中子強(qiáng)度變小，極地最大，因而平流層各處氚的生產(chǎn)率有差別；大氣環(huán)流作用的影響；海洋表面的交換和稀釋作用；人工氚來(lái)源的加入。③季節(jié)效應(yīng)：最大濃度在6~7月，最小濃度在11~12月；④高度效應(yīng)：大氣降水氚含量高處大于低處；降水量效應(yīng)：在同一緯度地區(qū)，大氣降水的氚濃度隨降水總量的增加而減少。（5）各種地表水體的氚濃度變化規(guī)律：①湖泊：A.主要由大氣降水補(bǔ)給的湖泊：氚濃度存在季節(jié)性變化，降水滯留時(shí)間短和小湖泊的變化最大；B.在大而深的湖泊內(nèi)氚濃度存在垂直分布性；C.一些由地下水補(bǔ)給的湖泊不存在上述變化，甚至不含氚。②.海洋：因海水體積龐大，解析強(qiáng)，海水

6、氚濃度變化不明顯；③河水：A.河水氚濃度取決于補(bǔ)給來(lái)源：大氣降水補(bǔ)給的河水T較高，地下水補(bǔ)給的T低；B.河水氚濃度受地理位置、高度等自然環(huán)境的影響；發(fā)源于近海山地、丘陵區(qū)的河流：a.自南向北氚濃度逐漸增高；b.河水中的氚濃度低于流域內(nèi)同期大氣降水。發(fā)源于內(nèi)陸高原河流：a.自東向西河水氚濃度逐漸增加；b.河水中的T高于當(dāng)?shù)卮髿饨邓?，反映大陸?nèi)部和高山區(qū)來(lái)水比例較大。(6)地下水流動(dòng)模型及年齡的計(jì)算：常用模型：①活塞流模型（PEM）Cout/Cin0=e－λt②指數(shù)模型(EM)Cout/Cin0=1/(1+λt)③彌散模型(DM)①經(jīng)驗(yàn)法估算:P.271.14C定年⑴14C起源及演化循環(huán)

7、①大氣層上部宇宙射線產(chǎn)生的中子（主要是慢中子）與穩(wěn)定的14N原子之間的核反應(yīng)產(chǎn)生14C：147N+10n→14C+11H(P)(質(zhì)子)生成的14C很快氧化成14CO2分子，并與不活潑的12CO2混合，遍布于整個(gè)大氣圈。②大氣層上部不斷產(chǎn)生新14C，但這些14C又不斷的衰減和被生物圈和水圈的物質(zhì)所吸收，從而使大氣圈中的14C濃度維持一種相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。②大氣層上部不斷產(chǎn)生新14C，但這些14C又不斷的衰減和被生物圈和水圈的物質(zhì)所吸收，從而使大氣圈中的