第五章 同位素地球化学课件.ppt

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1、第五章同位素地球化学第一节稳定同位素基本概念和分馏原理第二节同位素地质温度计第三节氢、氧同位素地球化学第四节碳同位素地球化学第五节硫同位素地球化学地球化学课程第一节稳定同位素基本概念和分馏原理原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子叫做同位素(isotope)，它们在周期表上占据同一个位置。同位素可分为两种:稳定同位素(stableisotope)放射性同位素(radioactiveisotope)1.同位素放射性同位素:一些同位素的核质量和能态可自发地以一定速度率蜕变。形成新的原子核，这部分同位素称为放射性同位素。稳定

2、同位素:不具有放射性的同位素。放射成因同位素:由放射性同位素蜕变形成的同位素，统称为放射成因同位素，它可能是稳定的，也可能是放射性的，但习惯上往往是指稳定的。放射性同位素放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。238U234Th＋4He()＋Q206Pb235U207Pb232Th208Pb2.同位素丰度同位素丰度(isotopeabundance)可分为绝对丰度和相对丰度。绝对丰度是指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H=1012

3、）或28Si（取28Si=106）的比值表示。相对丰度是指某一元素中各同位素所占的原子百分比。相对丰度元素同位素百分比（%）氢1H99.9852H0.015锂6Li7.57Li92.5硼10B19.911B80.1碳12C98.8913C1.113.同位素丰度变化地球化学家通过测定各种稳定同位素的天然丰度，发现它们在不同地质体中是不同的,有一定的变化范围。造成这一变化的原因包括：（1）与核合成有关的过程，（2）与放射性衰变有关的过程，（3）同位素分馏。4.同位素效应由不同的同位素组成的分子之间存在相对质量差。这种质量差异

4、所引起的该分子在物理和化学性质上的差异，称为同位素效应(isotopeeffect)。在不同的物理、化学和生物作用过程中，会出现不同的同位素效应，发生某种程度的同位素分馏。5.同位素分馏同位素分馏(isotopefractionation)是指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。分馏是由于同位素在物理及化学性质上的轻微差异产生的，因此分馏的大小与同位素质量差成正比。例如，氢的两个同位素（1H和2H）的相对质量差是所有元素的同位素中最大的，因此自然界中氢同位素分馏也最大。5.同位素分馏稳定同

5、位素分馏机理自然界中，稳定同位素的分馏可分为三种:同位素热力学平衡分馏同位素动力学分馏与质量无关的同位素分馏6.同位素分馏系数a两种物质间同位素分馏的程度用同位素分馏系数a表示。常以两种物质中的同位素比值之商来表示：式中，RA和RB分别表示某一元素的两种同位素在A、B两种物质中的比值，如18O/16O、2H/1H、13C/12C等。6.同位素分馏系数aa值通常十分接近1.α值愈偏离1，则说明两种物质之间同位素分馏的程度愈大。在25oC时，aCaCO3-H2O=1.0317、同位素组成表示δ值物质中一种元素的几个同位素的绝

6、对量的测量，通常是十分困难的。实际工作中往往采用相对测量法，即只要知道待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与一标准物质中同一元素的两种同位素的比值之间的差异即可。这一差异用δ值来表示：因此，δ值是样品与标准之间同位素比值间的相对偏差，单位用千分值（‰）表示。δ7、同位素组成表示δ值因此，δ值是样品与标准之间同位素比值间的相对偏差，单位用千分值（‰）表示。例如：氧同位素组成δ18Oδ18O7、同位素标准H-O同位素：SMOW(Standardmeanoceanwater):标准平均海水:dD=0,d18O=0绝对同位素比

7、值：18O/16O=2005.20×10-617O/16O=373×10-6氧同位素标准SMOW居于全球氧同位素变异范围的中间，但SMOW作为氢同位素标准时则位于"重"的一端，大部分岩石、矿物和天然水的dD<0‰。国际原子能委员会（IAEA）研制和分发了两个用作同位素标准的水样：一个是V-SMOW（Vienna-SMOW），它是用海水经蒸馏后加入其他水配制的，一个是SLAP（StandardLightAntarcticPrecipitation），它是由南极融冰水配制的。这两个标准的氢、氧同位素组成分别为：δDVSMOW

8、=0‰，δ18OVSMOW=0‰δDslap=-428‰，δ18OSLAP=-55.50‰7、同位素标准C-O同位素：PDB(PeeDeeBelemnite)美国南卡罗来纳州白垩系PeeDee组拟箭石绝对同位素比值13C/12C=11237.2×10-6PDB（PeedeeBelemnitella）是美国南卡罗莱纳州