摘要：什么是¹⁷O-盈余,？為什么要測量¹⁷O-盈余 ? 如何測試¹⁷O-盈余,？

     在水中氫,、氧穩(wěn)定同位素研究領(lǐng)域，雖然大多數(shù)研究關(guān)注于氧重穩(wěn)定同位素¹⁸O和更普遍的輕同位素¹⁶O,，卻常常忽略了另外一個氧同位素¹⁷O,。¹⁷O在自然態(tài)氧的組成中少于0.04%，但是它可以通過冰芯研究過去的濕度,；通過葉片和莖稈可以研究蒸散,；通過液態(tài)水可以研究常規(guī)的蒸發(fā)機制。

背景知識拓展：

   在幾乎所有的自然過程中,，對一種同位素的偏好與每種同位素的質(zhì)量有關(guān)——通常被稱為“質(zhì)量依賴分餾”,。對于氧，這意味著對¹⁸O相對于¹⁶O(2個原子質(zhì)量單位差)的偏好大約是對¹⁷O相對¹⁶O(1個原子質(zhì)量單位差)的偏好的兩倍,。例如,，考慮降雨事件中氧同位素的分餾: 由于水分子中化學鍵的穩(wěn)定性，¹⁸O優(yōu)先進入液相,，剩下的水蒸氣δ¹⁸O逐漸變小,。相反，較之于云團本身的δ¹⁸O,，降雨中的¹⁸O就變得豐富,。如果我們評估相同的事件中δ¹⁷O,，傾向于¹⁷O進入液相的優(yōu)先度大約是¹⁸O的一半。因此, 云團剩余的水份和降雨中的δ¹⁷O大約是δ¹⁸O的一半,。通過繪制δ¹⁸O與δ¹⁷O關(guān)系圖可以看出其數(shù)據(jù)點的斜率大約為0.5(圖1和圖2),。

圖1. 大氣水汽的δ^’18O與δ^’17O關(guān)系圖，以及δ^’18O和¹⁷O-盈余關(guān)系圖（圖形來自Luz 和Barkan, 2010; 數(shù)據(jù)來自 Barkan和 Luz, 2005; Luz 和Barkan, 2010; Landais 等人, 2008),。大氣水與海水相比¹⁷O-盈余更高,。

什么是¹⁷O-盈余？

除了少數(shù)例外,，幾乎所有的地球物質(zhì)的水同位素都落在這條線上,。然而，仔細觀察就會發(fā)現(xiàn),，該坡度并不*是0.5,，而是稍微大一些，而且不同的過程會導致不同的坡度,。特別是，幾乎所有的大氣降水,，從熱帶到極地地區(qū)的冰,，其斜率為0.528 (Meijer 和 Li, 1998)。該斜率是液相與氣相平衡分餾綜合效應(yīng)的體現(xiàn)(斜率為0.529; Barkan和Luz, 2005)和動力學過程,，如蒸發(fā),、凝結(jié)、空氣中的水蒸氣擴散和葉片蒸騰,，所有這些都與較淺的斜坡有關(guān)(< 0.52),。

為評估δ¹⁷O和δ¹⁸O之間的異常關(guān)系,科學家們定義了參數(shù)?¹⁷O：

圖2 為了幫助展示¹⁷O-盈余是如何表現(xiàn)出來的，可以用不同斜率的過程矢量圖,。在這個例子中,，來自Luz和Barkan(2010)，展示了¹⁷O-盈余的海洋水蒸氣起源,。在海洋附近形成的水汽(100%濕度)將遵循平衡分餾,，斜率為0.529，使¹⁷O相對于大氣降水線略有減少?，F(xiàn)在擴散到干燥的空氣中,，斜率下降到~0.518。這導致水蒸氣中的¹⁷O-盈余,，這將隨著氣團的相對濕度而演變,。

為什么測試¹⁷O-盈余？

?¹⁷O被稱為“¹⁷O-盈余”, 它量化了與“大氣降水線”的偏差,，這里λ= 0.528,。因為¹⁷O-盈余對溫度的變化不太敏感,，其可以用來探測水文系統(tǒng),對傳統(tǒng)的“氘-盈余”方法(d-盈余=δD-8δ¹⁸O)基礎(chǔ)上添加了額外的信息。Uemura 等人(2010)測量海洋水汽¹⁷O-盈余,發(fā)現(xiàn)其與相對濕度呈負相關(guān), 而來自極地冰芯的¹⁷O-盈余記錄提供了關(guān)于過去水循環(huán)變化的有價值的信息,，例如,，海洋上相對濕度的大規(guī)模變化；降水的水分來源 ((Landais 等人, 2008; Winkler等人, 2012),。

如何測試¹⁷O-盈余,？

通常情況下，¹⁷O-盈余的量往往非常小(小于0.01‰),，因此,，需要非常高精度的測量(通常為5-8 per meg)。這也使得對¹⁷O-盈余的測量極其困難,，通常需要*精度的儀器設(shè)備（精度優(yōu)于0.01 ‰, 或10 per meg）才能捕捉到,；其次，傳統(tǒng)的技術(shù)測量¹⁷O需要將其轉(zhuǎn)化為O₂,，這是一個復雜且費時的方法,，且只能在實驗室進行， < 10個實驗室用傳統(tǒng)的IRMS技術(shù)來測定¹⁷O-盈余,。

方法推薦：

華盛頓大學Andrew J. Schauer等學者采用

Picarro L2140-i 超高精度液態(tài)水同位素分

析儀,，在原測樣方法的基礎(chǔ)上對其進行改進，通過減少樣品注射次數(shù)和延長每個注入樣品的分析時間來獲得更高的¹⁷0和¹⁷O-盈余測量精度,，為簡單的和連續(xù)測量δ¹⁸O δ¹⁷O δD和¹⁷O-盈余提供了可能,。

測量結(jié)果：

使用改進后的高精度模式獲得δD，δ¹⁷O,，δ¹⁸O,，d和Δ¹⁷O精度分別為0.4 mUr，0.04 mUr,，0.07 mUr,，0.5 mUr和8μUr，其中mUr = 0.001 =‰,，μUr= 10^–6,。通過改進Picarro L2140-i的測量方法，使原本¹⁷O-excess確保精度在15 per meg能提高到8 per meg,；這個質(zhì)的提升可以為更多的科研學者們解決質(zhì)譜儀做¹⁷O-盈余繁雜,，需要將樣品寄到國外實驗室并支付高額的測樣費用的煩擾。

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