硫同位素地球化学简介讲述.pptx

硫同位素地球化学 单质硫 火药（硫酸钾、磷酸钾、碳和硫） 黄铁矿FeS2 火山喷发气体中含有大量SO2 1.硫同位素概况 硫有四种稳定同位素: 。 一般情况下，地球化学研究中考虑分配最广泛的32S和34S这两种同位素的比值。国际标准是凯尼昂迪布洛陨石的陨硫铁，其32S/34S～22.22（34S/32S～0.045），δS34 =0.00（Jensen，1962）。当δ34S是正号表示样品硫比陨石富集34S，反之，表示样品更富集32S。 2.硫同位素分馏特征 自然界硫同位素的分馏十分显著，δ34S的变化可达到180‰，与硫同位素较大的质量差和含硫物质的一系列化学性质有关。 自然条件下硫的价态有－2，－1，0，＋4，＋6。各种硫化物和硫酸盐的稳定性和溶解度不同，如硫化物在低温水溶液中极难溶，而硫酸盐则容易溶解，造成富34S的硫酸盐被带走，产生机械分离。 Simon Robert，2006，ESR 2.硫同位素分馏机制 2.1. 热力学平衡分馏 即同位素受温度控制，按不同的分馏系数在各相间富集。常见热力学分馏主要发生在岩浆去气过程及温度变化的热液体系中。经大量实验和实际观测，当不同存在形式的含硫矿物由一个统一的流体相沉淀出来时， 硫同位素会在含硫矿物间进行分配并达到平衡，共生矿物间的硫同位素组成差异明显。然而必威体育精装版研究提出该规律只考虑元素价态可能并不完备，比如压力导致元素电子自旋态变化的地质过程必定存在同位素分馏反常的复杂状况。 在热力学平衡状态下，不同价态的硫同位素分馏具有以下特征： 2.2 动力学平衡分馏 即同位素原子或原子团反应速率不一致而造成同位素组成变化，如氧化反应、细菌还原及有机物热分解、有机还原与高温无机还原过程、歧化作用等。细菌还原是最重要的硫同位素动力学分馏过程。在低于50℃条件下，厌氧细菌易还原SO42-成H2S，进而与金属离子结合成硫化物，从而造成自然界最大的硫同位素分馏。宏观上细菌还原过程中，硫同位素分馏程度取决于还原细菌的种类、还原反应速率及反应体系的封闭性。 硫同位素的动力学分馏主要分为 1.细菌还原；2.有机质分解； 3.有机还原；4.无机还原。 2.硫同位素分馏机制 细菌还原 其中硫酸盐的细菌还原是最重要的分馏过程，包括以下五个部分： 其中硫酸盐的细菌还原是最重要的分馏过程，包括以下五个部分： 细菌还原 硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小，与还原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度等因素有关。 在对硫酸盐开放的环境中，如自然界的深海或静海环境，还原消耗掉的可从上覆海水中不断得到补充，使得同位素组成基本保持不变。此种环境下形成的硫化物具有相对稳定的d34S值，K1/K2值为1.040~1.060，即硫化物的d34S值比海水硫酸盐的低40‰~60‰（a）。 硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小，与还原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度等因素有关。 在硫酸盐组分的补给速度低于其还原速度的封闭、半封闭环境中，由于富32S的硫酸盐优先被还原成H2S，因此最初形成的硫化物的d34S值最低。随着还原作用的进行，越是晚期形成的硫化物，d34S值就越高。 硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小，与还原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度等因素有关。 对于H2S开放的体系，即生成的H2S迅速转变成金属硫化物而从体系中沉淀出来，则开始时硫化物的d34S值很低，但晚阶段形成的硫化物的d34S值可大于海水硫酸盐的初始值(~+20) 硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小，与还原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度等因素有关。 对于H2S封闭的体系，即生成的H2S未形成金属硫化物而离开体系，那么硫化物的d34S值也是由低变高。在还原作用接近结束时，硫化物的值接近于海水硫酸盐的初始值。 硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小，与还原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度等因素有关。 在温度50℃时，含硫有机质受热分解，生成H2S，从而产生硫同位素动力分馏，K1/K2=1.015。 例如起始物质的d34S值接近海水硫酸盐时（+20‰），则热分解形成的H2S的d34S值为+5‰±5‰（b）。 硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小，与还原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度等因素有关。 随着温度升高，水溶硫酸盐可与有机物发生还原反应。如T~250℃: