15第五章同位素地球化学5

分馏系数分馏系数表示同位素的分馏程度，反映了两种物质或两种物相之间同位素相对富集或亏损程度。

在自然界，分馏系数是指两种矿物或两种物相之间的同位素比值之商。

其表达式为：□ A-B＝RA/RB式中A和B表示两种物质(物相)，R代表重同位素对轻同位素的比值，如18O/16O，13C/12C等。

□ 值偏离1愈大，说明两种物质之间的同位素分馏程度也就愈大；□=1时，物质间没有同位素分馏。

δ值稳定同位素组成常用δ值表示，δ值指样品中某元素的稳定同位素比值相对标准（标样）相应比值的千分偏差。

其公式为□δ值能清楚地反映同位素组成的变化，样品的δ值愈高，反映重同位素愈富集。

样品的δ值总是相对于某个标准而言的，同一个样品，对比的标准不同得出的δ值各异。

所以必须采用同一标准；或者将各实验室的数据换算成国际公认的统一标准，这样获得的δ值才有实际应用价值。

比较普遍的国际公认标准为：①SMOW，即标准平均海洋水，作为氢和氧的同位素的国际统一标准；② PDB，是美国南卡罗来纳州白垩系皮狄组地层内的似箭石，一种碳酸钙样品，用作碳同位素的国际统一标准，有时也作为沉积碳酸盐氧同位素的标准；③CDT,是美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁，用作硫同位素的国际统一标准。

稳定同位素实验研究表明，大多数矿物对体系（矿物-矿物）或矿物-水体系，在有地质意义的温度范围内,103ln□ 值与T 2成反比,T为绝对温度。

103ln□ 值可以近似地用两种物质的δ差值表示,即δ-δB=ΔA-B≈103ln□A-B。

因此,只要测得样品的δ值,就可直接计算出103ln□值。

它同样表示物质间同位素分馏程度的大小，利用它可绘制同位素分馏曲线，拟合同位素分馏方程式和计算同位素平衡温度(见地质温度计)。

在稳定同位素地球化学研究中，H、C、O、S等研究较深入。

它们在天然物质中分布广泛，可形成多种化合物，由于它们的同位素质量数都比较小，相对质量差别大，因而同位素分馏更明显，这对确定地质体的成因及其物质来源和判明地质作用特征具有重要意义。

考试题型一、名词解释（10 ×2 =20分）二、填空题（30 ×1 =30分）三、简述题（3 × 10=30分）四、计算题（2 × 10=20分）主要章节0 绪论第一章：太阳系和地球系统的元素丰度第二章：元素的结合规律与赋存形式第三章：地球化学热力学和地球化学动力学第四章：微量元素地球化学第五章：同位素地球化学第六章：环境地球化学第七章：水-岩化学作用和水介质中元素的迁移第八章：生物和有机地球化学第九章：地球的化学演化一、主要名词解释1. 丰度：是指研究体系中被研究元素的相对含量，用重量百分比表示。

2.克拉克值:指任意一个元素在地壳中的平均丰度，称为克拉克值。

3 .元素地球化学亲和性:指阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的倾向性。

4.亲铁性元素、亲氧性元素和亲硫性元素亲氧性元素:倾向与氧结合形成氧化物或含氧盐的元素。

也称为亲石性元素。

亲硫性元素：倾向与硫结合形成硫化物或硫酸盐的元素。

也称之为亲铜性元素。

亲铁性元素：元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。

5 .类质同像：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其它质点(原子、离子、配离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变的现像称为“类质同象”。

6 .元素赋存形式：指元素在一定的自然过程或其演化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系。

元素的赋存形式的含义应包括元素的赋存状态和元素的存在形式。

7. 简单分配系数、能特斯分配系数能斯特分配系数C1 / C2 =a1 / a2 = K D(T, P)在温度、压力一定的条件下，微量元素i（溶质）在两相平衡分配时其摩尔浓度比为一常数（K D ），K D 称为分配系数，或称为能斯特分配系数，也称为简单分配系数。

8 .相容元素：指那些在岩浆发生过程中其离子半径和电价允许它们容纳在地幔矿物中的微量元素（类质同相形式），如Cr、Co、Ni、V、Sc及重稀土元素等。

同位素地球化学
同位素地球化学是以同位素的分布特征为研究对象，研究地球内部和表面形成过程和变化的一门重要的地学分支。

它利用稳定同位素的比值来研究地球的演化及其在时空尺度上的变化。

同位素地球化学既是一门独立的学科，也是地球科学中的多学科交叉学科。

它将地球科学、核物理学、化学和生物学等多学科有机地结合在一起，研究地球中某种物质的原始成分，以及它们在地球内部、大气中等不同环境中的运动、改变和转化过程，以及由此引起的地球演化过程。

同位素地球化学的研究方法有多种，其中最重要的是测量和分析地球表面、地壳、地幔和地球内部的同位素比例。

它的研究重点是地球作为一个整体的演化过程，以及地球内部物质的原始成分、流动性和转化过程，以及它们如何影响地球表面和大气环境的演变。

一般而言，同位素地球化学的研究不仅要研究地球表面和内部的同位素含量，还要研究其分布特征。

通常情况下，同位素的分布特征受到地壳、地幔和地球内核的影响，它们的分布特征各不相同。

在同位素地球化学的研究中，要根据地球的特定环境对同位素的分布特征进行分
析，可以深入地理解地球的演化过程、结构特征以及其影响因素。

在实际应用中，同位素地球化学已经成为地质勘查、矿物开采、矿产评价以及环境保护等领域的重要手段之一。

人们可以利用同位素地球化学的结果，对潜在的矿产资源进行定量评估，进而提高地质勘查的准确性和效率。

此外，同位素地球化学还可以用来研究地表微生物的活动、空气污染的源头和扩散趋势，以及地表水的污染特征等。

总之，同位素地球化学是地球科学研究的一个重要分支，它结合了多学科的知识，为地质勘查、矿产开发、环境保护和其他领域的实践活动提供了有效的技术支持。

15n同位素标记法15N同位素标记法是一种用于研究氮循环和生物地球化学过程的重要方法。

本文将介绍15N同位素的特点、应用领域以及标记原理等内容。

一、15N同位素的特点15N同位素是氮的一种同位素，其核内含有15个中子。

与常见的14N同位素相比，15N同位素相对稀少，但具有更大的质量。

由于15N同位素的存在，使得我们可以通过测量样品中15N同位素的丰度来了解氮元素的来源、转化以及循环过程。

二、15N同位素的应用领域15N同位素标记法在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 土壤生态学研究：通过向土壤中添加15N同位素标记物，可以追踪土壤中氮的转化过程，了解土壤中氮的来源和去向，以及微生物对氮的利用和转化等。

2. 植物生理学研究：通过将15N同位素标记物注入植物体内，可以追踪氮在植物体内的分配和转运过程，了解不同部位对氮的利用效率以及植物对外源氮的吸收和利用能力。

3. 动物营养学研究：通过给动物饲料中添加15N同位素标记物，可以研究动物对不同氮源的利用效率，了解动物对蛋白质和氨基酸的消化吸收过程。

4. 水生生态学研究：通过向水体中添加15N同位素标记物，可以追踪水中氮的来源和去向，了解水体中氮的循环和转化过程，以及水生生物对氮的利用和转化。

三、15N同位素标记的原理15N同位素标记法的原理是利用15N同位素和14N同位素之间的质量差异来追踪氮的转化过程。

通常使用的方法是将含有15N同位素的化合物与未标记的化合物混合，形成不同比例的混合物，然后将其应用到研究对象中。

通过测量样品中15N同位素的丰度和14N同位素的丰度，可以计算出氮的转化率、利用率等参数。

四、15N同位素标记法的实验步骤15N同位素标记法的实验步骤通常包括以下几个方面：1. 标记物的制备：制备含有15N同位素的化合物，并与未标记的化合物混合。

2. 标记物的应用：将标记物应用到研究对象中，可以通过根部浸泡、叶面喷施、饲料添加等方式将标记物引入到研究对象体内。

地球化学中的同位素分析地球化学是研究地球化学成分、地球化学过程、地球化学循环和地球化学环境的一门学科。

其中的同位素分析是地球化学中的重要分支之一。

同位素是指具有相同原子序数但不同质量数的单质，在自然界中广泛存在。

同位素分析可用来研究岩石、矿物、水体、大气等自然现象，也可用来解决环境、生物和人类问题。

同位素分析的原理是依据同位素在化学和物理活动中的差异性。

同一元素的同位素化学性质相同，但物理性质不同。

例如，具有同位素^12C和^13C的二氧化碳分子在光谱分析技术中可以被分辨，从而得到不同的信号。

利用这些信号，就可以分析样品中同位素的含量和同位素比值。

同位素分析的方法主要包括质谱法、光谱法、放射性测量法等。

其中，质谱法是同位素分析中最常用的方法之一。

该方法基于质谱仪的原理，利用精确的磁场和电场对离子进行分析，得出不同离子的质量-电荷比，从而测定样品中的同位素含量。

同位素分析在地球化学中有许多应用。

以下介绍几个例子：1.同位素示踪法同位素示踪法是同位素分析中使用最广泛的应用之一。

当同位素被注入到一个系统中时，同位素浓度会随着时间变化而发生变化。

通过测量不同时间点的同位素浓度，可以了解系统中各种物质的来源、分布和移动方式。

地球化学中常用的同位素示踪法包括放射性示踪法和稳定同位素示踪法。

放射性示踪法是将一种有放射性同位素标记注入样品中，通过测量标记同位素的衰变速率和产生的辐射量来示踪样品中物质的分布和运动。

稳定同位素示踪法则是利用稳定同位素测定样品中物质的来源、变化和转移。

2.同位素地球化学同位素地球化学是利用同位素在地球科学中的广泛应用，包括地质学、气候学、生物学和环境科学。

通常情况下，地球化学家使用不同的同位素分析方法来研究样品的化学成分和样品的起源。

例如，根据岩石中铀、钍、锶等放射性同位素的衰变速率，研究岩石的时代和成因；利用碳同位素分析技术，研究生物的食物链变化和生物地球化学过程；通过测量气体中气体同位素的含量和同位素比值，可以研究大气的物理和化学特性。

地球化学中的元素和同位素地球化学地球化学是一个研究地球物质中元素、同位素分布和演化的学科。

元素是构成地球物质的基本物质，同位素则是同一元素中质量数不同的不同原子核。

元素和同位素的地球化学分析可以帮助我们了解地球的演化历史、地球环境变化、地质过程等多个方面。

一、元素的地球化学元素是地球化学研究的基本单位，地球上的元素分布受制于地球的演化历史和物质组成。

总体而言，地球表层分布的元素可以分为地壳元素、海洋元素和大气元素。

地壳元素是地壳中丰富的元素，包括氧、硅、铝、铁、钙等等，它们占到地壳质量的99%以上。

其中最丰富的是氧元素，它占地壳中质量的46.6%，其次是硅元素，占28.2%。

地壳元素的绝大部分都是宇宙尘埃在地球形成过程中沉积下来的，也有部分来自于岩浆的分异作用和地球内部的物质漏失。

海洋元素主要包括钠、氯、镁、钙等，以及微量元素如铬、钴、铜、锌、铅等。

这些元素常常被沉积在海洋底部的海底泥中，它们的含量一般很低且难以采集分析。

大气元素包括氢、氧、氮、碳以及其他的惰性气体。

其中氧和氮占了大气元素的绝大部分，占比分别为21%和78%。

大气元素是通过地球大气层的物理、化学和生物过程不断循环传输的，它们对地球环境的影响也很大。

二、同位素地球化学同位素是同一元素中质量数不同的不同原子核，同位素地球化学就是研究地球物质中同位素分布和演化的学科。

同位素地球化学的核心是同位素分析技术，它包括同位素质谱分析、放射性同位素年代学和同位素示踪技术。

同位素质谱分析是一种高精度的技术手段，它可以对地球物质中同位素的含量进行精确定量分析。

例如，氧同位素的分析可以用来研究古气候变化，硫同位素的分析可以用来追踪地球物质的来源和演化历史，铅同位素的分析可以用来研究地球内部物质演化和大气污染状况等。

放射性同位素年代学是利用放射性同位素的半衰期来测定物质年龄的技术手段。

不同放射性同位素的半衰期不同，因此可以用来测定不同时间尺度的物质年龄，例如，碳-14同位素可以用来测定古代有机物的年代，铀-铅同位素可以用来测定地球地质历史上的时间尺度。

地球化学中的同位素地球化学研究同位素地球化学研究是当今地球化学领域最为活跃的研究方向之一。

这项研究是通过对同一元素不同同位素的丰度和比例分析，揭示地球物质的起源、演化以及各种地质过程的发生机制。

同位素地球化学已经成为理解地球内部构造、大气环境变化和生物进化等领域中不可或缺的工具。

本文将从同位素基础知识、同位素地球化学在地球内部、生物地球化学和环境地球化学中的应用等角度进行探讨。

一、同位素基础知识同位素是指在原子核中具有相同原子序数（即相同的元素）但质量数却不同的原子。

例如，氧元素有三种同位素，分别是氧-16、氧-17和氧-18。

因为同位素中的质子数相等，所以它们的化学性质是相同的，但由于中子数不同，所以它们的原子质量不同，它们之间的物理、化学性质也存在一定的差异。

同位素的相对丰度与比例是通过同位素质谱仪等仪器测定的。

同位素质谱仪是用来对同一元素的不同同位素进行分析的强大工具。

它利用质点分析法，即利用质量分析仪或光谱仪分析并测量样品中同位素的相对比例。

同位素的测定对于地球化学的研究是至关重要的。

例如，在确定元素的起源、演化历史、地质过程中的作用以及环境变化等问题中，同位素贡献了很大的帮助。

二、同位素地球化学在地球内部的应用同位素地球化学在地球内部的应用主要是通过元素同位素的分析研究地球内部的演化进程以及地质过程的发生机制。

例如，在板块构造和地幔对流机制的研究中，同位素地球化学成为了一个非常重要的工具。

同位素地球化学的一个应用在于研究地球内部物质的来源及其演化历史。

地幔是地球内部最丰富的化学元素储存区之一，它的成分对于地球的演化、板块构造、火山喷发等一系列地质过程至关重要。

地幔中的同位素丰度和比例可以揭示地球的起源、演化进程、地热流体的循环、岩浆的形成和演化等群体过程。

另一个同位素地球化学在地球内部的应用在于板块构造的研究。

例如，钯、钌、铂、铱等铂系元素在地球内部广泛存在，在板块构造过程中扮演着极为重要的角色。

地球化学中的同位素示踪和分析地球化学是研究地球化学元素地球内部和表层分布、地球化学过程及其规律的学科。

而同位素则是一种在化学和物理方面都具有重要意义的存在。

地球化学中的同位素示踪和分析，是通过同位素不同的浓度和比例来逐步研究地球物质的来源、演化和变化的过程。

在此过程中，地球化学家们可以获取大量有关地球构造、生物演化、古气候、古环境等重要信息。

本文将会探讨地球化学中的同位素示踪和分析的基本原理及其应用。

一、基本原理同位素是指具有相同原子序数(Z)但质量数(A)不同的原子。

同种元素的不同同位素，因为质量的差异而具有不同的化学特性和物理特性。

地球化学中，多数同位素其存在量非常稀少，可以利用现代分析技术对其进行测定，进而对地球物质进行示踪和分析。

在地球科学中，同位素示踪和分析的主要原理是利用同位素存在量不同的特性，对化学和地质过程进行追踪和研究。

具体而言，同位素示踪和分析是在分析样品中不同同位素存在量的基础上，研究样品来源、演化、变化等方面的科学方法。

地球化学中的同位素示踪可以分为两类，一种是稳定同位素示踪，另一种则是放射性同位素示踪。

稳定同位素示踪主要是利用稳定同位素在地球化学过程中不同的分馏效应，来推测样品中的某些地球化学过程，如元素演化，矿物相变，物种演化等。

放射性同位素示踪，则主要是利用放射性同位素的不同半衰期，来推测样品中年代和历史上某些事件的发生时间。

在同位素示踪的过程中，通常采用同位素比值的方法来获得与分析对象相关的信息。

同位素比值(R)是指两个同种元素不同同位素的存在量之比，可以根据比值的变化来推测样品中与分析对象相关的信息。

例如，碳同位素示踪就是利用炭素同位素比值中稳定同位素^13C和^12C的存在量差异，来推测样品中元素演化，动植物来源等信息。

二、应用地球化学中的同位素示踪和分析在地质学、生物学、气候学等领域都有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用：1. 地球内部物质循环及元素分馏模型研究地球内部物质循环及元素分馏模型研究需要大量的岩石和矿物样品，利用稳定同位素的存在量差异，可以推测出岩石、矿物的成因和演化历史。

地球化学解析地球岩石中的同位素组成地球岩石是地球上最庞大的自然资源之一，通过对其同位素组成的分析，可以深入了解地球历史、地质构造、岩石形成过程等方面的信息。

同位素是具有相同质子数，但中子数不同的同一元素的不同形式，其稳定性和放射性在地球化学中发挥重要作用。

本文将介绍地球化学中解析地球岩石中的同位素组成的方法和应用。

一、同位素的基本概念同位素是指同一元素中，质子数相同而中子数不同的核。

同位素的质量数等于其质子数与中子数之和。

同位素在化学性质上具有相似性，但在物理性质上存在差异，其中最常见的性质就是其放射性。

同位素按照其放射性可分为稳定同位素和放射性同位素两类。

二、同位素分析方法在地球化学研究中，常用的同位素分析方法包括质谱法和同位素地球化学方法。

1. 质谱法质谱法是一种利用质谱仪对元素、化合物或物质所含的同位素进行分析的方法。

常见的质谱法包括质谱质谱法(MS-MS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等。

2. 同位素地球化学方法同位素地球化学方法主要利用同位素的物理性质，通过对岩石、矿物或水样品中同位素组成的测定，解析地球系统中的物质循环、地质历史和地球环境等。

常见的同位素地球化学方法包括稳定同位素地球化学和放射性同位素地球化学。

三、同位素地球化学的应用1. 稳定同位素地球化学的应用稳定同位素地球化学广泛应用于水文地球化学、岩石地球化学、大气环境等领域。

例如，利用氢氧同位素可以探究地球水循环过程、水源区的划分和水资源的管理。

利用碳同位素可以追踪地球上的碳循环和生物地球化学循环过程。

利用氧同位素可以研究古气候变化和古环境演化等。

2. 放射性同位素地球化学的应用放射性同位素地球化学主要应用于地质年代学和地下水资源勘探等领域。

例如，利用铀-铅同位素测年方法可以确定岩石和矿石的年龄。

利用钾-氩同位素方法可以测定火山岩的年龄。

利用同位素示踪技术可以研究地下水流动路径和补给来源等。

综上所述，地球岩石中的同位素组成是地球化学研究的重要内容之一，通过同位素的分析可以获取丰富的地质、地质历史和地球环境信息。