稳定同位素地球化学ppt课件.ppt

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1、稳定同位素地球化学StableIsotopeGeochemistry稳定同位素地球化学建立与20世纪前半叶现代物理的发展密切相关；中子的发现(H.Urey,1932)，20世纪30和40年代关于轻同位素组成变化的证实(A.Nier)；HaroldUrey于1947发表文章“TheThermodynamicPropertiesofIsotopicSubstances”；理论上预测了同位素分馏，并认为可以提供有用的地球化学信息；建立实验室测定天然物质的同位素组成，并试验测定同位素分馏与温度的关系。一.引言稳定同位素地球化学发展自H.Urey发表“TheThermodynamicPropertie

2、sofIsotopicSubstances”以来的五十年间是稳定同位素地球化学的重要发展阶段稳定同位素地球化学和放射成因同位素地球化学成为地球化学甚至地球科学的重要组成部分稳定同位素地球化学的基本理论及其在地球科学中的应用内容稳定同位素基础稳定同位素分馏同位素地质测温稳定同位素各论(H、O、C、S、N)二.稳定同位素基础1.基本概念：1.1同位素1.2同位素分类放射性同位素稳定同位素：无可测放射性的同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物，称之为放射成因同位素。另一部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素。1.3同位素丰度绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总

3、量中的相对份额。相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。1.4同位素丰度变化与核合成有关的过程与放射性衰变有关的过程同位素分馏1.5同位素丰度变化的地质应用同位素地质定年地球化学示踪地质温度计2.同位素效应2.1概念由同位素质量差所引起的物理和化学性质上的差异。3.同位素分析结果的表达和标准3.1实测δ值δ=1000*(RSa-RSt)/RSt3.2同位素标准要求：组成均一，性质稳定；数量相当大，以便长期使用；化学制备和同位素测量的手续简便；大致为天然同位素比值变化范围的中值，以便用于绝大多数样品的测定；可作为世界范围的零点。H和O同位素标准：SMOW(standardmeanoceanwa

4、ter)C同位素标准：PeeDeeBelemite(PDB)S同位素标准：CanyonDiablo铁陨石的陨硫铁(CDT)N同位素标准：空气常见稳定同位素表示方法及其相对标准4.同位素分馏指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或两相中的现象，是同位素效应的表现。热力学平衡分馏动力学非平衡分馏非质量相关分馏Smalldifferencesinmeasuredratiosrequiresvaluestobeinpermilo/oodifferenceofisotoperatioofsampletostandardR=heavy/lightStandardforOandHisSM

5、OW(standardmeanoceanwater)StandardforCisPDB(Peedeebelemnite)d18OSMOW=1.03086o/ood18OPDB=+30.86o/ooStandardforNisN2ofatmosphereStandardforSistriolite(FeS)fromCanyonDiabloMeteorite非质量相关分馏Allende碳质球粒陨石地球大气平流层上部臭氧层实验研究：放电和激光作用陨石、地球和月球样品的氧同位素FromtheworkofR.N.Clayton.5.稳定同位素地球化学的研究内容感兴趣的元素：H,Li,B,C,N,O,S

6、i,S,andCl.共同特征：(1)具有小的原子质量(2)同位素之间的相对质量差异大(3)形成的键具有较高程度的共价特性(4)具有不只一个氧化态(C,N,andS)，可以形成许多键的类型(O)，是自然界固体和流体的重要组份。(5)稀有同位素含量相对较高，容易分析。不满足上述条件的元素48Ca/40Ca，尽管相对质量差异较大，离子键，有限的格子环境，分馏较小。Mg，轻元素，但主要为离子键，分布在类似的晶格位置。放射成因同位素(Sr,Nd,Hf,Os,Pb),原子质量大，主要为离子键，常呈单一的氧化态，相对质量差异小，分馏可以忽略。物理化学过程引起同位素组成变化同位素组成不随化学过程而改变?(n

7、ottrue)某一元素不同同位素之间化学性质的微小差异可以提供反映化学过程(地球化学和生物化学)的有用信息二.稳定同位素分析方法两个步骤：样品制备质谱测定1.样品制备具体要求1.1氢同位素样品(1)水，铀或锌还原法(2)含羟基矿物(3)气液包裹体1.2氧同位素样品水碳酸盐－磷酸法硅酸盐和氧化物1.3碳同位素样品有机化合物碳酸盐1.4硫同位素样品硫化物直接氧化法，SF6法(2)自然硫和硫酸盐三酸还原法碳还原法热