【作者】 肖应凯； 李世珍； 魏海珍； 孙爱德； 刘卫国； 周卫建； George H.Swihart；

【Author】 XIAO Yingkai~(1,2)) LI Shizhen~(1)) WEI Haizhen~(1)) SUN Aide~(1)) LIU Weiguo~(2)) ZHOU Weijian~(2)) George H.Swihart~(3)) 1) Qinghai Institute of Salt Lakes,Chinese Academy of Sciences,Xining,Qinghai,810008;2)State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology,Institute of Earth Environment,Chinese Academy of Sciences,Xi’an,Shaanxi,710075;3)Department of Earth Sciences,University of Memphis,Memphis TN 38152,USA

【机构】 中国科学院青海盐湖研究所； 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室； Department of Earth Sciences,University of Memphis,Memphis TN 38152,USA；

【摘要】 采用立式亚沸石英蒸馏器,在非流动条件下进行了海水蒸发实验,以研究海水-空气界面硼同位素的行为。将具有不同pH 值的天然海水在不同温度下平静地蒸发,采用冷水收集海水蒸汽,实现了无流动空气的真实的蒸发过程,共进行了3种类型的实验。实验1 将不同pH 值（7.71～8.49）的海水在27℃,33℃和40℃下蒸发,蒸发时连续地补充高纯水以维持蒸发液体的体积恒定。收集海水蒸汽,进行蒸汽的硼同位素组成、硼和氯浓度的测定。实验2 将天然海水在33℃下蒸发,蒸发时不补加高纯水,将海水蒸干。分别收集海水蒸汽和蒸干后的固体盐,进行蒸汽和固体盐的硼同位素组成测定。并同时测定不同蒸发阶段海水的pH 值。实验3 将加入不同硼量的天然海水在40℃下蒸发,蒸发时连续地补充高纯水以维持蒸发液体的体积恒定,收集海水蒸汽,进行硼同位素和硼浓度的测定。硼浓度的结果表明:①在实验1中,蒸汽的硼浓度变化范围是1.51～10.7μg/L,平均值为5.16μg/L,随海水pH 值升高而降低,但与蒸发温度无关;②在实验2和3中,蒸汽硼的浓度要远远高于实验1,而且蒸汽硼浓度与海水硼浓度具有线性的正相关关系;③蒸汽相的Cl/B 比（摩尔比值;平均23.4）远远低于海水的Cl/B 比（摩尔比值;1485）,这表明蒸发时没有将海水喷雾的细珠引入蒸汽中。硼同位素结果表明:（1）在实验1中,蒸汽的δ¹¹B 值除一个以外均低于海水B（OH）₃的δ¹¹B 值,而高于海水B（OH）₄^-的δ（11）B 值,而且都比海水的δ¹¹B 值高,蒸汽与海水间的平均硼同位素分馏系数为1.0019,这表明在海水蒸发时,¹¹B 富集在蒸汽相中。此结果与以前所进行的硼溶液蒸发实验结果一致,但与以前所进行的海水蒸发实验结果完全相反。以前的海水蒸发实验结果表明,¹⁰B在蒸汽相富集。这种截然相反的结果要归结于蒸发条件的差异,以前蒸发的海水蒸汽是由流动空气带出,此时非平衡的动力因素将起到重要作用,造成质量轻的¹⁰B 优先进入蒸汽相。而本次实验在非空气流动条件下进行,B（OH）₃和B（OH）₄^-间的同位素平衡将起主导作用。显然,蒸汽的δ¹¹B 值与海水的pH 值没有明显的关系。（2）在实验2中,蒸汽与海水间的硼同位素分馏系数要远远高于实验1,特别当海水蒸干前的500 mL 蒸汽,分馏系数高达1.0182。而蒸干后的固体盐的δ¹¹B 值明显低于原始海水,分馏系数为0.9973。这充分表明,在海水蒸发时,¹¹B 优先被蒸发而进入蒸汽相。海水蒸发时蒸汽相的δ¹¹B 值随蒸发程度呈平方指数形式增加,这与蒸发时残留海水的δ¹¹B 值急剧升高有关。（3）实验3中,蒸汽的δ¹¹B 值随海水硼浓度的增加而升高,当硼浓度为19.7μg/mL 和63.5μg/mL 时,硼同位素分馏系数分别为1.0072和1.0107。海水蒸发时的硼同位素分馏可用于对大气降雨硼来源的研究。在不同时期采集的西宁雨水的δ¹¹B 值为12.1‰和9.0‰,受风向的影响甚微,表明西宁地区的大气环境受海洋影响较小,大气中的硼主要来源于陆地。但南海西江石油平台大气降雨的δ¹¹B 值明显受风向所控制,高δ¹¹B 值（33.2‰）表明其海洋来源,而低δ¹¹B 值（8.45‰）表明其陆地来源。以往文献所报道的陆地及其沿海大气降雨的δ¹¹B 值变化范围很宽（0.8‰～35‰）,但是它们都低于海水的δ¹¹B 值,这表明陆地及其沿海大气中的硼主要来源于陆地。海水中的硼将因洋壳低温蚀变、沉积物吸附以及生物碳酸盐共沉淀从海洋中迁出,这些过程均造成海水δ¹¹B 的贫化。惟独海水蒸发时会造成海水¹⁰B 的富集,但由于此时硼同位素分馏小,而且与其他因素相比,被海水蒸汽迁出的硼量低,根据计算,海水蒸发对古海洋硼同位素组成的影响完全可以忽略不计。更多还原

【Abstract】 Laboratory experiments were undertaken to investigate the behavior of boron at the seawater-air interlace.Seawater ad-justed to different pH values was heated at 27℃,33℃ and 40℃ inside a quartz evaporator.The vapor was collected with a quartzcondenser using a cold trap.This arrangement is similar to the natural seawater-vapor process under the non-airflow condition but ex-cludes the sea-spray component.The results indicate an enrichment of ¹¹B in the vapor.The implication for the natural environmentis that rainfall with lower δ ¹¹B values than that of seawater has been affected by continental boron sources or its air mass has been par-tially depleted in ¹¹B by previous condensation events.The seawater evaporation can not cause an observational variation in the boronisotopic composition of seawater in ancient times.更多还原