同位素海洋学要点归纳

1、随深度逐渐增加，但深层 水的变化不明显；2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水平方 向的变化比较平缓；3、不同 大洋的分布规律基本相似，但 某些海区存在一些差异。 1、北大西洋的典型分布特征 是表、底层高，2~3km 处含量 最低；2、开阔海域水平方向 随离岸距离增加而降低。在离 岸较近的范围里变化较快，而 离岸较远的范围里则变化较 快。
大洋水体中 239+240Pu 浓度一般在 10-3Bq/m3（即 m Bq/m3）量级范围。 5、时间变化：
239+240Pu 的半衰期很长（104a 水平），所以海洋中的 239+240Pu 浓度变化主要由源释放量的变化和海洋学过程决定。因为核素在核试验期间以脉冲的方 式进入海洋，核试验过后，随着时间推移大气沉降的贡献逐渐减少。进入海洋的 239+240Pu 在海洋中受海洋学过程作用弥散和运移，因此局部地区的钚随 时间在不断减少。 （七）、海洋中的 3H： 1、氚单位（TU）：
-3-
3、海水中宇生核素的产生速率受到达海表面的宇宙射线通量变化的控制。大气产生的沉降到地表和海洋的宇生核素的量受宇宙射线通量和降水等过程的 控制。 4、引起宇宙射线通量变化的因素包括：1）、初始宇宙射线通量的变化；2）、太阳对宇宙射线通量的调制；3）、大气屏蔽的变化；4）、地磁场强度和方向 变化。 5、长寿命宇生放射性核素应用于海洋学研究主要有三个方面：1）、示踪营养盐循环，如 14C、32Si、32P 和 33P。2）、示踪海洋混合过程，如 3H。3）、海 洋放射年代学研究，包括不同时间尺度的沉积物沉降速率和多金属结核、结壳的生产速率，如 10Be、14C、129I 等。 （五）、海洋中的 90Sr 和 137Cs： 1、水平分布： （1）、北冰洋和大西洋主要贮库在 30°~90°N，0°~30°S 最少；印度洋和太平洋在 30°~90°N 和 0°~30°N 纬度带贮量最高，0°~30°S 和 30°~90°S 贮量较低。 （2）、高放射性浓度主要集中在欧洲周围海域，如波罗的海、爱尔兰海、黑海以及北海、英吉利海峡和北冰洋。这主要归因于核工厂运行排放和核事故 释放。在这些海域 90Sr 和 137Cs 的平均浓度均为 10Bq/m3 量级，相比太平洋表层水 137Cs 平均浓度为 2.59 Bq/m3。 （3）、南大洋和南极海域的浓度低，主要原因是远离核设施和核试验场。 2、垂直分布：
210Pb ⎯β⎯→ 210Bi ⎯β⎯→ 210Po ⎯α⎯→ 206Pb
-2-
锕系：235U ⎯α⎯→ 231Th ⎯β⎯→ 231Pa ⎯α⎯→ 227Ac ⎯β⎯→ 227Th ⎯α⎯→ 223Ra ⎯α⎯→ 219Rn ⎯α⎯→ 215Po ⎯α⎯→ 211Pb ⎯β⎯→ 211Bi ⎯α⎯→ 207Tl
一、天然放射系核素
名称
238U (包括 235U 和 234U)
所在 放射系
半衰期
铀系
4.47× 109a
232Th 230Th Th
钍系 铀系
1.41× 1010a
7.7× 104a
234Th
铀系
24.1d
231Pa
锕系
3.28× 104a
226Ra
铀系
1600a
Ra 228Ra
钍系
5.75a
平均活度 (Bq/m3)
1、主要以碎屑形式进入海洋； 2、大气尘埃。
1、分别由 234U 和 238U 衰变而来。 1、被颗粒物吸附清除出水体进入沉积相。
1、由 235U 经多寿命子体 231Th 衰
变而来。
1、海底沉积物中钍同位素衰变向上 覆水体扩散；2、河流输入。
—— 1、核素自身的衰变。
分布特征
1、南、北太平洋中部和东赤 道太平洋出现高值；2、东北 太平洋出现低值；3、受蒸发降水平衡的影响；4、在垂直 方向上基本呈均匀分布。 1、随离岸距离增加，浓度逐 渐降低；2、表层水高，深层 水低。
1、用于研究近岸水 体的水平混合与底
层水体的垂直混 合；2、用于估算水 体的年龄（或停留
时间）
210Pb / 226Ra 不平 衡用于示踪水体颗
粒动力性
用于研究水体的混 合涡动扩散
钍系：232Th ⎯α⎯→ 228Ra ⎯β⎯→ 228Ac ⎯β⎯→ 228Th ⎯α⎯→ 224Ra ⎯α⎯→ 220Rn ⎯α⎯→ 216Po ⎯α⎯→ 212Pb
海洋学应用
用于示踪河口或海 水元素的保守与非 保守行为
用于示踪颗粒物沉 积动力性(234Th 比 较适合研究真光层 的海洋生物地球化
学过程)。
——
用于示踪水体的水 平和垂直涡动扩散
-1-
223Ra
锕系
224Ra
钍系
210Pb
铀系
210Po
铀系
222Rn
铀系
天然放射系：
11.43d
——
3.66d
——
-4-
3、垂直分布： （1）、钚的垂直分布在数百米深度处有一极大值，比表层水浓度高一个量级，峰所处位置比 90Sr 和 137Cs 的垂直分布峰位要深得多。原因是钚具有高的颗 粒活性，易被生源颗粒物吸收，当生源颗粒物沉降到一定深度后在矿化，由颗粒态重新回到溶解态，从而在一定深度处出现高的 239+240Pu 浓度。 （2）、太平洋水柱中 239+240Pu 分布有以下三个特征：1）、很大范围内上层呈现出明显的浓度极大值；2）、在西北太平洋深层水接近海底时，239+240Pu 浓度 增加；3）、由于核试验的局地沉降，太平洋大部分水柱中的 239+240Pu 贮量比大气沉降的高。 4、含量水平：
全球范围内钚主要来源于大气核试验。海洋钚的主要源项是大气层核试验释放并进入平流层的放射性尘埃，之后通过交换进入对流层并通过干湿沉 降到海洋。太平洋钚的第二大源项是美国与 1946~1958 年在比基尼和埃尼威托克环礁进行的大气核试验；大西洋和北冰洋钚的主要源项海包括英国的 Sellafield 和法国的 Cape de la Hague 核工厂排放，以及切尔诺贝利核事故的释放。 2、水平分布： （1）、钚在全球范围内的分布呈纬度变化，北半球中纬度地区沉降的钚最多，南半球中纬度次之，极地和赤道较少。 （2）、太平洋 239+240Pu 浓度从南向北呈增加趋势。高贮量位于西北太平洋中部，低贮量位于东南太平洋。大西洋表层水 239+240Pu 浓度分布不均匀。从北大 西洋北部向南，表层水中的 239+240Pu 浓度逐渐降低。
40.4 (234U/238U 平均 1.14)
集中在 10-3 量 级
集中在 10-2 量 级
——
集中在 10-3 量 级
0.28~7.13
0~1.12
特征 含量保守， 与盐度相 关
高颗粒 活性
——
表 1 天然放射系核素一览表
来源
迁出
1、主要通过河流进入海洋。
1、衰变；2、钙质软泥、硅质软泥、深海粘 土、富有机质缺氧沉积物、含金属沉积物和 多金属结合、珊瑚和软体动物吸收和壳交 换。
1、颗粒物的吸附清除迁出
1、海水中 226Ra 衰变；2、底层水 222Rn 由沉积物逸出；3、海-气界面 的交换。
1、在水-气界面通过交换进入大气，所以大 气可能是海水中 222Rn 的汇。
1、近岸水体或海水中表、底 层高，中间层低，出现极小值。
1、大洋表层水中 210Pb 含量随 地理位置变化很大，在太平洋 中央表层水中的 210Pb 含量最 高，向边缘逐渐降低；2、海 洋中的 210Po 和 210Pb 之间存在 明显的不平衡，表层水中溶解 态，210Po 相对于 210Pb 亏损。 海洋浮游生物中 210Po 相对于 210Pb 过剩，浮游动物更甚；3、 210Po 在靠近涡流中心的表层 水中停留时间较长；4、大洋 水中 210Pb 与 226Ra 的不平衡 普遍存在。表层水 210Pb 相对 于 226Ra 过剩，深层水则亏损， 中层水二者活度比变化不大。 1、表层水相对于 226Ra 亏损； 2、底层水相对于 226Ra 过剩， 且随离开沉积物距离增加呈 指数衰减；3、近岸水体中的 浓度随离岸距离的增加而减 少。
⎯β⎯→ 207Pb
二、人工与宇生放射性核素
（一）、研究对象：3H、14C、90Sr、137Cs、239Pu、32Si 等。 （二）、海洋中人工放射性核素的来源： 1、环境中的人工反射性核素主要来源为大气层核试验，核事故和核工厂的排放，其它来源还有核电厂日常运行的排放，海洋放射性废物处置，失事核潜 艇，失事卫星，核武器丢失，医学和工业同位素应用等的释放与排放。 2、海洋环境中的人工放射性核素来源可分为大气沉降、径流输入、液体排放和放射性废物处置等几方面。 3、海洋中人工放射性核素的主要源项是全球落下灰，而全球落下灰主要来源于核试验。其中以氚（3H）的含量最高。 4、若放射性核素主要释放在对流层，则会很快在附近沉降，因此是局地性的；若进入平流层，则核素可在平流层中停留很长一段时间，所以产生的大气 沉降是全球性的。 5、核试验主要集中在 20 世纪 50~60 年代（参考时间 1954 和 1963 年），并集中在北半球的中纬度（30°~60°N）。故大气沉降的核试验核素存在明显的纬 度效应和时间变化。 6、核事故对海洋环境输入量最大的是 1986 年的切尔诺贝利核电站释放的放射性核素。 7、英国的 Sellafield 和法国的 Cape de la Hague 核工厂的放射性物质（90Sr、137Cs）排放（20 世纪 70~80 年代）对欧洲主要海域的贡献很大。 （三）、海洋中人工放射性核素的归宿： 1、海洋中的人工放射性核素也可分为保守性（或非颗粒活性）和非保守性（或颗粒活性）。 2、一般 3H、14C、90Sr、137Cs 和 129I 被认为是保守性的；而 239+240Pu 被认为是有很强的颗粒活性。 3、保守性核素具有很高的溶解度，由海洋混合于扩散等物理过程共同过程决定其在海洋中的再分布；颗粒活性的核素很很快被水体中的颗粒物吸附迁出， 尤其在沿岸水体这一过程更明显。 （四）、海洋中宇生放射性核素的特征： 1、地球上的宇生放射性核素主要是宇宙射线与大气作用产生的，并通过大气沉降于陆地和海洋表面。 2、宇生放射性核素与人工放射性核素的区别在于前者的源项可认为是恒通量的，故在沉积物介质中保存的长寿命核素随时间的变化是平缓的。而人工放 射性核素进入环境是脉冲式的，或沉降通量随时间逐渐降低，所以在沉积物介质中保存的人工放射性核素随时间的变化是不平缓的。
比较典型的特征是两个核素在一些调查海域的表层水（100m 附近）中出现极大值。 3、随时间的变化：
核素浓度随时间不断降低，一方面是由于核试验的逐渐减少，核事故具有脉冲式的变化，使得核素由自身衰变不断减少；另一方面，海洋水体混合 以及颗粒物（尤其是沿岸海域）的清除迁出作用，也是核素浓度逐渐降低的主要因素。 （六）、海洋中的 239+240Pu： 1、来源：
1、随水深增加而增加，溶解 态的变化比颗粒态明显。
1、海洋上层水从表层向下颗 粒态浓度逐渐升高，达到最大 值后随水深增加浓度逐渐降 低；2、上层水溶解态浓度随 水深增加而增加，且变化明 显，100m 以下水体的溶解态 趋与均匀。3、溶解态浓度高 于颗粒态。 1、随水深增加而增加，溶解 态的变化比颗粒态明显。
22.26a
约在 0.x~x 的范围
138d
3.82d
表层水 100 量 级；深层水
102 量级
——
高颗粒 活性
天然放射 系中半衰 期最长的 气体核素
1、海底沉积物中钍同位素衰变向上 覆水体扩散；2、近岸两种核素主要 来源于海底沉积物的释放。
1、核素自身的衰变
1、大气沉降，以湿沉降为主。大气 中 210Pb 是由地表土壤和水体逸出 的 222Rn 衰 变 产 生 ， 210Po 由 210Bi 衰变产生。二者均易吸附在气溶胶 上。2、陆地径流输入的 210Pb 主要 来自颗粒物的释放。3、大气沉降通 量随季节变化，主要受控于降水。4、 大洋上层水体主要来源于大气沉 降；底层水主要来源与 226Ra 衰变； 中间水体二者来源相当。
⎯β⎯→ 212 Po ⎯α⎯→ 208 Pb ⎯α⎯→ 208 Tl ⎯β⎯→ 208 Pb
铀系：238U ⎯α⎯→ 234Th ⎯β⎯→ 234mPa ⎯β⎯→ 234U ⎯α⎯→ 230Th ⎯α⎯→ 226Ra ⎯α⎯→ 222Rn ⎯α⎯→ 218Po ⎯α⎯→ 214Pb ⎯β⎯→ 214Bi ⎯β⎯→ 214Po ⎯α⎯→