Xem mẫu
- Ch ¬ng 5
Nh÷ng chÊt ®ång vÞ bÒn v÷ng trong hå n íc
230 http://www.ebook.edu.vn
- ngät vμ n íc mÆn
5.1 Lêi giíi thiÖu
ViÖc lμm giÇu lªn cña nh÷ng ®ång vÞ nÆng (H218O vμ HDO) trªn mÆt n íc vμ
mÆt hå, thùc sù ®· ® îc quan s¸t trong suèt qu¸ tr×nh nghiªn cøu sù thay ®æi
cña c¸c chÊt ®ång vÞ bÒn v÷ng trong chu kú thuû v¨n, tõ thêi kú ®Çu (Rankama
1954). Craig (1961a) ®Ó ý r»ng nh÷ng thμnh phÇn cÊu t¹o ®ång vÞ cña n íc tõ
nh÷ng hå ë Ch©u Phi ®· bÞ thay thÕ ®ång vÞ -18O trong -D cã liªn quan tíi
thμnh phÇn dßng ch¶y cña c¸c lo¹i n íc ngät kh¸c, mμ cÊu tróc thμnh phÇn
cña chóng tu©n theo ® êng n íc khÝ t îng (MWL).
ViÖc lμm giÇu lªn cña c¸c lo¹i ®ång vÞ nÆng nμy ®· ® îc sö dông réng r·i nh
mét " dÊu hiÖu" ®Ó nhËn biÕt sù ®ãng gãp cña n íc hå vμo n íc ngÇm (Payne
1981; Darling cïng mét vμi ng êi kh¸c 1990; Krabhenhoft cïng vμi ng êi kh¸c
1990). Vμ h¬n thÕ n÷a, nã còng lμ mét phÐp ®o vÒ c©n b»ng cña n íc hå, ®Æc
biÖt lμ ®o kh¶ n¨ng bèc h¬i cña n íc. Tr íc ®ã , ph ¬ng ph¸p nμy ®· ® îc kiÓm
nghiÖm l¹i bëi Dincer (1968), nhãm cña Gat (1968), Pearson vμ Coplen(1978),
Moser vμ Rauert (1980), Gat (1981), Zuber (1986) vμ nh÷ng ng êi kh¸c ®· tãm
t¾t l¹i ®Ò tμi nghiªn cøu nμy.
C¬ së cho "dÊu hiÖu cña chÊt ®ång vÞ dÔ bay h¬i " trªn bÒ mÆt n íc lμ sù ph©n
®o¹n c¸c ®ång vÞ, x¶y ra ngay t¹i mÆt tiÕp xóc gi÷a kh«ng khÝ-n íc vμ kÌm
theo qu¸ tr×nh bèc h¬i. Theo Craig vμ Gordon (1965; Merlivat vμ Coartic còng
nh×n nhËn vÊn ®Ò t ¬ng tù 1975 ). Sù ph©n ®o¹n bÞ t¸c ®éng bëi hai thμnh
phÇn: do mét thùc tÕ lμ c¸c chÊt ®ång vÞ s¸ng h¬n ® îc thÝch øng trong qu¸
tr×nh chuyÓn tiÕp tõ láng sang h¬i. Do sù chªnh lÖch khÝ ¸p gi÷a c¸c chÊt ®ång
vÞ (c¸i ® îc gäi lμ ¶nh h ëng cña tr¹ng th¸i c©n b»ng ®ång vÞ). Vμ mét t¸c ®éng
n÷a (th êng ® îc gäi lμ t¸c ®éng cña ®éng lùc häc hay sù vËn chuyÓn c¸c chÊt
®ång vÞ) ®ã lμ kÕt qu¶ cña sù kh¸c nhau vÒ tèc ®é lan truyÒn cña c¸c ®ång vÞ
ph©n tö n íc th«ng qua líp biªn kh«ng khÝ.
H×nh 5.1 cho ta thÊy gi¶n ®å quan hÖ gi÷a hå vμ m«i tr êng. Sù thay ®æi cña
c¸c chÊt ®ång vÞ bÒn v÷ng theo c¸ch: mét phÇn tö bÒ mÆt n íc tiÕp xóc víi khÝ
quyÓn cã thÓ ® îc diÔn to¸n theo c«ng thøc sau:
d (V . L )
F (in). in F (out ). L E. c (1)
dt
trong ®ã: V = thÓ tÝch cÇn nghiªn cøu
F(in) = tæng l îng nhËp (nh l îng gi¸ng thuû, c¸c dßng ch¶y mÆt, vμ
l îng ch¶y ra cña n íc ngÇm...)
F(out)= tæng l îng tiªu hao ( bao gåm c¶ l îng n íc ngÇm bÞ rß rØ vμ
l îng nhËp vμo s«ng..)
E = l îng bèc h¬i
231 http://www.ebook.edu.vn
- L, in, vμ c = theo thø tù lμ nh÷ng thμnh phÇn cÊu t¹o cña ®ång vÞ
bÒn v÷ng trong n íc hå, n íc ngÇm trong khe nói, vμ dßng bèc h¬i.
B¶ng 5.1. Sù lμm giÇu nh÷ng ®ång vÞ kim lo¹i nÆng trong c¸c tr êng hîp
Tr êng hîp 1: ao hå kh« c¹n, chÊt dång vÞ ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh.
( kh«ng cã tr¹ng th¸i thuû v¨n æn ®Þnh trong tr êng hîp nμy)
(1 h)
( ) Ck
0 0 0
ss a a
h hh
trong ®ã
*
0
a
(1 h).( * Ck )
h
Tr êng hîp 2: C¸c yÕu tè thuû v¨n vμ chÊt ®ång vÞ ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh trong tr êng hîp hå c¹n
*
h( ) h( (1 h)C k
ss in a in a in
trong ®ã
*
a in
*
(1 h)( Ck )
Tr êng hîp 3: C¸c yÕu tè thuû v¨n vμ chÊt ®ång vÞ ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh trong tr êng hîp hå cã dßng ch¶y qua
(1 h)
Ck
a in a in
h h h
F (in) (1 h) F (in) (1 h)
ss in
1 . 1 .
E h E h
*
a in
trong ®ã:
*
(1 h)(Ck )
F (in)
h (1 h).
E
h, chiÒu cao líp Èm, a thμnh phÇn ®ång vÞ cña ®é Èm kh«ng khÝ, 0 thμnh phÇn ®ång vÞ ban ®Çu cña n íc khi
ë thÓ h¬i, in thμnh phÇn ®ång vÞcña dßng nhËp, ss thμnh phÇn ®ång vÞ ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh cña hå, * , Ck
lÇn l ît lμ nh©n tè ¶nh h ëng ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng cña ®ång vÞ vμ h»ng sè ®éng lùc häc.
______________________________________________________________
Trong mÆt c¾t 1.1, cho ta ph ¬ng ph¸p gi¶ quyÕt ph ¬ng tr×nh c©n b»ng nμy.
B¶ng 5.1 cho ta c«ng thøc (2) vÒ sù hoμ tan cña c¸c ®ång vÞ ® îc tÝch luü phÝa
®¸y hå, n¬i cã chÕ ®é æn ®Þnh vμ ph ¬ng ph¸p ®Ó lμm kh« nh÷ng vïng bÞ ngËp
n íc. Tuy nhiªn, t¹i vÞ trÝ quan tr¾c thùc tÕ hiÕm khi gÆp ® îc tr¹ng th¸i æn
®Þnh cña n íc. Kh«ng chØ ë nh÷ng hÖ thèng mÆt n íc thay ®æi ®iÓn h×nh, do
qu¸ tr×nh mang tÝnh ngÉu nhiªn, mμ cßn do c¶ tÝnh thay ®æi theo mïa vèn cã
®èi víi thμnh phÇn ®ång vÞ bÒn v÷ng cña c¶ dßng nhËp vμ ®é Èm kh«ng khÝ,
trong c©n b»ng thuû v¨n vμ trong mèi t ¬ng quan gi÷a tèc ®é dßng ch¶y vμo vμ
tèc ®é bèc h¬i, gièng nh trong chÕ ®é tæng hîp cña hå. CÊu tróc cña c¸c ®ång
vÞ trong hå ph¶n ¸nh møc ®é thay ®æi, theo c¸ch ®ã m« h×nh trë nªn phøc t¹p
h¬n. HÇu hÕt nh÷ng nghiªn cøu hiÖn t¹i ®· ng¨n c¶n sù cè g¾ng ®Ó ® a ra
232 http://www.ebook.edu.vn
- nh÷ng th«ng tin vÒ nh÷ng mÉu chiÕt cña n íc dùa trªn c¬ së thμnh phÇn cÊu
t¹o ®ång vÞ cña c¸c chÊt hoμ tan æn ®Þnh c¬ b¶n. Sù thay ®æi c¸c sè liÖu, mïa
hoÆc nh÷ng thay ®æi kh¸c khi ®ã th êng hîp thμnh lçi trong ph©n tÝch, vμ lμ
nguyªn nh©n g©y ra mét vμi ®¸nh gi¸ sai cña ph ¬ng ph¸p c©n b»ng ®ång vÞ
trong nghiªn cøu hå (Lewis 1970; Zimmerman vμ Ehhalt 1970).
H×nh 5.1. Sù miªu t¶ cña mèi t ¬ng quan vÒ mÆt thuû v¨n gi÷a mét hå vμ m«i tr êng cña nã. X biÓu thÞ
dßng trao ®æi gi÷a n íc trªn mÆt vμ l îng Èm trong khÝ quyÓn, vμ dÊu suy ra sù trao ®æi gi÷a líp n íc
bªn trªn bÞ x¸o trén vμ tÇng n íc hå s©u.
Tuy nhiªn, tÝnh cùc nh¹y cña mét thμnh phÇn cÊu t¹o ®ång vÞ trong hå víi sù
thay ®æi cña m«i tr êng vμ nh÷ng thay ®æi cña chÕ ®é thuû v¨n cã kh¶ n¨ng
® îc sö dông phÐp ®o gi¸ trÞ nh gi¸ trÞ cña mét dông cô ®o l êng, c¶ trong
tr êng hîp quan tr¾c trùc tiÕp m«i tr êng vμ sù thay ®æi cña c¸c ®¹i l îng
thuû v¨n. Nh mét chØ sè cña nh÷ng ®¹i l îng cæ, nh÷ng tμi liÖu vÉn ®ang
® îc sö dông thÝch hîp, gi¶ sö nh c¸c chØ sè vÒ cacbonat trong trÇm tÝch ë hå
®Çm (Stuiver 1970; Lemeille cïng nh÷ng ng êi kh¸c 1983; Talbot 1990).
Trong phÇn sau cña ch ¬ng nμy, thμnh phÇn cÊu t¹o cña nh÷ng ®ång vÞ trong
c¸c hå kh¸c nhau sÏ ® îc th¶o luËn, dùa trªn c¬ së ph ¬ng ph¸p luËn vÒ nh÷ng
th«ng tin cÇn thiÕt cã liªn quan, ® îc thÓ hiÖn ë phÇn 1.1. Nh÷ng th«ng tin cã
liªn quan ®Õn kho chøa n íc vμ ®éng lùc trong mét hÖ thèng hå cã thÓ ® îc
luËn ra tõ tμi liÖu vÒ chÊt ®ång vÞ. Nh÷ng yÕu tè c¬ b¶n ®Çu tiªn ® îc ¸p dông
®Ó lμm ®¬n gi¶n ho¸ vμ ®ång nhÊt hÖ thèng. TiÕp theo chóng ta sÏ chuyÓn sang
nh÷ng vÊn ®Ò phøc t¹p h¬n vÒ hå, víi mét cÊu tróc ph©n tÇng th¼ng ®øng, mét
ph¹m vi réng vÒ ®Þa chÊt hoÆc víi ®é mÆn cao.
BÊt cø lóc nμo cÇn, lu«n cã s½n nh÷ng mÉu vÒ nh÷ng nghiªn cøu mμ trong ®ã
cã sö dông tμi liÖu vÒ c¸c chÊt ®ång vÞ phôc vô cho viÖc thu thËp c¸c sè liÖu vÒ
nghiªn cøu thuû v¨n hå, c©n b»ng n íc, sù t ¬ng t¸c gi÷a c¸c chÊt víi m«i
tr êng cña nã. ChØ cã ®iÒu, trong rÊt nhiÒu tr êng hîp nã chØ thùc hiÖn ®Ó chØ
233 http://www.ebook.edu.vn
- ra nh÷ng ph ¬ng ph¸p tèi u vÒ mÆt lý thuyÕt nghiªn cøu ®ång vÞ, cã thÓ ¸p
dông trong t ¬ng lai.
5.1.1 Sù ph©n t¸n c¸c chÊt ®ång vÞ trong qu¸ tr×nh bèc h¬i
C¸ch gi¶i quyÕt c«ng thøc (1) tuú thuéc gi¸ trÞ cña thμnh phÇn cÊu t¹o cña chÊt
®ång vÞ trong (1) ( c ). Nã kh«ng tu©n theo nh÷ng nguyªn t¾c trong ®o ®¹c.
Chóng ta chØ cã thÓ t×m thÊy gi¸ trÞ cña nã trong mét sè tr êng hîp ®Æc biÖt, hy
h÷u nh : khi sù bèc h¬i lμ liªn tôc kh«ng gi¸n ®o¹n (gièng nh tr êng hîp
tho¸t h¬i n íc ë thùc vËt), hoÆc nh trongtr êng hîp hå ë tr¹ng th¸i c¹n kiÖt,
khi ®ã viÖc xem xÐt vÒ c©n b»ng vËt chÊt cßn tuú thuéc vμo mèi t ¬ng quan
gi÷a (1) vμ dßng nhËp cã ngang b»ng nhau kh«ng. NghÜa lμ: m= e. Trong
nh÷ng tr êng hîp kh¸c, khi ph¶i sö dông ®Õn lý thuyÕt m« h×nh cña sù vËn
chuyÓn h¬i n íc tõ bÒ mÆt vμo khÝ quyÓn.
Theo c«ng thøc cña Craig vμ Gordon (1965) c ® îc cho bëi mèi quan hÖ:
*
( . L h. )
a
(2)
(1 h)
e
hoÆc cã thÓ viÕt gÇn ®óng d¹ng:
h. a
L
(2a)
1h
e
trong ®ã: h lμ ®é Èm t ¬ng ®èi, ® îc chuÈn ho¸ hoÆc ®ång ho¸ víi h¬i n íc ®·
b·o hoμ ngay trªn bÒ mÆt chÊt láng.
a lμ hμm l îng ®ång vÞ cña h¬i n íc trong khÝ quyÓn
*, lÇn l ît lμ hÖ sè tr¹ng th¸i c©n b»ng vμ tæng ®¬n vÞ thμnh phÇn ph©n
®o¹n
*, ® îc x¸c ®Þnh theo:
* *
(1 ) vμ (1 )
*
Nh÷ng tham sè nμy ® îc liªn hÖ víi nhau theo quan hÖ:
Trong c«ng thøc vÒ sù ph©n ®o¹n, do sù khuyÕch t¸n cña c¸c ph©n tö n íc
th«ng qua líp biªn cña kh«ng khÝ, ® îc biÓu diÔn th«ng qua tham sè . §Ó
biÓu diÔn tham sè nμy, dùa trªn c¬ së lý thuyÕt vÒ m« h×nh søc c¶n cña
Langmuir, Craig vμ Grodon(1965) ®· ® a ra d¹ng c«ng thøc sau:
i. A
(1 h) 1 1
iB
A B
A B
(1 h) 1 (3)
iA
A
A
(1 h) .C k
vμ i lÇn l ît lμ søc c¶n chuyÓn ®éng : øng víi ký hiÖu i ®øng tr íc
trong ®ã
234 http://www.ebook.edu.vn
- lμ dμnh cho c¸c chÊt ®ång vÞ ®Æc tr ng, cßn øng víi ký hiÖu (A vμ B) ®øng tr íc
lμ ë líp khuyÕch t¸n gÇn bÒ mÆt ph©n giíi vμ vïng nhiÔu ®éng bªn trªn nã. VÕ
ph¶i cña c«ng thøc nμy ¸p dông khi c«ng nhËn kh«ng cã sù ph©n ®o¹n tù nhiªn
do sù chuyÓn ®éng hçn lo¹n cña khÝ quyÓn. V× thÕ giíi h¹n
0 vμ
iB
A
B nA
1
iA
Giíi h¹n ® îc x¸c ®Þnh trong kho¶ng: trong tr êng hîp ® a
Ck
¢
®¬teri vμo ph©n tö n íc (giíi h¹n kho¶ng 130/00) vμ trong tr êng hîp ph©n tö
® îc d¸n nh·n O-18 (giíi h¹n lμ 150/00). Víi ®iÒu kiÖn phÇn tö giã ®iÒu hoμ
trong qu¸ tr×nh bèc h¬i (giíi h¹n nμy ® îc ® a ra bëi Merlivat - 1970).
Th êng th× c¸c tham sè giíi h¹n a vμ h ® îc ®o hoÆc ® îc íc l îng gÇn ®óng
sao cho líp ë bªn d íi cã thÓ khuyÕch t¸n. V× thÕ B nhá kh«ng ®¸ng kÓ khi so
s¸nh víi A , vμ giíi h¹n thªm trong c«ng thøc (3) cã thÓ ® îc bá qua. Ta cã thÓ
viÕt ®¬n gi¶n h¬n:
(1 h).C k (3a)
ViÖc biÓu diÔn cã thÓ ® îc øng dông khi ta sö dông nh÷ng gi¸ trÞ cña c¸c
phÇn tö giíi h¹n: h vμ a (® îc ®o b»ng cét khÝ). Nh÷ng gi¸ trÞ nμy kh«ng ph¶i
lμ c¨n nguyªn cña sù h¹ thÊp mùc nø¬c trong cét khÝ, v× thÕ h vμ a kh«ng
thay ®æi theo chiÒu cao. Tuy nhiªn, khi vÊn ®Ò nμy ® îc ® a ra th¶o luËn trong
nh÷ng phÇn sau th× ®iÒu nμy cã thÓ sÏ kh«ng cßn ®óng n÷a. Nh khi xÐt mét
hå lín víi dßng th¨ng lμ mét thμnh phÇn quan träng trong viÖc c©n b»ng n íc
khÝ quyÓn hoÆc d íi nh÷ng ®iÒu kiÖn it x¸o trén trong suèt cét khÝ.
Mét ®iÒu cÇn chó ý lμ: viÖc thμnh lËp c«ng thøc vÒ thμnh phÇn c¸c chÊt ®ång vÞ
cña th«ng l îng b«c h¬i trong c«ng thøc (2) bao hμm kh¸i niÖm vÒ sù trao ®æi
Èm gi÷a mÆt hå vμ khÝ quyÓn. Dßng kh«ng khÝ Èm quay ng îc l¹i (dßng gi¸ng)
trë thμnh hiÖn t îng ®Æc tr ng nhÊt t¹i vïng biªn cña líp Èm kh«ng khÝ. Khi
xÐt xa h¬n th× chó ý r»ng, chóng ta sÏ bá ®i mét vμi thμnh phÇn c¶n g©y ra sù
x¸o trén cña chÊt láng theo ph îng th¼ng ®øng.
Gi¶ ®Þnh trªn kh«ng ph¶i lμ lóc nμo còng hîp lý, ®Æc biÖt lμ trong ®iÒu kiÖn
lÆng giã (theo Gat 1970 , Siªgnthale 1975 ).
Víi e cã ® îc tõ c«ng thøc ( 2a) vμ do ph ¬ng tr×nh c©n b»ng n íc d¹ng:
dV
F (in) F (out ) E (4)
dt
Do ®ã c«ng thøc (1) cã thÓ ® îc viÕt l¹i nh sau:
E h( L a)
F (in)
dL
.( ) (5)
(1 h)
in L
dt V V
C«ng thøc nμy lμ c¬ së cho viÖc tÝnh to¸n sù tÝch luü ®ång vÞ trong c¸c thuû vùc
mÆt.
235 http://www.ebook.edu.vn
- Nh÷ng gi¶i ph¸p t ¬ng ®èi ®¬n gi¶n cã thÓ ® îc dïng cho hÖ thèng x¸o trén
m¹nh mÏ víi ®iÒu kiÖn thuû v¨n æn ®Þnh trong c¶ hå cã dßng ch¶y ch¶y qua vμ
hå ë tr¹ng thμi gÇn c¹n hay hå ®· kh« c¹n. Nh÷ng gi¶i ph¸p nμy ® îc thÓ hiÖn
ë b¶ng tãm t¾t 1, vμ sÏ ® îc th¶o luËn ë phÇn 2.
H×nh 5.2: §é dèc cña dßng bèc h¬i nh lμ mét hμm cña c¸c tham sè trong ph ¬ng tr×nh 6, cho 3
tr êng hîp d= (da - dn )=-12.0 vμ +10%o , theo thø tù lμ dßng MWL, dßng b¨ng.
Trong viÖc so s¸nh nh÷ng thay ®æi t ¬ng øng gi÷a hai ®ång vÞ, ®Æc biÖt lμ ²H
vμ 18O (nh÷ng thμnh phÇn dåi dμo nμy theo thø tù gièng nh D vμ 18, t ¬ng
® ¬ng víi møc SMOW (n íc ®¹i d ¬ng trung b×nh tiªu biÓu) (Craig 1961), nã
® îc xem nh kh«ng gièng víi nh÷ng ph©n ®o¹n ë tr¹ng th¸i c©n b»ng. ë ®©y
D
,
®é dèc S (trong ®ã ®èi ng îc nhau trong kh«ng gian) ® îc cho bëi
D 18
18
tû lÖ cña c¸c nhãm nh©n tè ë tr¹ng th¸i c©n b»ng D* / 18*. Gi¸ trÞ cña tØ lÖ nμy
dao ®éng trong kho¶ng 7,54 8,64 víi nhiÖt ®é dao ®éng trong kho¶ng 0 35 C
(Majoube 1971). Khi nhiÖt ®é t =20 C nã dõng ë gi¸ trÞ b»ng 8, v× thÕ vμo
kho¶ng cuèi n¨m 1961,Craig ®· ® a ra ®Þnh nghÜa vÒ ®é dèc cña nh÷ng ngÊn
n íc trªn b¨ng. Theo mét c¸ch kh¸c, cã ®Þnh nghÜa t ¬ng tù vÒ ®é dèc cña
nh÷ng dßng th¨ng (cña h¬i n íc). Nh÷ng ® êng nμy sÏ v¹ch ra nh÷ng ® êng
biÕn thiªn cña trong qu¸ tr×nh bèc h¬i.
236 http://www.ebook.edu.vn
- h( )
a in D
Tõ c«ng thøc (5) ta cã: (6)
S
h( in )
a IN
Bëi v× ®é lín cña Ck cho tÊt c¶ c¸c ®ång vÞ ®Æc biÖt lμ nh nhau (13 vμ 15%o
theo thø tù cho D vμ O-18). HÖ sè nμy cho thÊy r»ng: ®é dèc cña dßng th¨ng lμ
kh«ng ®¸ng kÓ so víi ®é dèc cña "dßng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ". §é dèc cña dßng
th¨ng theo c«ng thøc (6) phô thuéc vμo nh÷ng tham sè giíi h¹n cña khÝ quyÓn.
Cô thÓ lμ, ®é Èm vμ thμnh phÇn cña chÊt ®ång vÞ trong h¬i Èm cña khÝ quyÓn,
c¸c nhãm ®ång vÞ H2 cho ta gi¸ trÞ ®é dèc cña dßng th¨ng víi D ®èi nghÞch víi
18 trong kh«ng gian nh hμm sè ( a - in )18 víi nh÷ng gi¸ trÞ biÕn thiªn cña ®é
Èm vμ víi nh÷ng gi¸ trÞ kh¸c cña d= da - dn (ë ®©y da vμ dn lÇn l ît lμ gi¸ trÞ "
d-d " cña ®é Èm kh«ng khÝ vμ l îng nhËp vμo thuû vùc. Gi¸ trÞ "d-d " ®·
® îc Dansgaard ®Þnh nghÜa vμ ® îc tÝnh b»ng c«ng thøc: d=8 18 - D.
Mét kh¸i niÖm t ¬ng tù còng ® îc Gat chØ ra vμo n¨m 1971, nh ng do nh÷ng
gi¸ trÞ kh¸c nhau cña Ck, cô thÓ víi Gat «ng cho Ck b»ng 32 vμ 16%o lÇn l ît
øng víi 18O vμ D. Ngay sau ®ã nh÷ng gi¸ trÞ 15 vμ 13%o xuÊt hiÖn vμ ®ùoc ®¸nh
gi¸ lμ thùc tÕ h¬n. §iÒu nμy ® îc l u ý trong tr êng hîp khi mμ ®é Èm vμ dßng
nhËp ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®ång vÞ. Tøc lμ ë ®©y: da - dn = - * vμ d 0 th× gi¸
trÞ cña S kh«ng phô thuéc vμo ®é Èm vμ ® îc cho bëi tû sè:
*
C k D /( * C k ) 18 3.55 . §©y lμ tr êng hîp th êng x¶y ra ë nh÷ng vïng
n»m trong lôc ®Þa (Craig vμ Horribe 1967). Nã cßn ® îc më réng h¬n víi nh÷ng
®iÓm ®Æc biÖt n»m riªng lÎ. Sù phô thuéc cña ®é dèc vμ ®é Èm th× ng îc l¹i. §é
lμm giÇu thùc (cã liªn quan tíi gi¸ trÞ ban ®Çu cña in ) sÏ h íng vÒ bÒ mÆt cña
®èi t îng n íc bëi qu¸ tr×nh bèc h¬i vμ biÕn ®æi cña h¬i n íc. Víi 18O hoÆc
®¬teri th× phô thuéc vμo tÊt c¶ c¸c tham sè trong c«ng thøc (5), bao gåm nh÷ng
tham sè thuû v¨n nh l îng xuÊt chuyÓn trong hå, thÓ tÝch hçn hîp.v.v. HiÓn
nhiªn, b»ng ® êng ®ång vÞ ®· ® îc x¸c ®Þnh cho mét hå nμo ®ã, ng êi ta cã thÓ
thu ® îc nh÷ng kÕt qu¶ vÒ ®o ®¹c nh vÒ c©n b»ng thuû v¨n vμ sù thay ®æi cña
nã theo thêi gian. Cã thÓ xem minh ho¹ trong phÇn 2.
5.2 Hå cã diÖn tÝch nhá
Trong môc nμy, mét hå gi¶ t ëng ® îc ® a ra ®Ó th¶o luËn.
Phôc vô cho môc tiªu nμy, nh÷ng ®Æc tr ng sau coi nh ®· ® îc thõa nhËn:
1. Mét thÓ tÝch x¸o trén trong ®ã kh«ng tån t¹i tÝnh chÊt bÊt ®ång nhÊt cña c¸c
thμnh phÇn ®ång vÞ theo c¶ ph ¬ng ngang vμ ph ¬ng th¼ng ®øng (¶nh h ëng
cña sù ph©n tÇng theo ph ¬ng th¼ng ®øng sÏ ® îc xem xÐt ë môc 2.2).
2. Víi mét khu vùc ®Þa lý giíi h¹n, cã thÓ ® îc cho r»ng: m«i tr êng ®Æc biÖt lμ
®é Èm m«i tr êng xung quanh kh«ng bÞ ¶nh h ëng bëi th«ng l îng bèc h¬i tõ
hå.
C¸c nghiÖm tr¹ng th¸i æn ®Þnh cho c©n b»ng ®ång vÞ cña c¸c hå gi¶ t ëng nμy.
Víi gi¶ thiÕt c¸c tham sè kh«ng thay ®æi theo thêi gian, cho ë b¶ng 1, lμ:
237 http://www.ebook.edu.vn
- a in
h
(7)
L. SS in
Fin (1 h)
1 .
E h
Gi¸ trÞ nμy phô thuéc vμo th«ng sè h, a vμ c¸c ®Æc tr ng thuû v¨n cña hå. Cô
thÓ lμ tû sè th«ng l îng dßng ch¶y: F(in)/E. NhiÖt ®é vμ c¸c th«ng sè ®iÓn h×nh
nhÊt cña m«i tr êng ® îc biÓu diÔn th«ng qua mét Èn sè. T¸c ®éng cña c¶ giíi
h¹n Èm (th«ng qua sù phô thuéc vμo ¸p suÊt b·o hoμ h¬i n íc cña n íc trªn bÒ
mÆt) vμ hÖ sè ph©n ®o¹n tr¹ng th¸i c©n b»ng cña ®ång vÞ: * (Majoube 1971).
Nh biÓu diÔn trªn h×nh 3, ®é lμm giÇu cña ®ång vÞ trong hå rÊt nh¹y víi m«
h×nh thuû v¨n. NÕu ng êi ta so s¸nh hÖ thèng 3 m« h×nh vÒ sù bèc h¬i cña hå,
giíi h¹n cña hå th× thu ® îc tæng kÕt nh trong b¶ng 5. Vμ hÖ thèng th«ng
l îng dßng ch¶y trong hå th× hiÓn nhiªn lμ c¸c thμnh phÇn ®ång vÞ trong giíi
h¹n cña hå sÏ phô thuéc vμo h íng thay ®æi cña thμnh phÇn ®ång vÞ trong
dßng nhËp (thμnh phÇn ®ång vÞ trong dßng nhËp th êng xuyªn bÞ suy yÕu bëi
c¸c thμnh phÇn ®ång vÞ nÆng) so víi sù lμm giμu ë møc ®é cao cña n íc trong
qu¸ tr×nh bèc h¬i cña hå. Th«ng l îng thμnh phÇn ®ång vÞ cña hå gÇn nh
ngang b»ng víi gi¸ trÞ cña dßng nhËp, víi th«ng sè F(in)/E t ¬ng ®èi lín. §iÒu
nμy kh«ng qu¸ kinh ng¹c v× sù thay ®æi nh¹y bÐn trong tû sè th«ng l îng dßng
ch¶y lμ cao nhÊt. Víi nh÷ng ®iÒu kiÖn trªn khi mμ sù bèc h¬i lμ nh©n tè chÝnh
chi phèi hÖ thèng c©n b»ng n íc, tøc lμ khi ®é Èm t ¬ng ®èi ë møc thÊp vμ khi
tû sè F(in)/E tiÕn ®Õn mét gi¸ trÞ ®¬n nhÊt.
Thùc tÕ øng dông cña ph ¬ng tr×nh c©n b»ng ®ång vÞ trong n íc ®Ó x¸c ®Þnh
thμnh phÇn c©n b»ng thuû v¨n lμ viÖc t×m gi¸ trÞ cña E hay cña suÊt chuyÓn ra
khái hå, bÓ chøa. §Ó thùc hiÖn viÖc nμy, ta cÇn t×m gi¸ trÞ cña e, ®iÒu nμy ®·
® îc th¶o luËn trong phÇn ®Çu vμ ®Ó thu ® îc nã rÊt khã kh¨n do nã kh«ng thÓ
rót ra ® îc trùc tiÕp tõ c¸c ®o ®¹c. §Ó nhËn ® îc e, ta ph¶i dùa vμo c«ng thøc
(2) vμ ®Ó cã kÕt qu¶ ta cÇn ®Õn c¸c gi¸ trÞ cña a, h vμ gi¸ trÞ trung b×nh hîp lý
cña thμnh phÇn ph©n ®o¹n, tÝnh to¸n cho qu¸ tr×nh víi thêi ®o¹n ®ñ dμi t ¬ng
øng víi thêi gian n íc c tró trong hå. §iÒu nμy thÓ hiÖn nh÷ng vÊn ®Ò gÇn
nh kh«ng gi¶i quyÕt ® îc bëi sù biÕn ®éng cña c¸c th«ng sè nμy, vμ lμ nguyªn
nh©n gay nªn tÝnh bÊt ®Þnh t ¬ng ®èi cña ph ¬ng ph¸p nμy.
238 http://www.ebook.edu.vn
- H×nh 5.3: X©y dùng ® êng ®ång vÞ ( = ss - in ) th«ng qua th«ng l îng dßng ch¶y trong hå ë tr¹ng th¸i
æn ®Þnh. Khi hμm cña ®é Èm (h) vμ tû sè th«ng l îng dßng ch¶y (F(in)/E; khi tû sè F(in)/E=1 t ¬ng øng
víi nã lμ hå bÞ c¹n kiÖt, kh«ng cã dßng ra khái hå. Gi¸ trÞ lμm hå c¹n ( c¸i ® îc gäi lμ sù bèc h¬i n íc
cña hå) ® îc cho tr íc ®Ó so s¸nh). Ng êi ta cho r»ng: c¸c dßng nhËp vμ l îng Èm trong khÝ quyÓn ë
tr¹ng th¸i c©n b»ng ®ång vÞ víi c¸c ®èi t îng n íc kh¸c, v× thÕ a - in =- *
Welhan vμ Fritz (1977) ®· th¶o luËn vÒ c¸c nç lùc trong viÖc ®o ®¹c c¸c th«ng
sè nμy b»ng viÖc sö dông c¸c thïng bèc h¬i nh lμ mét m« h×nh cña hå. Tuy
nhiªn, ®iÒu nμy ®· ® îc Allison vμ ®ång sù (1979) chØ ra r»ng víi ph ¬ng ph¸p
nh vËy sÏ kh«ng cho kÕt qu¶ thùc sù tèt do thêi gian hoμ nhËp cña c¸c thïng
nμy lμ ng¾n h¬n so víi hÖ thèng tù nhiªn. ThËt vËy, mét kh¶ n¨ng høa hÑn h¬n
cã thÓ chän ®· ® îc Dincer nªu ra (1968). Néi dung cña nã lμ sö dông mét "hå
®¹i biÓu" cã chÕ ®é thuû v¨n ®· biÕt vμ n»m trong cïng mét vïng nghiªn cøu.
Tõ c¸c gi¸ trÞ ®ång vÞ cña hå nμy, c¸c gi¸ trÞ ®· ® îc träng sè ho¸ cÈn thËn cña
a vμ h cã thÓ ® îc suy ra. Mét hå ®ång nhÊt vμ c¹n kiÖt sÏ cung cÊp cho hμm
tèt nhÊt. H íng tiÕp cËn cã lîi nμy ®· ® îc Merlivat (1970) sö dông ®Ó gi¶i
thÝch cho hÖn thèng c¸c hå ë Thæ NhÜ Kú vμ còng ® îc Gat vμ Levy(1978) nªu
ra trong mét tr êng hîp t ¬ng tù.
Thμnh phÇn thªm vμo cña ph ¬ng tr×nh c©n b»ng n íc cã thÓ ® îc x¸c ®Þnh
nÕu nÕu c«ng thøc c©n b»ng thø ba ® îc ® a vμo ®Ó kÕt hîp víi hai ph ¬ng
tr×nh c©n b»ng cña n íc vμ ®ång vÞ. Sù kÕt hîp phÐp gi¶i cña 3 ph ¬ng tr×nh:
c©n b»ng n íc, c©n b»ng ®ång vÞ vμ c©n b»ng ®é mÆn. Theo thø tù, trong hÖ
thèng nμy: ®é mÆn lμ æn ®Þnh, kh«ng tÝnh c¸c nguån mÆn kh¸c ë xa, so víi ®é
mÆn trong hå ® îc c¸c nh¸nh s«ng mang vμo. VÝ dô, Dincer cïng céng sù
239 http://www.ebook.edu.vn
- (1979) cho thÊy sù kh¸c biÖt gi÷a tæn thÊt n íc bëi bèc h¬i so víi sù tho¸t h¬i
n íc bëi thùc vËt cña trong ®Çm lÇy Okavango. §ã lμ mét vÝ dô ®¬n gi¶n ® îc
so s¸nh víi sù tÝch tô ®ång vÞ nÆng (duy nhÊt E) ®èi víi ®é muèi (CS, c¸i mμ
t¨ng nªn bëi sù kÕt hîp th«ng l îng tho¸t - bèc h¬i n íc (E + T). Trªn c¬ së
kh«ng quan t©m ®Õn sè h¹ng dßng ch¶y, mét c«ng th c tiÕp theo ® îc t×m thÊy:
(E T
(1 h). .C S
dC E
(8)
h( L)
d a
Tõ kÕt qu¶ cña Dincer, ® îc thÓ hiÖn trong h×nh 4, mét quan tr¾c mμ cã sù gãp
phÇn cña bèc tho¸t h¬i n íc ®èi víi tæn thÊt n íc lμ hín nhÊt (xÊp xØ 71%)
trong suèt mïa hÌ t¹i vÞ trÝ n íc thÊp nh ng phÇn lín kh«ng ®¸ng kÓ trong
suèt mïa ®«ng.
5.2.1. Sù thay ®æi theo mïa vμ n¨m
Trong hÇu hÕt c¸c tr êng hîp, c¸c th«ng sè chi phèi c¸c thμnh phÇn ®ång vÞ
cña hå qua c¸c mïa, nã ¶nh h ëng ®Õn viÖc lμm giÇu cña c¸c ®ång vÞ nÆng
trong hå. Theo c¸ch ®ã, tèc ®é bèc h¬ith êng x¶y ra m·nh liÖt trong suèt mïa
hÌ. Vμ thμnh phÇn ®ång vÞ trong gi¸ng thuû thay ®æi theo chu kú vμ dßng ch¶y
mÆt t¹o thμnh dßng nhËp vμo hå. TÊt c¶ dßng ch¶y ngÇm ®ãng gãp vμo nguån
cña n íc hå cã thÓ ® îc coi lμ æn ®Þnh h¬n vÒ thμnh phÇn ®ång vÞ trong n¨m,
thùc tÕ ®· ® îc Stichler vμ Moser-1979; Krabbenhoft cïng céng sù 1990 x¸c
minh lμ in thay ®æi theo tõng mïa phô thuéc vμo ®Æc tÝnh thuû v¨n trong hå
theo mïa. T¹i hÇu hÕt c¸c vïng trong lôc ®Þa, thμnh phÇn ®ång vÞ cña ®é Èm
khÝ quyÓn gÇn s¸t víi thμnh phÇn ®ång vÞ cña gi¸ng thuû. V× thÕ ®é sai lÖch
gi÷a thμnh phÇn ®ång vÞ cña h¬i n íc khÝ quyÓn ( a) vμ cña gi¸ng thuû tån tÞa
gÇn víi quan hÖ c©n b»ng a - P =- *. Tuy nhiªn, nh÷ng th«ng sè kh¸c kh«ng
nhÊt thiÕt ph¶i biÕn ®æi trong sù hoμ hîp vμ phô thuéc vμo thêi tiÕt. VÒ mÆt
nμy lμ nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Þa lý vμ thuû v¨n quy ®Þnh, vÒ mÆt kh¸c lμ sù chanh
chÊp qua l¹i gi÷a nh÷ng ®iÒu kiÖn vÒ ®Þa h×nh, ®Þa chÊt..
Tõ ph ¬ng tr×nh (5), hiÓn nhiªn r»ng c©u tr¶ lêi vÒ thμnh phÇn ®ång vÞ trong
hå thay ®æi lμ do th«ng sè ®Çu vμo phô thuéc vμo kÝch cì cña hå hay bÓ chøa.
SÏ chÝnh x¸c h¬n nÕu biÕt thêi gian c tró cña n íc trong hå. Víi hå cùc n«ng,
t¹i mäi thêi ®iÓm n íc gÇn nh æn ®Þnh vÒ thμnh phÇn ®ång vÞ, víi nhãm th«ng
sè tøc thêi. Vμ thμnh phÇn ®ång vÞ cña hå sÏ biÕn ®æi rÊt m¹nh khi c¸c th«ng
sè nμy thay ®æi. MÆt kh¸c, víi thÓ tÝch x¸o trén lín h¬n, c©u tr¶ lêi vÒ thμnh
phÇn ®ång vÞ cña hå Ýt biÕn ®éng h¬n khi m«i tr êng thay ®æi. Trong hÇu hÕt
c¸c hå, thêi gian c tró cña n íc trong hå cã ®é lín lμ n¨m hay vμi n¨m vμ l©u
h¬n, thμnh phÇn ®ång vÞ æn ®Þnh cña n íc hå chØ dao ®éng xung quanh thμnh
phÇn ®ång vÞ æn ®Þnh tr¹ng th¸i trung b×nh. Thùc vËy, l îng ®ång vÞ ph¶n øng
l¹i trong n íc hå do mét thay ®æi nhÊt ®Þnh trong c¸c tham sè ®Çu vμo cã thÓ
® îc sö dông nh lμ mét ®o ®¹c nh¹y c¶m cña c¸c biÕn thuû v¨n F(in)/V hay
F(in)/E. Zimmermann vμ nh÷ng ng êi kh¸c (1976) ®· lÊy u ®iÓm cña mét
240 http://www.ebook.edu.vn
- tr êng hîp nh vËy trong mét nghiªn cøu vÒ sù x¸o trén vμ c¸c ®Æc tr ng qua
dßng ch¶y cña s«ng Niger ®i qua hå chøa nh©n t¹o Kainji.
H×nh 5.4. TÝch luü cña sù lμm giμu ®ång vÞ ë ®Çm lÇy Okavango, Botswana nh lμ mét hμm sè cña ®é
muèi t¨ng cho c¸c tû lÖ kh¸c nhau cña sù bèc h¬i víi tæng l îng dßng bèc tho¸t h¬i. (Dincer vμ nh÷ng
ng êi kh¸c 1979).
B»ng viÖc so s¸nh sù thay ®æi trong thμnh phÇn ®ång vÞ cña dßng ch¶y ra tõ hå
241 http://www.ebook.edu.vn
- chøa víi thμnh phÇn chÊt ®ång vÞ thay ®æi theo mïa cña s«ng Niger, cã thÓ x¸c
®Þnh tû lÖ thÓ tÝch x¸o trén h÷u dông so víi thÓ tÝch hå chøa nh mét tæng thÓ.
Tû sè nμy thay ®æi tõ xÊp xØ 10% ë chç n íc thÊp (biÓu hiÖn r»ng s«ng ®· ®i
vßng hÇu hÕt thÓ tÝch cña hå ë thêi ®iÓm ®ã) tíi gi¸ trÞ b»ng 60 - 80% trong suèt
thêi kú lò thêi ®o¹n.
H×nh 5.5 m« pháng ph¶n øng cña thμnh phÇn chÊt ®ång vÞ cña mét hå «n ®íi
® îc lÝ t ëng ho¸ cho nh÷ng thay ®æi theo mïa trong c¸c tham sè bªn ngoμi,
dùa trªn sè liÖu cho hå Tiberias, mét hå Êm ®Æt trong m«i tr êng khÝ hËu §Þa
Trung H¶i b¸n hoang m¹c ë phÝa trªn thung lòng Jordan (Israel). Trong
tr êng hîp nμy nh÷ng thay ®æi trong thμnh phÇn ®ång vÞ cña n íc ch¶y vμo
trong suèt mét n¨m ® îc nhËn thÊy lμ bÞ giíi h¹n, bëi v× c¸c dßng ch¶y vμo chñ
yÕu lμ tõ c¸c hÖ thèng s«ng ® îc n íc ngÇm cung cÊp; nh÷ng thay ®æi nμy tõ
mïa ®«ng sang mïa xu©n vμ vμo trong mïa hÌ ®¬n thuÇn lμ tõ gi¸ trÞ
6.9 0/00 tíi 18 6.3 0/00 vμ cuèi cïng lμ tíi 18 5.9 0/00.
18
H×nh 5.5. Thay ®æi theo mïa trong thμnh phÇn ®ång vÞ cña mét hå «n ®íi dùa trªn c¸c tham sè ® îc
® a ra bëi Gat (1970) cho hå Tiberias. Gi¸ trÞ æn ®Þnh tr¹ng th¸i ( ss ® îc ® a ra cho c¸c gi¸ trÞ trung
b×nh cña c¸c tham sè sau:
F (in)
V
0.683 30.4; 2.71; 5.4; 33 ; 14.4; 105
h . C¸c gi¸ trÞ trong c¸c
in a
E E
permil t ¬ng øng. ¶nh h ëng cña tÝnh biÕn ®éng theo mïa
tham sè lμ c¸c gi¸ trÞ cho vμ D trong
18
trong c¸c tham sè nμy ®Õn viÖc tÝch luü ®ång vÞ æn ®Þnh tr¹ng th¸i ® îc chØ ra trong trang kÌm theo.
Sù x¸o trén cña gi¸ng thuû mïa ®«ng ®Þa ph ¬ng, cã c¸c gi¸ trÞ gi÷a -3 tíi -
18
0
5 /00, t¹o ra c¸c gi¸ trÞ ®éng vÞ cña nhãm dßng ch¶y vμo thËm chÝ Ýt biÕn ®éng
242 http://www.ebook.edu.vn
- h¬n. H¬n n÷a, ¶nh h ëng cña chu tr×nh hμng n¨m cña thμnh phÇn ®ång vÞ cña
l îng Èm khÝ quyÓn [c¸c gi¸ trÞ a 18 O thay ®æi trong ph¹m vi tõ xÊp xØ -12 tíi -
150/00 (Tzur 1971)] bÞ c¶n trë bëi ®é Èm thÊp mμ chiÕm u thÕ hÇu hÕt n¨m,
trung b×nh lμ kho¶ng 50%. Nh÷ng thay ®æi trong c¸c tham sè thuû v¨n [vÝ dô
F(in)/E], vμ, cho mét ph¹m vi , ®é Èm h¹n chÕ h¬n hiÓn nhiªn lμ cã ¶nh h ëng
nhÊt.
Ng îc l¹i, ng êi ta ®· nhËn thÊy r»ng thay ®æi h¹n dμi trong c©n b»ng thuû
v¨n bá qua c¸c ¶nh h ëng cña nh÷ng thay ®æi theo mïa. ThÓ tÝch cña dßng
ch¶y vμo hμng n¨m thay ®æi qua c¸c n¨m nghiªn cøu (1950-1970) bëi nhiÒu
h¬n mét nh©n tè, do c¸c ®iÒu kiÖn h¹n h¸n vμ (nh ® îc chØ ra trong h×nh 5.6)
ph¶n øng ®ång vÞ cña thμnh phÇn ®ång vÞ cña n íc hå ®èi víi nh÷ng thay ®æi
nμy trong tèc ®é xuyªn qua dßng ch¶y trong hå, lªn tíi h¬n 2% trong 18 , bëi
viÖc v ît xa biªn ®é mïa xÊp xØ b»ng 0.50/00 (Gat 1970). Thùc vËy, c¸c ¶nh
h ëng cña sù thay ®æi trong tèc ®é qua dßng ch¶y tréi h¬n h¼n cña tÊt c¶ c¸c
tham sè m«i tr êng kh¸c. V× vËy thμnh phÇn ®ång vÞ cña hå ®¸p øng nh mét
tr ëng nhãm thuû v¨n cho khu vùc nμy, nhiÒu h¬n nhiÒu so víi thμnh phÇn
®ång vÞ cña gi¸ng thuû, mμ kh«ng cã t ¬ng quan thËt tèt víi l îng m a tõng
mïa.
5.2.2. C¸c hå n íc ngät s©u
HÇu hÕt c¸c hå s©u h¬n ph¸t triÓn mét sù ph©n tÇng mËt ®é theo ph ¬ng th¼ng
®øng trong suèt bé phËn cña chu tr×nh hμng n¨m, trong khi ®ã c¸c hå rÊt s©u
vμ ®Æc biÖt lμ c¸c hå n íc mÆn cã thÓ thÓ hiÖn sù ph©n tÇng h¹n dμi. §Ó nh¾c
l¹i mét sè thuËt ng÷ nghiªn cøu vÒ hå sö dông trong ch ¬ng nμy, cÇn nhí r»ng
trong mét hå mμ bÞ ph©n tÇng (do mét profile nhiÖt ®é vμ/hoÆc ®é muèi theo
ph ¬ng th¼ng ®øng), khu vùc cã mËt ®é nhá h¬n h¬n bªn trªn ® îc gäi lμ tÇng
n íc n«ng mËt ®é nhá, víi líp s©u h¬n cã mËt ®é lín lμ t©ng n íc s©u mËt ®é
lín. C¸c hå mμ ®· tr¶i qua mét chu tr×nh hμng n¨m cña sù ®¶o lén do mét sù
tÝch luü nhiÖt ®é theo mïa trong mïa hÌ, ® îc gäi lμ x¸o trén th êng niªn. C¸c
hå víi hai sù ®¶o lén hμng n¨m, ®iÓn h×nh nh diÔn ra ë c¸c khu vùc l¹nh, lμ
x¸o trén b¸n th êng ®¬n niªn. C¸c hå mμ kh«ng ®Òu ®Æn ®¶o lén chu tr×nh x¸o
trén hμng n¨m, vμ ® îc ph©n tÇng th êng xuyªn h¬n, ® îc gäi lμ c¸c hå x¸o
trén dμi h¹n (Hutchinson 1957). Trong tr êng hîp sau mét gradient mËt ®é
m¹nh cã thÓ ng¨n c¶n trao ®æi vËt chÊt gi÷a líp bªn trªn bÞ x¸o trén vμ n íc
d íi s©u h¬n cho tÊt c¶ c¸c môc ®Ých thùc tÕ (Lerman 1971), vμ tÇng n íc n«ng
mËt ®é nhá sau ®ã cã thÓ ® îc coi nh mét hÖ thèng "thay ®æi" riªng biÖt víi
mét thÓ tÝch kh«ng ®æi bªn trªn mét ®¸y ¶o. Tuy nhiªn, trong hÇu hÕt c¸c hoμn
c¶nh kh¸c, vÝ dô trong tr êng hîp cña mét sù ph©n tÇng nhiÖt, ph¶i lÊy vμo
trong tÝnh to¸n mét sù trao ®æi cña vËt chÊt ngang qua chç ®ét biÕn nhiÖt. H¬n
n÷a, thÓ tÝch x¸o trén h÷u dông thay ®æi qua mét chu tr×nh hμng n¨m. Khi ®ét
biÕn nhiÖt tÝch luü vμ tiªu tan, c¸c líp n íc s©u h¬n ® îc hîp nhÊt vμo trong
tÇng n íc n«ng mËt ®é nhá. T¹i thêi ®iÓm ®¶o lén cña c¸c khèi n íc hå ¶nh
h ëng nμy lμ cùc h¹n.
243 http://www.ebook.edu.vn
- §Ó tÝnh to¸n cho sù trao ®æi vËt chÊt qua vÞ trÝ ®ét biÕn nhiÖt ®é nμy, c¸c sè
h¹ng bæ xung ph¶i ® îc thªm vμo cho RHS cña ph ¬ng tr×nh (5). NÕu
hyp biÓu thÞ l îng chÊt ®ång vÞ cña líp s©u h¬n bªn d íi vÞ trÝ ®ét biÕn nhiÖt
®é, th× nh÷ng sè h¹ng bæ xung nμy cã thÓ ® îc viÕt b»ng:
X epi hyp V
. hyp . hyp L,
L
V V
trong ®ã sè h¹ng ®Çu tiªn tÝnh to¸n cho trao ®æi vËt chÊt gi÷a tÇng n íc n«ng
mËt ®é nhá vμ tÇng n íc s©u d íi ®¸y t¹i thÓ tÝch kh«ng ®æi cña líp x¸o trén,
vμ sè h¹ng thø hai m« t¶ sù kÕt hîp cña mét thÓ tÝch V cña n íc hypolimnic
vμo trong líp bÞ x¸o trén bëi mét ®iÓm bÊt th êng nhiÖt ®é h¹ xuèng. Sè h¹ng
trao ®æi th êng kh«ng ®¸ng kÓ l¾m [®é lín cña nã cã thÓ ® îc ®o ®¹c b»ng
nh÷ng thay ®æi vÒ gi¸ trÞ cña hyp ], quy ®Þnh r»ng sù trao ®æi lμ qu¸ tr×nh duy
nhÊt g©y nªn mét thay ®æi ®ång vÞ trong tÇng n íc s©u d íi ®¸y. MÆc dï giøa
0
trÞ cña L ®iÓn h×nh lμ kh«ng lín l¾m (cì 1 /00 trong 18 ), toμn bé sè
hyp
h¹ng V / V L cã thÓ lμ lín ®¸ng kÓ trong c©n b»ng ®ång vÞ, bëi v× sù
hyp
tréi h¬n cña V liªn quan tíi c¸c thμnh phÇn thuû v¨n kh¸c cña ph ¬ng tr×nh
c©n b»ng n íc trong suèt c¸c thêi kú cña ® êng tû träng h¹ xuèng nhanh
chãng, nh ® îc minh ho¹ bªn d íi. Nã ®i mμ kh«ng nãi r»ng ®iÒu nμy më ra
nh÷ng kh¶ n¨ng cña viÖc kh¸m ph¸ ra sù kÕt hîp nμo ®ã cña c¸c khèi n íc tõ
mét phæ vμo trong mét phæ kh¸c, b»ng viÖc theo sau nh÷ng thay ®æi trong
thμnh phÇn ®ång vÞ trong suèt sù tÝch luü hay tiªu mßn cña sù ph©n tÇng. Mét
profile ®ång vÞ theo ph ¬ng th¼ng ®øng râ rμng lμ h÷u Ých nhÊt trong viÖc thiÕt
lËp cho ph¹m vi nμo c¸c khèi n íc d íi s©u h¬n thùc sù biÓu thÞ mét hÖ thèng
®ãng kÝn, trong tr êng hîp nμo thμnh phÇn ®ång vÞ cña tÇng n íc s©u d íi ®¸y
® îc mong ®îi lμ bÊt biÕn miÔn lμ sù ph©n tÇng vÉn gi÷ kh«ng bÞ ®ông ch¹m
®Õn.
Xem nh mét vÝ dô cã thÓ chÊp nhËn ® îc tr êng hîp cña hå Tiberias, mét hå
x¸o trén th êng niªn, 40 m s©u víi mét thêi gian n íc c tró trung b×nh b»ng
cì 5 n¨m mμ c©n b»ng mÆt n íc cña nã ®· ® îc th¶o luËn tr íc ®©y. Hå ®ã
® îc t×m thÊy lμ trong mét tr¹ng th¸i bÞ x¸o trén tõ kho¶ng th¸ng 12 tíi th¸ng
3: mét dÞ th êng nhiÖt ®é tÝch luü trong suèt mïa xu©n, ®μo s©u thªm tõ mét vÞ
trÝ ë -5m vμo th¸ng 4 tíi 18 - 19 m cuèi mïa hÌ cho ®Õn khi nã æn ®Þnh ho¸ vμo
mïa thu vμ ®Çu mïa ®«ng t¹i mét ®é s©u xÊp xØ b»ng -25 m. Nh÷ng sù ph©n
tÇng ® îc kÕt thóc bëi mét sù ®¶o lén mμ th êng diÔn ra trong suèt th¸ng 12
(Oren 1962).
Nh÷ng ®o ®¹c ®ång vÞ ® îc Gat b¸o c¸o (1970; H×nh 5.7) thÓ hiÖn n íc tÇng
d íi s©u ®Ó b¶o toμn thμnh phÇn cña hå trong suèt th¸ng 3, chØ nh sù ph©n
tÇng b¾t ®Çu, nh ® îc mong ®îi. Trong suèt thêi kú sù ph©n tÇng nhiÖt ®é
mïa hÌ, n íc trªn mÆt ® îc lμm giμu h¬n trong c¸c chÊt ®ång vÞ nÆng so víi
tÇng n íc s©u d íi ®¸y vμ dÞ th êng nhiÖt ®é ® îc ph¸c ho¹ b»ng profile ®ång
vÞ. B¶n ®å lång cña H×nh 5.7 biÓu hiÖn ¶nh h ëng cña sù ph©n tÇng vμ cña sù
244 http://www.ebook.edu.vn
- thay ®æi thÓ tÝch x¸o trén ®èi víi sù tiÕn triÓn cña thμnh phÇn ®ång vÞ trong
n¨m. Ng êi ta chó ý riªng ¶nh h ëng cña viÖc phô thuéc cña dÞ th êng nhiÖt
®é b»ng xÊp xØ 5 m vμo th¸ng 9, mμ dÉn tíi mét tÝnh gi¸n ®o¹n ®¸ng kÓ trong
® êng cong ®ång vÞ.
H×nh 5.6. So s¸nh gi÷a nh÷ng thay ®æi dμi h¹n trong (® êng cong bªn trªn) cña n íc hå Tiberias
1
vμ trung b×nh 5 n¨m cña l îng dßng ch¶y vμo (® êng cong bªn d íi). C¸c vßng tuÇn hoμn ®Çy ®ñ
biÓu thÞ dßng ch¶y vμo hμng n¨m trong suèt n¨m thuû v¨n tr íc (th¸ng 10 -th¸ng 9). (LÊy tõ h×nh 5.7
cña Gat 1970).
Krabbenhoft vμ nh÷ng ng êi kh¸c (1990) ®· m« t¶ mét x¸o trén b¸n th êng
®¬n niªn, hå bÞ b¨ng bao phñ ë trung t©m phÝa b¾c Wiscosin: hå Sparkling, mét
hå mét lßng ch¶o ®¬n gi¶n vÒ mÆt ®Þa m¹o, s©u 20 m, víi mét thêi gian n íc c
tró gÇn 10 n¨m. Kh«ng cã c¸c cöa ra vμ cöa vμo trªn mÆt, vÒ b¶n chÊt nã lμ
mét hå n íc ngÇm cöa sæ víi dÊu hiÖu bèc h¬i cña n íc hå sÏ dÔ dμng ® îc
nhËn ra ë phÇn h¹ l u cña tÇng ngËm n íc. H×nh 5.8 thÓ hiÖn profile ®ång vÞ
trong sù ph©n tÇng mïa ®«ng (thêi kú bÞ b¨ng bao phñ) vμ mïa hÌ t ¬ng øng.
Mét khu«n mÉu thó vÞ lμ sù rót hÕt ra t ¬ng ®èi cña c¸c chÊt ®ång vÞ nÆng
trong (bªn d íi b¨ng) n íc bÒ mÆt vμo mïa ®«ng, ® îc c¸c t¸c gi¶ quy cho sù
lμm giμu cã lùa chän cña c¸c chÊt ®ång vÞ nÆng trong b¨ng, cho phÐp n íc th¸o
hÕt h¬n. Thùc vËy Ragotzkie vμ Friedman (1965) ®· gîi lªn mét sù më réng
t ¬ng tù cho tÝnh to¸n l îng ®ång vÞ thÊp h¬n cña hå Vanda, Èntctica, so víi
n íc ch¶y vμo tõ b¨ng tan. MÆt kh¸c, trong suèt mïa hÌ, profile ®ång vÞ trong
245 http://www.ebook.edu.vn
- hå Sparkling lμ b×nh th êng, víi mét tÇng n íc n«ng mËt ®é nhá ® îc lμm giμu
vÒ mÆt ®ång vÞ ®· ë trªn ®Ønh cña n íc tÇng d íi s©u bÞ th¸o hÕt ra h¬n vÒ mÆt
®ång vÞ.
C¸c profile ®ång vÞ cho hai hå x¸o trén dμi h¹n s©u, trong tr êng hîp ë thung
lòng Rift thuéc ch©u Phi, ®· ® îc tr×nh bμy. Hå Malawi, víi mét ®é s©u lín
nhÊt b»ng 785 m, vμ hå Tanganyika (s©u 1470 m) ®Òu thÓ hiÖn mét dÞ th êng
nhiÖt ®é gi÷a 100 vμ 250 m mμ qua ®ã mét sù chªnh lÖch ®ång vÞ ® îc duy tr×.
Mét profile hai bËc ®· ® îc t×m thÊy ë hå Malawi (Gonfiantini vμ nh÷ng ng êi
kh¸c 1979) víi c¸c gi¸ trÞ 18 t¨ng tõ +1.650/00 ë tÇng n íc n«ng mËt ®é nhá tíi
+1.920/00 ë ®íi chuyÓn tiÕp, vμ tíi +2.08 0.050/00 ë tÇng n íc d íi s©u. Trong
hå Tanganyika, Craig (1974) t×m thÊy mét sù t¨ng dÇn dÇn c¸c gi¸ trÞ ®ång vÞ
qua ®iÓm dÞ th êng nhiÖt ®é, tõ gi¸ trÞ trªn mÆt b»ng +3.40/00 trong 18 tíi gi¸
0.030/00 ë ®é s©u h¬n 200 m.
trÞ b»ng +4.19
Trong tr êng hîp cña c¸c hå ch©u Phi nμy n íc ® îc lμm giμu trong c¸c lo¹i
®ång vÞ nÆng vμ c¸c gi¸ trÞ ®ång vÞ cña chóng ®æi chç quan hÖ víi ® êng n íc
b¨ng (Craig 1961a). Tuy nhiªn, d íi c¸c ®iÒu kiÖn l¹nh h¬n vμ Èm ít dÊu hiÖu
bèc h¬i lμ Ýt râ rμng h¬n; nh lμ tr êng hîp cña hå Baikal, trong ®ã gi¸ trÞ ®ång
vÞ trung b×nh lμ D = -1170/00 vμ 18 =-160/00 n»m gÇn víi MWL (Ferronsky vμ
Polyakov 1982).
5.2.3. C¸c khèi mÆt n íc t¹m thêi
H×nh 5.9 tr×nh bμy kh¸i qu¸t mét sè khèi mÆt n íc n«ng vμ t¹m thêi vμ theo
sù tiÕn triÓn thuû v¨n vμ tiÕn triÓn ®ång vÞ cña chóng tõ mét giai ®o¹n ®ang
lÊp ®Çy vμo thêi kú kh« h¹n.
Trong tÊt c¶ c¸c hÖ thèng nμy thμnh phÇn chÊt ®ång vÞ gÇn nh lμ cña n íc
b¨ng ®ang pha lo·ng trong c¸c pha lμm ngËp n íc, trong khi c¸c lo¹i ®ång vÞ
nÆng ® îc lμm giμu trong c¸c pha bèc h¬i ë vÞ trÝ møc n íc thÊp nhÊt. CÊp ®é
cña sù lμm giμu râ rμng lμ lín h¬n cao h¬n vai trß cña sù bèc h¬i trong c©n
b»ng n íc tæng céng. §©y lμ cã së cho c¸c øng dông thùc tÕ cña nh÷ng ®o ®¹c
®ång vÞ ®Ó ®Þnh l îng c¸c c©n b»ng thuû v¨n trong nh÷ng hÖ thèng nh vËy.
Bëi v× mét sè c¸c tham sè trong ph ¬ng tr×nh (5) thay ®æi qua chu tr×nh tån t¹i
cña hÖ thèng t¹m thêi, mét sù tÝch hîp sè th êng ph¶i ® îc thùc hiÖn ®Ó tÝnh
to¸n cho viÖc thay ®æi thμnh phÇn ®ång vÞ cña hå. Nh÷ng chi tiÕt râ rμng lμ
phô thuéc vμo c¸c hoμn c¶nh riªng. Tuy nhiªn, mét ®Æc tÝnh chung thó vÞ cña
nh÷ng hå t¹m thêi nμy lμ mét tèc ®é ® îc t¨ng nhanh h¬n cña sù thay ®æi
trong thμnh phÇn ®ång vÞ vÒ phÝa cuèi cña c¸c chu tr×nh tån t¹i cña nh÷ng hÖ
thèng nμy, khi c¸c thÓ tÝch cña chóng rót l¹i.
Mét t×nh huèng ®Æc biÖt ® îc biÓu thÞ b»ng c¸c hå ®ång b»ng ngËp lôt, mμ bÞ
trμn ngËp bëi n íc s«ng ch¶y qua t¹i thêi kú n íc cao. C¸c hå mμ sau ®ã cã thÓ
® îc h×nh thμnh ë c¸c vïng tròng cña ®ång b»ng thay ®æi trong thÓ tÝch cña
chóng mét c¸ch m¹nh mÏ khi c¸c s«ng ®ã rót xuèng, vμ chóng thùc sù cã thÓ
kh« h¹n hoÆc bÞ rót n íc hoμn toμn.
246 http://www.ebook.edu.vn
- H×nh 5.7. Thμnh phÇn chÊt ®ång vÞ æn ®Þnh cña n íc hå Tiberias trong suèt nh÷ng n¨m 1963-1969, thÓ
hiÖn nh÷ng thay ®æi theo mïa vμ dμi h¹n. C¸c profile ®ång vÞ theo ph ¬ng th¼ng ®øng cho n¨m 1968-
1969 ® îc ® a ra ë trªn ®Ønh. §å thÞ lång thÓ hiÖn c¸c gi¸ trÞ ® îc tÝnh to¸n hμng th¸ng cña cña
18
n íc trªn mÆt hå Tiberias trªn sù gi¶ sö cña mét hÖ thèng bÞ x¸o trén (- - -) vμ ph©n tÇng (-x-x-) t ¬ng
øng. Trong tr êng hîp sau ®é s©u dÞ th êng nhiÖt ®é ® îc Oren m« t¶ (1962) ® ® îc gi¶ sö . (theo
Gat, 1970)
C¸c nghiªn cøu ®ång vÞ cã thÓ ® îc sö dông ®Ó ph©n biÖt gi÷a n íc b¾t nguån
tõ s«ng ch¶y qua, sù rót n íc côc bé, hay n íc cßn l¹i tõ c¸c chu tr×nh tr íc
®©y cña hå (mμ th êng thÓ hiÖn dÊu hiÖu ®ång vÞ cña c¸c qu¸ tr×nh bèc h¬i).
Mét nghiªn cøu vÒ hÖ thèng nh vËy lμ nghiªn cøu cña Martinelli vμ c¸c céng
sù (1989) vÒ hÖ thèng hå ë vïng b·i båi rõng rËm Amazonian. Thμnh phÇn
®ång vÞ cña nh÷ng hå nμy thay ®æi tõ gi¸ trÞ ®ång vÞ ®Æc tr ng cña dßng ch¶y
chÝnh cña vïng Amazonas vμ c¸c s«ng nh¸nh cña nã tíi gi¸ trÞ ®· ® îc lμm
giμu h¬n, g©y ra bëi viÖc tham gia cña n íc tõ c¸c dßng ch¶y mÆt l©n cËn vμ
sù gi¸ng thuû trong vïng t¨ng lªn. Bëi c¸c thμnh phÇn ®ång vÞ cña tÊt c¶ c¸c
nh÷ng thμnh phÇn trªn n»m trªn MWL, nªn thμnh phÇn ®ång vÞ cña nh÷ng hå
nμy sÏ tån t¹i trong suèt vßng tuÇn hoμn cña nã, nh minh ho¹ trªn gi¶n ®å
h×nh 5.10.
Tuy nhiªn, ®é lÖch khái MWL cña ® êng bèc h¬i sÏ minh ho¹ cho sù mÊt n íc
bëi sù bèc h¬i trong hÖ thèng hå, møc ®é dÞch chuyÓn däc theo ® êng bèc h¬i
247 http://www.ebook.edu.vn
- nh vËy lμ phÐp ®o mèi quan hÖ n íc mÊt ®i bëi c¬ chÕ nμy.
H×nh 5.8. C¸c profile ®ång vÞ mïa ®«ng vμ mïa hÌ ë hå Sparkling, Wisconsin. (Krabbenhoft vμ nh÷ng
ng êi kh¸c 1990).
H×nh 5.9. Ba hÖ thèng hå sím tμn thÓ hiÖn sù tiÕn triÓn cña ®é s©u (thÓ tÝch) n íc theo thêi gian, vμ sù
tÝch luü cña sù lμm giμu trong c¸c lo¹i ®ång vÞ nÆng nh mét hμm cña sù gi¶m thÓ tÝch (S¬ ®å RHS).
E vμ L thay cho c¸c dßng bèc h¬i vμ tho¸t ra t ¬ng øng.
248 http://www.ebook.edu.vn
- H×nh 5.10. Thμnh phÇn ®ång vÞ cña c¸c hå ®ång b»ng ngËp lôt: Hå A lμ mét tr êng hîp mμ thμnh phÇn
®ång vÞ cña hå gi¶m trªn MWL, hiÓn nhiªn lμ mét sù x¸o trén cña n íc s«ng vμ tho¸t n íc côc bé vμ
dßng ch¶y mÆt. Hå B lμ mét tr êng hîp mμ thμnh phÇn ®ång vÞ cña n íc hå gi¶m tíi ®óng MWL, do
sù bèc h¬i. Trong tr êng hîp nμy thμnh phÇn nguån (S) ® îc tÝnh to¸n b»ng sù ngo¹i suy ng îc trë
l¹i tíi MWL theo "® êng bèc h¬i" ® vÏ. (Theo Martinelli vμ nh÷ng ng êi kh¸c, 1989).
Trong mét sè tr êng hîp t¹m thêi, sÏ kh«ng cã sù ® a n íc láng ra ngoμi vμ
c¸c ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho tÝch tô ®é muèi. C¸c vÝ dô cho hÖ thèng hå n íc
mÆn sÏ ® îc th¶o luËn chi tiÕt h¬n trong phÇn 5.5.
5.3 Sù t¸c ®éng qua l¹i vμ hÖ thèng t¸i cÊp
Trong c¸c tr êng hîp th¶o luËn, sÏ dÉn tíi viÖc xem xÐt c¸c hå nh thùc thÓ
thô ®éng trong m«i tr êng nã t¹o ra, thμnh phÇn ®ång vÞ cho tr íc cña c¶
l îng n íc vμo, ®é Èm khÝ quyÓn x¸c ®Þnh bëi qu¸ tr×nh qui m« lín vμ kh«ng bÞ
¶nh h ëng bëi qu¸ tr×nh bèc h¬i ®Þa ph ¬ng. T ¬ng tù nh tr êng hîp tÝnh tíi
c¸c hå nhá vμ ®éc lËp.
Tuy nhiªn, mèi t¸c ®éng qua l¹i gi÷a hå vμ m«i tr êng cña nã kh«ng thÓ bá qua
trong tr êng hîp cã c¶ sù bèc h¬i vμ vØa nhá cña hå ë n¬i mμ dßng ch¶y vμo mét
hå ® îc lμm giμu bëi ®ång vÞ nÆng , b¶o toμn bëi mét phÇn n íc ch¶y vμo hå
kh¸c. B©y giê ta sÏ th¶o luËn sù t¸c ®éng qua l¹i nh vËy cã ¶nh h ëng nh
thÕ nμo tíi sù tÝch tô ®ång vÞ trong n íc hå vμ trong m«i tr êng xung quanh.
Sù t¸c ®éng qua l¹i gi÷a n ¬c hå vμ n íc trong c¸c hèc ë bªn trªn líp trÇm tÝch
hoÆc ë bê hå sÏ ® îc tÝnh tãan sau trong mèi quan hÖ víi ®é mÆn cña hå, n¬i
mμ sù t¸c ®éng nμy rÊt lín. Tr êng hîp hay gÆp lμ tr êng hîp mμ c¸c vØa nhá
cña hå däc theo c¶ dßng ch¶y bÒ mÆt vμ dßng ch¶y ngÇm th× l îng n íc ch¶y ra
cña hå th îng l u ® îc ph©n bè cho l îng n íc vμo cña hå h¹ l u. Khi ®iÒu
249 http://www.ebook.edu.vn
nguon tai.lieu . vn
