大气降水的氢氧同位素组成

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  大气降水氢、氧同位素组成最重要的特征:δD-δ18O值之间呈线性变化;大多数地区大气降水的δD和δ18O为负值;δ值与所处地理位置有关,并随离蒸气源的距离增大而变得更负。

  图4-2、图4-3的资料表明,全球性或区域性的大气降水的同位素组成分布很有规律。全球降水的平均δD值为-22,δ18O值为-4。两极地区的降水最贫重同位素,δD为-308,δ18O为-53.40‰(Craig,1963)。在干旱地区的封闭盆地中,水最富重同位素,δD为129.4‰,δ18O为30.80‰(Fontes和Gonfiantini,1967)。

  图4-3 世界大气降水δ18O分布图(据Yurtscver等,1981)

  图4-4 大气降水中δD-δ18O关系图(据Craig,1961)

  云蒸气和大气降水的同位素组成变化很大,随空间、时间而异。大气降水的同位素组成及其变化规律是研究地下水的重要基础资料。

  1.降水方程

  由于水在蒸发和凝结过程中的同位素分馏,使大气降水的氢、氧同位素组成出现了线性相关的变化。这一规律最早是由Craig(1961)在研究北美大陆大气降水时发现的,并把这一规律用数学式表示为

  同位素地球化学

  这就是降水方程,又称之为Craig方程(图4-4)。

  根据IAEA所属降水观测站的资料,降水的加权平均δD和δ18O值之间存在很好的线性相关:

  同位素地球化学

  相关系数r=0.997;δD值的标准差σ=±3.3‰,(4-2)式非常接近Craig(1961)降水方程。

  全球观测站的资料,经加权或未经加权处理,得

  同位素地球化学

  r=0.995,n=159,δD的标准偏差为±4.1‰(未经加权平均);

  同位素地球化学

  r=0.990,n=153,δD的标准偏差为±4.3‰(经加权平均)。

  如果把全球岛屿、滨海和内陆观测站的资料进行数学处理(平均和加权平均),其结果更接近全球性降水方程(表4-5)。

  表4-5 岛屿、滨海和内陆的降水方程

  ①加权平均相关方程。

  但是,世界不同地区的降水方程往往偏离全球性方程,方程的斜率和截距都有不同程度的变化(表4-6)。

  表4-6 世界及我国部分地区的降水方程

  从1995~1998年26件大气降水样品的δD、δ18O同位素测定结果,经最小二乘法处理,得到西藏南部雅鲁藏布江河谷一带的大气降水方程为:δD=7.54δ18O+15.92。在δD-δ18O图上,落在全球大气降水线δD=8δ18O+10的右下方,其斜率小于8,截距大于10,显示出强烈的蒸发特征。这与地处高原、纬度较低、海拔高、空气稀薄、太阳辐射强、蒸发强烈的环境条件相匹配。

  2.氘过量参数(d)和降水线斜率(S)的变化

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