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第六章 稳定性同位素地球化学_图文

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第六 稳定性 同位素地球化学 图文
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第六章稳定性同位素地球化学 稳定同位素的基本理论 地质 常用稳定同位素 稳定同位素的基本理论1. 稳定同位素 定义2. 稳定同位素 基本特征3. 稳定同位素 分馏原理4. 稳定同位素 温度计5. 稳定同位素 分析与标准定义• 同位素可分为两类–稳定同位素 稳定 或 称放射性同位素稳定同位素是个相对概念, 即现今技术条件下观察不到有放射性衰变现象的同位素,超过 250个稳定同位素规律稳定同位素分布有两大规律1. 对称性( 律低质量稳定核素的 中子( N)和质子( Z)数 近于相等,即 N/。对于质子数大于 20的稳定同位素,其 N/1)对称性规律= 2) 中子数 稳定核素数偶数 60偶数 6奇数 0奇数 同位素数量质子数奇数偶数质子数为奇数和偶数的稳定同位素在自然中的分布统计地球化学常用稳定同位素特征包括 H、 C、 N、 O、 S 和 元素的同位素 ,主要特征:• 原子数相对较低 。 常指质量数小于 40的稳定核素 ,区别于高质量数稳定核素,包括放射成因同位素等• 同元素的 同位素间相对质量 差异较大• 它们之间常以 强共价键 结合• 多具一种以上氧化价态,形成 多种化合物 ,或组成自然界 固态或液态物质 的重要部分• 比例相对小的同位素在元素所有同位素组成中的 丰度足够高 ,易于进行分析 测试其它性质的稳定同位素性质• 0,但自然界中多以离子键形式存在,且在晶格中的配位位置相对单一(如 故在 自然界中同位素分异很小 。• 须指出,随着 为近年来同位素地球化学领域的发展前沿其它性质的稳定同位素性质• 元素的同位素也属稳定同位素,但其 质量数过大 ,同元素各 同位素间的质量差别很小 ,且部分元素的同位素组成比例差异又很大。因此,由单纯物理化学过程引起的同位素分异, 在现有的分析技术条件下难以识别•传统稳定同位素–H, C, N, O, S•非传统稳定同位素–g, N H 1 0 1 2C 6 6 12 7 4N 7 7 8 6O 8 8 9 10 2S 16 16 6 17 6 18 6 20 同位素地质温度计( 矿物对氧同位素测温• 同位素地球化学示踪( 应用氧同位素组成确定岩石的成因(壳源 /幔源)或构造背景,大气圈、水圈和生物圈循环和环境科学等• 物理化学过程识别( 对动物化石进行 定其是否属于本?)或 本?)类植物的食用动物稳定同位素组成表达形式• 采用 同位素比值• 通常情况下,稳定同位素的比值采用 质量数大的同位素为分子 ,而 质量数小的同位素为分母 。如 18O/16O、 2H/1H、 13C/124S/32 为直观反映样品稳定同位素组成,将同位素比值与标准样品进行比较,并用差值的千分率( )表示。如:• 与放射成因同位素表达方式不同的是, 标样的同位素组成是常数,不随时间改变 ,且标准化值放大系数为 1031 0 0 01若 δ>0,表明重质量的同位素比标准物质更富集;若 δ500 的同位素分馏可表达为:1000 = A/为常数因子• 对于 低于 500 同位素分馏,其关系式为:1000 = A/ B A、 同位素地质温度计的应用前提是 矿物相间、或矿物与流体间达到同位素平衡 ,这取决于同位素平衡的性质和程度,即判别同位素平衡的准则和分析所涉及的样品空间尺度( 与判别衡量元素达平衡的原理相同 )前提条件:所观测的共生矿物相达到同位素交换 平衡,并且平衡后未受后期作用的改造,在实际应用中可通过地质、矿物学研究加以确定矿物对之间的 分馏系数要大 ,以确保待测温度有一定的精度参数 A、 测温度在 实验参数有效应用范围 以内氧同位素测温分为两类:外部测温法 是根据矿物 矿物 计温方程参数直接确定矿物与流体相间的平衡温度( 水温)内部测温法 是指当岩浆岩或变质岩形成时,两共生矿物达到平衡,则两矿物的δ18由 α矿物 计温方程计算出两矿物的平衡温度。矿物对氧同位素分馏与温度的函数变化关系,即氧同位素温度计(1998)矿物 A 磁铁矿 +石英 石英 白云母 +辉石 +斜长石 斜长石 斜长石 黑云母 +钛铁矿 +斜长石 辉石 辉石 β是长石中钙长石的分数500℃ 以上的平衡条件下矿物 衡)常数项 获取 途径1. 根据 量子力学理论 计算2. 以 经验公式 为基础进行校正3. 在实验室内根据 实验结果 确定• 途径 1由于需了解晶格中所有位置的晶格能,主要限于 气体以及石英 途径 2则依据共生矿物中已知矿物对的形成温度后,假设其它矿物也达到了平衡再求算,但这种假设有时并不符合实际情况• 途径 3实验方法是确定温度计常数最重要的途径,原理上可通过恒定体系温度的办法获得。但在实践中,因反应速率低,达平衡所需时间过长。因此,常采用变通的方法进行实验,如用超细粉未、胶体 形转变或人工合成等进行实验,因而与真正的自然体系有所区别。故由此方法获得的实验常数, 也需进行不同程度的校正。稳定同位素同位素标样• 不同实验室各质谱仪之间存在系统误差。为使稳定同位素分析结果 有统一的对比基础,建立了 国际标样• 通过国际标样的实测结果与其定值(绝对值)比较,确定出实验室的 系统误差值 ,以便于对样品测量结果进行校正• 为节约国际标样,各实验室通常建有自己内部的“ 工作标样 ”,但所报告的测量数据均需相对国际标样的 值进行相应的校正稳定同位素国际标样元素 标准 标准缩写H 标准平均海水 南卡罗莱纳州 标准平均海水 大气 稳定同位素国际标样同位素组成绝对比值 δD D/H (2H/1H) 10 δ7 7 * δ11B 11B/10B 51 δ13C 13C/12C 10 δ15N 15N/14N 10 δ18O 18O/16O 10 17O/16O 10 18O/16O 10 17O/16O 10 δ34S 34S/32S 10原报道为 6氧同位素标准样品有两个,分别为者用于 非碳酸盐样品 分析,而后者用于 碳酸盐样品 测量。两种标样间同位素换算为:18 18 稳定同位素样品制备的实质是将被测样品通过化学或物理方法 转换成气态并纯化• 由于稳定同位素能在不同相态或物相间发生分馏,故当样品制备的 转换率 小于 100%时,都会引起气样与原样间的同位素组成差异• 同质量杂质分子 也会对样品测量结果产生干扰,如 2O, 而样品制备需在 真空 中进行(防大气污染)并纯化• 但由于存在同位素样品制备过程的限制,天然样品的同位素比值测量的总体精度为 质常见稳定同位素分析样品制备气态形式元素 气体形态 可测试对象H 、甲烷、纤维素C 碳酸盐、甲烷N 2、 酸盐O (机物、碳酸盐、硅酸盐S 酸盐、硫化物、有机物酸盐等稳定同位素样品提取与制备流程(部分)元素 样品性质 制备气体 反应机制氢 水 2 高温热释 (1450C)氧 水 磷酸反应硝酸盐 高温热释 (1450C)硫酸盐 墨还原反应碳 植物、土壤、沉积物 分解碳酸盐 磷酸反应氮 植物、土壤、沉积物 热分解硝酸盐 分解硫 植物、土壤 化反应 + 生成气体 0 on e- 偏转及接收器结构示意图稳定同位素地球化学 地质常用主要稳定同位素内容提要• 基本特征• 氢同位素• 氧同位素• 碳同位素• 硫同位素• 其它地质用途稳定同位素基本地球化学特征• 只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素,才能应用于地质研究用途,这些元素的 质量范围多 250 C)的硫同位素平衡反应为:• 该反应的 值约为 平衡分馏反应使硫酸盐相对硫化物富集 345‰。2224343422432  硫化物矿物硫同位素温度计铜蓝黄铜矿磁黄铁矿辉铜矿辉银矿除硫酸盐与硫化物相的同位素分馏外,由于化学键的差异,不同硫化物在与 有不同的分馏水平非 传统稳定同位素质量数 >40或过去由于技术局限难以测定的稳定同位素:如 六章 射性同位素、放射成因同位素定义。的地质意义是什么?. 参数如何计算?五 &用的同位素定年方法有哪些?和年龄和不一致线?球化学常用稳定同位素的特点有哪些? 值与 δ 值,二者有何关系?后作业系统总结下述各类岩石能采用的定年方法,以及各定年方法能获得年龄意义• 花岗岩• 基性 火山岩(基性 轻火山岩)• 变质岩• 沉积岩• 构造岩015年 12月 3日 周四晚上 19:000考试地点:教三楼 306和 406具体座位安排请见 没有讲的章节不考欢迎同学们与家取得好成绩!
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