同位素課總結(jié)

1、各同位素體系簡(jiǎn)介，包括表達(dá)形式及其在地球各儲(chǔ)庫(kù)的分布各同位素在地質(zhì)過(guò)程中的主要分餾機(jī)制穩(wěn)定同位素在地質(zhì)過(guò)程中的應(yīng)用，例舉主要應(yīng)用及其原理。一、穩(wěn)定同位素理論及簡(jiǎn)介1、同位素(isotope)是同一化學(xué)元素的核素，它們具有相同的核外電子排布結(jié)構(gòu)。由于核外 電子數(shù)由原子核中質(zhì)子數(shù)決定，因而總的化學(xué)性質(zhì)相同，只是質(zhì)量不同。2、3、4、穩(wěn)定同位素：不具有放射性的同位素稱為穩(wěn)定同位素(Stable isotopes)。一般傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素限于質(zhì)量數(shù)小于40的非金屬元素，如CHONSo同位素比值R=X*/X，X*和X分別表示重同位素和輕同位素含量.5、6、7、8、9、5 = RSa RSt X 1000 =

2、 ( RSa - 1) X 1000RStRSta = R兩種物質(zhì)間同位素分餾的程度用分餾系數(shù)a表示：A-B R B = 103 lna ; A = (a - 1) x 103振動(dòng)能是產(chǎn)生同位素分餾的主因一一這是理論計(jì)算同位素分餾的基礎(chǔ)。自然界存在三種類型的同位素分餾，平衡分餾，動(dòng)力學(xué)分餾和非質(zhì)量相關(guān)分餾。二、H、O同位素1、氧有3種穩(wěn)定同位素16O 17O 18O 氫有2種穩(wěn)定同位素1H D(2H)2、地球上的巖石有相似的氫同位素組成，平均：-60%。；大氣水具有非常輕的氫同位素組成； 地幔dD： -90-60%o；絕大多數(shù)火成巖的d18O變化范圍為515%o，dD范圍為-40-100%。橄

3、欖巖：d18O = 5.5%。MORB： d18O = 5.7%。； M 型花崗巖：6 18O = 6-7.5%，同正常玄 武巖漿分異有關(guān)；I型花崗巖：6 18O= 7.5 -10%，源巖是貧18O的地殼巖漿巖；S型花崗 巖：6 18O = 10-13%，是富18O沉積巖部分熔融產(chǎn)物。化學(xué)沉積巖6 18O較高，20-403、分餾機(jī)制：由于晶體化學(xué)差異，礦物不同18O富集程度也不同。石英方解石角閃石 黑云母橄欖石。4、O同位素應(yīng)用：古溫度計(jì)、古氣候、示蹤陸殼物質(zhì)再循環(huán)、水巖相互作用H同位素應(yīng)用：示蹤成礦流體來(lái)源三、C同位素1、自然界中碳以12C、13C、14C等多種同位素的形式存在，12C、13

4、C相對(duì)豐度分別為98.89%、1.11%； 14C只有極微量且具放射性，半衰期為5730年。d13C標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：PDB2、碳質(zhì)球粒隕石全巖:-5.6-11.6%o；生物d13C= -10-40%。，海洋生物比陸地生物重。硅 酸鹽地球di3C= -6 to -5%；大氣CO2 di3C = -7%；甲烷很輕，-47%；海水同位素重，深部1%。 左右，地表水+1%3、 分餾機(jī)制：同位素交換，13C富集順序，CH4-C-CO-CO20-CO3;生物過(guò)程，光合作用；碳 酸鹽與有機(jī)質(zhì)之間存在很大的分餾，27%，碳酸鹽重；巖漿去氣，CO2和CH4不同。4、應(yīng)用：深部碳循環(huán)，古海水信息，正漂移和負(fù)漂移。四、S

5、同位素1、自然界硫有32S、33S、34S和36S四種同位素形式，硫同位素標(biāo)準(zhǔn)是CDT2、 硅酸巖地球的6 34S= 01%。；隕石S同位素均一，但不同含S相有變化；總體與隕石的 d34S值類似；花崗巖：-13.4-26.7%，源區(qū)，巖漿過(guò)程火山巖：變化大，一般較重，去氣物 理化學(xué)條件)海水S的加入(變重);S2-輕，SO2、SO42-重；沉積巖硫同位素變化很大，-65%。120%。，硫酸鹽重，硫化物輕。3、分餾機(jī)制：價(jià)態(tài)變化，生物S循環(huán)，機(jī)械分離。微生物過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)同位素分餾效應(yīng)； 34S 一般富集于S的最高氧化態(tài)或最大鍵強(qiáng)的化合物中。S2V S22-S0SO2SO42-4、示蹤成礦流體來(lái)

6、源，反演古海水，硫同位素地質(zhì)溫度計(jì)，非質(zhì)量分餾。五、1、Li有兩個(gè)同位素。7Li/6Li,d7Li2、自然界變化范圍-35+50%o； BSE d7Li = 4%。；陸殼：d7Li = 1.7%。；海洋沉積物較重；seawater： +30%;深源包體變化大，有許多較輕的。流體富集重的Li同位素。3、分餾機(jī)制：平衡分餾，花崗巖分異，石英和其他礦物之間存在分餾，海水蝕變，大陸風(fēng) 化；動(dòng)力學(xué)分餾，熱擴(kuò)散，化學(xué)擴(kuò)散4、示蹤沉積物的再循環(huán)，地質(zhì)速率計(jì)。六、B同位素1、d11B, 11B,10B2、MORB： -6.5%。-1.2%。，平均3.9；海水40%。；鹵水變化大，彳艮重；碳酸鹽海洋沉積物變 化

7、大，很輕；海相蒸發(fā)巖重，非海相輕。3、分餾機(jī)制，B(OH)3和B(OH)4-，pH7時(shí)以B(OH)3為主，7時(shí)以B(OH)4-為主。4、計(jì)算古海水pH。判斷海相蒸發(fā)巖和非海相蒸發(fā)巖，七、Mg同位素1、24Mg,25Mg,26Mg,2、硅酸鹽地幔-0.25%。，隕石-0.28%。，上地殼-1.64%。- +0.94%，下地殼。，海水-0.83%。， 河水-1.1%。，碳酸鹽，-1-5.5%。，土壤，重3、分餾機(jī)制，礦物受配位數(shù)控制，巖漿分異，變質(zhì)脫水過(guò)程不發(fā)生顯著地變化，擴(kuò)散過(guò)程， 低溫風(fēng)華過(guò)程，沉淀作用4、示蹤古環(huán)境，碳酸鹽成因，深部碳循環(huán)，溫度計(jì)八、Ca同位素1、40Ca，42Ca，43Ca

8、，44Ca，46Ca，48Ca，d44/40 Ca，NIST SRM915a。2、上地幔1.05 + 0.04%，海水1.92%。，河水和孔隙水0.9%。，碳酸鹽0.6%o,植物0.01%， 雨水和灰塵0.72%o3、分餾機(jī)制：高溫平衡分餾，Opx比Cpx重0.360.75%o，受鍵長(zhǎng)影響(Ca/Mg)；熱擴(kuò)散； 揮發(fā)作用；碳酸鈣沉淀；生物提??；4、示蹤深部碳循環(huán)；示蹤古海水演化；古海水溫度計(jì)(有孔蟲(chóng))；九、Fe同位素1、54Fe，56Fe，57Fe，58Fe，d56/54Fe 和 d57/54Fe，標(biāo)樣 IRMM-014，2、BSE為-0.015%。，橄欖巖0%。，玄武巖為0.1%。，上地殼

9、0.11%，下地殼0.05%；可溶性Fe 一般具有比BSE輕的Fe同位素；化學(xué)沉積巖或沉積巖中的化學(xué)沉淀組分具有高度不均一 的Fe同位素組成。3、Fe的價(jià)態(tài)物相晶格、基團(tuán)結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵類型巖漿過(guò)程存在顯著地Fe同位素分餾。部分熔融(Fe3+)。殼內(nèi)分異(橄欖石、磁鐵礦) 礦物間平衡分餾，礦物熔體間非平衡分餾，風(fēng)華作用，流體一般優(yōu)先溶解輕Fe同位素，但一般Fe3+殘留。然而有生物參與或還原 條件時(shí)，存在顯著地Fe同位素分餾4、大氣氧含量演化與Fe同位素響應(yīng)O輸入，沉淀Fe氧化物，HS輸入，沉淀硫化物，所以貧氧海洋Fe重。十、Cu同位素1、Cu 有 63Cu 和 65Cu，d65Cu2、 BSE：

10、0%o，花崗巖平均接近0；河水0.70.3%o，01.4%o；海水0.9-1.5%。；隕石Cu同 位素變化為1.2%o；3、分餾機(jī)制：非氧化還原（吸附，生成堿式Cu礦物）vs氧化還原部分熔融，沒(méi)有。巖漿分異，在S不飽和的巖漿中硫化物不結(jié)晶沒(méi)有顯著Cu同位素分餾 巖漿去氣：揮發(fā)分富集重Cu分布溶解：萃取的Cu重，HCl與ph有關(guān)礦物結(jié)晶流體-礦物反應(yīng)礦物吸附作用：針鐵礦吸附重的Cu，高嶺土吸附輕的Cu生物耦合作用：植物吸收輕的。Cu的非質(zhì)量分餾，63Ni63Cu4、應(yīng)用：醫(yī)學(xué)（男女，康患）、環(huán)境地球化學(xué)（示蹤污染物來(lái)源）、礦床地球化學(xué)（示蹤流 體運(yùn)移方向，尋找隱伏礦體）、示蹤星體撞擊事件。十一、

11、Zn同位素1、64Zn，66Zn，67,68,70 d66Zn2、地幔0.3，現(xiàn)代海水0.5，碳酸鹽重（0.51.5，0.9），F(xiàn)e-Mn 結(jié)核，1.04，3、無(wú)機(jī)吸附（雙向）有機(jī)吸附（殘留變重），ZnCO3最重，ZnHS最輕，巖漿分異過(guò)程存在 分餾4、重建古氣候（風(fēng)化作用和生物復(fù)蘇提?。⑽廴疚飦?lái)源，星體形成（月球樣品17分餾）十二、Mo同位素1、Mo 有 92 94 95 96 97 98 100 七個(gè)同位素，表示 d97/95Mo 和 98/95MO2、 BSE： -0.2隕石平均-0.16； 97/95現(xiàn)代海水1.6, 98/95 2.3,火成巖和碎屑巖在0左右，F(xiàn)e-Mn 結(jié)核-0.5；有氧沉積物重3、氧化還原4、 古海洋和古環(huán)境的演化指標(biāo)（利用黑色頁(yè)巖，氧化海洋，Mo同位素百變化大，以MoO42-（重）和MoO3 （輕）兩種形式存在，硫化海洋（以MoS42-存在變化小集中）環(huán)境污 染，成礦作用演化、地球及行星演化過(guò)程十三、Cr同位素1、50Cr，52Cr，53Cr，54Cr，d53/53Cr 和 d54/53Cr，其中 53Mn53Cr2、BSE為-0.124，均一的幔源鉻鐵礦Cr同位