Вода, особенности строения, ее аномалии. Виды равновесий воды, страница 8

Анализ изотопного состава воды производят: плотностным приближенным методом (Шатенштейн и др., 1957), позволяющим судить о суммарном содержании тяжелых изотопов воды; фотонейтронным методом (Баранов и др., 1959), дающим возможность определять концентрацию дейтерия; масс-спектрографическим, наиболее точным методом, при помощи которого анализируются все изотопы воды.

В связи с тем, что вода океана на глубине 500 м и более весьма постоянна по изотопному составу, содержание в ней дейтерия и О¹⁸ принято за мировой стандарт (СМОВ, или SMOW). Единица СМОВ соответствует: D/H = 0,000158, или, в атомных процентах, 0,0158;   0¹⁸/0¹⁶ = 0,001993, или, в атомных процентах, 0,1993.

Находят содержания D/H и 0¹⁸/0¹⁶ в пробе изучаемой воды; обозначают их соответственно R₁и R₂

Относительные величины могут быть положительными, что указывает на утяжеление воды данного объекта по сравнению с океанической, или отрицательными, что является следствием облегчения воды.

В Советском Союзе в качестве стандарта используется вода московского водопровода, в которой D/H = 0,0147 ат.% и 0¹⁸/0¹⁶ = 0,1970 ат.%. Относительные величины находят делением содержания дейтерия и О¹⁸ в исследуемой воде на стандартные числа. Так, D/H : 0,0147 = >1 и 0¹⁸/0¹⁶ : 0,1970 = >1 свидетельствуют об утяжелении воды по сравнению с водой московского водопровода; D/H : 0,0147 = <1 и 0¹⁸/0¹⁶ : 0,1970 = <1 – об ее облегчении.

Необходимо отметить, что примерно до середины 50-х годов изотопия воды изучалась главным образом плотностным методом. Плотность воды московского водопровода принималась за единицу. Разница в плотности воды исследуемого объекта и стандарта (выраженная в v, где v = 10^-6 ед. плотности), имеющая знак «+» или «—», давала возможность судить об утяжелении или облегчении воды.

Для выражения количества трития в воде пользуются специальной, так называемой «тритиевой единицей» (ТЕ). Она очень мала (поскольку концентрация трития в воде ничтожна) и соответствует содержанию одного атома трития на 10¹⁸ атомов протия.

В связи с тем, что тритий образуется только в верхних слоях атмосферы и имеет небольшую продолжительность жизни, тритиевая вода ведет себя по-особому и отличается от D₂0 и Н₂0¹⁸. Больше всего трития в атмосферных осадках, мало его в океане, а в подземных водах с углублением в земную кору количество трития резко уменьшается или даже равно нулю, что зависит от наличия или отсутствия связи глубоких вод с атмосферными осадками и поверхностными водами. Обогащение атмосферных осадков тритием происходит по следующей схеме: водяной пар, испаряющийся с поверхности океана (и суши), поднимается вверх и охлаждается до близкой к конденсации температуры. Сухой воздух нижних частой стратосферы (богатый тритием) смешивается с водяным паром, и в последнем содержание трития возрастает. В результате в определенных термодинамических и метеорологических условиях формируются осадки, в которых находится сравнительно много трития.

В недрах тритий не образуется совсем, в водоносные горизонты он поступает только с атмосферными осадками, которые, двигаясь из областей питания в глубь земной коры, постепенно теряют тритий (из-за радиоактивного распада). На некоторой глубине, зависящей в разных районах от интенсивности водообмена, тритий отсутствует.

Следовательно, по наличию трития и его концентрации в подземных водах можно судить о генезисе их (определять долю участия в их формировании атмосферных вод и вод глубоких) и решать задачи, связанные с изучением движения вод (скорость, характер водообмена и т. д.). Однако необходимо учитывать, что возрастной предел датирования по тритию не превышает из-за малой продолжительности его жизни 30—50 лет, поэтому «тритиевый метод» дает хорошие результаты только при исследовании самых верхних водоносных горизонтов. Затруднено применение тритиевого метода еще и в связи с очень малыми его концентрациями, требующими использования высокочувствительных приборов. После выброса в атмосферу огромных количеств «бомбового» трития тритиевый метод на ряд десятилетий вообще утратил значение, поскольку тритиевое равновесие природных вод оказалось сильно нарушенным.