第六章- 放射性同位素地球化学.ppt

* * 第六章 同位素地球化学 第一节 放射性同位素衰变原理 第二节? K-Ar和Ar-Ar同位素年代学 第三节 Rb-Sr年代学及Sr同位素地球化学 第四节 14C同位素年代学 第一节 放射性同位素衰变原理 放射性蜕变规律 自然界主要的蜕变方式有以下几种： ?-蜕变 ?-蜕变时，放射性母核放出?粒子，转变为一个新核。?粒子实际上是2He4核。?蜕变形成的新核，其原子序数比母核小2，质量数小4。 β-蜕变 放射性母核放出β-粒子，即电子，同时还放出中微子v，自然界中象40K、87Rb等都β-放射性的。 3.电子俘获 这种蜕变方式实质是：母核从它的核外电子壳层俘获一个电子，通常多数是从K壳层俘获，也有从其它壳层如L层俘获的。 各种不同方式蜕变的同位素，都服从放射性蜕变规律。 假定放射性母核现存数为N，在dt时间间隔内蜕变掉dN个，则dN与N和dt成正比，即： dN/dt = -?N 式中：? - 蜕变常数；负号 - dN是减少的。 将上式积分，并设：t = 0时的母核数为No,则得： N = N0e-?t 放射年龄测定的基本方程 假定子核是稳定的,在t时刻放射性母核和子核的现存数为N1和N2，则: N2 = N1 ( e?t-1) 放射年龄测定的基本方程 t = 1/ ? ? ln (1+N2/N1) 所谓半衰期是指放射性母核蜕变掉现存数一半所需时间: N = N0/2 N = N0e-?t T = ln2/?≌0.692/? 当时间超过母核半衰期十倍以上，这时， e-?t≌0.0001，实际上母核已只剩下微下微不足道的数量，因而10T代表了放射性同位素灭绝所需时间。 半衰期: 为测定矿物或岩石年龄，一般应满足以下六个方面： （1）放射性同位素的半衰期应足够长，对待测定样品年龄来说，它应能积累起显著数量的子体，同时母核也未蜕变完。 （2）蜕变常数已测定，精度能满足要求。 （3）放射性同位素应具有较高的地球丰度，在当前技术条件下能以足够的精度测定它和它蜕变子体的含量。 （4）保存放射性元素的矿物或岩石自形成后一直保持封闭系统，即未添加亦未丢失放射性同位素及其蜕变产物。 （5）矿物岩石刚形成时只含某种放射性同位素，而不含与之有蜕变关系的子体，或虽含一部分子体但其数量可以估计。 （6）对所测定的矿物、岩石的地球化学有相当可靠认识。 第二节? K-Ar和Ar-Ar同位素年代学 自然界钾有三种同位素，相对丰度如下： 39K 93.10% 40K 0.0118% 41K 6.88% 其中只有40K是放射性的。 2、钾-氩衰变体系 40K有两种蜕变方式：88%的40K经β-蜕变生成40Ca，其余12%的40K由K层电子俘获先形成激态40Ar，然后放射出能量为1.46MeV.的γ量子转变为基态的40Ar。 2、钾-氩衰变体系 由于自然界钙的主要同位素就是40Ca（占96.97%），且钙又经常与钾共生，因而虽然理论上也可用40K-40Ca系统测定年龄，历来也有人进行过试测，但钙元素干扰过大，除特殊情况外，测定结果精度不够，因而未普遍被采用。目前主要采用40K-40Ar法。 (1). 40K-40Ar法的物理基础: 用λβ代表40K的β-蜕变常数，λe代表电子俘获蜕变常数。按照蜕变常数的定义，40K总蜕变常数应等于λβ+λe，这样，测定年龄的基本方程式有下列形式： t = 1/(λβ +λe)?ln [1+(λβ+λe)/λe?40Ar/40K] 实际测定时，用化学方法（当前通常用火焰光度计法）分析K%，然后按钾的同位素成分计算出40K含量. (2). 适用于测定钾氩年龄的矿物和全岩: 从理论上讲，只要含钾，而且能完好地保存放射成因氩，本身又不含“过剩氩”的矿物或岩石，都适合于用来测定钾-氩年龄。当然，矿物的颗粒大些，易于挑出纯的单矿物，钾含量又高，实验室分析就更方便一些。 (3). 关于放射成因氩丢失的问题 : 实际工作中已发现不少严重偏低的钾氩年龄数据，它们主要是40Ar丢失引起的。 受热是引起氩丢失的主要因素，有人估计：如果在常温下，云母类矿物尚能保持封闭系统，那么在100℃温度下，矿物相对氩而言就已成为开放系统了。实验室测定表明：氩保存在晶体不同部位上，因而当温度升高时，析出的40Ar并不与温度呈正比。云母类矿物是钾-氩年龄测定的主要矿物，这方面