第12卷第2期2005年4月
地学前缘(中国地质大学,北京;北京大学)
Earth Science Frontiers (Chin a University of Geosciences,Beijing;Peking University)
Vol.12No.2Ap r.2005
黑色页岩与大洋缺氧事件的Re -Os 同位素示踪与定年研究
杨競红
1,2,3
, 蒋少涌
1,2
, 凌洪飞
1,2
, 陈永权
1,2
1.南京大学地球科学系成矿作用国家重点实验室,江苏南京210093
2.南京大学海洋地球化学研究中心,江苏南京210093
3.南京大学海岛海岸带教育部重点实验室,江苏南京210093
YA NG Jing -ho ng 1,2,3, JIANG Shao -y ong 1,2, LING H ong -fei 1,2, CH EN Yong -quan 1,2
1.S ta te K ey L aboratory f or M inera l Dep osits Re search ,Dep ar tment of Ear th S ciences ,N anj ing Univ er sity ,N anj ing 210093,China
2.M ar ine G eoc hemistr y Resear ch Cente r ,Nanj ing Univ er sity ,Nanj ing 210093,China
3.K ey L aborator y of Coast and Island Dev elop ment of the M inistr y of Ed ucation of Ch ina ,N anj ing Univ e rsity ,Nanj ing 210093,Ch ina
YANG Jing -hong,JIANG Shao -yong,LING Hong -fei,et al.Re -Os isotope tracing and dating of black shales and oceanic anoxic events.Earth Science Frontiers ,2005,12(2):143-150
收稿日期:20041210;修回日期:20041222
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40372059;40221301;40172041;40332020)
作者简介:杨競红(1964) ),女,副教授,主要从事海洋地球化学和同位素地球化学研究。电话:025-*******;E -mail:yangjh @icpm https://www.doczj.com/doc/0e8546908.html,
Abstract:O ceanic anox ic event s too k place many times in Eart h p s histo ry.T hese events usually produced lar ge amount s o f black shale depo sitio n.T he study o n t he o rig in and pr ecise age o f these o ceanic anox ic ev ents has become o ne o f the f rontier research areas in palaeo -oceanog raphy.T he study of oceanic ano xic events can help us better under stand the palaeo -ocean enviro nmental changes,the evo lutio n o f the ear th system and the effect of ot her Earth p s spher es t o the biospher e,as well as or e genesis,and hydrocar bo n fo rmation.I n r ecent y ears the study of o ceanic ano xic events has focused on v ario us aspects such as palaeo -o ceanog raphy,palaeo climat o-l og y,palaeo geo gr aphy ,pa laeontolog y,tecto nics,geo log y and g eochemist ry.A mong these studies,the precise dat ing of the oceanic anox ic event s is one of the key tasks.If the applied isoto pic systems can,at the same time,pr ov ide info rmatio n on pa laeo -o ceanic env iro nmental chang e,these will enhance our understanding o f the genesis of the oceanic ano xic ev ents.T he Re -Os iso tope system is one of recent ly dev eloped new g eochemica l technique,which can serv e these purposes.T he or ganic -rich black shales are very suitable fo r Re -Os isoto pe dat ing ,and precise ag es can be o btained.Furthermo re,using Os isoto pe data of marine sediments,w e can also obtain infor matio n o n paleo -seaw ater O s iso topic compositions and their evolut ion during g eo lo gical times.In South China,sever a-l periods o f oceanic ano xic ev ents occurr ed fr om the N eopro terozoic to the Cambrian,and hug e thickness o f black shales depo sited.T her efor e,using Re -Os isoto pe method,we can no t o nly estimate the time of such events,but also effectiv ely trace the paleo -oceanic env ir onment.
Key words:Re -Os iso tope;oceanic ano x ic ev ent s;black shale;palaeo -o ceanic envir onment;dat ing
摘 要:地质历史中发育多次大规模的大洋缺氧事件并伴随有巨量的黑色页岩沉积,对这些大洋缺氧事件发生时限及成因机制的研究已成为当前国际古海洋学研究的一个前沿领域。开展对大洋缺氧事件的研究,有助于了解古海洋演化、地球系统变化和地球其他圈层对生物圈的影响,以及金属成矿、油气形成及生烃环境。因
此近年来人们从古海洋、古气候、古地理、古生物、大地构造和地质地球化学等学科,积极开展对大洋缺氧事件的研究。对大洋缺氧事件进行准确定年则是研究工作开展的首要任务之一;而如果用于定年的同位素体系能同时提供相关的环境变迁信息,则更加有利于我们对缺氧事件成因机制的认识。Re-O s同位素作为近年来发展起来的一种新的同位素技术方法,恰好适用于对富有机质沉积岩和黑色页岩的定年,可以获得精确的地层沉积年龄,同时利用这些海洋沉积物的Os同位素比值还可获得古海水的O s同位素组成及随时间的演化规律。在中国华南地区新元古代)早古生代发育有多幕次的大洋缺氧事件和黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布,利用Re-O s同位素研究,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。
关键词:R e-O s同位素;大洋缺氧事件;黑色页岩;古海洋环境;定年
中图分类号:P53916;P597文献标识码:A文章编号:10052321(2005)02014308
最近10年来,由于Re、Os化学分离方法和同位素质谱测量方法的革新,使高精度、高灵敏度Re-Os同位素测量成为现实,从而使Re-Os同位素方法在地球科学各个领域得到广泛应用,并取得了显著的成效。在古海洋的研究中,Re-Os同位素体系以其独特的性质,在岩石定年及示踪上对揭示地球演化历史具有重要意义。近年来,应用Re、Os独特的地球化学性质开展了大量与古海洋有关的研究,如通过分析近现代大洋底富金属碳酸盐软泥、富有机质泥岩和古代黑色页岩来推断古海水Os同位素演化。全球大洋广泛分布的富含有机质的黑色页岩,具有重要的学术价值和潜在的经济价值,缺氧环境研究已成为近20年来的一个研究热点,Re-Os 同位素体系也由此在古海洋的研究中起着重要的不可替代的作用。对大洋缺氧事件(Oceanic Anox ic Events,简称OAE)与黑色页岩的Re-Os同位素研究,不但可以用于示踪其成因,而且有可能精确厘定其形成年龄。本文综述了近年来国内外在这一领域开展的一些探索性研究及其进展情况,以期抛砖引玉,推动我国Re-Os同位素在古海洋学中的广泛应用。
1大洋缺氧事件
大洋缺氧事件这一概念最早是由Schlanger和Jenkyns于1976年提出来的[1],用于解释深海钻探中发现的白垩纪沉积层中的/黑色页岩0的成因。之后,大量的研究表明,大洋缺氧事件在地质历史之中不同时期均普遍存在[2~4]。所谓大洋缺氧事件,是指在相对短暂的某些特定地史时间内,全球或局部海域海洋水体中贫氧层(主要指中底层水)膨大或强化的一种作用。此时,海洋生物大量死亡或灭绝,有机碳大量埋藏,海水的D13C值出现大的正漂移。对大洋缺氧事件的研究,有助于加深人们对古海洋、古气候、古地理、生物复苏机制和板块构造关系的认识,并可能为主要气候和板块变化的海洋响应提供更精确的答案,它对于了解地球系统变化及其他圈层对生物圈的影响以及金属成矿、油气形成与生烃环境的评价也具有十分重要的意义[3~6]。
在地球的历史演化长河中,新元古代至早古生代这一时段由于有全球性的超大陆裂解、雪球事件和寒武纪生命大爆发等的发生而格外引人注目[7~10]。此时的海洋环境和生物演化中发生了多次全球性的突变事件,通常在海相沉积岩中记录了这些事件所造成的海洋学、生物学、地球化学、气候和古环境等各个方面的变化。对这些事件的研究,一直是国际地学界关注的热点,并成为多个国际地质对比计划的重点研究对象之一。例如,IGCP-199项目/Rare Events in Geolo gy0对记录在海相沉积地层中的全球性地质事件开展过系统研究;IGCP-216项目/Glo bal Bio-events0则对全球的生命事件和世界大洋中有机质的广泛堆积事件展开研究; IGCP-293项目/Geochem ical Ev ent M arker s in the Phanerozoic0则尤其重视显生宙以来事件地球化学标志层的研究。
目前对全球性的多次/大洋缺氧事件0的发生及其演化机理仍旧存在很大争论。大洋缺氧事件发生的结果,造成了富含有机碳和多种金属的黑色页岩的大量沉积。当时,海洋中生物生产力极高、生物大量繁殖和大批死亡,这些生物遗骸在海底沉积,大大消耗了海底水中溶解的有限浓度的O2,造成严重缺氧的还原环境[3]。由于地壳的构造运动,海底扩张速度加剧、洋盆的打开,此时伴随地史上较大的海侵。例如,对白垩纪中期大洋缺氧时期的研究表明,当时海平面可能比现代高出350m,足以淹没现代陆地面积的35%。也有人认为[4],大规模的海侵事件是由于冰川消融引起的海平面上升造成的。大规模全球性的海侵和大洋缺氧事件,造成有机质的大
量埋藏并带走大量的12C,这是由于生物通过光合作用固碳,优先吸收大气CO2中的12C,致使大气中CO2由于得不到或很少得到12C的补充,从而造成大气CO2的D13C值明显升高[11,12]。一些研究表明[13,14],全球性大洋缺氧事件发生之初,往往伴随剧烈的火山喷发,使地球深部的大量还原性气体进入大气圈,从而破坏了原先建立的大气圈水圈生物圈之间的平衡关系,因此全球火山喷发可能是造成全球缺氧和生物灭绝的主要原因。也有相当多的研究者坚持/外星撞击地球说0[8,15~17]。低纬度地区上升洋流的活动很可能也是形成缺氧事件的一个重要因素。缺氧沉积中有机质的富集,磷的高含量,硅质生物尤其是放射虫化石的大量发育,均表明当时上升洋流的存在。上升洋流一般为贫氧但富含营养物(磷酸盐和硝酸盐类)和硅质的海流,它可促使表层水域中的生物高度繁盛,这些生物遗体沉至水底增加了深水环境中氧的消耗,从而在上升洋流之下形成缺氧环境[18~20]。
总而言之,地质历史中大洋缺氧事件的形成很可能与多种不同的地质过程有密切关系,如(1)古海洋学过程,包括全球海水化学成分的变化、古洋流的变化和海洋生物生产力的变化等;(2)构造过程,包括海道的开启或闭合、大陆板块的聚合与离散等;
(3)气候过程,包括温室效应、冰期间冰期递变等;
(4)海平面变化过程,如海平面的剧烈升降等。因此,对大洋缺氧事件的研究方兴未艾,任重而道远。
我国华南新元古代)早古生代发育多幕次的大洋缺氧事件,表现为黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布。已有研究表明[18~20],华南新元古代至少发育两次大的大洋缺氧事件,一次为新元古代震旦纪早期的大塘坡期,一次为震旦纪晚期的陡山沱和灯影期。早古生代至少存在4次大的大洋缺氧事件,它们分别是早寒武世的筇竹寺期,中奥陶世的庙坡期,晚奥陶世的五峰期和早志留世的龙马溪期。(1)震旦纪早期的大塘坡期黑色页岩,以湖南、贵州和四川三省交界地区出露得最完整,厚度变化大,在湖南民乐地区超过20m,在四川秀山地区只有数米。我国若干重要的沉积碳酸锰矿床,如民乐、大塘坡、秀山,均产于早震旦世的黑色页岩中。它们可能形成于新元古代超大陆背景基础上远离广海的封闭洋盆[21,22]。
(2)震旦纪晚期的陡山沱和灯影期沉积的黑色页岩遍布华南。陡山沱早期沉积的黑色页岩在秀山地区厚度不足1m,在沅陵地区厚数米,而陡山沱晚期沉积的黑色页岩达数米至数十米。陡山沱期也是我国地史上重要的成磷期[23]。在湖北的陡山沱组黑色页岩中还发育一种特殊类型的大型A g-V矿床[24,25]。陡山沱组是新元古代全球性的雪球事件即南沱冰期结束后的第一套沉积地层,主要是由白云岩夹黑色页岩组成的一套地层层序。在这套地层中先后发现了代表新元古代末期的生物大辐射事件的瓮安生物群、庙河生物群和蓝田植物群[26]。因此对陡山沱组地层的研究具有重要的经济意义和早期生命演化意义。灯影期沉积了一套黑色硅质岩夹黑色页岩,称留茶坡组。(3)早寒武世的黑色页岩沉积在华南各省均有大量分布。这些黑色页岩沉积层位稳定,厚度几十米至数百米,个别地区近千米。黑色页岩中有机碳含量为1%~13%。这套黑色页岩的产出与寒武纪生命大爆发事件紧密相联[27~29]。同时这套岩系中富含N-i M o-Se-Re-As-H g-Sb-Au-Ag-PGE和P等数十种金属和非金属成矿元素[30~36],因而得到了国内外地质学家的广泛关注和研究。(4)中奥陶世的庙坡期黑色页岩也在华南诸省大面积分布,厚度从几米至几十米不等。黑色页岩水平微层理十分发育,黄铁矿多,笔石化石普遍出现,也有放射虫和硅质海绵骨针。黑色页岩中有机碳含量为1%~6%[37]。这次大洋缺氧事件相当于国际上的Caradocian期事件[4,38,39]。中奥陶世庙坡期也是华南沉积锰矿重要的形成期之一,产有如桃江响涛锰矿。(5)晚奥陶世的五峰期的缺氧事件,造成了黑色页岩、黑色硅质岩和泥页岩在华南的广泛分布。黑色页岩多呈层状,具mm级纹层或片状页理构造,含有机碳3%~7%,生物以笔石占绝对优势,一些地段可见硅质海绵骨针和放射虫。(6)早志留世的龙马溪期缺氧事件,在华南沉积了以龙马溪组(上扬子区)、高家边组、霞乡组(下扬子区)、连滩组(粤西)为代表的黑色页岩、硅质岩和粉砂质页岩。黑色页岩水平层理发育,生物以笔石为主。沉积厚度为数米至千余米不等,一般200~500m。这次大洋缺氧事件相当于国际上的Llando very期事件[4,38,39]。
尽管我国对华南黑色页岩的研究已有较长历史,但主要是从生物成矿作用和沉积学矿床学角度研究为主[30,31,40,41]。对大洋缺氧事件的研究,则主要是从20世纪80年代中后期才逐渐开展起来的[42~44]。对黑色页岩的系统同位素工作尤为薄弱,不但缺乏从大洋缺氧事件角度来系统研究这一时段
的黑色页岩成因与古海洋环境,而且对这一时段黑色页岩层位更是缺乏精确的同位素年龄资料。对这些问题的进一步研究和最终解决,有赖于同位素新技术方法的发展和应用,其中Re-Os同位素的应用具有广阔前景。
2大洋缺氧事件和黑色页岩的Re-Os 同位素定年
自然界中Re有两种同位素:185Re和187Re;Os 有7种同位素:184Os,186Os,187Os,188Os,189Os,190Os 和192Os。187Re通过B衰变形成187Os,导致Os同位素组成(如187Os/186Os,187Os/188Os)随时间而改变。这一特征赋予了Re-Os同位素体系在地质定年和同位素示踪中的应用基础。
早期的Re-Os同位素研究采用以186Os为标准化的N(187Os)/N(186Os)值和等时线方程:
N(187Os)/N(186Os)=N(187Os)/N i(186Os)+
N(187Re)/N(186Os)(e K t-1)
(1)式(1)中K为187Re衰变常数,t为形成年龄。但近年来的研究发现,以186Os为标准化存在许多弊端,如:
(1)186Os可由190Pt衰变而来(半衰期为6.1@1011
a);(2)186Os可以衰变为182W(但由于其半衰期很长2@1015a,该项影响可忽略不计);(3)质谱测量时,通常是测量N(187Os)/N(188Os)值,再用一恒定的N(186Os)/N(188Os)值标准化来求出N(187Os)/ N(186Os)值。不同的实验室,甚至同一实验室不同时期或不同人采用不同的N(186Os)/N(188Os)值;
(4)188Os的自然界丰度值(13.2%)大大高于186Os (1.59%),因此能得到更精确的质谱测量值;(5) 188Os的同质异位素干扰少于186Os。因此近年来均采用N(187Os)/N(188Os)表示法。以188Os为标准化Re-Os等时线方程为
N(187Os)/N(188Os)=N(187Os)/N i(188Os)+
N(187Re)/N(188Os)(e K t-1)
(2)
对一组样品的测定,如果这些样品同时形成并具有同样的初始比值,且至今对Re、Os保持封闭,则可从这些样品所构成的等时线的斜率计算出样品的年龄,从等时线的截距获得初始比值[45]。
沉积岩的同位素定年对精确厘定地层年表有着至关重要的作用。但是,应用地质学中常用的同位素定年方法(如Rb-Sr、Sm-Nd、U-T h-Pb、K-Ar、A r-Ar等),要么根本无法获得沉积岩的精确年龄,要么所得出的年龄信息地质意义存在较大的争论[46,47]。沉积地层中富有机质的黑色页岩通常是极好的生物地层标志层。这类岩石有较高含量的长半衰期的238U、235U和187Re,它们在还原环境下沉淀并保存,因此有可能通过这些同位素体系来获得沉积岩的精确沉积年代[48~51]。早期的工作曾用富有机质沉积岩的U-Pb同位素体系来确定显生宙地层年表,但由于普通Pb的确定及铀系元素的活动性,使这一同位素定年体系的应用受到限制[50]。
最近10年来,由于Re-Os同位素方法的发展和应用,人们发现富有机质沉积岩和黑色页岩十分适合于Re-Os同位素体系定年,并可以获得精确的地层沉积年龄。Rivizza和Turekian[51]通过对密西西比纪)泥盆纪界线处的Bakken页岩的研究,获得了一条(354?49)Ma的Re-Os等时线年龄,与该时代地层年龄(360M a)相吻合。Cohen等[52]也获得了英国三条侏罗纪富有机质泥岩的Re-Os等时线年龄,分别为(207?12),(181?13),(155?4.3) Ma。这些年龄值与用其他方法获得的年龄值相吻合。Singh等[53]在印度喜马拉雅地区下寒武统黑色页岩也获得了(554?16)和(552?22)Ma的Re-Os 等时线年龄,与这些样品采自前寒武系)寒武系界线之上几米的位置相吻合。
华南新元古界至早古生界地层的对比及精确定年,是一个多年未很好解决的棘手问题[54,55]。尽管现有的同位素年龄资料很多,但多相互矛盾,令人信服的只有来自对地层中火山岩夹层中锆石的U-Pb 年龄[56,57]。很显然,沉积地层中火山岩层的缺少和极不普遍,给锆石的U-Pb定年带来极大的局限性。然而,由于地层单元中黑色页岩的广泛而稳定的存在,黑色页岩的高精度Re-Os同位素定年为这一工作带来了新的曙光。Mao等[45]对华南下寒武系黑色页岩中的夹层N-i M o矿石进行的Re-Os同位素分析,获得了一条(541?16)M a的等时线年龄。Chen等[36]对华南下寒武统底部这套黑色页岩进行了Pb同位素分析,获得了黑色页岩的Pb-Pb等时线年龄为(531?24)M a。
对黑色页岩成功地进行Re-Os同位素定年的前提条件是这些黑色页岩中的Re和Os是直接从海水中来的,它们往往以吸附态形式存在于有机质中或赋存在硫化物中。对于陆源输入比较明显的边
缘海的黑色页岩,如果陆源碎屑物中含一定量Re 和Os,则可能无法获得高精度年龄。当然,通过改进实验方法(如采用酸分步淋溶技术),仍有可能只将样品中自生组分提取出来分析。此外,由于Re 和Os的活动性,黑色页岩沉积后经历的成岩、变质或后期热扰动事件均有可能使Re-Os同位素体系的封闭性得不到保存,从而无法获得可靠的等时线年龄。
3海洋沉积物和黑色页岩的Os同位素示踪
Re-Os同位素是近年来发展起来的一种新的同位素方法,将其应用于研究黑色页岩和大洋缺氧事件,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。Re-Os同位素的应用,具有/示踪0和/定年0的双重优势。在/示踪0方面,通过现代和古代各类海相化学沉积物的Re-Os 同位素组成研究,可以获得古海水的Os同位素组成及随时间的演化规律。
地质历史中海水的化学和同位素组成研究,一直是国际地学界研究的一个前沿领域。目前对古海水的C、O、S和Sr同位素演化曲线已有较多研究资料,而对古海水的Os同位素演化工作才刚刚开始。研究表明,海水中Os主要有三大来源(表1):(1)由河流带入海洋的Os,具有高放射性成因特征, N(187Os)/N(188Os)值很高(~1.4),反映大陆风化作用的强弱;(2)由洋中脊热液带来的或循环海水萃取地幔岩石带来的Os,具有非放射性成因特征, N(187Os)/N(188Os)值低(~0.12),反映地幔的Os 表1现代海水及各种不同储库中的Re、Os含量及同位素组成T able1Re-Os data of seawater and var ious
g eochemical r eser vo irs
储库
w(Re)/
(pg#kg-1)
w(Os)/
(pg#k g-1)
N(187Re)/
N(188Os)
N(187Os)/
N(188Os)
海水平均8240?70~104270~1.06
北大西洋海水8170?110 1.044?0.024西南印度洋海水10.87?0.34 1.057?0.038中太平洋海水8300?70 1.044?0.036东太平洋海水 6.6~9.8 1.066?0.038宇宙尘 3.7@107~5@108~0.4~0.127
海底热液(高温) 2.8~380.129~0.388海底热液(低温)980.11
同位素特征;(3)由宇宙尘带来的Os,其N(187Os)/ N(188Os)值接近于地幔值(~0.12)。不同地质历史时期,海水Os同位素组成的变化正是反映了这3个来源Os比例的变化。当大陆风化作用十分强烈时,则由河流带入的高放射性成因Os会使海水Os 同位素值增高;而在洋底火山和热液活动剧烈期,由于大量地幔起源的低放射性成因Os的加入会使海水Os同位素组成降低(图1)。
图1侏罗纪和新生代海水的Os同位素演化曲线[52] Fig.1Variation s in th e Os is otope com position of
Jurass ic and Cen oz oic seaw ater
注意在白垩纪)第三纪和三叠纪)侏罗纪界线处均存在Os同
位素比值的极低点,可能反映当时海水中或有大量由于陨石撞
击事件带来的非放射成因Os或有大量由于海底热液蚀变洋壳
岩石释放的非放射成因Os(参见表1)
深海粘土沉积物中酸可溶部分及海底含金属碳酸盐沉积物记录了海水的Os同位素组成[58~60]。Pegram等[58]建立了新生代以来海水的Os同位素演化曲线,发现过去50Ma以来,海水的N(187Os)/ N(188Os)值是逐渐升高的,特别是近15Ma以来,升高的速率加快(图1)。与海水的Sr同位素组成升高的趋势相一致。反映了这一时段造山运动及喜马拉雅抬升造成的大陆物质包括富有机质沉积岩的化学风化作用较强。
海洋N(87Sr)/N(86Sr)和N(187Os)/N(188Os)的记录与碳循环模式有关,因为海水中这些同位素比值与输运到海洋的溶解物的通量或同位素组成的改变有关。海水N(87Sr)/N(86Sr)特征常常可用来判定这些溶解物的通量[61,62],其Sr同位素组成随地质时间的变化受硅酸盐岩和碳酸盐岩的风化、沉积碳酸盐的溶解以及洋中脊热液循环的影响[63],所以Sr同位素组成与无机碳循环有联系。海水N(187Os)/N(188Os)组成为大洋和碳循环的输入提独立的判别标志,其同位素组成的变化与
有机碳循环有关[58,64],还可能受硅酸盐岩风化的影响[58],但它不受碳酸盐风化的影响。由于Sr与Os 同位素示踪体系与C循环有着完全不同的联系方式,因此两者的同位素组成可为探索气候碳循环问题提供一个全新的视角。
Co hen等[52]通过对富有机质泥岩的Re-Os同位素研究,获得了侏罗纪海水的Os同位素组成变化情况(图1)。早侏罗世早期(H ettangian期),海水的N(187Os)/N(188Os)值极低,为0.15,到早侏罗世晚期(T oarcian期),N(187Os)/N(188Os)值上升至0.8,晚侏罗世(Kimmeridg ain期)海水的N(187Os)/ N(188Os)值又稍有下降,为0.59。因此,在H et-tangian期,海水中通过海底热液蚀变地幔玄武岩带来的非放射成因Os占绝对优势,此时大陆风化作用极其微弱。这些Re-Os同位素数据同时支持在Pang ea大陆裂解前,是热液活动和火山作用的繁盛阶段。
对印度喜马拉雅地区下寒武统黑色页岩的Re-Os同位素分析表明,这些岩石的Os含量很高,是地壳平均Os含量的50倍以上[53,65]。因此,Sing h 等[58]认为这些黑色页岩的Os主要来源于海水,因此其初始N(187Os)/N(188Os)值(1.18)记录了当时海水的Os同位素组成。这一结果表明,寒武纪海水的Os同位素组成比现代大洋水的(0.9)要高。Singh等推测寒武纪早期时大陆风化作用可能比现代还要强烈,因此有更多的放射成因Os被河流带入大洋中。最近Jiang等[35]对华南下寒武统底部黑色页岩的Re-Os同位素分析表明,其N(187Os)/ N(188Os)初始比值为0.80。Jiang等综合分析了PGE地球化学特征与Re-Os同位素特征,认为部分成矿金属元素可能由海底热液提供。
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高原缺氧对人体生理的影响 工学院电子信息工程2009级（1）班何雅琼 摘要：高原环境对人体机能的影响很大,这些因素包括低氧、气候干燥、温差大、紫外线强、日照时间长、寒冷等,其中低氧对人体的影响最大。在高原低氧的环境中，人体生理机能和运动能力都会受到不同程度的影响而有别于平原地区。因此，研究了解高原自然环境特点对人体工作能力的影响以及在高原人体生理机能变化的规律，对指导高原体育教学和训练，具有重要的作用。本文通过分析高原慢性缺氧对人体生理的影响．介绍了长期居住高原者呼吸系统，血液循环系统等生理方面的特征及应对措施。 关键词：高原；缺氧；生理特征；应对措施 高原上有许多自然特点，居住在平原的人进入高原后，在低压、缺氧的条件下，人体要进行一系列适应性调节，以达到其适应高原生活的目的。机体在调节适应过程中，临床上即可出现一些症状（也称应激反应），这些反应随着每个人的年龄、性别、健康状况、精神状态等因素的不同，反应程度也有显著的差异。 1高原的环境特点 1.1 缺氧 从海平面到10万米的高空，氧气在空气中的含量均为21%。然而，空气压力却随着海拔高度的增加而降低，由此导致空气稀薄，因此氧气压力也随之降低。据测算，在海拔4270米高处，氧气压力只有海平面的58%。所以，尽管氧气在大气中的相对比例没有变化，但由于空气稀薄，氧气的绝对量却变小了，由此导致了缺氧。 1.2 寒冷 根据气象测定，海拔高度每升高150米，气温会下降1度。一般海拔高度每升高1000米，气温下降6.5度。因此，高原地区的气温比同一纬度的其它地区更寒冷。 1.3 湿度低 高原的湿度较低，使人体排出的水分增加。据测算，高原上每天通过呼吸排出的水分为1.5升，通过皮肤排出的水分为2.3升，在不包括出汗的前提下，就达到同一纬度平原地区人体所有体液排出总和的1倍。 1.4 阳光辐射强 在海拔3600米高处，宇宙间的电离辐射，紫外线强度和对皮肤的穿透力是海平面的三倍。另外，这些射线通过积雪的反射也非常强烈。据测定，积雪可将90%的紫外线反射回地表面，而草地的反射率仅为9%—17%。换句话说，由于积雪的作用，人体将遭受紫外线的双重辐射。2高原气候对人体的影响 2.1呼吸系统的变化
高原有着特殊的自然环境 ,其特点是低压、低氧、气候干燥寒冷、风速大、太阳辐射和紫外线照射量明显增大。第三军医大学心理健康教育中心杨国愉等日前完成的一项题为“高原缺氧对心理功能的影响及防护”的研究表明 ,在高原环境下 ,随着海拔的升高 ,空气中的氧分压不断降低 ,人如果长期处在这种缺氧环境中 ,严重者可出现低氧血症。由于人的神经组织对内外环境变化最为敏感 ,因此在缺氧条件下 ,脑功能损害发生的最早 ,损害程度也比较严重 ,且暴露时间越长 ,损害越严重 ,特别是对感觉、记忆、思维和注意力等认知功能的影响显著而持久。 研究人员发现,高原缺氧对人体感觉机能的影响出现较早 ,其中视觉对缺氧最为敏感。在海拔4300米以上高度时 ,夜间视力明显受损 ,并且这种损害不会因机体的代偿反应或降低海拔高度而有所改善。人体的听觉机能也会随着海拔的增加而受到影响,大约在海拔5000米左右 ,人的高频范围听力下降 , 5000～ 6000米 ,人的中频和低频范围听力显著减退 ,而且听觉的定向力也受到了明显的影响 ,这可能也是高原缺氧条件下容易发生事故的重要原因。此外人体的触觉和痛觉等也会在严重缺氧时逐渐变得迟钝 ,在极端高度时还可能出现错觉和幻觉。 在记忆影响方面 ,由于记忆对缺氧极为敏感 ,在海拔 1800～ 2400米时 ,人的记忆力便开始受到影响 ;5000米左右出现记忆薄弱 ,此时已不能同时记住两件事情了 ;以后随着海拔的升高 ,缺氧程度的加重 ,会表现出不同程度的记忆损害 ,从记忆的下降到完全丧失记忆能力。研究人员认为 ,记忆损害可能与大脑里面的海马胆碱能系统功能变化有关 ,缺氧主要影响短时记忆 ,一般不影响长时记忆。 急性高原缺氧将严重影响人的思维能力。海拔 1500米时 ,人的思维能力开始受到损害 ,表现为新近学会的复杂智力活动能力受到影响 ;3000米时 ,各方面的思维能力全面下降 ,其中判断力下降尤为明显 ;4000米时 ,书写字迹拙劣、造句生硬、语法错误 ;超过 7000米时 ,有相当一部分人可在无明显症状的情况下突然出现意识丧失。研究人员认为 ,缺氧对思维能力影响的危险性在于 ,主观感觉与客观损害相矛盾。如缺氧已导致个体思维能力显著损害 ,但自己却往往意识不到 ,做错了事也不会察觉 ,还自以为思维和工作能力“正常”。此外 ,急性高原缺氧时还会使人的注意力明显减退 ,在海拔5000米以上时 ,注意力难于集中 ,不能像平时那样集中精力专心做好一件事情。而且 ,随着海拔的升高 ,缺氧程度的加重 ,注意的范围会变得越来越窄。 研究人员指出 ,高原的特殊环境特点对机体的生理心理活动影响是明显的。对抗缺氧的最好办法是供氧 ,如对初次进入高原的人配备简易的便携式供氧装置 ,这样有助于将缺氧所致的认知功能下降等风险降低到最小程度。人对缺氧有一个适应过程 ,一般需要 1～ 3个月的时间 ,因此在首次进入高原之前 ,最好有计划地、间歇性地暴露于不同高度的环境中 ,使机体有足够的时间对环境变化进行代偿 ,以此减轻和消除由于缺氧所引起的各种症状。 高原缺氧知多少 西藏高原被誉为世界屋脊，高原上空气稀薄，氧气较少，使人类的正常呼吸受到较大的影响。 由于空气密度是随高度的升高而减小的，也就是说，愈到高处，气压愈低。为了便于计算，利用气象学上得出的气压与高度之间的换算关系，并用760毫米水银柱这一平均值代表海平面气压，来算出每一高度上气压对海平面气压的百分比，此百分比就是此高度的含氧量占平原含氧量的百分比。 拉萨市海拔3649米，含氧量占平原的64%，狮泉河海拔4278米，百分比为59%；那曲海拔4507米，百分比为56%。 高原反应应对措施（高营养） 一、高原的环境特点
环境性缺氧及缺氧症状 大气中的氧含量是20.9％。在一个氧含量低于18％的环境中，人体摄入的氧气不足，血液中的氧分压过低，血红素处于不饱和状态，各部分组织的细胞就都会由于供氧不足出现一定的变化，表现出相对应的缺氧症状。 环境大气中的氧浓度降至16～14％（氧分压122～106 mmHg）时，呼吸加深加快，脉搏加强加速，血压升高，肢体的动作协调功能变差。 环境大气中的氧浓度降至14～10%（氧分压I06～76 mmHg）时，有疲劳感，精神动作失调，注意力减退，思想出现紊乱，如同喝醉了酒，进而迷失方向，失去知觉。 环境大气中的氧浓度降至10～6%（氧分压76～46 mmHg）时，出现头痛、耳鸣、眼花、恶心、呕吐和紫疳，全身发热，失去自主动作和说话能力，并很快丧失意识，陷入昏迷。 环境大气中的氧浓度降至6%以下（氧分压46 mmHg以下）时，血压下降，心跳微弱，抽搐，张口呼吸，很快停止呼吸，进入死亡状态。 但是，个体对缺氧的耐受程度和反应有相当大的差异。特别是平时劳动强度大或患有甲状腺机能亢进等疾病的人，对缺氧更加敏感。
在严重缺氧环境中，有时会没有明显先兆症状而突然昏迷。没有准备而进入严重缺氧的环境的人，往往在自己察觉到呼吸困难时，已经无力逃生，甚至猝然死亡。 轻度的环境性缺氧患者，在及时转入供氧正常环境或及时获得补充给氧后，可以很快恢复正常。如果缺氧时间较长，可能造成脑水肿等病理变化，有不同程度的头痛、恶心、呕吐、幻觉、表情淡漠或兴奋等延续症状。严重的患者，可能造成大脑皮质、基底节等永久性病变，发生瘫痪、记忆丧失或意识丧失。 环境性缺氧现象多出现在密闭空间，例如地窖、地下室、化粪池、温室、冷库、阴沟、抽水站、涵洞、地下管道、贮罐、反应塔、船舱等。在这些地方发生缺氧现象，主要是由于空气中的氧气被消耗而没有补充或更新的缘故。在密闭空间放置的金属设备生锈会消耗氧，存放的农产品会消耗氧。另外，气体输送管道的漏泄、沼气的生成等，都会把密闭空间里面原有的氧气置换掉。 要有明确的环境性缺氧意识。在进入密闭空间以前，一定要进行检测。必须进入缺氧空间时，要配备必要的供氧装备或直接通连外界新鲜空气的呼吸器具。过滤性呼吸面具不能解决氧气的匾乏，用湿毛巾捂住口鼻也不能解决缺氧。 一般说来，凡是氧含量低于20.9%的环境，都是缺氧环境。即便是轻度缺氧的环境，长期在其中生活、工作，也会终身体健康带来不
锶同位素在自然科学技术中的应用综述 姚娟娟近年来，随着自然科学技术在考古学中的广泛应用，同位素分析方法作为其中之一，越来越得到考古学家的重视，并在考古遗址的分析研究中得以运用，取得较为显著的成果。此外锶同位素在考古学、地层学、沉积学、古气候、石油地质学和矿床学等领域中都有着广阔的应用前景。 本文就锶同位素分析法在考古学、地层学、古季风研究方面的应用进行一些简单介绍。 一、锶同位素在考古学中的应用。 在考古学的新领域里，考古学家们广泛地运用同位素分析方法，获取了大量史前人类的信息。例如通过对骨骼中13C 和15N同位素的研究可以了解人们食物中C3、C4植物及海洋和陆生食物所占的比例；通过对骨骼中=5 L 30 比值的研究可以了解人们在食物链中所处的营养等级，并据此来探究古人类的食谱。Ericsion1985年首先提出了利用锶同位素来了解人们的迁移情况，近年来随着考古学家的尝试和分析技术的提高，已经成为一种比较成熟的考古学方法。在一些研究中已经取得了一些非常好的结果，比较成功地解决了一些考古学难题。 锶同位素示踪技术在考古学中的运用已经越来越受到人们的关注。首先是对考古遗址中骨骼内锶同位素的测量已经成为研究史前人类迁移状况的一个有效方法。研究的材料主要是人骨和牙齿。 在理想的情况下，迁移人口的牙釉质的锶同位素值应当与当地人的骨骼和牙釉质中的值完全不同，然而这种区别并不总是明显的。在这些研究中经常发现骨骼和牙釉质的同位素比值是一个范围。所测定的骨骼组织的值中那些特别高或者低的值很明显的是外来的个体，但是没有一个客观的标准来区别那些与当地值的范围接近的个体。进行研究的工作者建议用来区分当地和外来人口的置信界限应当用生物利用锶同位素比值的平均值（由动物样品确定）±2倍的标准偏差。虽然有时标准的选择是有些主观的，但按照习惯用这个来辨别史前人口迁移情况已经成为一个相对客观的标准。 在欧洲史前史中，线纹陶文化的年代大约为公元前5700 年－公元前5000年，传统上被认为是中欧新石器的最初阶段，其源头是匈牙利平原的斯达克沃—克洛斯文化，后来扩展到其他地区，因此长期以来被当作史前时期人类迁移的经典例子。T.D.Price等人选取了莱茵河上游地区属于线纹陶文化的两处墓地进行锶同位素的研究，一处叫做福勒姆波恩一处叫做斯沃辛根。经研究确认，福勒波恩的11个个体中有7个是迁移来的，占总数的64%；斯沃辛根的21个个体中有7个是迁移来的，占总数的33%。研究结果表明两处墓地中的个体存在较高的迁移率，说明线纹陶文化中的农民有着高的迁移率并且与周围其他区域的农民有着交流。从中我们可以看出，一般情况下，用锶同位素来确定人类的迁移问题是一个直接而又有说服力的方法。牙釉质中的锶同位素反映人的出生地，骨骼中的反映出人的死亡地。同一个体的两者间存在差异，表明这个人在一生中曾经迁移过，并且由此还可能解决人类的
第24卷 第2期2009年6月 地 质 找 矿 论 丛 Vol .24 No .2Ju n .2009 收稿日期: 2007-12-17; 改回日期: 2009-03-24 基金项目: 国家自然科学基金(40672072)和教育部博士点基金(20050616005)联合资助。 作者简介: 胡作维(1981-),男,广东佛山人,博士研究生,主要从事油气储层地质学研究。通信地址:四川省成都市成都理工大学沉积地质研究院;邮政编码:610059;E -mail :hzw cdu t @https://www.doczj.com/doc/0e8546908.html, 锶同位素方法在油气储层成岩作用研究中的应用 胡作维,黄思静,王春梅,邹明亮,孙 伟 (成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,沉积地质研究院,成都610059)摘 要: 锶同位素地球化学方法在储层成岩作用研究中已得到了一定关注,文章介绍了国内外有关锶同位素地球化学在碳酸盐岩储层和碎屑岩储层成岩作用的应用研究现状,并对不同来源(海源、陆源和幔源)成岩流体的锶同位素特征进行了简述。关键词: 锶同位素;储层;成岩作用;地球化学;油气地质学doi : 10.3969/j .issn .1001-1412.2009.02.014 中图分类号: P597;P 618.130 文献标识码: A 文章编号: 1001-1412(2009)02-0160-06 0 引言 近年,锶同位素研究方法已经成为一种新兴的沉积同位素地球化学研究工具。尽管锶同位素地球化学早在上世纪50年代已奠定了基础,其后得到了快速发展,被广泛用于测定复杂物质的年龄、探索火成岩和变质岩的成因及其对应的矿床成因、地壳及上地幔演化等问题的科学研究中[1],并取得了重要的成果,因而得到了国内外众多专家学者的密切注意,但是锶同位素地球化学在沉积地质学和油气地质学中一直未能得到广泛应用。虽然早在1948年著名的瑞典地球化学家Wickm an 已经认识到锶同位素在沉积地质学研究中有着重要价值[1] ,但直到34年后,Burke 等[2]文章的发表才使人们开始对用于锶同位素地球化学研究的沉积岩样品范围及其成岩蚀变对锶同位素分析的影响有了进一步的理解[3] ,并促使其在沉积地质学研究中进入了实用阶段,得到了深入研究和广泛应用。近20多年来,国内外出版了大量学术论文和著作[3-8],这方面的研究已经形成了一门新的学科分支———锶同位素地层学(S tro ntium Iso to pe Stratig raphy ,简称SIS )。 近10年,为了满足日益增长的油气消费需求,各国均加强油气资源的勘探开发工作。锶同位素地球化学方法作为一种新的有效的地球科学研究手 段,以及其在沉积地质学和地层学中的成功运用(锶 同位素地层学),使得国内外众多专家学者迅速将其 运用到油气勘探研究工作中,特别是在油气储层研究中。锶同位素地球化学的引入,使得储层成岩作用研究开创了新局面,并迅速有效地解决了一些长期争论的问题。同时在综合油气地质学、沉积地质学、水文地质学和地球化学等多学科的基础上,形成了锶同位素储层地球化学(S tro ntium Iso topic Res -ervoir Geochemistry ,简称SIRG )这一新的学科分支。目前,锶同位素地球化学已广泛用于储层地质学的各个领域中,包括成岩演化、沉积环境、地层划分和定年等诸多方面。 1 锶和锶同位素 锶是化学元素周期表第二族(ⅡA )的主族元素之一,与镁、钙等同属碱土金属元素。地壳中锶的丰度为480×10-6,远远低于同族的镁(28000×10-6 )、钙(52000×10-6 );河水中锶的丰度为0.07×10-6,海水中锶的丰度平均为8.01×10-6[9]。由于化学性质活泼,锶属于典型的分散元素,只有少数的锶能形成自己的独立矿物(如天青石和菱锶矿等)。锶常常以下列方式进入矿物体系中:①作为杂质进入矿物;②占据晶格缺穴;③吸附在晶体表面;④与矿物的主要元素发生固相类质同象替换[10]。
浅论放射性同位素示踪技术的应用-----《原子物理》课程论文 这学期通过学习XX老师的《原子物理》课程，我对原子物理其中一个领域—放射性同位素产生了很大的兴趣，这兴趣源于我在高中时期对生物学科中同位素示踪法的学习经历，当时我就感觉这一技术十分奇妙，但不明原理，《原子物理》课程让我认识并理解了物理和生物两大学科之间的这一联系。课堂上老师简明扼要地介绍了一些有关的应用，但是我仍不满足。老师只能作为课程的引路人，为学生指明入门方向，要想横向更加广泛地，纵向更加深入地了解这一课程的某个领域还是要学生在课外多方搜集资料，筛选整合有价值的信息，通过比较和研究，最终形成自己对这一领域的独特而深刻的认识，放射性同位素的应用浩瀚广博，即使仅仅只谈它的示踪技术应用，也远非我这篇小论文可以概述详尽的，所以我也只能用“浅论”这两个字。下面我就对放射性同位素示踪技术的应用进行浅显的介绍和论述。 具体论述前我们首先要明确相关的基本概念，无论结构多么复杂的物理学大厦，它的地基都是由一块块叫做“基本概念”的砖石筑成的。基本概念不明晰，我们就无法理解为什么放射性同位素具有如此广泛而丰富的应用。那么什么是“放射性同位素”呢？科学家发现，元素周期表中同一位元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质（质子数相同，但中子数不同）的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素。 放射性同位素不断发出射线，它到哪里，人们就可以追踪到哪里，可作为示踪剂使用。示踪剂可以是示踪原子，也可以做成示踪化合物。因为加入示踪剂之后，就像贴上标记一样，所以又称之为标记化合物。人们已经用氚、碳-14、磷-32、硫-35、碘-125等许多核素合成了许许多多标记化合物。用放射性同位素示踪技术（以下简称示踪技术）作检测，具有灵敏度高、方法简便、干扰少、准确性好等优点，因此，在工农业生产、医疗、环保、国防和科学研究等许多领域有着十分广泛的应用，并且这种应用还在迅速扩展。 （一）示踪技术在生物学领域的应用 高中时期我们就曾经学过同位素示踪法在生物学科的应用，即用示踪元素标记的化合物，可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。它可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。有关光合作用的基本产物的知识，也是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外，有些植物具有非常巧妙的机能——在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼，就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳-14进行研究后才发现的。利用示踪剂二氧化碳-14还可以研究有关植物呼吸的详细情况。例如，由于昼夜之间的差别，植物的呼吸情况有什么不同？呼吸对光合作用有什么影响？不同植物之间，呼吸有什么差异等等。 （二）示踪技术在工业生产领域的应用 放射性示踪剂在工业生产中有着广泛的应用。石油蕴藏在地下，油层非均匀性质很严重，油水分布复杂。搞清地下油水分布的情况，对提高采油率有着十分重要的意义。如果用氚或碘-125、硫-35作示踪剂，注入油井中，打一些监测井进行监测，就可以知道地下油水的分布情况。再如，不同公司生产的石油往往共用一条输油管道，要想把哪个公司输送过来的石油分辨得一清二楚，也可找示踪剂来帮忙。例如在甲公司的石油中加入放射性碘做示踪剂，在乙公司的石油中加入放射性硫做示踪剂，当接收站测到放射性碘示踪剂信号时，就知道甲公司的石油过来了，就会自动打开甲公司的贮油槽。当测到放射性硫示踪剂信号时，就知道是乙公司的石油过来了，就会打开乙公司的贮油槽，保证不会认错货。 （三）示踪技术在科学研究领域的应用 用氚标记示踪剂可以帮助水利学家们研究江河中泥沙是怎么淤积的。利用氯-36示踪剂可以帮助人们了解地下水运动走向和渗透率的大小。利用碳-14示踪剂可以研究大洋水流的循环模式和全球气候变暖的原因，等等。磷-32、硫-35、碘-125、碳-14或氚作示踪剂，可以帮助医生从分子水平研究神经系统、内分泌系统疾病的机制，进行药物代谢，基因工程等研究。用磷-32或硫-35标记的核苷酸，可用于DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）分子序的测定。 （四）示踪技术在医学领域的应用 通过查阅相关医学文献，我发现在医学研究中，经常需要了解某种物质在机体内的分布情况和代谢规律，包括药物、抗体、细胞膜受体，基因片段以及蛋白质等各种分子。如何能够较为方便地在活体动物或人体条件下了解这些情况呢？示踪技术是一种较为常用的方法。随着放射性标记药物的品种不断增加，在体外探测体内放射性分布的设备不断进步，示踪技术应用越来越广泛。最早，我们为了解甲状腺的功能，给病人口服放射性碘，然后测定甲状腺部位的放射性高低，定量显示甲状腺的摄碘功能，这一方法沿用至今，对于甲状腺整体和甲状腺肿块局部功能的评价，用数字或图像的方式很容易获得。还可以用于
同位素示踪与荧光标记技术 [热考解读] 1．同位素示踪法 (1)同位素示踪法：用示踪元素标记的化合物，可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学的研究方法叫做同位素示踪法，也叫同位素标记法。(2)应用：可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。还可用于疾病的诊断和治疗，如碘的放射性同位素可以用来治疗甲状腺肿大。 (3)使用注意事项：一次只能使用一种同位素标记 2．荧光标记法 荧光标记法(Fluorescent Labeling)是利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标志物对研究对象进行标记的分析方法。 (1)常用的荧光蛋白为绿色和红色两种 ①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，分子量为27 kD，具有238个氨基酸，蓝光或近紫外光照射，发射绿色荧光。 ②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光，有着广泛的应用前景。 (2)人教版教材中用到荧光标记法的地方 ①《必修1》P66“细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。 ②《必修2》P30“基因在染色体上的实验证据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。 (3)荧光标记法特别是在免疫学研究中也有重要的作用，例如免疫荧光抗体标记法。将已知的抗体或抗原分子标记上荧光素，当与其相对应的抗原或抗体起反应时，在形成的复合物上就带有一定量的荧光素，在荧光显微镜下就可以看见发出荧光的抗原抗体结合部位，检测出抗原或抗体。 [命题设计] 1．(2018·山东青岛一模)同位素标记法常用于追踪物质运行和变化规律的研究，下列相关叙述不正确的是() A．给小鼠供应18O2，其呼出气体中可能含有C18O2 B．用含3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸的营养液培养洋葱根尖，只能在分生区细胞中检测到放射性 C．用15N标记DNA分子，可用于研究DNA分子的半保留复制 D．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，保温、搅拌、离心后可检测到沉淀物中放射性很高
题目：同位素示踪在植物光合作用研究中应用 学院：XXXXXXX学院 专业班级：XXXXXX班 姓名：XXX 引言： 同位素示踪法是利用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，Hevesy创立了示踪实验并于1923年首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。继后Jolit和Curie于1934年发现了人工放射性，以及其后生产方法的建立（加速器、反应堆等），为放射性同位素示踪法的更快的发展和广泛应用提供了基本的条件和有力的保障。 中文名称：同位素示踪 英文名称：isotopic tagging;isotopic tracing 定义：化合物的同位素标记物与其非标记物具有相同 的生物化学性质，且同位素能够很灵敏地被检测，因而 追踪同位素标记物在所研究对象中的移动、分布、转变 或代谢等，是生物科学研究的有力手段。 正文： 同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性
质。因此，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。放射性同位素和稳定性同位素都可作为示踪剂（tracer），但是，稳定性同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度，测量方法简便易行，能准确地定量，准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点： 1.灵敏度高 放射性示踪法可测到10-14－10-18克水平，即可以从1015个非放射性原子中检出一个放射性原子。它比目前较敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最准确的化学分析法很难测定到10-12克水平。 2.方法简便 放射性测定不受其它非放射性物质的干扰，可以省略许多复杂的物质分离步骤，体内示踪时，可以利用某些放射性同位素释放出穿透力强的r射线，在体外测量而获得结果，这就大大简化了实验过程，做到非破坏性分析，随着液
铅污染的原位环境同位素示踪技术 齐孟文 中国农业大学 背景 铅是5种生物毒性显著重金属汞、镉、铬、铅及砷中之一，对人的神经系统、免疫系统、心血管系统及生殖系统等均具有毒性。由于人类活动的加剧，因采矿、工业及交通粉尘、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致铅环境污染日益受到关注，对铅污染的来源及负担通量分析，有利于从源头对污染进行治理。铅污染的铅同位素组成具有原位指纹特征，为污染的溯源性分析提供一种便捷的分析技术。 原理 自然界的铅有4种稳定同位素，其中204 Pb的半衰期为1.4 ×1017a ,远大于地球形成的年龄4.6 ×109 a ,因而可以看作是稳定同位素, 绝对含量不随时间而变化。其它3 种是放射性成因稳定性核素206 Pb、207 Pb 和208 Pb，分别是238U、235U、232Th衰变的最终产物, 其同位素丰度随着时间而增加。铅同位素分子的质量数大, 同位素分子之间相对质量差小, 一旦形成后在次生演化过程，几乎不产生同位素分馏作用，其同位素组成主要受起源区的始铅含量及放射性铀、钍衰变反应的制约, 次生作用过程中即使所在系统的物理化学条件发生改变，同位素组成一般也不会发生变化。不同的环境介质、成因机制及时间上形成物质具有不同的同位素组成特征,或者说特定的“地球化学指纹”。因此根据污染样品的铅同位素组成, 结合铅同位素的地球化学背景值, 就可以确定污染来源，进而可以用同位素比率方程求的各主要污染源的贡献。 计量 N个端源的同位素比率或核素含量混合的计量方程推导如下。设其某一元素的一对同位素核素的质量浓度分别记为和，其中i 表示元素,表示来源（）。令，表示合物中第源所占的质量分数，且和为混合物中该对同位素核素的质量浓度，则有质量平衡定律有 ij a ij b j n 1j i ???=，，∑=j j j A /A f j A j i a i b in n i22i11i a f a f a f a +???++= in n i22i11i b f b f b f b +???++= 令，移相合并同类项得 i i i /a b x =0f b -x (a f b -x a f b -x a n i2i in 2i2i i21i1i i1=+?????++））（）（ 用行列式表示方程等价为 0f f b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a n 2nn n nn n2n n2n11112n 22n 2222221 221=????? ???????????????????????????f b -x a b -x a b -x a 11n 11n 1221211111????
“同位素示踪法”专题练习 同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。一、3H练习 1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下温育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。放射性将主要存在于（） A．叶绿体和高尔基体B．细胞核和液泡C．细胞核和内质网D．线粒体和叶绿体2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是（） A、H2O B、CO2 C、C2H5OH D、C3H6O3 3．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（3H 标记）。当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。因此，可以肯定被标记的化合物是（） A 一种氨基酸 B 尿嘧啶核苷 C 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 D 葡萄糖 4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是（） A．用3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素 C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程 5．为了研究促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中只加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR 并加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题：（1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是，该种分子所在的细胞结构名称是、。 （2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的，原因是。（3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的期。 （4）在上述实验中选用3H-TdR的原因是。二、14C练习 1．若用14C 标记CO2 分子，则放射性物质在植物光合作用过程中将会依次出现在（） A．C5、CO2、C3、（CH2 O）B．C3、C5、（CH2 O） C．CO2、C3、（CH2 O）D．CO2 、C3、C5、（CH2 O） 2．用同位素标记追踪CO2 分子，某植物细胞产生后进入相邻细胞中被利用，一共穿越几层磷脂分子层?（） A 2层 B 4层 C 6层 D 0层或8层 3．科学家利用“同位素标记法”搞清了许多化学反应的详细过程。下列说法正确的是（） A．用14C 标记CO2 最终探明了CO2 中碳元素在光合作用中的转移途径 B．用18O标记H2 O和CO2 有力地证明了CO2 是光合作用的原料 C．用15N标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律 D．用35S标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质 4．用同位素14C 标记的吲哚乙酸来处理一段枝条一端，然后探测另一端是否 含有放射性14C 的吲哚乙酸存在。枝条及位置如右下图。下列有关处理方法 及结果的叙述正确的是（） A．处理图甲中A端，不可能在图甲中的B端探测到14C 的存在 B．处理图乙中A端，能在图乙中的B端探测到14C 的存在
“同位素示踪法”专题复习 同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。 一、3H练习 1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下温育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。放射性将主要存在于：（） A．叶绿体和高尔基体B．细胞核和液泡C．细胞核和内质网D．线粒体和叶绿体 2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是（） A、H2O B、CO2 C、C2H5OH D、C3H6O3 3．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（3H标记）。当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。因此，可以肯定被标记的化合物是（） A一种氨基酸B尿嘧啶核苷C胸腺嘧啶脱氧核苷酸D葡萄糖 4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是（） A．用3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素 C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程 5．为了促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题： （1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是，该种分子所在的细胞结构名称是，。 （2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的，原因是。 （3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的期。
同位素示踪法是什么 同位素示踪法(isotopic tracer ?method)是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，示踪实验的创建者是Hevesy。Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研 究铅盐在豆科植物内的分布和转移。继后Jolit和Curie于1934年发现了人工放射性，以及其后生产方法的建立(加速器、反应堆等)，为放射性同位素示 踪法的更快的发展和广泛应用提供了基本的条件和有力的保障。下面小编就 给大家科普一下关于同位素示踪法的资料，欢迎阅读。 ?同位素示踪法简介用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂，研究化学、 生物或其他过程的方法。放射性核素或稀有稳定核素的原子、分子及其化合物，与普通物质的相应原子、分子及其化合物具有相同的化学、生物学性质。例如，含有放射性核素的食物、药物或代谢物质，与相应的非放射性的食物、药物或代谢物质在生物体内所发生的化学变化及生物学过程完全相同。可以 利用放射性核素的原子作为一种标记，制成含有这种标记核素的食物、药物 或代谢物质。由于放射性核素能不断地发射具有一定特征的射线;通过放射性探测方法，可以随时追踪含有放射性核素的标记物在体内或体外的位置及其 数量的运动变化情况。如果用稳定核素原子作为标记，则通过探测该原子的 特征质量的方法追踪。示踪原子(又称标记原子)，是其核物理特征易于探测 的原子。含有示踪原子的化合物称为标记化合物。在特殊情况下，有时也采 用标记的细胞、微生物、动植物等各类标记物。1912年G·C·DE赫维西首先 试用同位素示踪技术，并陆续作了许多工作。由于其开创性贡献赫维西1943年获得了诺贝尔化学奖。从30年代开始随着重氢同位素和人工放射性核素的发现，同位素示踪方法大量应用于生命科学、医学、化学等领域。同位素示
高原缺氧知多少 西藏高原被誉为世界屋脊，高原上空气稀薄，氧气较少，使人类的正常呼吸受到较大的影响。由于空气密度是随高度的升高而减小的，也就是说，愈到高处，气压愈低。为了便于计算，利用气象学上得出的气压与高度之间的换算关系，并用760毫米水银柱这一平均值代表海平面气压，来算出每一高度上气压对海平面气压的百分比，此百分比就是此高度的含氧量占平原含氧量的百分比。拉萨市海拔3649米，含氧量占平原的64%，狮泉河海拔4278米，百分比为59%；那曲海拔4507米，百分比为56%。从海平面到10万米的高空，氧气在空气中的含量均为21%。然而，空气压力却随着海拔高度的增加而降低，由此导致空气稀薄，因此氧气压力也随之降低。据测算，在海拔4270米高处，氧气压力只有海平面的58%。所以，尽管氧气在大气中的相对比例没有变化，但由于空气稀薄，氧气的绝对量却变小了，由此导致了缺氧。 在不同的海拔高度，旅游者可能会出现以下症状： 1500米：在暗处的视力减弱。 1500-1800米：高级思维功能减弱或缺乏。 3300米：简单的算术变得非常困难。 4600米：写字和考虑问题受到影响。 5500米以上：100%的游人会患上咽喉炎和气管炎。
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Sr同位素及其在地学研究中的应用 摘要：Sr的同位素是非常有意义的地球化学指标，具有广泛的应用。包括Rb-Sr 法定年与其他的元素结合应用于岩浆岩的划分地层年代的确定,恢复古气候环境等。本文主要对Sr同位素特征及其在Rb-Sr定年中的应用做一定的探讨和总结，并对Sr同位素在其他地学研究中的应用做一些简单介绍。 关键词:Sr同位素Rb-Sr测年Rb/Sr比值 前言 自然界中Sr有四个同位素包括84Sr、86Sr、87Sr和88Sr，其中87Sr 可以由87Rb通过衰变得到，因此最初用途是Rb-Sr法定年之后随着地球化学的发展Sr元素的用途逐渐扩展，现在其用途已是十分广泛。自40年代初Rb-Sr衰变开始被用于地质年龄测定以来,Rb-Sr同位素已在地球科学的各个领域获得了广泛的应用。尤其是近年来,随着 Rb-Sr同位素地球化学理论和测试技术的进一步成熟和完善,Sr 同位素作为研究风化系统中环境、水文、生物地球化学物质循环问题的有力工具。 一、Sr同位素 锶的原子序数是38，原子量为 87.62 ，位于元素周期表第五周期第ⅡA 族，属碱土金属元素。锶的离子半径（1.13?）稍大于钙的离子半径（0.99?），因而锶可以类质同象的方式分散在含钙的矿物
中，如斜长石、磷灰石和钙质碳酸盐（尤其是文石），但锶很少替换富钙辉石（如透辉石、普通辉石等）中的钙。由于锶和钾的离子半径相差不大，所以Sr2+也能被捕获在含钾矿物中K+ 的位置上。Sr有四种同位素：84Sr-0.56%,86Sr-9.86%,87Sr-7.02%,88Sr-82.56%。其中，87Sr 和87Rb通过β－衰变形成的放射性成因Sr同位素。 在1906年，由 N. R. Campbell 和 A. Wood 首先发现铷的天然放射性。 1937年， O. F. Hahn 和 J. Mattauch 确定这种放射性是由87Rb引起的。O. F. Hahn 和 E. Walling 在1935年对应用87Rb 衰变成87Sr来确定含铷矿物年龄的可能性进行了讨论，并在1943年应用这种方法测定了第一个年龄值。不过，早期的测定对象仅限于富铷的矿物如锂云母、铯榴石等。自五十年代以来，由于同位素化学分离技术的改进，固体同位素质谱计和质谱同位素稀释法的应用，以及全岩 Rb－Sr 等时线法的应用和不断完善，因而锶同位素在地质科学领域内的应用获得了飞速的发展。 Rb-Sr 等时线法不仅适用于测定各种地质体的同位素年龄，而且更为重要的是，在年龄测定过程中，所获得的初始87Sr /86Sr是一个十分重要的地球化学参数。在解决诸如地球的演化、地壳的形成机理、岩浆作用、岩石与矿石的成因以及成岩成矿物质来源等许多重大地质问题上，初始87Sr /86Sr具有十分重要的意义。 二、Rb-Sr法测年原理及其应用 2.1 Rb-Sr测年原理
高原训练是指有目的、有地将运动员组织到具有适宜海拔高度的地区，进行定期的专项运动训练的方法[1]。国内外训练工作者在20世纪60年代就开始注意到，生活在高原地区的运动员具有较高的耐久力。因此高原训练得到国内外体育界的普遍重视[2]，同时高原训练的方法也不断改进，并采取了一些新的训练手段及模拟训练方法（如：高住低练训练法、间歇性低氧训练、低压氧仓训练、呼吸低氧混合气体、模拟高原训练场馆、可调氧分压式睡仓等）。参与高原训练的项目已由原来的一些主要耐力运动项目，如中长跑[3]、竞走[4]、自行车[5]等，发展到几乎所有的奥运会项目。因此，高原训练仍是目前体育科研中的一大研究热点。 1高原训练对运动能力的影响机制 高原训练对机体产生的生理反应是极其复杂的，并且存在着不同的适应规律。一般认为，人在高原低氧条件下，红细胞生成增多，呼吸循环功能增强是机体在该条件下进行的生理性代偿的基本方式，而循环功能的增强是这种代偿反应最重要的表现，机体通过神经反射和高层次神经中枢的调节、控制作用使心输出量和循环血容量增加，补偿细胞内降低了的氧含量，从而提高耐受缺氧的能力，适应恶劣的低氧环境，以维持正常的生命活动[6]。 从目前的研究结果分析，高原训练对有氧代谢能力的提高有积极作用，其机制可能是高原训练可改善心脏功能及提高红细胞和血红蛋白水平，有利于氧的传送；同时，红细胞内2,3-二磷酸甘油酸浓度增加及骨骼肌毛细血管数量和形态的改善，有利于氧的释放和弥散，从而导致机体的V[,o[,2]max]增加。另外，高原训练可使骨骼肌线粒体氧化酶活性升高，导致机体利用氧的能力及氧化磷酸化能力增加。以上综合作用使机体的有氧代谢能力得到提高[1]。 1.1高原训练对红细胞的影响机制 1.1.1高原训练使机体出现一系列代偿性反应 由于高原自然环境相对缺氧，导致机体出现一系列代偿性反应。首先缺氧较早的反应是红细胞生成素增加，刺激骨髓造血组织释放大量的红细胞，使血红蛋白值增加，以便携带和运送更多的氧气到体内各组织，适应机体的需氧量，所以，高原训练期间最直接最重要的指标是血红蛋白。我国中长跑、游泳、自行车、滑冰等项目多年来高原训练的实践表明，高原训练期间，运动员晨脉下降，血红蛋白增多，乳酸曲线右移值逐周递减，笔者跟随甘肃中长跑、自行车队高原训练期间对运动员主要生理指标的探测也证明了这一点。血红蛋白值的增加，并不是呈直线的，而是呈螺旋状的，总的趋势上升，但随着强度的加大而间或下降[7]。 1.1.2高原训练影响红细胞的因素 研究表明，高原可导致机体红细胞(RBC)和血红蛋白(Hb)不同程度的增加。但关于高原训练期间促红细胞生成素(EPO)的变化情况，研究结果并不一致[8]。冯连世[9]等通过系统观察高原训练期间优秀中长跑运动员血清EPO、RBC、Hb、网织红细胞(RC)及血球压(HCT)的变化规律，探讨高原训练对红细胞生成的作用，为科学地进行高原训练提供参考依据。 1.1. 2.1高原训练缺氧与EPO EPO是一种调节红系祖细胞生成的激素，其血清浓度随血氧含量的变化而发生相应的改变，以维持机体在低氧或高氧环境中正常的生理功能，但当它的血氧浓度过高或过低时，会引起红细胞增多或红细胞生成不足。研究表明，只要血氧浓度下降持续4小时以上，就会刺激体内EPO合成的数量增加，继之血液中EPO浓度增加，血红蛋白浓度和血细胞压积增高[10]。当机体处于缺氧状态下，血中EPO浓度会急剧上升，甚至超过正常基线1000倍以上，但这种变化只在缺氧时间超过4小时以上时才会发生。 1.1. 2.2高原环境与红细胞生成红细胞生成增加，通过网织红细胞(RC)数量的增加，血清铁和铁蛋白的减少得以表现[11]。与单纯地在高原上不参加训练的安静组相比，高原训练似乎更能促进红细胞的生成。研究发现，在中等海拔训练和久居高原上不参加训练的安静组之间，前者的RC明显增加。这表明缺氧和运动这两种刺激是分别起作用的，红细胞生成的促进因素不仅只与缺氧程度有关。另外，在升到海拔4000m高度的过程中Hb浓度会直线