水同位素技術(shù)在水文和古氣候研究中的應(yīng)用

石膏結(jié)晶水（CaSO4·2H2O）的同位素組成已被用作古氣候代用物，以追蹤地質(zhì)和水文地質(zhì)過程。過往研究主要集中在對(duì)石膏結(jié)晶水（GHW）的18O和2H值以及氘盈余（d-excess）的分析和解釋上。近年來隨著PICARRO為代表的高精度光譜同位素分析儀的發(fā)展，可以進(jìn)一步研究GHW中的δ17O-δ18O（稱為17O盈余）之間的關(guān)系，促進(jìn)水文和古氣候?qū)W的發(fā)展。在GHW的同位素測(cè)量中添加17O盈余指標(biāo)可以提供有關(guān)石膏形成的環(huán)境條件及其與其他流體的沉積后相互作用的更多信息。研究表明17O盈余對(duì)溫度影響的敏感性不如d盈余。因此，將GHW記錄的17O盈余和d盈余結(jié)合起來可以提供有關(guān)石膏形成時(shí)濕度和溫度變化的相對(duì)影響的信息。

以下內(nèi)容來自于Fernando Gázquez et al.于2015年發(fā)表文章：

試驗(yàn)方法：

Fernando Gázquez團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種半自動(dòng)裝置（見下圖Figure1），通過將石膏樣品在真空中緩慢加熱到400°C并低溫捕集所釋放的水來提取GHW。隨后通過PICARRO L2140-i水同位素分析儀測(cè)量GHW水樣的同位素組成（δ17O，δ18O和δ2H值）。萃取設(shè)備可同時(shí)脫水5個(gè)樣品和一種標(biāo)準(zhǔn)品，從而與以前的方法相比，可提高長(zhǎng)期精度和樣品通量。該設(shè)備還可用于在同位素分析之前蒸餾鹽水。直接比較通過CRDS獲得的GHW中17O過量的結(jié)果，然后進(jìn)行氟化，然后進(jìn)行O2的同位素比質(zhì)譜（IRMS）。

PICARRO分析儀增加MCM模塊，去除抽提水樣中的污染物（VOC，H2S等），這些污染物會(huì)產(chǎn)生光譜干擾。

結(jié)果：

1. 研究中PICARRO同位素分析對(duì)GH17樣品的長(zhǎng)期分析精度為δ17O值±0.07‰，δ18O值±0.13‰和δ2H值±0.49‰（均為±1SD），氘盈余為±1.1per mil和17O盈余為±8 per meg。

2. 微燃燒模塊（MCM）有效提高合成樣品和天然樣品GHW的17O盈余的測(cè)量精度。從Figure5 中明顯發(fā)現(xiàn)MCM打開與關(guān)閉的差異。

3. CRDS / MCM和IRMS兩種方法對(duì)比（見下圖），對(duì)合成石膏樣品和天然石膏樣品的分析產(chǎn)生相似的同位素結(jié)果。

結(jié)論：

試驗(yàn)證明，新水分提取方法能夠與PICARRO最新一代的水同位素分析儀測(cè)量石膏結(jié)晶水（GHW）的同位素組成（δ17O，δ18O和δ2H值）。 與早期方法相比，新方法具有許多分析優(yōu)勢(shì)，包括較好的長(zhǎng)期精度，更高的樣品通量，減小的樣品量以及較小的連續(xù)樣品之間的記憶效應(yīng)。

通過此方法可以在GHW和鹽水中同時(shí)獲得17O過量和d過量值。 這可以提供關(guān)于在沉積之后石膏形成并隨后與其他流體相互作用的條件的附加信息。 盡管目前已經(jīng)對(duì)石膏的分析進(jìn)行了初步測(cè)試，但也可以提取其他水合礦物質(zhì)。該方法為水同位素示蹤劑在水文和古氣候研究中的應(yīng)用提供了新的機(jī)會(huì)。