Кіріспе

Теңіз суының изотоптық құрамын анықтайтын стандарт – Вена стандарты Орташа теңіз суы (VSMOW) – судың изотоптық стандарты, яғни судың белгілі бір үлгісі, ондағы сутегі мен оттегінің әртүрлі изотоптарының арақатынасы дәл белгілі. VSMOW теңіз суынан дистилленген және тұз немесе басқа да қоспалар қамтымайды. 1968 жылы Венадағы Халықаралық атом энергиясы агенттігі (МАГАТЭ) жариялаған және таратылған бұл стандарт пен оның дерлік толықтай сәйкес келетін VSMOW2 мұрагері анықтамалық материал ретінде қолданыла береді. Сутегі мен оттегінің әртүрлі изотоптарынан тұратын су үлгілерінің физикалық қасиеттері сәл өзгеше болады. Мысалы, ауыр су, құрамында әдеттегі жеңіл сутегі 1 (1H) орнына екі дейтерий (2H) атомы бар, 3,82 °C (39 °F) температурада ериді және 101,4 °C (215 °F) температурада қайнайды. Булану жылдамдығының айырмашылығы су айналымының әртүрлі бөліктеріндегі су үлгілерінде изотоптардың сәл әртүрлі арақатынастарын тудырады. Мұхит суы (ауыр изотоптарға бай) және жаңбыр суы (ауыр изотоптарға кедей) Жердегі екі шекті жағдайды көрсетеді. VSMOW-мен бірге МАГАТЭ жаңбыр суы үшін де ұқсас стандартты – Стандартты жеңіл Антарктика жауыны (SLAP) және оның SLAP2 мұрагерін бір мезгілде жариялады. SLAP құрамында VSMOW-қа қарағанда 5% кем оттегі-18 және 42,8% кем дейтерий бар. VSMOW және SLAP негізіндегі шкала оттегі-18 және дейтерий концентрациясын анықтау үшін қолданылады. 2005 жылдан 2019 жылғы қайта анықталуына дейін кельвин, VSMOW-тың үштік нүктесіндегі температураның 1/273,16 бөлігі ретінде белгіленген.

Өлшемдер

Барлық өлшемдер стандартты белгісіздігімен бірге келтіріледі. Су молекулалары үнемі бір-бірімен атомдар алмасатындықтан, оттегі мен сутегі изотоптарының нақты комбинацияларын өлшеудің қажеті жоқ.

VSMOW

Радиоактивті ыдырау арқылы шыққан гелий газымен анықталған тритийден басқа, осы өлшемдер массалық спектроскопия арқылы жүргізілді. Дютерий (2H / 1H) – 155,76 ± 0,05 ppm, шамамен 6420 сутек атомының 1-і. Тритий (3H / 1H) – 18,5 ± 3,6 ТУ, 1976 жылдың 16 қыркүйегінде өлшенген, шамамен 5,401016 сутек атомының 1-і. Оттегі 18 (18O / 16O) – 2005,20 ± 0,45 ppm, шамамен 499 оттегі атомының 1-і. Оттегі 17 (17O / 16O) – 379,9 ± 0,8 ppm, шамамен 2640 оттегі атомының 1-і.

VSMOW2 және SLAP2

17O және 18O концентрациялары VSMOW және VSMOW2 арасында, сондай-ақ SLAP және SLAP2 арасында ерекшеленбейді. Техникалық сипаттамада осы өлшемдердің стандартты қателіктері келтірілген. 2H концентрациясы VSMOW2-де өзгеріссіз, бірақ SLAP2-де сәл артады. МАГАТЭ хабарлайды: δ2HSLAP2/VSMOW = −427,5 ± 0,3‰, (SLAP үшін −428‰ салыстырыңыз.) 2007 жылғы 6 шілдеде тритий концентрациясы VSMOW2-де 3,5 ± 1,0 ТБ, ал SLAP2-де 27,6 ± 1,6 ТБ құрады.

GISP

δ 2H GISP −189,5 ± 1,2‰
δ 18O GISP −24,66 ± 0,09‰
δ 17O GISP −12,71 ± 0,1‰

Изотоптық қатынастарды көрсету

VSMOW–SLAP шкаласын USGS, IUPAC және IAEA кез келген заттағы дейтерий және 18O концентрацияларын өлшеу үшін ұсынады. 18O үшін Вена Pee Dee Belemnite-ге негізделген шкала да қолданылуы мүмкін. МАГАТЭ және АҚШ Ұлттық Стандарттар және Технология институты таратып жүрген физикалық үлгілер изотоптарды өлшейтін құралдарды калибрлеуге пайдаланылады. Изотоптық құрамының өзгеруі гидрология, метеорология және океанография салаларында қолданыс табады. Мұхиттың әртүрлі бөліктерінде изотоптық концентрациялардың шамалы айырмашылықтары бар: δ 18O мәндері Гренландия жағалауындағы суда –11.35‰-ден +1.32‰-ге дейін, ал δ 2H концентрациялары терең мұхит суларында Антарктида жанында шамамен –1.7‰-ден Арктикада +2.2‰-ге дейін өзгереді. Жер бетіндегі сулардағы өзгерулер терең сулардағыдан әлдеқайда зор.

Температураны өлшеу

1954 жылы Халықаралық өлшемдер және салмақтар комитеті (CIPM) Кельвиннің анықтамасын судың үштік нүктесінің абсолюттік температурасының 1/273,16 бөлігі ретінде бекітті. Әртүрлі изотоптық құрамы бар сулардың үштік нүктелері сәл өзгеше болды. Осылайша, Халықаралық өлшемдер және салмақтар комитеті 2005 жылы Кельвин температура шкаласының анықтамасы VSMOW номиналды сипаттамаларына сәйкес суды білдіретінін нақтылады. Бұл шешім 2007 жылы 23-ші CGPM-нің 10-қаулысымен мақұлданды. Үштік нүкте үштік нүктелі жасушаларда өлшенеді, онда су үштік нүктеде ұсталады және қоршаған ортамен тепе-теңдікке жетуіне рұқсат етіледі. Қарапайым суларды пайдаланып, үштік нүктеге қатысты зертханааралық өлшеулердің диапазоны шамамен 250 мкК құрайды. VSMOW пайдаланғанда, үштік нүктеге қатысты зертханааралық өлшеулердің диапазоны шамамен 50 мкК құрайды. 2019 жылы СИ негізгі бірліктерінің қайта анықталуынан кейін Кельвин Болцман тұрақтысы арқылы анықталады, бұл оның анықтамасын судың қасиеттеріне толығымен тәуелсіз етеді. Болцман тұрақтысының белгіленген мәні VSMOW үштік нүктесінің өлшенген мәні өлшенетін дәлдік шегінде бұрынғы анықталған мәнмен сәйкес келуі үшін таңдалды. Үштік нүктелі жасушалар термометрлерді калибрлеудің практикалық әдісі болып қалады.