14第五章同位素地球化学4解析.ppt

2007年5月21日 第5章 同位素地球化学Part4 第5章 同位素地球化学 Part Ⅳ 第5章 同位素地球化学 5.1 自然界同位素成分变化的机理 5.2 放射性同位素地球化学 5.3 稳定同位素地球化学 5.3 稳定同位素地球化学 5.3.1 稳定同位素基础及分馏机理 5.3.2 氢、氧同位素地球化学 5.3.3 硫同位素地球化学 5.3.4 碳同位素地球化学 稳定同位素 同位素分类：稳定同位素(stable isotope)和不稳定同位素或放射性同位素(unstable or radioactive isotope)。 稳定同位素的原子核是稳定的，或者其原子核的变化不能被觉察。 目前认为，凡是原子能够稳定存在的时间大于1017a的就称为稳定同位素，反之就称为放射性同位素。 5.3.1 稳定同位素基础及分馏机理 5.3.1.1 同位素分馏机理 5.3.1.2 几个相关参数 5.3.1.3 同位素地质测温 1、同位素分馏的概念 在地质作用过程由于质量差所引起的同位素相对丰度的变异，称为同位素分馏作用/效应。 2、同位素分馏的机理 同位素分馏效应的原因：物理分馏、同位素交换反应、生物化学反应、动力分馏。 ①物理分馏 ②平衡分馏（同位素交换反应） ③生物化学分馏 ④动力分馏 ②同位素交换反应（平衡分馏） 化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态及化学键性质的变化，使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生分异，称同位素交换反应。 一般来说，重稳定同位素富集在氧化态或价态高的化合物中。 动植物及微生物在生存过程中经常与介质交换物质、并通过生物化学过程引起同位素分馏。 例如：植物通过光合作用，使12C更多地富集在有机体中，因此生物成因地质体如煤、油、气等具有高的12C。 其实质是质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学健强度 。 因轻同位素形成的键比重同位素更易破裂，这样在化学反应中轻同位素分子的反应速率高于重同位素分子。 C+16O→ C 16O2 C+ 16O 18O→ C 16O 18O K1/K2=1.17 1、同位素比值（ R ） 单位物质中所含某元素的重同位素与轻同位素原子数的比值，表示为： R＝φ(x*)/φ(x) 式中x*、x分别代表重、轻同位素， φ(x*)和φ(x)分别代表重、轻同位素的原子数。 如大气中的氧同位素 R＝φ(18O)/φ(16O) =0.1995/99.763=2.0×10－3 当我们谈论同位素比值时，总是指重同位素与轻同位素之比 2、同位素组成表示(δ) 取某一给定样品的R值为标准，可测得各地质样品中R值与标准的绝对偏差（千分差），以δ表示： δ （‰）＝（R样/ R标－1）×1000 从样品的δ值直接看出样品中重同位素比标准富集或贫化的程度。 δ18O （ ‰） =[(18O / 16O)样/(18O / 16O)标)－1] ×1000 δ34S（ ‰）=[(34S / 32S)样/(34S / 32S)标)－1] ×1000 例如 样品的δ0，表明重同位素比标准更富集； 若δ0，表明重同位素相对标准贫化； 若δ＝0，表明样品与标准具有相同的同位素丰度比。 3、同位素标准 被选作标准的样品应具有的条件： ①在世界范围内居于该同位素成分变化的中间位置，可以做为零点； ②标准样品的同位素成分要均一； ③标准样品要有足够的数量； ④标准样品易于进行化学处理和同位素测定。 4、同位素分馏系数（α） 两物质间同位素分馏的程度可以用同位素分馏系数来衡量。 同位素分馏系数是两种物质中某元素同位素比值之商，即： α A-B＝ RA/RB ＝[φ(A2)/φ(A1)]/[φ(B2)/φ(B1)] 式中A、B为含有相同元素的两种分子 例如： α CaCO3-H2O =(18O/16O)CaCO3/(18O/16O)H2O α偏离1愈大，分馏作用愈强； α接近1，表示分馏作用弱； 在同位素交换反应时，分馏效应是随温度而变化的，一般来说温度越高，α越接近1，分馏效应愈不显著 。 5、同位素富集系数（Δ） 何谓同位素富集系数（Δ） 在同位素平衡条件下，不同化合物中的同类同位素组成δ值的差，称为同位素富集系数，用Δ表示。 ΔA-B＝ δ A－δB 对于同一元素的一系列化合物而言，同位素富集系数具有简单的加和性： ΔA-C ＝ ΔA-B ＋ΔB-C 例 已知 △FeS - ZnS=A △ ZnS - CuS=B 计算 △ FeS – CuS？