自然界水在蒸发和冷凝过程中

发布时间：2025-08-16 02:46:21 来源：洞察深度 作者：游戏先锋

自然界水在蒸发和冷凝过程中，食品溯源由于构成水分子的产地氢同位素的物理化学性质不同，引起不同水体中同位素组成的技术变化。处于水循环系统中不同的立及水体，因成因不同而具有自己特征同位素组成，应用即富集不同的食品溯源重同位素氢（2H），就形成不同环境中水体同位素的产地“痕迹”。在大气降水过程中，技术水分子经过反复多次的立及蒸发，产生凝聚分馏作用，应用使内陆及高纬度区的食品溯源雨、雪集中了最轻的产地水，而在低纬度大洋中出现最重的技术降水。内陆蒸发盆地水因过度的立及蒸发—凝聚分馏而加重。

氢同位素早已应用在食品溯源中，应用尤其是在植物源性食品的产地溯源方面。近年来氢同位素也用来进行动物源性食品的产地溯源研究。郭波莉等（2005）测定了我国不同地域来源脱脂牛肉中氢同位素比率，评价稳定性氢同位素用于牛肉产地溯源的可行性。结果表明，不同地域来源牛组织中δD值的差异显著，其与当地饮水中氢同位素组成密切相关，而且有随着地理纬度增加而减小的趋势。由此说明稳定性氢同位素是用于牛肉产地溯源的一项很有潜力的指标。孙淑敏等（2011）测定了来自内蒙古自治区锡林郭勒盟、阿拉善盟和呼伦贝尔市3个牧区，重庆市和山东省菏泽市2个农区脱脂羊肉中的δD值，探讨稳定性氢同位素组成的地域特征及其变化规律；结合C、N同位素指标，采用聚类分析及判别分析，进一步了解氢同位素在羊肉产地来源判别中的作用。结果表明，不同地域来源羊肉中的犯值具有显著性差异，其δD值主要与当地饮水中的犯值高度相关。判别分析结果表明δD值可使δ¹³C、δ¹⁵N指标对羊肉产地的正确判别率由80.8%提高到88.9%。稳定性氢同位素能够提供可靠的地域信息，可作为追溯和鉴定羊肉产地来源的一项有效指标。

2、氧稳定同位素

氧在自然界中有3个稳定同位素¹⁶0、¹⁷0和¹⁸0，它们的丰度分别为99.762%、0.038%和0.200%。¹⁶O相对原子质量为15.99491461956，原子核由8个质子和8个中子组成，¹⁷0相对原子质量为16.99913170，原子核由8个质子和9个中子组成，¹⁸0相对原子质量为17.9991610，原子核由8个质子和10个中子组成。

大气水的δ¹⁸0变化范围最大，约为+10‰～—55%。极地的雪的δ¹⁸0最低，大气二氧化碳的δ¹⁸O最高，可达+41‰。含氧矿物在自然界分布相当广泛。主要造岩矿物的次δ¹⁸O变化具有明显的顺序性，与岩浆结晶分异顺序一致，即由孤立岛状四面体的橄榄石到链状辉石、层状云母和架状的长石、石英，δ¹⁸O依次增高，这主要与矿物的晶体化学性质有关。根据同位素分馏理论，硅酸盐矿物中阳离子与氧的结合键越短，键力越强，振动频率越高，则¹⁸O越富。石英Si—O键在硅酸盐结构中是最强的；此外，与温度有关，因为超基性、基性原始岩浆处于很高温度状态，同位素分馏作用减弱，随岩浆温度的降低，同位素分馏作用增强，岩浆中¹⁸O含量相对增高。因此，从超基性岩到酸性岩δ¹⁸O明显增高，其变化范围为5‰～13‰。对于非正常火成岩，则须考虑岩浆或固结岩石与周围物质间的相互作用。沉积岩的δ¹⁸O变化范围大，为10‰～36‰。其中砂岩的δ¹⁸O最低，为10‰～16‰；页岩其次，为14‰～19‰；石灰岩最高，为22‰～36‰。变质岩的δ¹⁸O—般介于火成岩和沉积岩之间，为‰～25‰。变质岩的氧同位素组成可提供有关原岩性质、变质温度、变质流体的来源和同位素交换程度等方面的信息。图4-2是天然含氧物质的δ¹⁸O值。

氧同位素的稳定性决定了它的应用前景非常广阔，随着其应用领域越来越广，相应作为示踪剂的品种也越来越多，目前国外¹⁸O的标记化合物品种能达到几百种。但在国内，氧同位素的分离手段还相对比较单一，仅限于水精馏，且其产品也仅以重（(¹⁸O）水为主，产量小，且品种形式亦很少，限制了氧同位素的应用和发展。

3、碳稳定同位素

碳在自然界中有2个稳定同位素¹²C和¹³C，它们的丰度分别为98.89%和1.11%。¹²C相对原子质量为12，原子核由6个质子和6个中子组成；¹³C相对原子质量为13.0033548378，原子核由6个质子和7个中子组成。碳同位素：标准物质为美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石（PeedeeBelemnite，即PDB），其¹³C/¹²C=（11237.2土90）X10^-6（Holden，2004）。碳稳定同位素的物理特性及自然界中¹³C的分布见表4-2和图4-3。

近年来，由于CO₂等温室气体的排放等人为活动严重干扰了自然环境，全球气候发生了显著变化，尤其是对碳循环产生了深刻的影响，因此稳定碳同位素分析越来越受到世界各国研究者的关注。自然和人类活动引起的火事件可导致生态系统的碳循环以及分布格局的改变，进一步影响区域碳生物地球化学循环。利用稳定同位素方法可以帮助我们示踪火事件所伴生的碳转化的生物地球化学过程。

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