《氦同位素研究简介》PPT课件

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1、氦同位素地球化学研究简介1.氦同位素的地球化学基础2.氦同位素的分析方法3.氦同位素在地球化学研究中应用氦（He）化学性质不活泼，不参与各种化学反应过程。氦具有极强的扩散和迁移能力。在太阳系乃至整个宇宙空间，氦的丰度均很高。在地球物质中，氦的丰度极低，但广泛分布于自然界各种物质之中。氦的地球化学性质氦有两种同位素：3He，4He氦的同位素氦有三种成因类型：（1）元素合成阶段形成的原始氦3He/4He比值为n×l0-4（2）铀钍等衰变及由这些过程诱发的核反应产生的放射性成因氦3He/4He比值小于n×l0-8（3）高能宇宙射线轰击陨石等物质引起的散裂反应，产生宇宙成因氦3He/4H

2、e比值高达n×10-1氦的成因类型自然界各种物质中的氦实际上是上述3种不同成因氦的不同比例的混合。太阳风、宇宙尘、陨石中的氦主要是宇宙成因氦与原始氦的混合，其氦丰度和3He/4He比值均很高。宇宙尘的3He/4He比值为2.4×l0-4,4He含量为1.25×l0-1cm3STP/g。氦同位素地球化学-1地球样品中的氦主要是放射性成因氦和地球原始氦的混合。陆壳岩石富含U、Th等放射性元素，U、Th衰变产生4He，使陆壳岩石的3He/4He比值普遍较低，＜10-8。氦同位素地球化学-2地幔中放射性元素含量很低，衰变产生的4He很少，使其基本保持了地球形成时原始地幔的氦同位素特征。其

3、中MORB的3He/4He比值平均为1.2×10-5；地幔热点的3He/4He比值相对较高，大于2.1×10-5地球大气氦的3He/4He比值非常稳定，为1.4×10-6。它是地球长期演化的结果。氦同位素地球化学-3海底热液中的氦主要是地幔氦与大气氦的混合，其3He/4He比值介于地幔氦和大气氦之间，为n×10-6~n×10-5。大陆热液中的氦主要是地幔、地壳和大气三者或其中二者的混合，其3He/4He比值变化范围较大，10-8~10-5。氦同位素地球化学-4氦同位素在地球上的分布氦同位素在自然界中的变化范围巨大，不同成因和来源的氦其丰度和同位素组成明显不同。4He=10-1~1

4、0-8cm3STP/g，3He/4He=10-1~10-8，引起氦同位素变化的主要原因有：(Ⅰ)氦的来源(Ⅱ)U、Th等放射性元素含量及矿物岩石的形成年龄；陨石等地外物质的暴露年龄（Ⅲ）同位素分馏（Ⅳ）体系封闭特性氦同位素地球化学-5根据物质的来源和氦同位素的特征，将自然界中的氦储库分为4类：一.地外物质，包括陨石和宇宙尘等；二.地球物质：1.地幔物质，包括上地幔和下地幔；2.地壳物质；3.地球大气。氦的来源矿物岩石的U、Th含量越高，形成年龄越大，积累的放射性成因4He越多，其3He/4He比值就越低。陨石等宇宙物质在宇宙射线中暴露的时间越长，积累的宇宙成因3He越多，其3He

5、/4He比值越高。放射性元素含量及矿物岩石的形成年龄氦在扩散、迁移、溶解、吸附等过程中的同位素分馏是引起氦同位素变化另一个重要原因，但由分馏引起的氦同位素变化相对较小。同位素分馏氦是扩散能力非常强的气体，许多矿物的氦同位素封闭温度普遍较低，对后期改造事件反映非常灵敏，微弱的后期扰动都有可能引起体系氦同位素的变化。体系封闭特性二、分析方法氦同位素的分析方法主要有两种:加热提取方法压碎提取方法加热提取法:(1)一次性加热提取(2)分段加热提取(3)激光探针加热提取压碎提取法:压碎法提取的主要是矿物流体包裹体中的氦。可将放射性氦降到最低。三、氦同位素的应用研究1.研究陨石起源演化，示踪

6、陨石撞击事件，区分地内、地外物质。2.划分地幔类型，研究壳幔相互作用、地幔交代作用、地幔流体成矿作用，判定地幔热柱是否存在。3.探讨地外因素对地球气候环境的影响，预报地震。氦同位素在陨石撞击事件中的应用陨石和宇宙尘的氦丰度和同位素组成与地球物质明显不同，微量微陨石或宇宙尘的加入即可造成地内物质明显的氦同位素异常。Farley（1998）用氦同位素研究深海沉积物中36Ma前发生的2次撞击事件。He同位素异常与Ir异常和Popigai、Chesapeake陨石坑的位置完全重合，但He同位素的异常强度较Ir异常高得多，异常持续时间达2.5Ma。氦含量和同位素组成在MassignanoQ

7、uarry剖面和Massicore钻孔中的分布A3He含量B3He/4He比值C地外3He含量地外3He通量和宇宙尘通量变化与撞击事件之间的关系（曲线为通过近日点的频率）251.4Ma前，在P-T界线附近发生了大规模地生物灭绝事件，使90%的海洋生物，70%的陆地脊椎动物和绝大部分陆地植物灭绝。这次灭绝事件可能与某个灾变事件有关。可能原因有：陨石撞击、大规模火山喷发、海洋缺氧和气候变化等。Becker（2001）在梅山和日本SasayamaP-T界线粘土层中发现了富勒烯（C60~