版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系我們

[科普中國(guó)]-海洋同位素化學(xué)

科學(xué)百科
原創(chuàng)
科學(xué)百科為用戶提供權(quán)威科普內(nèi)容,打造知識(shí)科普陣地
收藏

海洋同位素化學(xué),是以海洋中的同位素為研究對(duì)象的學(xué)科。尤以同位素的應(yīng)用更為重要。

簡(jiǎn)介海洋同位素化學(xué),是 以海洋中的同位素為研究對(duì)象的學(xué)科。主要內(nèi)容是同位素量的測(cè)定,同位素在海洋中的分布、性質(zhì)和對(duì)其分析、分離及應(yīng)用。其中尤以同位素的應(yīng)用更為重要。海洋同位素化學(xué)包括海洋中穩(wěn)定同位素,如16O、18O;放射性同位素,如地殼本來(lái)存在的鈾系、釷系放射性同位素、40K,還有宇宙射線作用產(chǎn)生的和核爆炸產(chǎn)生的一系列放射性同位素。18O/16O比值可用來(lái)研究古氣候和分辨海中陸源礦物、自生礦物;有些放射性同位素還可用來(lái)測(cè)定沉積年齡和沉積速率;有的同位素可用來(lái)鑒別水團(tuán)、研究元素的地球化學(xué)循環(huán)、研究地震、研究生物過(guò)程(如測(cè)定初級(jí)生產(chǎn)力)等。1

主要應(yīng)用海洋同位素化學(xué)的主要應(yīng)用是海洋同位素示蹤。海洋同位素示蹤是指利用海洋中固有的或外加的各種同位素作為示蹤劑,揭示各種海洋學(xué)過(guò)程的機(jī)制與速率。

穩(wěn)定性同位素示蹤法水團(tuán)示蹤在海洋環(huán)境科學(xué)研究中,追溯水團(tuán)的起源,劃分水團(tuán)的性質(zhì),探討水團(tuán)的運(yùn)動(dòng)與混合規(guī)律,是環(huán)境海洋學(xué)的重要課題。在大洋環(huán)流研究中,示蹤物的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。

海水古溫度測(cè)定海洋中鈣質(zhì)生物中的CaCO3與海水處于平衡狀態(tài), CaCO3生成時(shí)與海水中的氧同位素發(fā)生交換反應(yīng),其平衡常數(shù)K與平衡時(shí)的溫度有確定關(guān)系。當(dāng)溫度升高時(shí),相對(duì)較輕的16O由于有較高的活性,易于遷移,在同位素交換反應(yīng)中將優(yōu)先被吸收進(jìn)入生物殼體中,致使18O含量相對(duì)減少,δ18O值隨溫度的上升而下降。

古環(huán)境記錄和物質(zhì)來(lái)源已知淡水和海水中HCO3-中碳的同位素比值因大氣-海洋間的分餾而有差別,故在沉淀形成的石灰?guī)r中,碳穩(wěn)定同位素比值也不一樣。在陸生生物和海生生物之間,有機(jī)碳的同位素比值也不同。根據(jù)沉積物的碳酸鹽或生物有機(jī)碳中碳同位素組成的變化,可幫助確定古海岸線和古三角洲的位置,古盆地的形狀,海進(jìn)或海退的變遷和沉積物的來(lái)源等有關(guān)問(wèn)題。

生物生產(chǎn)過(guò)程與營(yíng)養(yǎng)級(jí)(食物鏈)指示其它應(yīng)用1、利用3He作為水團(tuán)的示蹤劑;

2、根據(jù)海水中硫酸鹽δ34S變化的趨勢(shì),判斷蒸發(fā)巖的沉積年代;

3、利用δ13C和δ18O測(cè)定古海水的鹽度等。2

放射性同位素示蹤法由于放射性核素不斷發(fā)出輻射,無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里,都很容易用探測(cè)器探知它的下落,因此可以用作示蹤物來(lái)辨別其他物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況和變化規(guī)律。這種放射性示蹤物稱為示蹤原子或標(biāo)記原子。

優(yōu)點(diǎn)1、靈敏度高,可測(cè)到10-14-10-18克水平,即可以從1015個(gè)非放射性原子中檢出一個(gè)放射性原子。

2、方法簡(jiǎn)便,放射性測(cè)定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾,可以省略許多復(fù)雜的物質(zhì)分離步驟。

3、定位定量準(zhǔn)確,放射性同位素示蹤法能準(zhǔn)確定量地測(cè)定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變。

4、符合生理?xiàng)l件,在放射性同位素試驗(yàn)中,所引用的放射性標(biāo)記化合物的化學(xué)量是極微量的,它對(duì)體內(nèi)原有的相應(yīng)物質(zhì)和狀態(tài)的改變是微不足道的,獲得結(jié)果符合生理?xiàng)l件,更能客觀地反映事物的本質(zhì)。

應(yīng)用領(lǐng)域1、海洋水體運(yùn)動(dòng);

2、顆粒動(dòng)力學(xué);

3、海洋生物生產(chǎn)力;

4、海洋沉積學(xué);

5、古海洋學(xué)。3

意義海洋在很大程度上控制著地球環(huán)境演變的趨勢(shì),用各種手段和方法研究海洋變化顯然已成為海洋科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。海洋中固有的各種同位素在示蹤海洋物質(zhì)來(lái)源及其時(shí)空分布規(guī)律和轉(zhuǎn)移過(guò)程,追索海洋環(huán)境演變等海洋環(huán)境研究中具有重要意義。海洋同位素示蹤體系已成為海洋地球化學(xué)研究的有效方法,并廣泛應(yīng)用到了海洋科學(xué)研究的諸多領(lǐng)域,在許多大型的國(guó)際合作研究計(jì)劃,如GEOSECS(海洋斷面地球化學(xué)研究)、TTO(海洋瞬間示蹤劑)、WOCE(世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn))、JGOFS(全球海洋通量聯(lián)合研究計(jì)劃)、GLOBEC(全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究計(jì)劃)等相關(guān)問(wèn)題研究中,發(fā)揮了獨(dú)特而重要的作用。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

郭亮 - 副教授 - 中國(guó)海洋大學(xué)