同位素讲座III.H、O同位素基本原理1基础知识SMOW(StandardMeanOceanWater)标准平均海洋水，作为世界统一标准。其同位素组成，在实验测定精度范围内，与大西洋，太平洋和印度洋开放洋区500~2000米深处平均海水样品测定值一致。18O(SMOW)=0‰D(SMOW)=0‰自然界中氧同位素组成分布大家有疑问的，可以询问和交流自然界中氢同位素组成分布平衡同位素分馏时18O富集顺序－化学键对氧同位素分配的控制18O在变质矿物中的富集顺序2水与水/岩交换作用全球的水循环当水蒸发时，由于较轻的水同位素分子的零点能（E0）较高，饱和蒸汽压较低，所以轻同位素分子优先富集于蒸汽相中进入空间，气体中的轻同位素16O和H的含量增加。相对而言，留下的水中富集重同位素分子，水中的重同位素18O和氘(D)的含量增加。当水蒸发过程进行的很慢时，水/汽界面处于同位素平衡状态。在25C时，在同位素平衡分馏条件下水分子蒸发，水/汽之间的分馏系数是：水-气（D/H）=1.074水-气（18O/16O）=1.0092这就是说，海洋上空与海水平衡之水蒸汽的δD和δ18O值分别比海洋水低接近74‰和9.2‰。由此分馏系数可以计算出，在25C时，当水从海洋表面蒸发时气体的δ值为：δD=-69‰，δ18O=-9‰空气湿度对一个地区水蒸发过程中的同位素平衡有很大影响。例如，当空气中的相对湿度接近100％时，液相和汽相之间的交换可能建立同位素平衡。但是，当空气湿度相对低时，一般呈非平衡蒸发状态。如果水的蒸发速度进行得很快，水/汽之间的同位素分馏就会出现不平衡状态。实际上太平洋上空水蒸汽平均为δD＝-94‰和δ18O=-13‰，比平衡分馏蒸发的理论计算（25C平衡时水蒸汽体的δD=-69‰和δ18O=-9‰）低一些，这是由于在自然界的蒸发作用多半在非平衡条件下（相对湿度远小于100%）。在云中的水蒸汽冷凝成雨滴过程中，液相和汽相之间往往达到了同位素平衡，因为相对湿度基本在100％。当从海洋表面蒸发水蒸汽时，水气中亏损δD和δ18O，液相中富集δD和δ18O。2.2水及主要水的库源1）大气降水所有大陆地表水，例如江水，河水，湖水，冰川，地下水，以及一些沉积盆地的卤水和地热水，都是来源于大气降水。而大气降水的来源是海洋表面的蒸发。大气降水的同位素组成变化较大，δD值一般在+50～-500‰，δ18O值一般在+10～-55‰。影响大气降水H、O同位素组成的因素：1）纬度效应纬度增加，则大气降水的δD和δ18O值减少。随着从海面蒸发的水汽的不断降雨的过程，剩余的水汽中越来越亏损D和18O，其雨水和雪水中的δD和δ18O值也越低。自然界最富集轻同位素的水是南极雪(冰)水：δD值为~-428.5‰，δ18O值为～-55.5‰。2）海拔高度效应高度上升，则大气降水的δD和δ18O值减少。一般对于δD值，每升高100m，降低1.2～4‰；对于δ18O值，每升高100m，降低0.15～0.5‰。3）大陆效应越向内陆，大气降水的δD和δ18O值越降低。例如，广州，昆明和拉萨的年平均降雨的δD值分别为－29‰，－76‰和－131‰。中国大气降水的氢同位素分布图美国大气降水的氧同位素分布图4）季节效应第一是温度效应。在冬季或干旱季节，大气降水的δD和δ18O值相对低；在夏季或雨季，δD和δ18O值相对高。第二是降雨量效应。降雨量大，大气降水的δD和δ18O值相对高；降雨量小，δD和δ18O值相对低。美国大陆大气降水的氧同位素控制因素2）河水河水有两种补给源：大气降水和地下水。不同地区，不同季节，它们对河流的补给量也不同。大气降水形成径流和小河，这些小河的同位素组成反映大气降水的特征，具有季节性变化特征。大河水系是由小河汇集而成，所以它们的同位素组成要复杂得多。高山区的径流往往依赖于冰雪的融化，这种成因的小河流的同位素组成显示出季节性变化，但其季节性变化与大气降水的情况相反。在夏季时，大量冰雪融化，融水与夏季降雨相比亏损D和18O，甚至低于冬季降雨。3）湖水湖水的同位素组成与水源的补给类型，湖泊所处的地理位置和自然环境条件密切相关。湖水的补给源是大气降水，河水或地下水。在临近海洋的地区，还可以是海水。这些不同的补给源都可以给湖水的同位素组成带来差异。湖水同位素组成存在季节性变化，纬度效应，大陆效应和高度效应。4）海水现代海洋：δD0，δ18O0（SMOW），组成变化小。由于表层海水优先逃逸H2O16，所以表层海水相对富集重同位素。影响海水H、O同位素组成的因素：（1）海水表层的蒸发和扩散。海水表层的δD和δ18O值一般大于零。（2）两极的深海水流。δD和δ18O值一般小于零,受冰川作用影响。冰川δD和δ18O值远小于零。（3）海底火山喷发和洋中脊热液作用影响。