稳定同位素地质温

稳定同位素在地球科学中的应用地球科学是研究地球的现象和规律的一门学科。

地球科学研究的范围广泛，包括地质学、地球物理学、地球化学等。

而稳定同位素便是地球科学中的一个重要工具。

本文将详细介绍稳定同位素在地球科学中的应用。

一、稳定同位素的定义及特征在自然界中，元素的同位素是不同原子核质量的同一个元素。

当某个元素的原子核质量与其自然状态下最稳定的同位素相等时，这个同位素就是稳定同位素。

例如氧元素有三种稳定同位素，分别是氧-16、氧-17和氧-18。

稳定同位素与放射性同位素最大的不同在于，稳定同位素不会放射出粒子或能量。

其相对丰度在自然界中保持稳定，并不随时间的推移而发生变化。

因此，稳定同位素的测量可以提供表述各种地球化学和地质过程所需的信息。

二、1. 环境研究稳定同位素可以用于研究痕量元素在环境中的循环。

例如氧同位素可以用于研究水文循环和水文学问题。

由于不同氧同位素的分馏效应不同，因此利用氧同位素，可以推断出不同来源的水体。

氧同位素还可以通过测量大气和沉积物中的同位素含量，推测古代气候变化。

2. 地质学研究稳定同位素在地质学中的应用也非常广泛。

其中，碳同位素可以用于研究有机物的历史和来源。

例如，在考古学中，碳同位素可以用于研究动物或植物的饮食和环境。

氧同位素则可以用于研究古海洋温度。

海洋中不同的有机质和碳酸盐的同位素含量保留了古代海洋的信息，可以推断出过去的海洋温度。

氢和氧同位素还可以用于研究降水、侵蚀和流域水文学问题。

利用同位素比值，研究地下水和地表水的来源和流动方向。

3. 医学研究稳定同位素还可以用于医学研究。

例如氢同位素，可以用于测定体内水分的分布和生物化学反应的速度等。

三、结论总之，稳定同位素作为地球科学中的重要工具，可以用于研究环境、地质、医学等各个领域。

稳定同位素的研究还有很大发展潜力，未来随着科学技术不断的进步，稳定同位素在地球科学中将发挥越来越重要的作用。

稳定同位素应用于地球科学领域的研究地球科学是一门涵盖广泛的学科，包括但不限于地质、气象、海洋和环境科学。

而稳定同位素作为地球科学领域的重要工具，广泛应用于地球化学、地质学、古气候学、环境科学等方面，并得到了不断地发展和完善。

什么是稳定同位素稳定同位素是指不放射性、不发生衰变的同位素。

它们的原子核结构与同一元素的常见同位素相似，但具有不同数量的中子。

稳定同位素在自然界中存在广泛，可以用来追溯地球历史、了解地球的变化过程。

稳定同位素的应用1.地质学地质学是稳定同位素应用最广泛的研究领域之一。

通过对稳定同位素比例的测量，可以确定岩石和矿物的起源、演化和变化过程。

例如，氧同位素分析可以用于确定水的来源和岩石的形成年代，硫同位素在地热系统中的应用可以探测硫矿床的分布和矿床的演化历史等。

2.古气候研究稳定同位素是研究古气候的有力工具。

通过分析岩石、海洋沉积物、古代树木和古代骨骼等材料中的稳定同位素比例，可以了解过去的气候变化。

氧同位素分析可以推断出古代气候和水文条件，碳同位素分析可以推断出古代碳循环和植物的生长和分布。

3.环境科学稳定同位素在环境科学中也得到了广泛应用。

例如，氮同位素用于研究水体的营养物质来源和转化过程，硫同位素用于研究大气污染物来源和传输过程等。

通过分析稳定同位素比例，可以了解生态系统的结构与功能，探测环境变化的影响等。

4.食品科学稳定同位素在食品科学中应用越来越广泛，例如，碳同位素用于研究食品的来源和品质，氮同位素用于追踪动物饲料和饲料的来源，也可以用于区别不同地区生产的食品。

稳定同位素技术可以帮助改善食品生产和安全，更好地了解营养和食品质量。

结语稳定同位素是地球科学领域的重要工具，应用广泛且研究深入。

未来，随着技术的进步和方法的完善，稳定同位素可以更好地服务于地球科学的研究，在揭示地球发展历程中继续发挥重要作用。

（1200字）。

赣南盘古山钨矿床稳定同位素地球化学特征赣南盘古山钨矿床是中国著名的大型矿床之一，地处江西省赣州市南部的于都县境内，是一种典型的岩浆型钨矿床。

该矿床丰富的资源储量和独特的地质特征引起了国内外学者的广泛关注，也为深入研究矿床成因和矿物化学特征提供了有力的资源。

钨的同位素分布特征是研究钨矿床成因和矿物化学演化的重要指标，同位素体系的稳定性和相对丰度变化可直接反映出矿床成因过程中的热力学特性、岩浆作用程度和地质历史演化等方面的信息。

其中，钨同位素体系中的钨稳定同位素和氧稳定同位素是最常用的研究指标，通过对这些稳定同位素的测定和分析，可以推断出钨在地球化学历史中的运移和演化。

研究表明，赣南盘古山钨矿床的钨稳定同位素主要呈现负异常特征，δ186W值在-2.99‰ ~ -1.45‰ 之间。

其中，矿床核心部位的δ186W值较低，普遍在-2.70‰ ~ -2.13‰ 之间，表明矿床的成因与地幔的参与有关。

而矿床周边区域的δ186W值则相对较高，普遍在-1.78‰ ~ -1.45‰ 之间，推测可能受到了地壳物质的影响。

同时，研究还发现赣南盘古山钨矿床中的氧稳定同位素呈现明显的环境响应特征，δ18O值在6.49‰ ~ 9.76‰之间，表明地球化学环境对矿床的形成和演化具有一定的影响。

此外，钨同位素与其他元素的关系也是研究钨矿床成因和矿物化学演化的重要途径之一。

赣南盘古山钨矿床中的含钨矿物主要为方解石和钨黄铁矿，矿床中的钪、铯、铽、镝等元素与钨同位素呈现较为一致的变化趋势，说明这些元素可能与钨在矿床中的形成和演化过程密切相关。

此外，研究发现赣南盘古山钨矿床中的铅同位素组成也呈现出明显的变化规律，表明钨矿床的成因与铅同位素的运移和演化有一定关系。

总的来说，赣南盘古山钨矿床的稳定同位素地球化学特征反映了该矿床的成因和演化过程，为深化对矿床成因和矿物化学演化的认识提供了有力的科学依据。

未来，通过进一步的实验研究和地质勘探，或将揭示更多有关该矿床的地球化学信息和矿床成因的热力学特征。

第六章同位素地球化学——稳定同位素第一节基本概念一、同位素的定义核素：是由一定数量的质子（P）和中子（N）构成的原子核。

核素具有质量、电荷、能量、放射性和丰度5中主要性质。

元素：具有相同质子数和中子数的核素.同位素：原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子叫做同位素(isotope)，他们处在周期表上的同一位置二、同位素的分类– 放射性同位素(radioactive isotope)：原子核是不稳定的，它们能够白发地衰变成其他的同位素。

最终衰变为稳定的放射性成因同位素。

目前已知的放射性同位素达1200种左右，由于大部分放射性同位素的半衰期较短，目前已知自然界中存在的天然放射性同位素只有60种左右。

放射性同位素例子：238U→234Th＋4He(α)＋Q→206Pb；235U→207Pb；232Th→208Pb– 稳定同位素(stable isotope)：原子核是稳定的，迄今还未发现它们能够自发衰变形成其他的同位素。

自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有260余种。

z轻稳定同位素，又称天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定。

其特点是①原子量小，同—元素的各同位素间的相对质量差异较大；②轻稳定同位素变化主要原因是同位素分馏作用所造成的，其反应是可逆的。

如氢同位素（1H和2H）、氧同位素（16O和18O）、碳同位素（12C和13C）等。

z重稳定同位素，又称放射成因同位素(radiogenic isotope)：稳定同位素中部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物。

其特点是①原子量大，同—元素的各同位素间的相对质量差异小（0.7%~1.2%）环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变；②重稳定同位素变化主要原因是放射性同位素衰败引起，这种变化是单向的不可逆的。

如87Sr是由放射性同位素87Rb衰变而来的；三、同位素的丰度和原子量1．同位素丰度(isotope abundance) ：可分为绝对丰度和相对丰度绝对丰度是指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H=1012）或28Si（取28Si=106）的比值表示。

矿物地质温度压力计（Geothermobarometry of minerals）二、矿物地质温压计的种类矿物地质温压计是以矿物特征为基础，根据矿物的不同性质，可将矿物地质温压计分为不同种类，常见者有:矿物稳定同位素地质温压计：从理论上讲，平衡矿物之间的稳定同位素分馏值是温度的函数；每一对平衡矿物的稳定同位素都能计算出来。

例如，石英–钠长石矿物对的同位素分馏温度计为：1000ln Qtz-Ab=0。

5106T-2。

矿物包裹体温压计:利用矿物中的流体、气体包裹体的均一温度、冰点等确定寄主矿物形成的温度以及校正压力.矿物离子交换温压计：利用矿物中或矿物之间离子交换性质建立起来的温压计。

目前地质研究中普遍使用该类温压计。

三、矿物离子交换温压计的理论基础简单地讲，离子交换地质温压计就是元素分配地质温压计，是利用元素分配远离建立起来的温压计。

自然界中的许多矿物，不论是地壳或地幔的矿物,还是陨石、月球或宇宙尘的矿物，其中绝大部分都是由两种或两种以上组分所构成的固溶体矿物。

共生的固溶体矿物，如果是处于平衡状态的话，又常常具有某一种或几种相同的元素(离子或原子）；另一方面，同一的元素也可以存在于同一矿物的不同结构位置中。

因此，共生矿物间或同一矿物的非等效结构之间、不同结构位置之间都可能存在离子或原子的交换问题，即元素的分配问题。

元素的分配问题受热力学定律 (Nernst定律）所支配。

假如把天然矿物看成理想溶体或近于理想溶体的话，那么某种元素在共生矿物之间或不同等效结构位置之间的分配数量之比，是受温度和压力的支配.因此,根据矿物的成分特点或矿物中元素的占位特点，反过来就可以推测矿物平衡时的温度和压力。

这就是矿物温压计的基本原理。

根据不同矿物共生组合，可写出矿物之间的多种化学计量关系,其中特别重要的有GASP(石榴子石–Al2SiO5–石英–斜长石)、GARB（石榴子石–黑云母）、GMPB(石榴子石–白云母–斜长石–黑云母)反应等。

第十讲地质常用主要稳定同位素简介18OFull atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.内容提要●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素10.1. 传统稳定同位素基本特征☐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<40；☐多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。

总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集；☐生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。

在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。

10.2. 氢(hydrogen)☐直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成：1H：99.9844%2H(D)：0.0156%☐在SMOW中D/H=155.8 10-6☐氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。

10.2.1 氢同位素基本特征☐与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间；☐1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围；☐从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以HO、OH-，2H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用；☐氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。

JFC:Jupiter family cometsOCC:outer solar system Oortcloud comets内地行星与碳质球粒陨石具有相似的氢同位素组成，但与彗星之间存在差异(Taylor,2015,PSRD: Water in Asteroid 4 Vesta)(Robert ,2011,Nature Geoscience)行星和陨石的氢同位素组成(Alexander et al., 2012, EPSL)NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDAWater in apatite in meteorites from Vesta varies in its hydrogen isotopic composition. Range is similar to the range in Earth.来自小行星带不同陨石样品中磷灰石的氢同位素组成(Sarafian et al.,2014)Hydrogen isotope variations in mantle-derived materials(Bell and Ihinger, 2000)金云母K-碱镁闪石韭闪石&羟钛角闪石10.2.2 主要分馏机制◆发生氢同位素分馏的主要原因是水蒸气压的不同，其次为其冰点差异。