海洋中的鐳同位素示蹤

1、海洋中的鐳同位素示蹤海洋中的鐳同位素示蹤方建勇方建勇海海 洋洋 三三 所所 2007.5.232007.5.23一、引言一、引言 海洋中固有的各種同位素在示蹤海洋物質(zhì)來(lái)源及其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)律和運(yùn)移過(guò)程，追索海洋環(huán)境演變等海洋環(huán)時(shí)空分布規(guī)律和運(yùn)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)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。海洋在很大程度上控制著地球環(huán)境演研究的諸多領(lǐng)域。海洋在很大程度上控制著地球環(huán)境

2、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)。海洋科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。 天然存在的鐳同位素224Ra、 226Ra和 228Ra，已廣泛用于海洋水體運(yùn)移與交換的研究。鐳同位素由于具有水溶性性質(zhì)及不同的半衰期，因而可應(yīng)用于多種不同時(shí)間尺度海洋過(guò)程的研究中，歷來(lái)倍受海洋學(xué)家的青睞，并被認(rèn)為是研究海洋水體運(yùn)動(dòng)示蹤劑中重要性?xún)H次于14C的理想放射性示蹤核素。在多項(xiàng)國(guó)際聯(lián)合研究計(jì)劃(如GEOSECS、WOCE、TTO等)中，鐳同位素都被列為觀測(cè)項(xiàng)目之一。 Kaufman等等(1973)在研究長(zhǎng)島附近海域在研究長(zhǎng)島附近海域228Ra的

3、分布的分布后第一次證實(shí)，表層海水中后第一次證實(shí)，表層海水中228Ra放射性比度隨著離岸距放射性比度隨著離岸距離的增加而減小，并且計(jì)算出水平渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)為離的增加而減小，并且計(jì)算出水平渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)為106 cm2/s； Chung(1980)利用利用226Ra研究北太平洋一條東西向剖研究北太平洋一條東西向剖面的水體混合作，用穩(wěn)態(tài)一維擴(kuò)散面的水體混合作，用穩(wěn)態(tài)一維擴(kuò)散-衰變模型計(jì)算出水平渦衰變模型計(jì)算出水平渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)n ； Ku等等(1980)用二維垂直擴(kuò)散一平模型研究太平洋東側(cè)用二維垂直擴(kuò)散一平模型研究太平洋東側(cè)的的226Ra，得出上升流速率為，得出上升流速率為3.5m/a，垂直渦動(dòng)

4、擴(kuò)散系數(shù)，垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)為為0.6cm2/s，水平渦動(dòng)，水平渦動(dòng)(北西向北西向)擴(kuò)散系數(shù)為擴(kuò)散系數(shù)為l10 cm2/s 。 二、前人主要成果（國(guó)外）二、前人主要成果（國(guó)外）Kasemsupaya等等(1993)研究了研究了228Ra在日本瀨戶(hù)內(nèi)海的在日本瀨戶(hù)內(nèi)海的分布，據(jù)此計(jì)算了水平渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，并為污染物從該海分布，據(jù)此計(jì)算了水平渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，并為污染物從該海域向大洋的遷移提供了有用的信息域向大洋的遷移提供了有用的信息 。Thomasc（1996）研究了）研究了LIS表層水和底層水中的表層水和底層水中的 224Ra的分布，從而探討了物源及其水體輸送模式。的分布，從而探討了物源及其水體輸送模

5、式。 二、前人主要成果（國(guó)外）二、前人主要成果（國(guó)外） 陳毓蔚等陳毓蔚等(1982)對(duì)東海沉積物中對(duì)東海沉積物中 226Ra的分布特征及的分布特征及近岸區(qū)沉積建率的測(cè)定進(jìn)行了研究。近岸區(qū)沉積建率的測(cè)定進(jìn)行了研究。 施文遠(yuǎn)施文遠(yuǎn)(1993)等首先研究了九龍江廈門(mén)灣河口區(qū)溶解等首先研究了九龍江廈門(mén)灣河口區(qū)溶解226Ra的分布，接著謝永臻（的分布，接著謝永臻（1994）等研究、建立了天然）等研究、建立了天然水體中水體中226Ra、228Ra的聯(lián)合富集與測(cè)定方法。的聯(lián)合富集與測(cè)定方法。 二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)）二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)） 謝永臻謝永臻(1994)對(duì)南海及廈門(mén)鄰近海域鐳同位素地球化學(xué)對(duì)南海

6、及廈門(mén)鄰近海域鐳同位素地球化學(xué)進(jìn)行了研究。進(jìn)行了研究。 謝永臻、施文遠(yuǎn)、黃奕普等（謝永臻、施文遠(yuǎn)、黃奕普等（1995）對(duì)南海北部海水）對(duì)南海北部海水中的中的228Ra展開(kāi)了研究。展開(kāi)了研究。 黃奕普等（黃奕普等（1997）對(duì)南海東北部海水中的）對(duì)南海東北部海水中的226Ra的分的分布展開(kāi)了研究，結(jié)果顯示陸源物質(zhì)對(duì)這個(gè)區(qū)域水體中的布展開(kāi)了研究，結(jié)果顯示陸源物質(zhì)對(duì)這個(gè)區(qū)域水體中的226Ra的貢獻(xiàn)很大。的貢獻(xiàn)很大。 二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)）二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)） 黃奕普等（黃奕普等（1997）對(duì)南海東北部表層水體水平渦動(dòng)擴(kuò)）對(duì)南海東北部表層水體水平渦動(dòng)擴(kuò)散的散的228Ra示蹤進(jìn)行了研究，計(jì)算了它們

7、所對(duì)應(yīng)的水平渦示蹤進(jìn)行了研究，計(jì)算了它們所對(duì)應(yīng)的水平渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，并討論海域的地貌特征對(duì)動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)，并討論海域的地貌特征對(duì)228Ra比活度分布比活度分布的影響。的影響。 陳性保陳性保(1998)等研究了廈門(mén)灣等研究了廈門(mén)灣224Ra的垂直分布特征，的垂直分布特征，據(jù)此求得廈門(mén)灣的垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)及其空間分布。據(jù)此求得廈門(mén)灣的垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)及其空間分布。 陳性保陳性保(1999)等接著研究了九龍江河口區(qū)水體中等接著研究了九龍江河口區(qū)水體中224Ra的分布。的分布。 二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)）二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)） 蔡明剛蔡明剛(2000)等運(yùn)用等運(yùn)用224Ra和和2H雙示蹤體系研究了廈雙示蹤體

8、系研究了廈門(mén)潯江灣的水體交換。門(mén)潯江灣的水體交換。 黃奕普黃奕普(2001)等研究、發(fā)展了海水中等研究、發(fā)展了海水中224Ra快速富集、快速富集、測(cè)定的新方法，測(cè)定的新方法， 吳世友等（吳世友等（2001）采用碳酸鹽富集）采用碳酸鹽富集-EDTA純化純化Ba(Ra)SO4 制源制源- a計(jì)數(shù)法，測(cè)定了我國(guó)第計(jì)數(shù)法，測(cè)定了我國(guó)第l 3、14次南極次南極科學(xué)考察期間，從西太平洋、南大西洋和東印度洋采集的科學(xué)考察期間，從西太平洋、南大西洋和東印度洋采集的l6個(gè)表層水樣中的個(gè)表層水樣中的 226Ra比活度。比活度。 二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)）二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)） 李艷萍等（李艷萍等（2004）利用中

9、國(guó)大洋科學(xué)考察）利用中國(guó)大洋科學(xué)考察“九五九五”計(jì)劃計(jì)劃第第10航航(DY95。10航次航次)赴太平洋結(jié)核、結(jié)殼區(qū)考察之機(jī)，赴太平洋結(jié)核、結(jié)殼區(qū)考察之機(jī)，于作業(yè)區(qū)與沿途航線采集了北太平洋亞熱帶環(huán)流區(qū)的表層海于作業(yè)區(qū)與沿途航線采集了北太平洋亞熱帶環(huán)流區(qū)的表層海水，分析其中水，分析其中226Ra、228Ra的含量，揭示了研究海域的含量，揭示了研究海域鐳同位素的含量水平、分布特征及其影響因素。鐳同位素的含量水平、分布特征及其影響因素。 劉廣山等（劉廣山等（2004）采用水泵抽取的海水通過(guò)錳纖維富）采用水泵抽取的海水通過(guò)錳纖維富集柱，富集體積達(dá)集柱，富集體積達(dá)400 L以上。用以上。用HPGe丫譜儀直

10、接測(cè)定樣丫譜儀直接測(cè)定樣品中的鐳同位素品中的鐳同位素 224Ra、 226Ra和和 228Ra，研究了膠州，研究了膠州灣水體鐳同位素的分布。灣水體鐳同位素的分布。 二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)）二、前人主要成果（國(guó)內(nèi)） 鐳有鐳有4種天然放射性同位素：種天然放射性同位素： 226Ra(T1/2=1602a) 223Ra(Tl/2=l1.4d) 228Ra(Tl/2=5.76a) 224Ra(Tl/2=3.64d) 它們?cè)诘貧ぶ袕V泛存在，其含量取決于巖石中的鈾、釷它們?cè)诘貧ぶ袕V泛存在，其含量取決于巖石中的鈾、釷含量，通常酸性巖石的鈾、釷含量要高于堿性巖石。含量，通常酸性巖石的鈾、釷含量要高于堿性巖石。

11、三、以三、以226Ra為例對(duì)鐳同位素示蹤進(jìn)行綜合評(píng)述為例對(duì)鐳同位素示蹤進(jìn)行綜合評(píng)述 在以陸源礦物碎屑為主要組分的近岸沉積物中，在以陸源礦物碎屑為主要組分的近岸沉積物中，226Ra主要存在于碎屑礦物的晶格孔隙中，因而近岸海主要存在于碎屑礦物的晶格孔隙中，因而近岸海洋沉積物洋沉積物226Ra的含量往往反映了鄰近陸地或集水區(qū)域的含量往往反映了鄰近陸地或集水區(qū)域的巖石特征。據(jù)此，的巖石特征。據(jù)此，226Ra可作為研究近岸沉積物來(lái)源、可作為研究近岸沉積物來(lái)源、分布和遷移變化規(guī)律的合適示蹤劑。分布和遷移變化規(guī)律的合適示蹤劑。 226Ra是是230Th的衰變子體，半衰期為的衰變子體，半衰期為1 602a。

12、226Ra具有較長(zhǎng)的半衰期具有較長(zhǎng)的半衰期(Tl/2=1602a)，適合于，適合于較大尺度海洋學(xué)過(guò)程的研究。諸多研究表明，開(kāi)闊大洋較大尺度海洋學(xué)過(guò)程的研究。諸多研究表明，開(kāi)闊大洋表層水中的表層水中的226Ra含量相對(duì)比較均勻，且含量相對(duì)比較均勻，且226Ra含量含量與海水中的與海水中的SiO32含量具有良的線性正相關(guān)關(guān)系。對(duì)于含量具有良的線性正相關(guān)關(guān)系。對(duì)于深海水體，由于存在著沉降顆粒物再礦化的釋放以及海深海水體，由于存在著沉降顆粒物再礦化的釋放以及海底沉積的向上擴(kuò)散，沿著大洋環(huán)流的流動(dòng)方向，深海水底沉積的向上擴(kuò)散，沿著大洋環(huán)流的流動(dòng)方向，深海水體中的體中的 226Ra含量不斷增加。借助深海水體中含量不斷增加。借助深海水體中226Ra的空間分布及的空間分布及 226Ra本身固有的衰變速率，已揭示出本身固有的衰變速率，已揭示出大洋深層水的流動(dòng)路徑及完成一次循的時(shí)間約為大洋深層水的流動(dòng)路徑及完成一次循的時(shí)間約為1000a 。 迄今為止，近岸海區(qū)由于影響因素復(fù)雜多變，各海迄今為止，近岸海區(qū)由于影響因素復(fù)雜多變，各