[发明专利]地下冰同位素分馏过程的室内模拟及监测方法

说明书

本发明提供的地下冰同位素分馏过程的室内模拟及监测方法，包括步骤如下：模拟多种类型的土壤饱和过程‑测试土壤饱和过程中自由水的同位素比率‑测试土壤饱和过程中结合水的同位素比率‑示踪土壤饱和过程下自由水与结合水的同位素分馏‑模拟饱和土壤的冻融过程，示踪冻融过程下自由水与结合水的同位素分馏‑模拟饱和土壤中地下冰的形成过程，划分地下冰发育阶段‑按地下冰发育阶段示踪地下冰的同位素分馏‑评估自由水、结合水在参与形成地下冰过程中的同位素分馏。该室内模拟及监测方法操作效率高、移植性强，科学地对水分—土壤的耦合作用、自由水与结合水迁移转换等其关键过程中同位素分馏过程分析，获取的研究成果可靠。

技术领域

本发明属于实验领域，具体地说是涉及用于室内模拟及分析地下冰同位素分馏过程的实现方法。

背景技术

全球气候发生显著变化，冰冻圈层首当其冲，冰川大面积消融、冻土广泛退化，造成了地球的大气运动、水资源分配、生态环境等深刻改变并引起关注。其中地下冰分支已成为国际学术界研究的热点与难点，地下冰中的同位素作为重要的地化指标，能够反映冰层形成发育时的外在条件，忠实的记录了地球的历史演变过程，目前通过对极地、高原地区的冰芯、埋藏地下冰中同位素数据的分析，人类已在古气候环境重建等方面取得重要进展。

利用地下冰的同位素信息反演古气候的首要前提是明确地下冰形成、冻融过程中的同位素分馏过程，即明确同位素对冻融条件的变化响应机理，才能把握地下冰的演变机制。

冻土层中广泛存在厚层地下冰，变化环境背景下，位于我国寒区的大部分地下冰未来呈融化趋势，因此利用同位素示踪地下冰的演变过程在理论上和工程实践上均有重大意义。

目前而言，对地下冰同位素分馏过程的研究尚属空白，实际研究中往往依据成因完全不同的冰楔分馏机制进行地下冰的反演，解释过程主观性强，造成了结果偏差。其次，地下冰冻融过程伴随着水分—土壤的耦合作用、水分向冻结锋面迁移等复杂现象，尚未有针对性的研究手段进行探索。

现急需开发出一种在实验室内可以模拟地下冰冻融复杂过程，并对其关键过程中同位素分馏过程分析的实验方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种地下冰同位素分馏过程的室内模拟及分析方法。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：

地下冰同位素分馏过程的室内模拟及监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：模拟多种类型的土壤饱和过程；

步骤(2)：测试各土壤饱和过程中自由水的同位素比率；

步骤(3)：测试各土壤饱和过程中结合水的同位素比率；

步骤(4)：示踪土壤饱和过程下自由水与结合水的同位素分馏；

步骤(5)：模拟饱和土壤的冻融过程，将步骤(4)中土壤饱和时对应的自由水与结合水的同位素分馏作为初始状态，示踪冻融过程下自由水与结合水的同位素分馏；

步骤(6)：模拟饱和土壤中地下冰的形成过程，划分地下冰各发育阶段；

步骤(7)：按地下冰发育阶段示踪地下冰的同位素分馏；

步骤(8)：评估自由水、结合水在参与形成地下冰过程中的同位素分馏。

前述的地下冰同位素分馏过程的室内模拟及监测方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：

选取若干种类待研究的土壤样品，烘干处理；选取等质量的上述各土壤样品，分别置于各圆柱容器内；将足量已知同位素比率的蒸馏水加入到各圆柱容器内，湿润土壤样品，在密闭环境中静置1天，至形成饱和土壤样品，测试各饱和土壤样品的饱和含水率。该步骤中选取若干种类待研究的土壤样品一致，包括但不局限粘壤土、高岭土、膨润土。