氢和氧同位素在海水和海洋沉积物
我们将我们的注意力现在氢和氧的同位素中包含水和沉积物沉淀的水柱。我们将学习这些同位素的浓度告诉我们关于冰川冰的体积和海洋的各个部分的温度。“正常”水是H2l6O,但是其他的氢和氧的同位素可以代替最普遍的同位素,导致各种形式的重水,尤其是HD16O和H28O。
^ ^沉重的水
图1.5:草图显示陆地冰盖的发展如何影响海水的同位素组成。从海洋中蒸发的水蒸气是富含轻形式的水,和更加isotopically轻与重形式的水优先雨或雪出来之前,其余在冰川沉积。这个过程系统转移isotopically轻水冰川,离开大海isotopically沉重。
图1.5:草图显示陆地冰盖的发展如何影响海水的同位素组成。从海洋中蒸发的水蒸气是富含轻形式的水,和更加isotopically轻与重形式的水优先雨或雪出来之前,其余在冰川沉积。这个过程系统转移isotopically轻水冰川,离开大海isotopically沉重。
在任何给定的温度光分子平均旅行速度高于较重的分子。这意味着在蒸发过程中,较轻的同位素形式水蒸发比重形式,更容易导致蒸汽在重水浓缩水和耗尽相对于贮液器。此外,当水蒸气凝结成液体或冰,重形式浓缩更容易因为移动较慢,分子更容易粘在一起,没有互相碰撞。结果,降雨丰富重形式相对于空气中的蒸汽,而空气中的蒸汽留下进一步丰富轻形式和进一步减少重形式。这是一种蒸馏,非常类似于一个使白兰地酒的过程(或月光从发酵玉米饲料)。酒精比水更容易挥发,所以蒸汽接触加热酒富含酒精相对于液体;如果蒸汽冷却并凝结的一部分,水凝结出来优先,留下一个强有力的本质最终还是分开如果剩下的蒸汽冷凝。
蒸馏过程的影响海水同位素组成的画在图1.5。假设大海从相对于VSMOW o18O零开始。水会蒸发到空气中,直到空气变得饱和水蒸气(一个概念,将精确的在第二章)。因为沉重的分子容易蒸发小于轻分子,水蒸气将耗尽在18 o相对海洋——换句话说,它将isotopically光。更准确地说,18 o比16 o的空气中水蒸气的比例会小于最初的海水,导致负面S18O蒸汽。的损耗量弱取决于温度。在273 k,水蒸气
S18O
是-11.7的相对转向海洋。在290 k的转变是-10.1% oand o5在350 k的转变是-6.0%。这减少同位素对比水库随着温度的增加是几乎所有的典型同位素分馏问题。因为大量的水的形式存储大气中水蒸气完全是相形见绌的水量在海洋中,光的选择性去除同位素海洋只有非常,略微isotopically沉重。但如果我们大气的水汽,隔离在冰川在陆地上,多次重复这个过程,直到海水已经相当大一部分转换为光isotopically冰川吗?在这种情况下,系统删除大量isotopically轻水海洋将会使大量的海水isotopically沉重——它会有显著积极S18O。因此,海洋是丰富的程度isotopically重形式的水告诉我们多少冰已经有了在陆地上。随着冰体积变得更大,S18O(或类似的,SD)剩下的海水变得更积极。作为一个例子,假设我们构建一个冰盖通过移除200米深度的水从海洋的平均深度4公里,假设冰川修建从蒸汽与S18O o = -10%。如果冰的S18O Sj是海水,然后保护分子意味着200 Sj +(4000 - 200) = 0,如果大海开始S18O = 0。从这我们总结= .526%o。
事实上,原因画在图1.5中,形成冰川的水最终雪更isotopically光比-10年价值可能期望从观察与海水蒸汽处于平衡状态。最初水分蒸发。蒸汽可能S18O = -10,但是在寒冷的极地地区,一些水会下雨了回海洋,和相对于蒸汽冷凝水isotopically重,因为沉重的物种更容易凝结。这意味着每次一些大气水蒸气散失于降雨或降雪回到海洋,蒸汽留下变得更轻。额外的精确程度减轻的时候雪最终落在冰川取决于数量的水在路上丢了,这是反过来的函数之间的温差,水从海洋和掉在冰川。在过去的100000年里,雪落在格陵兰岛的S18O变化从-42年的-35%左右otoday最冷的时间值。南极冰有些isotopically轻于格陵兰岛冰,并且S18O值从-40年到-55年这取决于位置和年龄的冰。因为额外的分馏柱,冰川的形成将使海洋更丰富的重同位素比我们之前的估计。冰川有同位素组成与目前的,删除200米的海洋冰川将海洋丰富了+ 2%啊,而不是仅仅.526%o。前面的讨论也表明,为了海洋的S值转化成冰体积,一个需要估计的冰川形成的同位素组成。目前冰川,这可以由钻井成冰,但是对于过去的冰,不再存在必须依靠造型之一。
所以,如果我们可以回到过去,抓住一桶海水,测量其同位素组成将告诉我们地球上的冰的体积,这将告诉我们地球有多冷。岂不是很好如果有一些方法吗?
5在现实中,同位素水的组成略高于海洋大气中的水汽有点偏离了平衡值,因为水蒸气之间的动态平衡从海洋蒸发,干燥的空气的混合层从高空。只有当空气和水蒸气的饱和平衡分馏适用于完全。
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- 图1.6:离开的壳底栖有孔虫(Cibicidoides Robertsonianus。标本是约1毫米直径的一半。
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