stringtranslate.com

Глобальная линия метеорной воды

Глобальная линия метеорной воды. Данные представляют собой глобальные среднегодовые значения содержания кислорода-18 и дейтерия в результате мониторинга осадков на станциях сети МАГАТЭ, распределенных по всему миру (n = 420). [1]

Глобальная линия метеорных вод (GMWL) описывает глобальное среднегодовое соотношение между соотношениями изотопов водорода и кислорода ( кислорода-18 и дейтерия ) в природных метеорных водах . GMWL был впервые разработан в 1961 году Хармоном Крейгом и впоследствии широко использовался для отслеживания водных масс в экологической геохимии и гидрогеологии .

Разработка и определение GMWL

Работая над глобальным среднегодовым изотопным составом кислорода-18 и дейтерия ( 2 H) в метеорной воде, геохимик Хармон Крейг наблюдал корреляцию между этими двумя изотопами и впоследствии разработал и определил уравнение для GMWL: [2]

Где δ 18 O и δ 2 H (также известные как δ D) представляют собой соотношение тяжелых и легких изотопов (например, 18 O/ 16 O , 2 H/ 1 H).

Взаимосвязь δ 18 O и δ 2 H в метеорной воде обусловлена ​​масс-зависимым фракционированием изотопов кислорода и водорода между испарением из океанской морской воды и конденсацией паров. [3] Поскольку изотопы кислорода ( 18 O и 16 O) и изотопы водорода ( 2 H и 1 H) имеют разную массу, они по-разному ведут себя в процессах испарения и конденсации и, таким образом, приводят к фракционированию между 18 O и 16 O как а также 2 H и 1 H. Равновесное фракционирование приводит к тому, что соотношения изотопов δ 18 O и δ 2 H различаются между точками на территории. На процессы фракционирования может влиять ряд факторов, включая: температуру , широту , континентальность и, самое главное, влажность . [3] [4]

Местная метеорная линия воды в Чанше, Китай, 1990 г. Данные представляют собой ежемесячные значения кислорода-18 и дейтерия из осадков, наблюдаемых на местной станции (n=12). [5]

Приложения

Крейг заметил, что изотопный состав δ 18 O и δ 2 H холодной метеорной воды из морского льда Арктики и Антарктиды гораздо более отрицательный, чем таковой в теплой метеорной воде из тропиков. [2] Корреляция между температурой (T) и δ 18 O была предложена позже [6] в 1970-х годах. Такая корреляция затем применяется для изучения изменения температуры поверхности с течением времени. [7] Состав δ 18 O в древней метеорной воде, сохранившийся в ледяных кернах, также может быть собран и применен для реконструкции палеоклимата . [8] [9]

Линию метеорной воды можно рассчитать для заданной области, называемой локальной линией метеорной воды (LMWL), и использовать в качестве базовой линии в этой области. Локальная линия метеорной воды может отличаться от глобальной линии метеорной воды наклоном и пересечением. Такой отклоненный наклон и пересечение во многом являются результатом влажности. В 1964 г. была предложена концепция избытка дейтерия d (d= δ 2 H - 8 δ 18 O) [3] . Позднее был установлен параметр избытка дейтерия в зависимости от влажности, поэтому изотопный состав местной метеорной воды можно применять для отслеживания местной относительной влажности, [10] изучения местного климата и использовать в качестве индикатора изменения климата. [6]

В гидрогеологии составы δ 18 O и δ 2 H в подземных водах часто используются для изучения происхождения подземных вод [11] и питания подземных вод . [12]

Недавно было показано, что даже с учетом стандартного отклонения, связанного с инструментальными ошибками и естественной изменчивостью взвешенных по сумме осадков, LMWL, рассчитанный методом EIV (ошибка переменной регрессии) [13], не имеет отличий по наклон по сравнению с классическим OLSR (обычная регрессия наименьших квадратов) или другими методами регрессии. [14] Однако для определенных целей, таких как оценка смещений от линии геотермальных вод, было бы более уместно рассчитать так называемый «интервал прогноза» или «крылья ошибки», связанные с LMWL. [13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ МАГАТЭ. «Глобальная сеть изотопов в осадках. База данных GNIP».
  2. ^ аб Крейг, Х. (1961). «Изотопные вариации в метеорных водах». Наука . 133 (3465): 1702–1703. Бибкод : 1961Sci...133.1702C. дои : 10.1126/science.133.3465.1702. ISSN  0036-8075. PMID  17814749. S2CID  34373069.
  3. ^ abc Кларк, Ян (2013). Экологические изотопы в гидрогеологии . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9781482242911. ОСЛК  1027763963.
  4. ^ Кендалл, Кэрол ; Коплен, Тайлер Б. (2001). «Распределение кислорода-18 и дейтерия в речных водах США». Гидрологические процессы . 15 (7): 1363–1393. Бибкод : 2001HyPr...15.1363K. дои : 10.1002/hyp.217. ISSN  0885-6087. S2CID  27744095.
  5. ^ МАГАТЭ (2019). «Глобальная сеть изотопов в осадках. База данных GNIP».
  6. ^ аб Мерливат, Лилиан; Жузель, Жан (1979). «Глобальная климатическая интерпретация соотношения дейтерий-кислород 18 для осадков». Журнал геофизических исследований . 84 (C8): 5029. Бибкод : 1979JGR....84.5029M. дои : 10.1029/jc084ic08p05029. ISSN  0148-0227.
  7. ^ Фрике, Генри К.; О'Нил, Джеймс Р. (1999). «Корреляция между соотношениями 18O/16O метеорной воды и температурой поверхности: ее использование в исследовании изменения земного климата в течение геологического времени». Письма о Земле и планетологии . 170 (3): 181–196. Бибкод : 1999E&PSL.170..181F. дои : 10.1016/S0012-821X(99)00105-3. ISSN  0012-821X.
  8. ^ Джонсен, Сигфус Дж.; Клаузен, Хенрик Б.; Дансгаард, Вилли; Гундеструп, Нильс С.; Хаммер, Клаус У.; Андерсен, Уффе; Андерсен, Катрин К.; Хвидберг, Кристина С.; Даль-Йенсен, Дорте; Стеффенсен, Йорген П.; Сёдзи, Хитоши (1997). «Запись δ18O в глубоком ледяном керне проекта Greenland Ice Core Project и проблема возможной эмийской климатической нестабильности». Журнал геофизических исследований: Океаны . 102 (С12): 26397–26410. Бибкод : 1997JGR...10226397J. дои : 10.1029/97jc00167 . ISSN  0148-0227.
  9. ^ Гат, младший (1996). «Изотопы кислорода и водорода в гидрологическом круговороте». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 24 (1): 225–262. Бибкод : 1996AREPS..24..225G. doi :10.1146/annurev.earth.24.1.225. ISSN  0084-6597.
  10. ^ Фёлкер, Стивен Л.; Брукс, Дж. Рене; Мейнцер, Фредерик К.; Роден, Джон; Паздур, Анна; Павельчик, Славомира; Хартсоу, Питер; Снайдер, Кирит; Плавцова, Ленка; Шантручек, Иржи (2014). «Восстановление относительной влажности по заводским δ18O и δD как отклонениям дейтерия от глобальной метеорной линии воды». Экологические приложения . 24 (5): 960–975. Бибкод : 2014EcoAp..24..960В. дои : 10.1890/13-0988.1. ISSN  1939-5582. ПМИД  25154090.
  11. ^ Ачеампонг, Ю.С.; Хесс, JW (2000). «Происхождение системы неглубоких подземных вод в южном Вольтайском осадочном бассейне Ганы: изотопный подход». Журнал гидрологии . 233 (1): 37–53. Бибкод : 2000JHyd..233...37A. дои : 10.1016/S0022-1694(00)00221-3. ISSN  0022-1694.
  12. ^ Чен, Цзяньшэн; Лю, Сяоянь; Ван, Чиюэнь; Рао, Вэньбо; Тан, Хунбин; Донг, Хайчжоу; Сунь, Сяосюй; Ван, Юнсен; Су, Чжиго (2011). «Изотопные ограничения происхождения подземных вод в бассейне Ордос на севере Китая». Экологические науки о Земле . 66 (2): 505–517. дои : 10.1007/s12665-011-1259-6. ISSN  1866-6280. S2CID  128698674.
  13. ^ аб Боскетти, Тициано; Сифуэнтес, Хосе; Якумин, Паола; Сельмо, Энрикомария (2019). «Местная линия метеорных вод на севере Чили (18–30 ° ю.ш.): применение регрессии ошибок в переменных к соотношению стабильных изотопов кислорода и водорода в осадках». Вода . 11 (4): 791. дои : 10.3390/w11040791 .
  14. ^ Кроуфорд, Ягода; Хьюз, Кэтрин Э.; Ликудис, Спирос (27 ноября 2014 г.). «Альтернативные методы наименьших квадратов для определения метеорной линии воды, продемонстрированные с использованием данных GNIP». Журнал гидрологии . 519 : 2331–2340. Бибкод : 2014JHyd..519.2331C. doi :10.1016/j.jгидрол.2014.10.033. ISSN  0022-1694.