12第6章同位素地球化學(xué)1課件

第6章同位素地球化學(xué)PartⅠ4/1/20241-第6章同位素地球化學(xué)3/30/20241-4/1/20242-3/30/20242-4/1/20243-3/30/20243-它是研究地球和宇宙中核素的形成、豐度以及在自然作用中分餾和衰變規(guī)律的科學(xué)。

同位素地球化學(xué)

4/1/20244-它是研究地球和宇宙中核素的形成、豐度以及在自然作用中分餾和衰1.

同位素地球化學(xué)研究對(duì)象自然界，尤其是地質(zhì)作用和地質(zhì)體中的同位素豐度及其演化規(guī)律4/1/20245-1.同位素地球化學(xué)研究對(duì)象自然界，尤其是地質(zhì)作用和地質(zhì)體中宇宙同位素地球化學(xué)地幔同位素地球化學(xué)環(huán)境同位素地球化學(xué)考古同位素地球化學(xué)食品同位素地球化學(xué)水文同位素地球化學(xué)，等。分支學(xué)科4/1/20246-宇宙同位素地球化學(xué)分支學(xué)科3/30/20246-2同位素地球化學(xué)的研究任務(wù)①同位素的起源、演化和衰亡歷史；②同位素在宇宙體、地球和各地圈中的分布和分配；不同地質(zhì)體中的豐度及其在地質(zhì)過程中活化與遷移、富集與虧損、衰亡與增長(zhǎng)的規(guī)律；闡明同位素組成變異的原因，據(jù)此來探索地質(zhì)作用的演化歷史及物質(zhì)來源；③利用放射性同位素的衰變定律建立一套行之有效的同位素計(jì)時(shí)方法，測(cè)定不同天體事件和地質(zhì)事件的年齡，并作出合理的解釋，為地球和太陽(yáng)系的演化確定時(shí)標(biāo)。4/1/20247-2同位素地球化學(xué)的研究任務(wù)①同位素的起源、演化和衰亡歷史；3同位素地球化學(xué)的研究領(lǐng)域①同位素地質(zhì)年代學(xué)IsotopeGeochronology強(qiáng)調(diào)時(shí)間概念，根據(jù)放射性成因同位素隨時(shí)間變化的定律，測(cè)定地質(zhì)體的年齡與活動(dòng)歷史，研究地質(zhì)事件的計(jì)時(shí)，或地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、地球演化的時(shí)間序列；另外，放射性成因同位素示蹤，可研究成巖成礦的物質(zhì)來源，探討地殼、地幔及其它星體的演化。4/1/20248-3同位素地球化學(xué)的研究領(lǐng)域①同位素地質(zhì)年代學(xué)Isotop研究地質(zhì)體中穩(wěn)定同位素的分布及其在各種地質(zhì)條件下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律來解釋巖石和礦石的物質(zhì)來源、成巖成礦的物理化學(xué)條件、成因機(jī)制及巖礦石形成后的地質(zhì)作用影響等地質(zhì)問題。②穩(wěn)定同位素地球化學(xué)4/1/20249-研究地質(zhì)體中穩(wěn)定同位素的分布及其在各種地質(zhì)條件下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，4同位素地球化學(xué)在解決地學(xué)領(lǐng)域

問題的獨(dú)到之處①計(jì)時(shí)作用每一對(duì)放射性同位素都是一只時(shí)鐘，自地球形成以來它們時(shí)時(shí)刻刻地，不受干擾地走動(dòng)著，這樣可以測(cè)定各種地質(zhì)體的年齡，尤其是對(duì)隱生宙的前寒武紀(jì)地層及復(fù)雜地質(zhì)體。

②示蹤作用同位素成分的變化受到作用環(huán)境和作用本身的影響，為此，可利用同位素成分的變異來指示地質(zhì)體形成的環(huán)境條件、機(jī)制，并能示蹤物質(zhì)來源。

4/1/202410-4同位素地球化學(xué)在解決地學(xué)領(lǐng)域

問題的獨(dú)到之處①計(jì)時(shí)由于某些礦物同位素成分變化與其形成的溫度有關(guān)，為此可用來設(shè)計(jì)各種礦物對(duì)的同位素溫度計(jì)，來測(cè)定成巖成礦溫度。另外亦可用來進(jìn)行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等

③測(cè)溫作用4/1/202411-由于某些礦物同位素成分變化與其形成的溫度有關(guān)，為此可用來設(shè)計(jì)5.同位素地球化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀同位素地球化學(xué)發(fā)展迅速，已滲透到地球科學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域，如：大地構(gòu)造學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)、海洋學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)等。主要表現(xiàn)在以下方面：實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)不斷完善和提高；多元同位素體系的綜合研究；研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大；各種新方法的出現(xiàn)。4/1/202412-5.同位素地球化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀同位素地球化學(xué)發(fā)展迅速，已滲透到我國(guó)同位素地球化學(xué)的研究工作從1958年開始，目前擁有的研究人員和質(zhì)譜屬世界第一。學(xué)術(shù)團(tuán)體：中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)—同位素地球化學(xué)專業(yè)委員會(huì)；中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)—同位素地球化學(xué)專業(yè)委員會(huì)。另外亦可用來進(jìn)行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等?？蒲袡C(jī)構(gòu)：我國(guó)同位素地球化學(xué)的學(xué)術(shù)團(tuán)體4/1/202413-我國(guó)同位素地球化學(xué)的研究工作從1958年開始，目前擁有的研究常見同位素計(jì)時(shí)方法1.40K-40Ar2.Rb-Sr3.39Ar-40Ar4.U-Th-Pb5.普通鉛法6.147Sm-143Nd7.187Re-187Os8.175Lu-175Hf9.裂變徑跡法10.14C法4/1/202414-常見同位素計(jì)時(shí)方法1.40K-40Ar地質(zhì)學(xué)中經(jīng)常采用的穩(wěn)定同位素1H(D/H)?2O(18O/16O)3S(34S/32S)?4C(13C/12C)5Sr(87Sr/86Sr)?5Nd(143Nd)7Pb(206Pb,207Pb,208Pb)?8N(15N/14N)9Si(32Si/30Si)?10B(11B/10B)11Cl?12He(3He/4He)13Mg?14Ne/Kr/Xe15Cu/Fe銅和鐵同位素4/1/202415-地質(zhì)學(xué)中經(jīng)常采用的穩(wěn)定同位素1H(D/H)主要參考書同位素地質(zhì)學(xué)原理.GFaure,科學(xué)出版社,1985鉛同位素地質(zhì).BRDoe,科學(xué)出版社,1975鍶同位素地質(zhì)學(xué).GFaure&JLPowell,科學(xué)出版社,1975穩(wěn)定同位素地球化學(xué).JHoefs,科學(xué)出版社,1987氫氧同位素地球化學(xué).丁悌平,地質(zhì)出版社,1988穩(wěn)定同位素地質(zhì).沈渭洲,原子能出版社,1987同位素地質(zhì)年代學(xué).袁海華,重慶大學(xué)出版社,1987同位素地球化學(xué).魏菊英,王關(guān)玉.地質(zhì)出版社,1988穩(wěn)定同位素地球化學(xué).鄭永飛,陳江峰,科學(xué)出版社,2000穩(wěn)定同位素地球化學(xué).JHoefs,海洋出版社,2002同位素地質(zhì)年代學(xué)與地球化學(xué).陳岳龍等，地質(zhì)出版社，20054/1/202416-主要參考書同位素地質(zhì)學(xué)原理.GFaure,科學(xué)6.同位素地球化學(xué)6.1自然界同位素成分變化的機(jī)理6.2放射性同位素地球化學(xué)6.3穩(wěn)定同位素地球化學(xué)4/1/202417-6.同位素地球化學(xué)6.1自然界同位素成分變化的機(jī)理3/6.1自然界同位素成分變化的機(jī)理6.1.1同位素的基本內(nèi)容6.1.2自然界同位素成分的變化4/1/202418-6.1自然界同位素成分變化的機(jī)理6.1.1同位素的基6.1.1同位素的基本內(nèi)容

1.核素和同位素①什么叫核素？由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子按一定結(jié)構(gòu)組成各種元素的原子核稱為核素。表示：A=N（neutron）+P（proton）4/1/202419-6.1.1同位素的基本內(nèi)容1.核素和同位素3/30②核素性質(zhì)1）核素具有電荷2）核素具有質(zhì)量3）核素具有豐度4）核素具有能量5)核素具有放射性4/1/202420-②核素性質(zhì)1）核素具有電荷3/30/202420-①同量異位素(isobar)：質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)相同的原子，也稱同質(zhì)異位素。②等中子素(isotone)：中子數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)不同的原子；③同位素(isotope)：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子；A=N+P

幾個(gè)名詞4/1/202421-①同量異位素(isobar)：質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)部分核素圖4/1/202422-部分核素圖3/30/202422-具有相同質(zhì)子數(shù)，不同數(shù)目中子數(shù)所組成的一組核素稱為同位素。同位素是同一化學(xué)元素的原子，在元素周期表中占據(jù)相同的位置。因?yàn)楹送怆娮訑?shù)由原子核中的質(zhì)子數(shù)決定，所以同位素具有相似的化學(xué)性質(zhì).

③同位素4/1/202423-具有相同質(zhì)子數(shù)，不同數(shù)目中子數(shù)所組成的一組核素稱為同位素。③以元素的左上角標(biāo)以總核子數(shù)或原子量。例如：S和O32S、33S、34S、35S（3516S）16O、17O、18O（168O）同位素表示法4/1/202424-以元素的左上角標(biāo)以總核子數(shù)或原子量。同位素表示法3/30/2一種元素可由不同數(shù)量的同位素組成。自然界中同位素最多的是Sn元素，有10個(gè)同位素：112，114，115，116，117，118，119，120，122，124自然界也存在只有一種同位素單獨(dú)組成的元素：Be、F、Na、Al、P等27種。其余大多數(shù)由2~5種同位素組成。

4/1/202425-一種元素可由不同數(shù)量的同位素組成。自然界中同位素最多的是Sn2.同位素的分類①分類原則基于原子核的穩(wěn)定性原子核相對(duì)穩(wěn)定性判斷4/1/202426-2.同位素的分類①分類原則3/30/202426-當(dāng)原子序數(shù)Z<20時(shí)，N/P=1，核素最穩(wěn)定，絕對(duì)豐度高；當(dāng)20<Z<83時(shí)，N/P=1.5，穩(wěn)定；當(dāng)Z>83時(shí)，N/P偏離1或1.5，核素不穩(wěn)定，絕對(duì)豐度低。Z/P與原子核的穩(wěn)定性4/1/202427-當(dāng)原子序數(shù)Z<20時(shí)，N/P=1，核素最穩(wěn)定，絕對(duì)豐度高；Z4/1/202428-3/30/202428-②類型1）放射性同位素(unstableorradioactiveisotope)其原子核是不穩(wěn)定的，它們能自發(fā)地放出粒子并衰變成另一種同位素。2）穩(wěn)定同位素(stableisotope)原子核是穩(wěn)定的，或者其原子核的變化不能被覺察。元素周期表中，原子序數(shù)相同，原子質(zhì)量不同，化學(xué)性質(zhì)基本相同，半衰期大于1015年的元素的同位素。4/1/202429-②類型1）放射性同位素(unstableorrad自然界已發(fā)現(xiàn)近340個(gè)同位素，其中放射性同位素有57種（人工合成的放射性同位素超過1200個(gè)），穩(wěn)定同位素273種。Z＜83且A＜209的同位素大部分是穩(wěn)定同位素，少數(shù)是放射性的，如14C、40K、87Rb、147Sm放射性外；Z＞83且A＞209的同位素都是放射性同位素③穩(wěn)定同位素和放射性同位素在周期表中的分布4/1/202430-自然界已發(fā)現(xiàn)近340個(gè)同位素，其中放射性同位素有57種（人工4/1/202431-3/30/202431-1）輕穩(wěn)定同位素2）重穩(wěn)定同位素

④穩(wěn)定同位素類型及特點(diǎn)4/1/202432-1）輕穩(wěn)定同位素④穩(wěn)定同位素類型及特點(diǎn)3/30/20241）輕穩(wěn)定同位素A.原子量小，同一元素的各同位素間的相對(duì)質(zhì)量差異較大（ΔA/A≧5%）；B.輕同位素組成變化的主要原因是同位素分餾作用造成的，其反應(yīng)是可逆的。4/1/202433-1）輕穩(wěn)定同位素A.原子量小，同一元素的各同位素間的相對(duì)質(zhì)A.原子量大，同一元素的各同位素間的相對(duì)質(zhì)量差異?。é/A＝0.7~1.2%），環(huán)境的物理和化學(xué)條件的變化通常不導(dǎo)致重穩(wěn)定同位素組成的改變；B.同位素組成的變化主要是由放射性同位素衰變?cè)斐傻?，這種變化在地球歷史的演變中是單方向進(jìn)行的、不可逆的。

2）重穩(wěn)定同位素4/1/202434-A.原子量大，同一元素的各同位素間的相對(duì)質(zhì)量差異?。é/3.同位素豐度①同位素豐度②元素的原子量4/1/202435-3.同位素豐度①同位素豐度3/30/202435-描述自然界核素豐度的兩種方法1）絕對(duì)豐度指自然界各種核素存在的總量。它與組成核素的核子數(shù)量和結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映核素的穩(wěn)定性。①同位素豐度4/1/202436-描述自然界核素豐度的兩種方法①同位素豐度3/30/202定義：指元素同位素所占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)例如：氧的同位素的相對(duì)豐度16O：99.763%17O：0.0375%18O：0.1995%2）相對(duì)豐度4/1/202437-定義：指元素同位素所占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)2）相對(duì)豐度3/30/2②元素的原子量以原子質(zhì)量單位表示的，每個(gè)天然元素的原子量為該元素各同位素重量的加權(quán)平均值。4/1/202438-②元素的原子量以原子質(zhì)量單位表示的，每個(gè)天然元素的原子同位素：16O17O18O豐度：99.763%0.0375%0.1995%質(zhì)量：15.9949115.9991317.99915O的原子量=99.763%×15.99491＋0.0375%×15.99913＋0.1995%×17.99915=15.999294/1/202439-同位素：16O17O4/1/202440-3/30/202440-4.同位素成分的測(cè)定及表示方法一個(gè)完整的同位素樣品的研究包括樣品的采集、加工、化學(xué)制樣、測(cè)定及結(jié)果的計(jì)算和解釋等環(huán)節(jié)。4/1/202441-4.同位素成分的測(cè)定及表示方法一個(gè)完整的同位素樣品的研究包將地質(zhì)樣品分解，使待測(cè)元素的同位素轉(zhuǎn)化為在質(zhì)譜儀上測(cè)定的化合物，輕穩(wěn)定同位素一般制成氣體樣品。①制樣4/1/202442-將地質(zhì)樣品分解，使待測(cè)元素的同位素轉(zhuǎn)化為在質(zhì)譜儀上測(cè)定的化例如：氧同位素有兩種制樣方法：①還原法:高溫條件下與C還原成CO；②氧化法:用F或鹵化物氧化，生成O2（精度高）。4/1/202443-例如：3/30/202443-②質(zhì)譜儀測(cè)定成分

質(zhì)譜儀是目前同位素成分測(cè)定的主要手段（MAT—261，MAT—251）。其工作原理：把待測(cè)元素的原子或分子正離子化，并引入電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，帶正電的質(zhì)點(diǎn)因質(zhì)量不同而被分離測(cè)定。

4/1/202444-②質(zhì)譜儀測(cè)定成分質(zhì)譜儀是目前同位素成分測(cè)定的主要手段（1)

絕對(duì)比率（R）：用兩個(gè)同位素比值直接表示例如32S/34S，12C/13C2)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品R的絕對(duì)比率差（ΔR）：ΔR=R樣品－R標(biāo)準(zhǔn)；3)

樣品相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品R的偏離程度的千分率δ‰=（R樣－R標(biāo)）/R標(biāo)×1000=(R樣/R標(biāo)－1)×1000③同位素成分表示方法4/1/202445-1)

絕對(duì)比率（R）：用兩個(gè)同位素比值直接表示③同位素成例如34S/32S相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品的富集程度，以δ34S‰來表示：δ34S‰=[(34S/32S)樣/(34S/32S)標(biāo))－1]×10004/1/202446-例如34S/32S相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品的富集程度，以δ34S‰習(xí)慣上把微量（較小相對(duì)豐度）同位素放在R的分子上，這樣可以從樣品的δ值，直接看出它含微量同位素比標(biāo)準(zhǔn)樣品是富集了，還是貧化了。δ＞0表示34S比標(biāo)準(zhǔn)樣品是富集了；δ＜0表示34S比標(biāo)準(zhǔn)樣品是貧化了。4/1/202447-習(xí)慣上把微量（較小相對(duì)豐度）同位素放在R的分子上，這樣可以從④同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品同位素分析資料要能夠進(jìn)行世界范圍內(nèi)的比較，就必須建立世界性的標(biāo)準(zhǔn)樣品。1)在世界范圍內(nèi)居于該同位素成分變化的中間位置，可以做為零點(diǎn)；2)標(biāo)準(zhǔn)樣品的同位素成分要均一；3)標(biāo)準(zhǔn)樣品要有足夠的數(shù)量；4)標(biāo)準(zhǔn)樣品易于進(jìn)行化學(xué)處理和同位素測(cè)定

4/1/202448-④同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品同位素分析資料要能夠進(jìn)行世界范圍內(nèi)的比較，6.1.2自然界同位素成分的變化1.同位素豐度變化2.同位素豐度變化的地質(zhì)應(yīng)用4/1/202449-6.1.2自然界同位素成分的變化1.同位素豐度變化3/1同位素豐度變化①與放射性衰變有關(guān)②同位素分餾③與核合成過程有關(guān)4/1/202450-1同位素豐度變化①與放射性衰變有關(guān)3/30/20245⒉同位素豐度變化的地質(zhì)應(yīng)用①同位素地質(zhì)定年—地質(zhì)時(shí)鐘—放射性同位素地球化學(xué)或同位素地質(zhì)年代學(xué)；②地球化學(xué)示蹤：物質(zhì)來源、地球化學(xué)過程、物理化學(xué)條件指示劑（地質(zhì)溫度計(jì)）。4/1/202451-⒉同位素豐度變化的地質(zhì)應(yīng)用①同位素地質(zhì)定年—地質(zhì)時(shí)鐘—6.2放射性同位素地球化學(xué)同位素地質(zhì)年代學(xué)是以放射性同位素衰變定律為基礎(chǔ)建立的同位素計(jì)時(shí)方法，用以測(cè)定不同地質(zhì)體和地質(zhì)事件的年齡。同位素地質(zhì)年代學(xué)感興趣的是自然界存在的為數(shù)不多的一些放射性同位素核素，包括衰變速率非常慢的（如238U、235U、232Th、147Sm等）、由長(zhǎng)壽命放射性母體衰變產(chǎn)生的（234U、230Th等）、由天然核反應(yīng)產(chǎn)生的以及人工核試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性同位素。4/1/202452-6.2放射性同位素地球化學(xué)同位素地質(zhì)年代學(xué)是以放射性同位6.2放射性同位素地球化學(xué)6.2.1放射性同位素衰變定律及同位素地質(zhì)年代學(xué)原理6.2.2K-Ar法及40Ar-39Ar法年齡測(cè)定6.2.3Rb-Sr法年齡測(cè)定6.2.4Sm-Nd法年齡測(cè)定6.2.5U-Pb法年齡測(cè)定4/1/202453-6.2放射性同位素地球化學(xué)6.2.1放射性同位素6.2.1衰變定律及同位素地質(zhì)

年代學(xué)原理1.

放射性同位素衰變方式2.放射性同位素衰變定律3.同位素地質(zhì)年代學(xué)的基本原理、前提及分類4/1/202454-6.2.1衰變定律及同位素地質(zhì)

年代學(xué)原理1.放射1.放射性同位素衰變方式①與放射性衰變有關(guān)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)1）放射性原子釋放出粒子和能量的現(xiàn)象即所謂的放射性。2）放射性衰變?cè)氐脑雍俗园l(fā)地發(fā)出粒子和釋放能量而變成另一種原子核的過程。放射性同位素的衰變不因外界因素變化而變化，只與本身原子核性質(zhì)有關(guān)。4/1/202455-1.放射性同位素衰變方式①與放射性衰變有關(guān)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)33）放射性同位素自發(fā)地發(fā)出粒子或射線，并衰變?yōu)榱硪环N同位素者。4）衰變過程類型單衰變或單程衰變系列衰變4/1/202456-3）放射性同位素3/30/202456-正在衰變的核素稱為母核（體）(P)衰變的產(chǎn)物稱為子核(D)

。

87Rb→87Sr

238U→206Pb5）放射性母體(P)和衰變子體(D)4/1/202457-正在衰變的核素稱為母核（體）(P)5）放射性母體(P)和衰②放射性衰變方式1）α衰變2）β衰變3）電子捕獲衰變4）重核裂變4/1/202458-②放射性衰變方式1）α衰變3/30/202458-α粒子是42He相對(duì)母體來說，子體的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)個(gè)減少2個(gè)，質(zhì)量數(shù)減少4。

23892U→23490Th+42He(α)+Q

1）α衰變4/1/202459-α粒子是42He1）α衰變3/30/202459-自然界多數(shù)為β—衰變，即放射性母核中的一個(gè)中子分裂為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子（即β—粒子），同時(shí)放出反中微子γ。衰變子體與母體比，原子序數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變；4019K→4020Ca+β－+ν（中微子）+Q2）β衰變4/1/202460-自然界多數(shù)為β—衰變，即放射性母核中的一個(gè)中子分裂為1個(gè)質(zhì)子母核自發(fā)地從核外電子殼層捕獲1個(gè)電子，通常在K層上吸取1個(gè)電子（e），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)子數(shù)減少1個(gè)。衰變結(jié)果：核質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）減1，變成周期表上左鄰的新元素。

4019K+e－→4018Ar+ν+Q3）電子捕獲衰變4/1/202461-母核自發(fā)地從核外電子殼層捕獲1個(gè)電子，通常在K層上吸取1個(gè)電重放射性同位素自發(fā)地分裂為2—3片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飛散，如238U，235U，232Th都可以發(fā)生這種裂變。4）重核裂變4/1/202462-重放射性同位素自發(fā)地分裂為2—3片原子量大致相同的“碎片”，放射性同位素母體與子體的關(guān)系4/1/202463-放射性同位素母體與子體的關(guān)系3/30/202463-2放射性同位素衰變定律①衰變反應(yīng)特性1）反應(yīng)在原子核內(nèi)部，結(jié)果由一種核素變?yōu)榱硪环N核素；2）衰變反應(yīng)是自發(fā)而連續(xù)進(jìn)行，母體核素按恒定比例衰減；3）反應(yīng)不受任何溫度、壓力和原子存在形式等物理化學(xué)條件的影響，衰變母、子體只是時(shí)間的函數(shù)；4）衰變前核素和衰變后核素的原子數(shù)，只是時(shí)間的函數(shù)—盧瑟福（1902）4/1/202464-2放射性同位素衰變定律①衰變反應(yīng)特性3/30/202461）內(nèi)容在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)放射性母核衰變?yōu)樽雍说脑訑?shù)與現(xiàn)存母核的原子數(shù)成正比。②衰變定律4/1/202465-1）內(nèi)容②衰變定律3/30/202465-

－dN/dt=λN

（1）式中：N為t時(shí)刻存在的母體原子數(shù)；－dN/dt是衰變速率，也就是單位時(shí)間內(nèi)衰變掉的放射性母體原子數(shù)；負(fù)號(hào)表示N隨時(shí)間減少；λ為衰變常數(shù)。2）數(shù)學(xué)表達(dá)式4/1/202466-－dN/dt=λN變換上式得：dN/N=－λdt（2）設(shè)t=0時(shí)放射性母體的初始原子數(shù)為N0，衰變進(jìn)行到時(shí)間t時(shí)剩下的未衰變母體的原子數(shù)為N，4/1/202467-變換上式得：3/30/202467-lnN—lnN0=-λ(T-T0)=-λt(據(jù)積分公式)lnN/N0=－λt(對(duì)數(shù)運(yùn)算法則)N/N0=e－λt☆(取掉自然對(duì)數(shù))N=N0e－λt或N0=Neλt此式表明：任何放射性同位素隨時(shí)間按指數(shù)方式衰減。這是一切放射性反應(yīng)的基本公式。

4/1/202468-lnN—lnN0=-λ(T-T0)=-λt(參數(shù)的含義N=N0e－λt或N0=NeλtN—現(xiàn)存母體數(shù)N0—原始母體數(shù)t為時(shí)間

λ衰變常數(shù)，不同元素有別4/1/202469-參數(shù)的含義N=N0e－λt3/30/202469隨著衰變進(jìn)行，母體減少，放射性成因子體增加，而現(xiàn)存子體原子數(shù)（D）等于衰變掉的母體數(shù)目，可表示為：

D=N0-N=N0-N0e-λt=N0(1-e-λt)D=N0-N=Neλt-N=N(eλt-1)4/1/202470-隨著衰變進(jìn)行，母體減少，放射性成因子體增加，而現(xiàn)存子體原子數(shù)4/1/202471-3/30/202471-假定D*表示由經(jīng)過t(T0→T)母核衰變成的子核數(shù)，表示為：D*=N0-N=N0(1-e-λt)

D*=N(eλt－1）t=1/λln(D*/N+1)D*/N是現(xiàn)存子核和母核的原子數(shù)比值該方程是同位素地質(zhì)年代學(xué)基礎(chǔ)4/1/202472-假定D*表示由經(jīng)過t(T0→T)母核衰變成的子核數(shù)，3/經(jīng)過t(T0→T)，體系中子核數(shù)為：D=D0+D*D=D0+N0－N=D0+N（eλt－1）D－D0=N（eλt－1）eλt－1=(D－D0)/N變換為：t=1/λln[(D－D0)/N+1]★已知D0，測(cè)定體系中目前的放射性母體和子體的原子數(shù)，可得體系封閉以來所經(jīng)歷的時(shí)間。

4/1/202473-經(jīng)過t(T0→T)，體系中子核數(shù)為：3/30/202473-D=D0+N0—ND=D0+N(eλt-1)D/Ds=D0/Ds+N/Ds(eλt-1)4/1/202474-D=D0+N0—N3/30/202474-指放射性同位素衰變到它原來母體原子數(shù)一半時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。半衰期和衰變常數(shù)之間具有一定的關(guān)系：

N=N0e－λt取N=N0/2，代入衰變公式得

τ=ln2/λ=0.593/λ式中λ為衰變常數(shù)3）半衰期τ4/1/202475-指放射性同位素衰變到它原來母體原子數(shù)一半時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。3）自然界中的放射性同位素及其衰變系列

自然界中的放射性同位素按其成因可以分成3類：1)單程衰變的同位素：40K，87Rb，147Sm，139La，等2)系列衰變的同位素：鈾系、錒系、釷系、镎系3)由自然界中的核反應(yīng)生成的同位素：14C，3H，等。其中1）2）類同位素的特點(diǎn)是衰變能量大（λ測(cè)定精確）、半衰期（τ）適中，因此在地質(zhì)年代學(xué)中有重要意義。第3）類同位素的半衰期短，適用于考古學(xué)和第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)。4/1/202476-自然界中的放射性同位素及其衰變系列自然界中的放射性3放射性同位素地質(zhì)年齡測(cè)定的

原理、前提及方法①放射性同位素地質(zhì)年齡測(cè)定的原理②放射性同位素地質(zhì)年齡測(cè)定的前提③放射性同位素地質(zhì)年齡測(cè)定的方法4/1/202477-3放射性同位