利用稳定同位素大气水平衡模式模拟降水中δ18O的分布

利用稳定同位素大气水平衡模式,模拟了2012年全球大气水汽和降水中δ18O的空间分布和时间变化以及降水中δ18O与降水量、温度之间的关系.其目的在于检验稳定同位素大气水平衡模式模拟水稳定同位素循环的能力,揭示稳定同位素效应产生的主要原因,改善对水循环中稳定同位素效应的理解和认识.模拟结果很好地再现了全球降水中δ18O的纬度效应、大陆效应和季节差异.在水循环过程中,引起降水中稳定同位素空间变化和时间变化的原因与蒸发对水汽同位素的富集作用、降水对水汽同位素的贫化作用、凝结温度对水汽同位素贫化程度的影响有关.模拟的降水量效应主要出现在中低纬度海洋和季风区,这种分布形势与δ18O季节差和降水量季节差的分布相对应;模拟的温度效应主要出现在中高纬度陆地,这种分布形势与降水中δ18O季节差的分布形势相对应.在一些低纬度地区,伴随强降水量效应的出现,温度效应也同时出现.     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——时间变化的比较(以长沙降水同位素为例)

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）的模拟数据,分析了在不同的下垫面蒸发和不同的凝结分馏条件下降水中δ¹⁸O的时间变化、降水量效应、负温度效应和大气水线。并通过与长沙站5年实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示下垫面蒸发水汽中稳定同位素的季节性变化和云中稳定同位素分馏对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对季风区水稳定同位素效应的理解和认识。iAWBM给出的4个模拟试验均很好地再现了监测站降水中δ¹⁸O的时间变化,模拟出季风区降水中稳定同位素在暖半年被贫化、在冷半年被富集的基本特点。与平衡分馏相比,动力分馏下降水中稳定同位素被贫化的程度加强、季节差和离散程度减小;由下垫面蒸发水汽中稳定同位素δ_e季节性变化所引起的降水中稳定同位素的变化在不同季节完全相反：在长沙,暖半年降水中δ¹⁸O更低,冷半年降水中δ¹⁸O更高,使得降水中稳定同位素季节差和离散程度增大。4个模拟试验均很好地再现了季风区的降水量效应和负温度效应。与平衡分馏相比,动力分馏下模拟的降水量效应和负温度效应的斜率相对较小;δ_e季节性变化导致模拟的降水量效应和负温度效应的斜率增大。利用iAWBM,模拟出季风区湿热气候条件下的MWL。动力分馏以及δ_e季节变化均使模拟得到的MWL的斜率和截距减小。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——空间分布的比较

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）,在一个水平衡和水稳定同位素平衡的框架下以及在相同的气象驱动下,模拟在不同的下垫面蒸发和不同的云中凝结分馏条件下降水中稳定同位素效应的空间分布特征,并通过与GNIP实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示云中的稳定同位素分馏和从下垫面蒸发的水汽同位素δ_e对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对全球水循环中稳定同位素效应的理解和认识。结果显示：iAWBM的4个模拟试验均很好地再现了全球降水中平均δ¹⁸O和平均δ¹⁸O季节差的空间分布特征;很好地模拟了降水同位素的温度效应、降水量效应的分布特点以及全球的大气水线MWL;比较而言,平衡分馏假设下模拟的全球降水中平均δ¹⁸O的空间分布与根据GNIP数据得到的实际空间分布以及模拟的全球MWL与实际MWL最接近,且模拟效果亦最好;动力分馏假设下模拟的降水中δ¹⁸O平均季节差的空间分布与根据GNIP数据得到的实际分布之间的相关程度较好,且拟合水平明显提高;在动力分馏和δ_e季节性的假设下,iAWBM再现全球δ¹⁸O-T和δ¹⁸O-P相关关系空间分布的能力较强。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

黄河流域大气降水氢、氧稳定同位素时空特征及其环境意义

大气降水δ18O值的变化是一个蒸发和凝结的物理过程,与纬度、海拔、距海岸的距离、季节和降水量等因素有关,具有规律变化的特征。根据黄河流域上中下游地区取得的降水同位素数据和降水气象资料,分析了该区域降水中δ18O的时空变化特征。研究了流域上中下游降水中稳定同位素与温度和降水量的关系,揭示了流域降水中稳定同位素的变化规律。结果表明,流域上游和中下游降水中稳定同位素具有不同的季节变化特征,上游地区表现为夏季富集、冬季贫化,中游和下游则与之相反;在空间变化上,流域降水稳定同位素自上而下整体趋于逐渐贫化,波动明显,存在显著的极值区;黄河流域上、中下游具有不同的同位素过程,上游地区受海拔效应和内陆循环影响显著,而中下游则主要受季风系统和局地因素的影响。局地大气水线以及d与大气水汽压关系的分析表明,流域降水在从云层底部降落到地面的过程中,具有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。     

水体蒸发过程中稳定同位素分馏的模拟

通过对非平衡条件下水体蒸发中稳定同位素分馏机制的分析, 模拟了蒸发水体中稳定同位素比率的变化及与温度、大气湿度的关系. 在瑞利模式中, 剩余水中的稳定同位素随剩余水比例f的减小不断富集, 富集的速率与温度呈反比. 在动力蒸发条件下, 稳定同位素的分馏不仅与相变温度有关, 而且受大气湿度和液-气相之间物质交换的影响. 在动力蒸发过程中, 相对湿度越小, 剩余水中稳定同位素比率随 f的变化越快. 当相对湿度较大时, 在经历了一段时间蒸发后的剩余水中的δ将不随 f变化. 蒸发水体达到稳定状态的速率主要取决于大气的相对湿度. 当温度约20℃时, 在瑞利平衡条件下模拟的蒸发线与全球大气水线较接近. 在非平衡蒸发条件下, 蒸发线的梯度项和常数项与温度和相对湿度呈正比.     

青藏高原中部降水稳定同位素变化与季风活动

根据1998年夏季中日GAME／Tibet项目在青藏高原中部进行的降水中稳定同位素研究结果以及相关的气象观测资料，分析了青藏高原中部夏季降水中δ^18O的变化规律。研究结果发现，青藏高原中部夏季降水中δ^18O的波动与大规模天气活动有关，而不是地方性的气象条件。该地区降水中δ^18O对水汽来源的变化以及水汽的输送过程十分敏感。夏季伴随西南季风进入高原南部的水汽形成的降水中δ^18O较低，而且季风活动越强，降水中δ^18O也越来低。从青藏高原北部而来的水汽或地方蒸发水汽形成的降水，其δ^18O值较高。     

成都地区大气降水稳定同位素组成反应的气候特征

分析了1986-1998年成都地区大气降水的稳定同位素组成。夏季降水的δD和δ^18O值比冬季降水轻,反映了季风气候的降水特点。成都地区的大气降水线方程是：δD=1．42＋7．530δ^18O,与全球和中国降水线方程相比,表明了成都地区的蒸发程度稍大于降雨,说明成都地区大气降水的不平衡蒸发程度弱,反映了海洋性气候特征。成都地区大气降水δ^18O与降雨量、温度和水汽压之间都是负相关关系。但是降雨量对大气降水δ^18O的影响最大。     

东亚水循环中水稳定同位素的GCM模拟和相互比较

利用引入稳定同位素循环的ECHAM4、GISS E和HadCM3模式的模拟,对东亚降水中年平均δD和过量氘d的空间分布以及大气水线（MWL）进行了分析.根据模拟的空间分布,降水同位素在很大程度上反映不同气团的地理背景以及它们之间的相互作用,模拟结果很好地再现了由GNIP实测资料得到的降水稳定同位素的纬度效应、大陆效应和...     

青藏高原那曲河流域降水及河流水体中氧稳定同位素研究

根据青藏高原中部那曲河流域1998年夏季测得的上下游中稳定同位素的日变化,并与同期观测的流域降水中稳定同位素比较,分析了河水中δ18O的变化特征,初步研究了该流域的稳定同位素水文循环过程.河水中δ18O的变化幅度远小于降水,它是降水中δ18O、降水量以及地表蒸发过程共同作用的结果.研究发现湖水对于稳定同位素变化起着显著的调节作用.河水中δ18O与流域降水中δ18O的差异可能反映了该流域强烈的地表和湖面蒸发作用.     

铬稳定同位素地球化学

随着多接收质谱仪分析技术的进步,铬稳定同位素体系在最近二十几年的环境科学和地球化学中得到了越来越广泛的应用。铬元素属于氧化还原敏感元素,在氧化还原反应过程中伴随着较大的同位素分馏。因此,铬同位素在指示现代或古代环境的氧化还原状态方面有着重要的应用。同时,铬也是中度相容和轻度亲铁元素,使得铬稳定同位素体系也可用来制约高温地质过程(如核幔分异、地幔熔融和岩浆分异结晶等)以及地外行星的演化。本综述首先介绍铬稳定同位素体系,随后讲述分析方法、铬同位素分馏原理以及铬同位素在高温、低温地球化学中的应用。     

Stable isotopes in mineralogy

Stable isotope fractionations between minerals are functions of the fundamental vibrational frequencies of the minerals and therefore bear on several topics of mineralogical interest. Isotopic compositions of the elements H, C, O, Si, and S can now be determined routinely in almost any mineral. A summary has been made of both published and new results of laboratory investigations, analyses of natural materials, and theoretical considerations which bear on the importance of temperature, pressure, chemical composition and crystal structure to the isotopic properties of minerals. It is shown that stable isotope studies can sometimes provide evidence for elucidating details of crystal structure and can be a powerful tool for use in tracing the reaction paths of mineralogical reactions.     

小岩头滑坡稳定性分析

小岩头滑坡位于贵州省威宁县二(连浩特)河(口)高速公路K255 010~K255 240里程右侧,属一个大型古滑坡,发育于二叠系上统峨嵋山组玄武岩(P2β)地层中。在高速公路施工中对路堑进行深挖削坡,可能导致古滑坡中部、线路右侧斜坡失稳破坏,发生滑坡。因此,滑坡稳定性评价是重大工程地质问题之一。根据大量勘察试验资料,系统地揭示了滑坡的特征,分析了滑坡形成的控制因素、成因和形成机制,建立了滑坡体稳定性计算模型,利用反演计算法进行稳定性分析与评价,认为两滑体均处于滑动失稳状态。建议对滑坡体进行处理,采用排水、支挡、减压等措施进行整治。     

镉稳定同位素研究进展

Cd具有挥发性和亲硫性,在海洋环境中Cd为微量营养元素,而在生态环境及农业土壤环境中Cd为有毒元素。因此,镉同位素被应用于海洋科学、地球科学、环境科学及农业科学研究,并展现出巨大的应用潜力。本文总结了近年来富含有机质的环境样品、植物样品和生物样品的消解方法,以及Cd分离纯化及双稀释剂校正方法的研究进展。采用微波、高压灰化和高氯酸消解等样品前处理方法均可消除有机质对镉同位素测定的影响;基于AG MP-1(M)树脂-盐酸淋洗体系可有效分离基体及干扰元素,不会导致镉同位素分馏;^(111 )Cd-^(113 )Cd同位素双稀释剂校正体系的测试精度高,可达0.1εCd/amu。同时,本文阐述了镉同位素在海洋科学、地球科学、环境科学及农业科学领域研究的最新进展和认识。镉同位素已成功应用于构建海洋生物地球化学Cd循环体系、反演古海洋环境及初级生产力变化,硫化物矿床成矿流体演化、成矿物质来源示踪及不同成因矿床类型判别研究,环境体系Cd污染源的源区判别、农田面源Cd来源及其运移、循环及储存机制研究。本文提出需要进一步开展镉同位素分馏机制及分馏模型的研究,构建Cd稳定同位素地球化学体系。     

Stable Carbon and Nitrogen Isotopic

The perennially ice-covered lakes in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica, are part of the coldest and driest ecosystem on earth. To understand lacustrine carbon and nitrogen cycling in this end-member ecosystem, and to define paleolimnological proxies for ice-covered lakes, we measured the stable carbon and nitrogen isotopic composition of particulate organic matter (POM) and benthic organic matter (BOM) within the lakes of Taylor Valley. The ¹³C compositions of seasonally ice-free edges of the lakes (moats) are enriched relative to under-ice organic matter. Thus, the organic carbon isotopic composition of buried sediments may be a proxy for sample position within the lake. In the moats, ¹³C values are governed by limited CO₂diffusion across benthic cyanobacterial cell membranes. During a high glacial melt (2001–2002) season, both ¹³C_POM and ¹³C_BOM in the moats were more depleted than during previous low melt years. We propose that this occurred in response to higher [CO₂]_(aq) and/or reduced growth rates resulting from turbidity-induced light limitation. Though moats and under-ice environments are usually poorly connected, during the 2001–2002 season, the enrichment of the ¹³C_POM values at 6 m depth in the stream-proximal sites relative to deep-profile sites implies enhanced connectivity between these environments. The ¹³C compositions of BOM and POM profiles in Lake Hoare and Lake Fryxell indicate that these lakes are dominated by benthic productivity. In contrast, in Lake Bonney, the similarity of the ¹³C values of BOM and POM indicates the pelagic component dominance in the carbon cycle.     

应用稳定同位素示踪琥珀的产地

利用稳定同位素比值质谱仪（IRMS）对波罗的海琥珀、多米尼加琥珀、墨西哥琥珀、缅甸琥珀及不同产地的柯巴树脂的13C,D,18O稳定同位素进行了高精度测定.研究结果表明：（1）不同产地琥珀的δ13C值分布在一个较为稳定的范围内,缅甸琥珀δ13C=-19.38‰～-22.90‰,平均值为-21.15‰;波罗的海琥珀δ13C=-22.76‰～-25.76‰,平均值为-24.35‰;多米尼加琥珀δ13C=-23.57‰～-26.63‰,平均值为-24.99‰,且均值无交叉;（2）不同产地琥珀的δ13C值与琥珀形成的地质时代存在较好的线性关系.具体表征为随着天然树脂石化地质年代（琥珀化程度）的增加,13C值有规律地增大,据此可推断不同产地琥珀成熟度由高到低的相对顺序为缅甸＞波罗的海＞多米尼加、墨西哥;（3）柯巴树脂的δ13C值为-26.82‰～-29.94‰,平均为-28.55‰,比琥珀的明显贫δ13C,依据实验测试统计数据,推荐参考临界值为-27.00‰（＋0.18,-3.00）,这为界定琥珀与柯巴树脂提供了稳定同位素依据;（4）缅甸琥珀δD=-195.90‰～-244.40‰,平均为-226.00‰;波罗的海琥珀δD=-235.90‰～-270.10‰,平均为-25δ.80‰;多米尼加琥珀δD=-202.80‰～239.40‰,平均为-219.90‰;墨西哥琥珀δD=-218.90‰.不同产地琥珀中δD的同位素变异反映了环境水（大气降水）与古纬度之间的变化规律,即随着琥珀产地古纬度的增加,δD逐渐减小;（5）不同产地琥珀在13C-18O,D-18O同位素之间及13C,D,18O同位素在二维图解、三维空间中具有很好的分区性,表明碳、氢、氧稳定同位素综合分析可以示踪琥珀的产地信息.     

Stable methods of interpretation of gravimetric data

A method for interpretation of potential geophysical fields, based on a stable inversion algorithm, is proposed. The stability of the algorithm is provided by an original choice of the zero approximation model and stepwise solution of the inverse problem by a correctness set. The three-dimensional density distribution of local structures as grid functions is reconstructed by layer-wise anomalies of a spilt field. Examples of interpretation of the practical gravimetric data illustrating the efficiency of the method are given.

     

牡蛎壳体的同位素贝壳年轮研究

贝壳年轮学通过研究水生生物骨骼的周期性增长,来解译其生命历史及记录的环境信息。介绍了贝壳年轮研究的对象和方法、回顾了贝壳年轮的发展历程,并以渤海湾地区的现生和埋藏牡蛎壳体为例进行了贝壳年轮与壳体同位素剖面分析研究,首次同时关注牡蛎壳体剖面内的生长层和壳体韧带槽表面的特征层,二者共同指示了准确的生长年轮。结果显示,对应于壳体韧带槽表面凹沟的壳体剖面内灰色半透明生长层,具有一个年生长周期内最重的氧同位素比值,是晚秋至早春季节水温较低、食物来源匮乏时期形成的缓慢致密生长层;对应于壳体韧带槽表面外凸层中部的壳体剖面内灰色半透明生长层,具有较轻的氧同位素比值,是春季牡蛎产卵而形成的缓慢致密生长层;二者均具有良好的季节性指示意义,可以根据这些特征生长层对壳体的生长年龄进行准确的判断。     

Stable isotope composition of Hellenic bottled waters

Bottled waters are an increasingly significant product in the human diet. In this work, we present a dataset of stable isotope ratios for bottled waters sampled in Greece. A total of 25 domestic brands of bottled still waters, collected on the Greek market in 2009, were analysed for δ¹⁸O and δ²H. The measured stable isotope ratios range from − 9.9‰ to − 6.9‰ for δ¹⁸O and from − 67.50‰ to − 46.5‰ for δ²H. Comparison of bottled water isotope ratios with natural spring water isotope ratios demonstrates that on average the isotopic composition of bottled water tends to be similar to the composition of naturally available local water sources, showing that bottled water isotope ratios preserve information about the water sources from which they were derived and suggesting that in many cases bottled water should not be considered as an isotopically distinct component of the human diet. This investigation also helped to determine the natural origin of bottled water, and to indicate differences between the natural and production processes. The production process may influence the isotopic composition of waters. No such modification was observed for sampled waters in this study. The isotopic methods applied can be used for the authentication of bottled waters and for use in the regulatory monitoring of water products.