第九章-同位素技術(shù)在地理學(xué)中的應(yīng)用-資料下載頁
2025-08-15 23:42本頁面
【正文】 Curie, Ci），定義為每秒衰變 ?1010 次 ? 放射性比 度 o表示 液體和氣體樣品的放射性濃度單位一般為Bq/m3。表示固體樣品的放射性濃度單位為 Bq/g， 77 3H和 14C同位素組成的表示 ? 天然 水中 3H（氚）濃度常用 “氚單位 ”TU（ Tritium unit） 表示 o 1氚單位相當(dāng)于 1018中氫原子中存在 1個(gè)氚原子的放射性強(qiáng)度 。 ? 14C含量通常用樣品的放射性濃度表示，即Bq/g。 o由于直接測(cè)定 14C的絕對(duì)濃度非常困難，在實(shí)際應(yīng)用中常用相對(duì)濃度單位表示，即樣品的放射性比度與標(biāo)準(zhǔn)樣品的放射性比度相比，也稱樣品的現(xiàn)代碳百分含量（ pmC） 1 0 0??標(biāo)樣AAA （ pmC） 78 放射性同位素定年 ? 長(zhǎng) 半衰期的放射性同位素（ 14C、 36Cl和 81Kr等）可用來測(cè)定古地下水 年齡 ； ? 較 短半衰期的放射性同位素（ 3H、 37Ar、 85kr等）可測(cè)定近幾十年以來的 地下水 ? 測(cè) 齡范圍介于年輕地下水與古地下水之間的“次現(xiàn)代”水年齡的 39Ar和 32Si等 。 o目前 ，比較成熟且常用的放射性同位素有 3H和 14C。3H主要測(cè)定近 50年以來的 “年輕” 地下水 ， 14C常用于測(cè)定 202220220年的古地下水年齡。 NNNNt 00ln1ln1 ?? ???79 3H法 測(cè)定地下水年齡 ? 氚（ 3H或 T）是氫的放射性同位素，它的半衰期為 。 ? 3H的來源：宇宙射線；人工核實(shí)驗(yàn) ? 3H法 估算 地下水年齡是根據(jù)地下水是否受到 20世紀(jì) 60年代核爆試驗(yàn)期間產(chǎn)生的大量核爆氚的標(biāo)記，將地下水形成時(shí)間劃分為核爆試驗(yàn)前和核爆試驗(yàn)后兩個(gè)階段 。 o 1953年核爆試驗(yàn)之前，全球大氣降水氚濃度的背景值為 10TU左右， 1953年至 20世紀(jì) 60~70年代全球大規(guī)模的核爆試驗(yàn)產(chǎn)生的巨量氚使大氣降水的氚濃度急劇增大 80 010002022300040001955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990北半球 3H 濃度 (TU) 北半球陸地降雨中 3H平均含量的歷時(shí)分布曲線 81 3H法 測(cè)定地下水年齡 ? Ian Clark 和 Peter Fritz（ 1997）針對(duì)大陸地區(qū)提出如下的地下水年齡的經(jīng)驗(yàn)劃分方案： o —次現(xiàn)代水， 1952年以前補(bǔ)給，地下水年齡大于 50年； o —次現(xiàn)代水與近代補(bǔ)給水的混合； o 515TU—現(xiàn)代水（ 5~10年）； o 1530TU—存在 20世紀(jì) 60—70年代補(bǔ)給； o 30TU—相當(dāng)一部分可能為 20世紀(jì) 60—70年代補(bǔ)給； o 50TU—主要在 20世紀(jì) 60—70年代補(bǔ)給。 82 14C法 測(cè)定地下水年齡 ? 14C測(cè)定年齡 介于 2,00020,000年古地下水的重要手段 。 o利用 地下水 14C年齡測(cè)定結(jié)果可以很好地確定地下水流向和地下水的循環(huán)速度，并結(jié)合其他氣候變化指標(biāo)恢復(fù)地下水形成的古氣候古環(huán)境條件，以及作為約束條件提高地下水流模型數(shù)值模擬的精度。 NNNNtNNt 002/10 ln8267ln1ln1????83 14C法 測(cè)定地下水 年齡的假設(shè)條件 ? 初始 14C含量在 所確定的年齡范圍內(nèi)是一個(gè)常數(shù) o一般假設(shè)大氣 CO2的 14C濃度為 ， 土壤二氧化碳中 14C含量一般為 100pmc。 ? 14C在地下水系統(tǒng)中的濃度僅受放射性衰變影響 o碳酸鹽礦物的溶解稀釋、碳酸鹽礦物的沉淀分餾以及同位素交換反應(yīng)等因素會(huì)影響地下水中14C濃度 ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要利用模型校正年齡。 84 地下水中 14C的 濃度 ? 地下水 14C測(cè)年是應(yīng)用地下水中的溶解無機(jī)碳（ DIC）作為示蹤劑，測(cè)定地下水中溶解無機(jī)碳的年齡 。 ? 一般 認(rèn)為地下水中的溶解無機(jī)碳與土壤 CO2隔絕后便停止與外界 14C的 交換 ? 地下水 14C年齡是指地下水和土壤 CO2隔絕后 “距今 ”的 時(shí)間 。 85 影響地下水 14C濃度的主要因素 ? 碳酸鹽礦物的溶解稀釋 反應(yīng) o碳酸鹽礦物多為地質(zhì)歷史時(shí)期形成，所以其 14C濃度一般為 0pmc。碳酸 鹽礦物溶解進(jìn)入地下水中會(huì)使地下水 14C濃度減小， 即 “稀釋反應(yīng) ”。 ? 碳酸鹽礦物的 沉淀反應(yīng) o碳酸鹽礦物的沉淀過程會(huì)產(chǎn)生同位素的分餾 ，在 沉淀過程 中地下水 14C濃度減小 。 ? 同位素交換反應(yīng) o包氣帶中土壤 CO2 與地下水 DIC之間以及在含水層飽和帶中碳酸鹽礦物與地下水 DIC之間存在同位素交換反應(yīng) 86 地下水中 3H 和 14C的關(guān)系 87 地下水 CFCs定年 ? CFCs是 Chlorofluorocarbons（氯氟烴，又名氟利昂 Freon）的縮寫，是分子結(jié)構(gòu)中含有氯氟和碳、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、揮發(fā)性強(qiáng)的一類有機(jī)化合物的 總稱 ? 其中 的 CFC11 ( CCl3 F) 、 CFC12(CCl2 F2 ) 、 CFC113 (C2Cl3 F3 ) 是化學(xué)上穩(wěn)定的純?nèi)斯さ幕衔铩? 88 大氣 CFCs濃度 變化 北美大氣CFCs濃度和CFC比值曲線 (據(jù)Use of Chlorofluorocarbons In Hydrology, IAEA, 2022) 89 實(shí)例研究 90 實(shí)例研究 91 實(shí)例研究 92 實(shí)例研究 ? 主要結(jié)論 93 同位素實(shí)驗(yàn)測(cè)量 94 同位素實(shí)驗(yàn)測(cè)量 95 同位素實(shí)驗(yàn)測(cè)量 96
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