同位素地球化学
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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。
Mo同位素地球化学综述张洪求(东华理工大学地球科学学院,江西 南昌 330013)摘 要:随着样品纯化技术的改进以及多接收等离子体质谱仪发展(MC-ICP-MS),使得Mo同位素可以被精确地测定。
Mo同位素作为氧化还原的敏感元素,可用来示踪各种地质过程和演化历史:古环境演化、成矿物质来源和海洋Mo的循环等。
本文从Mo同位素的测试方法、自然界的分布、分馏机制和地质中的应用等方面进行了论述,系统总结Mo同位素地球化学特征。
关键词:Mo同位素;分馏机制;示踪中图分类号:P597 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2020)20-0170-2A review of Mo isotope geochemistryZHANG Hong-qiu(School of Earth Sciences, East China University of Technology,Nanchang 330013,China)Abstract: With the improvement of sample purification technology and the development of multi-receiving plasma mass spectrometer (MC-ICP-MS), Mo isotopes can be accurately determined. Mo isotopes, as sensitive elements of redox, can be used to trace various geological processes and evolutionary histories: ancient environmental evolution, mineral sources and ocean Mo cycles. This paper discusses the test method of Mo isotopes, the distribution of nature, the distillation mechanism and the application of geology, and systematically summarizes the geochemical characteristics of Mo isotopes. Keywords: Mo isotope; fractionation mechanism; tracer近年来,随着样品纯化技术的改进以及MC-ICP-MS 的发展,其高电离率和稳定的质量分馏行为特点,使得Mo 同位素组成的高精度测量成为可能。
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。
地球化学中的稳定同位素稳定同位素是指在自然界中,核外电子数量相同,但质子数或中子数不同的同一元素的不同类型。
在地球化学中,稳定同位素可以用于探究地球和生命的起源和演化,研究大气、水体和岩石圈的物质循环和生态系统的结构与功能。
下面本文将探讨稳定同位素在地球化学中的应用和意义。
一、稳定同位素的定义和特征同一元素的同位素结构、化学性质近似,只有不同中子数的核能够区分它们。
一般地,同位素的质量数是它的质子数和中子数的和,所以同位素的质量通常都不是整数。
而稳定同位素是相对于不稳定同位素而言的。
稳定同位素相对不稳定同位素,在核的构成上有较高的稳定性以及质量数成正比增大。
在地球化学中,常用稳定同位素作为指示地球环境的工具。
其主要特征是原子核中的质子和中子的比值稳定,不会发生α、β、γ衰变。
二、稳定同位素在地球化学中的应用地球化学中的很多研究都需要利用稳定同位素进行探究。
如下是一些稳定同位素在地球化学中的应用:1.碳同位素碳由两种同位素构成,即碳-12和碳-13,其中碳-12占总碳的98.9%。
在生态系统中,生物体对不同碳同位素的利用、转换过程与环境变化密切相关,因此,研究碳同位素在生态系统中的地位和作用,可对生态学、环境保护和气候变化等问题提供重要的参考。
2.氧同位素氧同位素主要包括氧-16、氧-17和氧-18。
在水文地球化学中,氧同位素是水循环研究中的重要因素。
依据氧同位素的比例、分布可以判断水来源,搞清水的运移路径。
同时因为不同温度条件下氧同位素比例存在一定的差异,所以也可以在探究过去的气候变化时提供参考。
3.硫同位素硫同位素有三种,分别为硫-32、硫-33和硫-34。
硫有广泛的利用价值,包括石油和天然气、硫酸等化工品生产,和生物活性。
硫同位素对矿床研究也有很大的帮助。
4.氢同位素常见的氢同位素有氢-1、氘和氚。
氢同位素的存在可以反映一些重要环境参数,如降水来源、植物的水分来源等。
同时,氢同位素还可以用于考察化石水的来源和多层储层的性质等。
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。
同位素地球化学复习题1.1同位素地球化学的基本任务1)研究自然界同位素的起源、演化和衰亡历史;3)利用放射性同位素的衰变定律建立一套行之有效的同位素计时方法,测定不同天体事件和地质事件的年龄,并作出合理的解释,为地球和太阳系的演化确定时标。
4)研究同位素分馏与温度的关系,建立同位素温度计,为地质体的形成与演化研究提供温标。
1.2同位素地球化学的一些基本概念核素同位素同量异位素稳定同位素放射性同位素重稳定同位素轻稳定同位素2.1质谱仪的基本结构四个部分:进样系统离子源质量分析器离子接收器2.2衡量质谱仪的技术标准有哪些质量数范围分辨率灵敏度精密度与准确度2.3固体质谱分析为什么要进行化学分离具相同质量的原子和分子离子的干扰;主要元素基体中微量元素的稀释;低的离子化效率;不稳定发射。
2.5同位素稀释法是用于元素含量分析还是用于同位素比值分析?元素含量分析2.6氢气的制取方法?(有哪些还原剂)U-还原法Zn-还原法Mg-还原法Cr-还原法2.7氧同位素的制样方法有哪些?1.大量水样氧同位素制样方法?2.硅酸盐氧同位素的BrF5法制样原理?3.碳酸盐样品的磷酸盐制样法(McCrea法)2.8水中溶解碳的提取与制样McCrea法2.9硫化物硫同位素直接制样法2.10硫酸盐的硫同位素制样法(直接还原法)把硫酸盐、氧化铜、石英粉按一定比例混合(置于石英管中)在真空条件下加热到1120℃左右时,硫酸盐被还原而转变成二氧化硫。
2.11了解下列质谱仪1.热电离质谱仪(MAT260,261,262,Triton,GV354)2.气体质谱仪(MAT251,252,253,DeltaPlu,GVIoprime等)3.惰性气体质谱仪,如MM1200、MI1201-IG、GV54004.MC-ICP-MS(LA-MC-ICP-MS):如Neptune、NuPlama5.SHRIMP:SHRIMPII离子探针质谱本章重点同位素分析结果的表达方式稳定同位素(C、H、O、S)的国际标准同位素分馏基本理论–热力学分馏–动力学分馏分馏系数α及其与δ值之间的关系同位素相对富集系数(△)及其加和性同位素地质温度计3.1同位素分析结果的表达方式δ‰=(R样-R 标)/R标某1000=(R样/R标-1)某1000δ‰=(R样-R标)/R标某1000=(R 样/R标-1)某10003.3分馏系数α及其与δ值之间的关系1.定义:αA-B=RA/RB2.1000lnα≈△A-B=δA-δB3.4同位素相对富集系数(△)及其加和性某同位素在A-B-C三种矿物中有δA>δB>δC,则△A-C=△A-B+△B-C△B-C=△A-C-△A-B△A-B=△A-C-△B-C3.5同位素地质温度计同位素分馏方程1000lnα=A某106/T2+B同位素馏分曲线注意:分馏方程中T为绝对温度(OK)3.5同位素地质温度计1000lnα石英-水=3.38某106/T2-3.401000lnα石英-方解石=0.6某106/T21000lnαPy-Gn=1.03某106/T21000lnαPy-Sp=0.3某106/T24.本章重点1.氢-氧同位素的纬度效应、大陆效应、高度效应、季节效应6.火成岩的氢氧同位素组成特征、演化规律及其与矿物序列的关系?7.影响火成岩氢氧同位素组成特征的因素有哪些?8.Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)是利用碳氧同位素来判别碳酸盐岩的沉积环境的判别方程,临界值是120。