水同位素技術在水文和古氣候研究中的應用

石膏結晶水（CaSO4·2H2O）的同位素組成已被用作古氣候代用物，以追蹤地質和水文地質過程。過往研究主要集中在對石膏結晶水（GHW）的18O和2H值以及氘盈余（d-excess）的分析和解釋上。近年來隨著PICARRO為代表的高精度光譜同位素分析儀的發展，可以進一步研究GHW中的δ17O-δ18O（稱為17O盈余）之間的關系，促進水文和古氣候學的發展。在GHW的同位素測量中添加17O盈余指標可以提供有關石膏形成的環境條件及其與其他流體的沉積后相互作用的更多信息。研究表明17O盈余對溫度影響的敏感性不如d盈余。因此，將GHW記錄的17O盈余和d盈余結合起來可以提供有關石膏形成時濕度和溫度變化的相對影響的信息。

以下內容來自于Fernando Gázquez et al.于2015年發表文章：

試驗方法：

Fernando Gázquez團隊開發了一種半自動裝置（見下圖Figure1），通過將石膏樣品在真空中緩慢加熱到400°C并低溫捕集所釋放的水來提取GHW。隨后通過PICARRO L2140-i水同位素分析儀測量GHW水樣的同位素組成（δ17O，δ18O和δ2H值）。萃取設備可同時脫水5個樣品和一種標準品，從而與以前的方法相比，可提高長期精度和樣品通量。該設備還可用于在同位素分析之前蒸餾鹽水。直接比較通過CRDS獲得的GHW中17O過量的結果，然后進行氟化，然后進行O2的同位素比質譜（IRMS）。

PICARRO分析儀增加MCM模塊，去除抽提水樣中的污染物（VOC，H2S等），這些污染物會產生光譜干擾。

結果：

1. 研究中PICARRO同位素分析對GH17樣品的長期分析精度為δ17O值±0.07‰，δ18O值±0.13‰和δ2H值±0.49‰（均為±1SD），氘盈余為±1.1per mil和17O盈余為±8 per meg。

2. 微燃燒模塊（MCM）有效提高合成樣品和天然樣品GHW的17O盈余的測量精度。從Figure5 中明顯發現MCM打開與關閉的差異。

3. CRDS / MCM和IRMS兩種方法對比（見下圖），對合成石膏樣品和天然石膏樣品的分析產生相似的同位素結果。

結論：

試驗證明，新水分提取方法能夠與PICARRO最新一代的水同位素分析儀測量石膏結晶水（GHW）的同位素組成（δ17O，δ18O和δ2H值）。 與早期方法相比，新方法具有許多分析優勢，包括較好的長期精度，更高的樣品通量，減小的樣品量以及較小的連續樣品之間的記憶效應。

通過此方法可以在GHW和鹽水中同時獲得17O過量和d過量值。 這可以提供關于在沉積之后石膏形成并隨后與其他流體相互作用的條件的附加信息。 盡管目前已經對石膏的分析進行了初步測試，但也可以提取其他水合礦物質。該方法為水同位素示蹤劑在水文和古氣候研究中的應用提供了新的機會。