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同位素追踪技术揭示物质迁移过程引言:在自然界中，物质迁移是一种常见现象，它对环境和人类健康有着深远的影响。
人们迫切需要了解物质迁移的路径、速度和影响因素等关键信息，以便采取相应措施进行环境治理和风险评估。
然而，由于物质迁移过程复杂隐蔽，并且受到多种因素的影响，对其进行准确的研究一直是一项挑战。
幸运的是，同位素追踪技术的出现为解决这一难题提供了有效手段。
一、同位素追踪技术的基本原理同位素追踪技术是一种利用同位素比例或同位素浓度变化来研究物质迁移过程的方法。
同位素是指具有相同化学性质但具有不同质量的原子核，它们具有相同的原子序数，但质量数不同。
同位素的比例或浓度存在于不同介质中的变化，可以揭示物质在地球系统中的运动轨迹和迁移速度。
二、同位素追踪技术在地下水中的应用1. 稳定同位素稳定同位素包括氢同位素、氧同位素、硫同位素等，它们在地下水研究中起到重要作用。
例如，氢同位素可以用于确定水的来源和水循环过程，氧同位素可以用于研究降水、蒸发和蒸发补给等过程，硫同位素则可以用于研究地下水中硫酸盐的来源和迁移路径。
2. 放射性同位素放射性同位素主要包括氚、铀、锶等，它们具有放射性衰变的特性，可用于研究地下水中的物质迁移过程。
例如，铀同位素可以用于评估地下水中铀的来源和迁移速度，锶同位素可以用于研究地下水和地表水之间的交互作用等。
三、同位素追踪技术在大气环境中的应用1. 碳同位素碳同位素是研究大气中二氧化碳（CO2）循环过程的重要工具。
通过测量大气中CO2的碳同位素比例，可以确定不同碳汇和碳源之间的交互作用。
这对于理解气候变化和评估生态系统的碳循环功能具有重要意义。
2. 氮同位素氮同位素可以用于研究气体氮化合物在大气中的转化过程，例如硝化、反硝化和氮的沉降等。
通过分析大气中氮化物的同位素组成，可以揭示氮化物的来源和转化途径，进而为大气污染防治提供科学依据。
四、同位素追踪技术在地球科学和生态学中的应用同位素追踪技术在地球科学和生态学中也有广泛应用。
原子能技术在地下水资源管理中的应用与创新地下水资源是人类生活和经济发展中不可或缺的重要组成部分。
然而，由于不合理的开发和管理，地下水资源的过度开采和污染等问题日益严重。
在这样的背景下，原子能技术被广泛应用于地下水资源管理中，为保护和合理利用地下水资源提供了重要手段。
本文将主要探讨原子能技术在地下水资源管理中的应用，并对其创新发展进行探讨。
一、同位素示踪技术同位素示踪技术是一种利用同位素的特殊性质追踪地下水的流动和混合过程的方法。
利用同位素示踪技术，可以精确测定地下水中的同位素含量，并据此推测地下水的流动轨迹、流速和流向等重要信息。
通过同位素示踪技术，我们可以了解地下水的补给源、水源地与地下水之间的关系，为地下水资源的保护和管理提供科学依据。
除了同位素含量的测定外，同位素示踪技术还可以应用于地下水污染的追踪与监测。
例如，通过测定地下水中痕量元素的同位素组成，可以准确判断地下水是否受到污染以及污染源的类型。
这种方法在地下水污染事件的调查与处理中发挥了重要作用。
二、放射性同位素示踪技术放射性同位素示踪技术是一种利用放射性同位素在地下水中的分布和衰变过程来研究地下水运动规律的方法。
放射性同位素示踪技术主要包括放射性同位素示踪法和放射性示踪示范实验法。
放射性同位素示踪法是指通过测定地下水中放射性同位素的含量来推测地下水的运动速度、流向和流动轨迹等信息。
常用的放射性同位素包括氚、碳-14和锶-90等。
放射性示踪示范实验法是指通过在地下水中加入已知量的放射性同位素，观察其在地下水中的运动和分布情况，从而推测地下水的运动规律。
这种方法通常需要在实验场地建立盖井和监测网等设施，通过长期的监测和记录，获得准确的地下水运动信息。
三、核技术在地下水资源管理中的创新应用除了传统的同位素示踪技术和放射性同位素示踪技术，核技术还被广泛应用于地下水资源管理中的其他方面。
1. 核磁共振技术应用于地下水污染监测核磁共振技术是一种通过外加磁场和射频脉冲来激发样品中核自旋的共振信号，并根据共振信号的强度和频率来分析样品组分的方法。
氮同位素方法在地下水氮污染源识别中的应用金赞芳1 叶红玉2(1.浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江杭州310014;2.浙江省环境保护科学设计研究院,浙江杭州310007) 摘要地下水硝酸盐来源复杂多样。
介绍了用15N/14N的方法(N同位素方法)分析辨明污染物来源。
氮污染源不同,氮同位素值(δ15N值)也就不同。
例如:雨水的δ15N值偏低,为-1.08%～0.21%;生活排水的δ15N值偏高,为1.0%～1.7%。
污染源不同,受污染的地下水的δ15N值也不同,据此能有效地判断地下水硝酸盐的来源。
关键词地下水硝酸盐氮同位素值Identif ication of the nitrate sources in the groundw ater by N isotope method J in Zanf ang1,Ye Hong y u2.(1.Col2 lege of B iology&Envi ronmental Engineering,Zhej iang Universit y of Technology,H angz hou Zhej iang310014;2.Envi ronmental Science Research&Desi gn I nstitute of Zhej iang Province,H angz hou Zhej i ang310007)Abstract: This paper reviews the state2of2the2fact of natural abundances of N isotope(14N/15N)in investigating the sources and mechanisms of the pollutants.Different nitrate sources have the differentδ15N values.The nitrate from the rainwater has the lowδ15N values(- 1.08%～0.21%)and that f rom the domestic wastewaters has the highδ15N values(1.0%～1.7%).Differentδ15N values of the groundwater is caused by different nitrate sources. Henceδ15N values can be used to identify the nitrate source in the groundwater effectively.K eyw ords: Groundwater Nitrate Nisotope value 水体和食物中过量的硝酸盐被视为一种污染物,早在20世纪40年代就曾报道饮用水中的硝酸盐可引起婴儿高铁血红蛋白症,俗称氰紫症[1],[2]3。
地下水同位素原理
地下水同位素原理是利用放射性同位素测定地下水的年龄、来源和成因等。
放射性同位素衰变速度不依温度、压力或元素的化学组成的状态而变化，一种放射性元素的半衰期是一个常数，据此可以测定地下水的年龄。
在地下水研究中，同位素可以用于确定降水和地表水与地下水的混合比例，推断地下水的形成过程、来源和流动路径。
例如，氢同位素（氘和氢-1）和氧同位素（氧-18和氧-16）是地下水成因研究中常用的同位素。
通过测量降水和地下水中氢同位素的比值，可以确定地下水来源于何种降水类型，如降水量、降水频率等。
氧同位素也可以用于确定降水入渗的深度，从而推测地下水形成的层位。
此外，同位素还用于确定岩石风化程度和类型。
通过测量岩石和地下水中的同位素比值，可以判断地下水的形成时间和形成地区。
这些信息有助于了解地下水的流动路径和形成过程，为地下水资源开发和管理提供科学依据。
放射性同位素^(14)C测年在岩溶地下水中的应用及研究进展卢安康;赵冠华;王辉;周立坚;唐胜群;彭志龙【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2024(33)3【摘要】放射性同位素^(14)C测年是获取岩溶地下水水文地质参数,探索岩溶地下水运移状态,评价其可持续利用的重要手段。
搜集已公开发表的放射性同位素^(14)C文献资料和相关研究实例,对其主要来源、循环过程、测年原理、分析方法以及在岩溶地下水研究中的应用等内容进行系统论述。
研究表明,目前放射性同位素^(14)C主要用于测定岩溶地下水年龄,通过地下水年龄分布和不同来源的同位素占比,科学识别地下水补给源、估算地下水补给速率、合理评估地下水的更新能力等,再现岩溶地下水运动过程,进而计算运移过程中同位素交换率,判断发生的岩溶作用程度,可示踪地下污染来源,揭示地下水污染质的迁移规律,可为水资源利用和环境评价提供关键性的依据。
然而,在使用放射性同位素^(14)C测年的过程中,仍存在样品采集、处理流程不规范,仪器精度有限、测试价格昂贵、检测结果波动性大等问题。
^(14)C测年范围有限,作为示踪剂指示作用单一,无法测定出过于“年轻”或者“古老”的岩溶地下水年龄。
此外,地下水的运动过程中自然成因的“死碳”混入和人为因素的干扰也会造成测年结果的偏差,现有的校正模型暂时无法解决该问题,相关理论也缺乏研究,这给实际应用和进一步发展造成一定的困扰。
该文指出放射性同位素^(14)C测年在未来仍需加强理论的研究,规范样品采集、处理流程,注重测试技术的开发,以解决“死碳”混入和人为因素的干扰造成的测年结果的偏差,多种示踪剂联合使用,提高测年精度和广度。
【总页数】12页(P487-498)【作者】卢安康;赵冠华;王辉;周立坚;唐胜群;彭志龙【作者单位】广西煤炭地质一五〇勘探队;中国煤炭地质总局广西煤炭地质局【正文语种】中文【中图分类】X143;P641【相关文献】1.地下水放射性同位素测年方法研究进展2.浅谈^(14)C测年在第四纪年代学中的应用3.基于^(14)C测年在查明马坑铁矿矿区岩溶水来源中的应用4.^(14)C-AMS 测年在考古学中的应用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
=水资源>同位素技术在地下水循环深度确定中的应用柳富田1,2,苏小四1,2,董维红1,2,苏耀明1,2,俞发康1,2(1.吉林大学环境与资源学院,吉林长春130026;2.吉林大学水资源与环境研究所,吉林长春130026)
摘 要:地下水循环深度反映了地下水的可更新能力。在水文地质调查基础上,利用同位素技术对鄂尔多斯白垩系地下水盆地南北两区的地下水循环深度进行了研究。同位素数据表明,盆地北区现代水循环深度为210m左右,现代水循环更替速度较快;南区现代水循环深度大约为160m,水循环更替速度较北区稍慢。中深部环河组和洛河组地下水则保存着古地下水特征,地下水更替速度慢。因而可以加大北区地下水的勘察力度。关 键 词:白垩系地下水盆地;水循环深度;锶;氚;CFCs;鄂尔多斯中图分类号:P641.72 文献标识码:A 文章编号:1000-1379(2008)04-0052-03
地下水循环深度是地下水循环研究内容之一,体现了地下水补、径、排的总体特征,可以在一定程度上反映出地下水的可更新能力。一般说来,地下水循环深度大,表明地下水资源可更新能力较强,可开发利用程度高。在制定地下水资源开发利用规划及进行地下水资源管理时,需要了解当地地下水的可更新能力,而确定地下水循环深度便是一个很好的途径。目前,用于研究地下水循环深度的方法主要有地下水动力学法和利用同位素的标志性和记时性的同位素水文地质学方法。由于地下水动力学方法需要地下水位及含水层参数等资料较多,因此在一些人类活动较少、基础资料贫乏的地区不太适用。在过去的几十年里,同位素水文地质学方法已被广泛地应用于水体的起源、年龄和径流途径的研究[1-3]。氢、氧是组成水的元素,可以直接反映地下水的循环过程,从而成为水循环的理想示踪剂。其中,氢的放射性同位素氚(3H),因20世纪60年代全球范围内进行的大规模核爆试验、具备放射性和与水经历相同的演化过程而成为浅层地下水研究的理想示踪剂[4]。大气中的CFCs浓度自20世纪40年代开始逐渐提高,至90年代逐渐达到平衡,成为近年来测定年龄在50年[3]以内的地下水的重要同位素方法[5-7]。因此,结合水文地质条件合理地分析水体环境同位素特征,可以确定出地下水的循环深度。鄂尔多斯盆地内蕴藏着丰富的矿产资源,但水资源严重短缺,成为阻碍区内社会经济发展及能源基地建设的重要因素[8]。水资源短缺的现状要求了解当地的地下水循环条件,确定现代水的循环深度,从而找出合理的开发利用层位,以指导地下水的开发与管理。1 研究区概况鄂尔多斯白垩系地下水盆地位于黄河中游地区,面积约为13.21万km2[9],地跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古4省(区)。白垩系含水层自下而上可以分为洛河含水岩组、环河含水岩组和罗汉洞含水岩组、上覆新生界含水岩组。受气候条件限制,盆地内降水及蒸发分布不均,降水量从东南向西北逐渐递减、蒸发则越来越强烈。大致以白于山为界,可以将盆地分为北区南部黄土高原坳陷盆地和北部沙漠高原坳陷盆地2个具有不同地形地貌特征的地下水系统。1.1 南部黄土高原坳陷盆地南部黄土高原坳陷盆地内水系发育、沟谷深切,除河谷地带外,白垩系地层普遍覆盖30~120m厚的第四系黄土和古近系泥岩[10]。白垩系含水层系统中泥质含量较高,沉积韵律清楚,地层分层明显。在环河组顶部和底部分别分布有厚20~160m的泥岩,共同构成了该亚系统区域性隔水层,从而将白垩系含水层系统分隔为3个相对独立的含水岩组,自下而上依次为洛河含水岩组、环河含水岩组和罗汉洞含水岩组:¹洛河组含水介质为沙漠相的中细砂岩,结构疏松,孔隙率较高且连通性比较好,地下水赋存条件优越,为盆地南部的主要含水层。º环河组含水介质以湖相泥岩为主体,间夹砂岩和膏盐层,含
水介质致密,泥质含量高,地下水赋存条件较差,常构成区域上的隔水层或弱含水层,水交替滞缓。»罗汉洞含水岩组由沙漠相砂岩构成,分布范围较小,受后期侵蚀改造,其厚度变化很大。第四系黄土含水层分布十分零散,与白垩系地下水无直接的水力联系,仅在黄土含水层连续分布的黄土塬区具有一定开采价值。白垩系地下水主要接受上游地表水线状补给和西南边界的六盘山侧向补给,从盆地的周边向侵蚀基准面(泾河和洛河河谷)方向汇集排泄,具有较典型的承压水盆地的特征。
收稿日期:2007-08-30 基金项目:中国地质调查局地质调查项目(12120103302-ZT2);教育部博士点基金资助项目(20030027020)。 作者简介:柳富田(1980)),男,山东胶州人,博士研究生,主要从事同位素水文地球化学研究工作。 E-mai:lzihun@126.com
第30卷第4期 人 民 黄 河 Vol.30,No.4 2008年4月 YELLOW RIVER Apr.,2008 1.2 北部沙漠高原坳陷盆地北部沙漠高原坳陷盆地气候干旱、沙漠广布、河流稀少、地形起伏不大,白垩系地层和第四系风积沙构成含水层的主体。含水层系统以白垩系河流相的砂岩和砾岩为主,岩石呈半胶结状态,结构疏松,岩性单一,孔隙发育,泥质含量较少,沉积韵律不明显。在区域上没有连续稳定的隔水层,总体上构成大厚度的单一含水层亚系统,总体透水能力较强并由上向下逐渐变弱。第四系不连续沉积在下伏地层之上,为高原型不连续的孔隙潜水含水层。地下水以大气降水为主要补给源,流向受地表水文系统控制,由地形较高的地表分水岭向盆地周边的都思兔河、摩林河、无定河和乌兰木伦河等水文系统汇集,以蒸发和向地表水系统汇集为排泄方式。受含水岩组间缺乏稳定连续隔水层的影响,各含水岩组间垂向水力联系密切。
2 采样与测试本次研究工作利用了大量的同位素数据,既有收集到的前人研究成果和资料,也有近期工作中采集到的同位素数据。测试单位多为国内单位,部分样品由IAEA组织帮助测试。样品采集前,先抽水一定时间,以排除井管中积水的影响。D、18O、3H取样量均为1000mL,分别存放于洗净的玻璃瓶或新聚
氯乙烯采样瓶(桶)中。利用IRMS测定地下水的DD、D18O,利用低本底液闪仪测定地下水中的3H。Sr样品采集时,通过0.45Lm孔径多孔滤膜过滤,阳离子测试样品,用HCl酸化至pH=2左右,样品保存在聚丙烯瓶中。采用AAS分析方法测试水样中Sr含量;经过离子交换分离程序后,利用多接收器质谱仪FinuiganMAT262V分析87Sr/86Sr值。Sr的所有分析工作均在维也纳IAEA实验室完成[11]。
3 地下水中稳定同位素的分布特征
3.1 D18O和DD的垂向分布特征盆地南区地下水的D18O和DD在垂向上具有明显的分层特点。总体表现为随地下水埋藏深度的增大,地下水的D18O和DD值逐渐偏负,指示着盆地南区各含水岩组间地下水垂向水力联系较弱。盆地北区地下水的D18O和DD在垂向上总体表现出均一性的特点。在0~200m深度范围内,D18O和DD值逐渐偏负且不稳定,显示其补给源的同位素组成变化比较快,应该是受现代降水影响较为强烈的积极循环带。200m埋深以下,同位素无明显分层,表现出均一性的特点,指示着盆地北区各含水岩组之间地下水垂向水力联系比较密切。3.2 锶(Sr)沿深度变化特征从图1可以看出,在236m深度附近的地下水中,Sr和87Sr/86Sr表现出完全相反的相关关系。一般说来,水流交替越
强烈,则Sr的浓度越低,主要由硅酸盐矿物组成的表层土壤物质在化学风化过程中释放的Sr往往具有较高的87Sr/86Sr值,大多为0.716~0.720[12]。B14孔附近地表主要为第四纪风积沙,硅酸盐含量较高,因此风化物及经过的水流中87Sr/86Sr值也较高;又因为地下水交替强烈,所以地下水溶滤含水层中的盐
分比较多,残留在含水层中的盐分相对减少。因此,出现了浅层地下水中低Sr浓度、高87Sr/86Sr值的现象。地下水中Sr浓度随深度逐渐增加,而87Sr/86Sr值却逐渐减小,二者呈负相关关系,这主要是沿途低87Sr/86Sr值的锶加入的缘故。随着深度的加大,在236m以下地层中偶夹泥岩,渗透性能相对减小,87Sr/86Sr也相对较高,出现了随径流路径的延长以及靠近泥岩
地层越近Sr浓度越大的现象。根据杨郧城等的分析结果[11],在300~400m深处存在侧向排泄带,也可以证明排泄带以上为垂向积极循环带的认识是正确的。
图1 B14孔Sr与87Sr/86Sr随深度变化情况3.3 CFCs同位素分布特征利用CFCs测试浓度,可以分析确定南北两区浅层地下水的年龄。据文献[7]可以知道,多数样品采样深度都不超过200m,甚至只有50m,属地下水盆地局部循环系统。在该系统中,地下水普遍接受现代水补给,循环路径短、深度浅,地下水的年龄大都在19~27a。与南区相比,北区浅层地下水循环深度更大,地下水交替更强烈。
4 地下水放射性同位素的分布特征根据采样点氚浓度和取样深度,得到盆地南北两区浓度与深度之间的关系(见图2、图3)。
图2 盆地北区地下水氚浓度与地下水埋深的关系 可以看出,沙漠高原坳陷盆地核爆炸试验以后形成的地下
水(氚浓度大于测试精度)采样点多数分布于深度小于210m的含水层中,表明其为现代水积极循环带;当深度大于210m时,地下水氚浓度多数小于测试精度,水循环速度变慢。部分采样深度小于210m的采样点的氚浓度低于测试精度,主要是其位于中深层水的排泄区,所采集样品中古水所占比例较大而现代补给水比例较小造成的。
#53# 第4期 柳富田等:同位素技术在地下水循环深度确定中的应用
