稳定同位素地球化学ppt课件.ppt

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1、第六章稳定同位素地球化学天然同位素按其核稳定性分为稳定和不稳定两类，稳定同位素不能自发产生核衰变而转变为其它同位素，放射性同位素—放射性元素的衰变、计时原理——同位素地质年代学。稳定同位素——同位素分馏原理——稳定同位素地球化学探讨地质作用的物理化学环境和物质的来源等问题。是当今环境科学领域中最重要的方法和手段.温室效应问题：地球是否会进入温室气候状态？如果真是这样，地球环境会发生什么变化？如何变化的？什么样生物种群会适应这种调整并会继续演化或不适应而灭绝？HansenandSato,2004,PNASGutzler,2000，GSAToday北极夏季海冰含量变化比较Jenkinsetal

2、.,2003.HadleyCentreforClimatePrediction/Research.Jenkinsetal.,2003.HadleyCentreforClimatePrediction/Research.显生宙时期的地球经历了较大的气候变化，按不同时间尺度可以分为：构造的（>500ka）、轨道的（20-400ka）、洋流(~ka)了解过去，预测未来第一节稳定同位素的分馏一稳定同位素组成的表示方法研究各种地质体中同位素丰度的变化是稳定同位素地球化学的基础。对于有两种以上稳定同位素的元素如32S=95.02%33S=0.75%34S=4.21%36S=0.02%），多研究其中两种

3、丰度较大的同位素的行为（如32S和34S）。一种元素的同位素组成表示方法可用同位素绝对比值例如迪亚布洛峡谷的铁陨石中32S/34S=22.22但在地球化学研究中常用的方法是与标准样品的同位素比值相比较并用偏差千分率表示（δ‰）上述定义可用以下公式表示：国际氢、碳、氧、硫同位素采用的标准样品的同位素比值：表6-1氢、碳、氧、硫同位素标准样品组成元素标　　　　准缩写同位素比值H平均大洋水标准SMOWD/H=0.0001558C南卡罗来纳州白垩纪皮迪建造（PeeDeeformation）中的箭石（Belemnitellaamericana）PDB13C/12C=0.0112372O平均大洋水标准

4、SMOW18O/16O=0.0020052S迪亚布洛峡谷（CanyonDiablo）铁陨石中的陨硫铁CD34S/32S=0.0450045每个分析样品的δ‰值可正可负，正值表示所测样品中重同位素有一定富集（与标准相比），而负值则表示重同位素有一定的贫化，即轻同位素有所富集。二同位素分馏原理由于同位素质量不同，在各种地球化学过程中会引起同位素在不同化合物和物相中的丰度变异，这种现象称同位素分馏。分馏程度用分馏系数α表示：α＝RA/RBRA、RB分别为A相和B相中重同位素与轻同位素的比值。根据实验结果，分馏系数α与A相和B相的δ(‰）值存在下列关系：1000lnα=δA(‰)-δB(‰)≈(α

5、A-B-1)×1000例如在300K(27℃)时，SO2与H2S两相的硫同位素分馏系数α=δSO2(‰)-δH2S(‰)=1.082，表明SO2及H2S中δ34S（SO2）与δ34S(H2S)之差值将达82‰。两相间发生同位素分馏是由于同位素的热力学性质有差异。分子的能量包括分子中的电能，平动能、转动能及振动能。对于同一元素的不同同位素来说，原子外电子层的结构完全相似，分子中的电能基本上是相同的。理论计算表明:振动能是产生同位素分馏的主要原因原子振动频率与原子质量成反比，轻同位素的原子比同类重同位素的原子具有高的振动频率，这决定了轻同位素形成的化学键较弱，分子的活性较大,化学键容易被打开。

6、当两相间发生同位素平衡交换反应时，轻同位素将富集在化学键较弱的相中。自然界引起同位素分馏的地球化学过程主要有以下几种：①同位素交换反应同位素交换反应:化学反应达到平衡状态时，各物相间发生的同位素再分配现象。例如在热液中同时沉淀方铅矿及闪锌矿，可以写出下列同位素交换反应式：Pb34S+Zn32SPb32S+Zn34S当反应达到平衡时，各矿物对中同位素组成的比值将为一常数，其平衡常数K为：分馏系K同一般化学反应的平衡常数相似即：同位素交换反应中同位素分馏系数也与温度成反比。这是稳定同位素地质温度计的理论基础。②动力学分馏不同同位素组成的同类型化合物由于其化学健强度的差异，轻同位素组成的化学健较

7、弱，反应速率较快，在反应生成物中常有轻同位素的相对富集。例如：K1＞K2海水中[SO4]2-还原为H2S时，32S在H2S中富集。③物理分馏蒸发与凝聚、溶化与结晶、吸附与解吸以及分子或离子的扩散，引起的同位素分馏称物理分馏。海水蒸发过程中，水蒸汽相对富集轻同位素1H及16O，而海水中相对富集2H（D）及18O，这是雨水富集1H及16O的主要原因。④生物化学分馏指生物活动和有机反应引起的同位素分馏。如植物光合作用使12C更