海洋地球化学8.ppt

第8讲 （第四章-稳定同位素部分） 第四节 稳定同位素分馏原理 利用同位素组成的不均匀性和变化来研究 一、基本概念 同位素丰度 相对~：百分数。 绝对~：与1H（=1012）或28Si（=106）的比值。 核合成、衰变、分馏造成其变化。 第四节 稳定同位素分馏原理 一、基本概念 同位素分馏系数 同位素效应：同位素差异造成的性质差异。 同位素分馏：同位素在两相中分配比不同。 “不同”表示：αA-B=RA/RB， α：分馏系数。越偏离1，分馏程度越大。 温度的函数→地质温度计 R：同位素（重/轻）比 A、B：两相 第四节 稳定同位素分馏原理 一、基本概念 同位素组成表示——δ值 δ(‰ )=[(R样/R标)-1]×1000 δ：千分偏差值，可用质谱仪直接测得。 如：方解石中的18O…（见书） 标准：见表4-5。 选择原则：某元素同位素组成接近自然界平均值。成分均匀，易测、可得 。 第四节 稳定同位素分馏原理 一、基本概念 千分分馏和同位素分馏值 1000ln(1.00n) ≈n ——千分分馏 例如：αA-B=1.031，1000lnαA-B≈31 1000lnA-B∝T-2 ?A-B=δA-δB 加和性：?A-C=?A-B+?B-C 关推导系：αA-B=（1000+δA）/ （1000+δB） …… 第四节 稳定同位素分馏原理 二、稳定同位素分馏机理 热力学平衡分馏——由性质不同引起 同位素交换方式： 不同分子或不同相间的交换（不反应） 1H2O + 1H2H ? 1H2HO +1H2 同种分子间交换（歧化反应） 1H2O + 2H2O ? 21H2HO 同位素分子参与反应 1H2HO、2H2O分别于N1H3反应 第四节 稳定同位素分馏原理 二、稳定同位素分馏机理 热力学平衡分馏 同位素交换机理： 缔合机理： 缔合中间体后重新分配 电离机理： 解离后组合中伴随着再分配 第四节 稳定同位素分馏原理 二、稳定同位素分馏机理 热力学平衡分馏 同位素平衡分馏的因素： 温 度： … 压 力：当体积变化大时 化学成分：重的富集在键强中 物质结构： 第四节 稳定同位素分馏原理 二、稳定同位素分馏机理 同位素动力学分馏 ——由扩散或反应速率不同引起 产物中优先富集反应快的同位素——轻同位素； 扩散过程的分馏系数：vA/vB=(mB/mA)1/2 与质量无关的同位素分馏 一般质量差越大分馏效应越强，但有些其它因素造成不符合质量相关 第五节 稳定同位素的应用 一、同位素地质温度计 基本原理 由分馏系数αCaCO3-H2O=(18O/16O)CaCO3/(18O/16O)H2O确定CaCO3形成的温度。 一般：1000lnαA-B=α×106/T2+b×103/T+c 步骤： 标准曲线：α~T 测 样 品：α 查 曲 线：T 第五节 稳定同位素的应用 一、同位素地质温度计 基本原理 条件：A-B共生、平衡、常见、稳定、?大、可靠… 第五节 稳定同位素的应用 一、同位素地质温度计 同位素测温方法及常用的测温方程 （1）外部测温法 测固相值，假定另一相值，由分馏系数计算温度。 如：氧同位素温度计 矿物-海水溶液（表4-6） 矿物-不含氧共生矿物包裹的水（表4-7） 第五节 稳定同位素的应用 一、同位素地质温度计 同位素测温方法及常用的测温方程 （2）内部测温法 测两共生含氧矿物质→温度 如：表4-8 （3）单矿物测温法 测同一矿物中不同结构上的同位素组成 第五节 稳定同位素的应用 二、氢、氧同位素 2H/1H、18O/16O 不同水体 （1）大气降水 δD、δ18O的范围：…， 影响因素： 大陆（或海岸线）效应： 纬度（温度）效应： 高度效应： 季节效应： 第五节 稳定同位素的应用 二、氢、氧同位素 2H/1H、18O/16O 不同水体 （1）大气降水 δD、δ18O的关系： 平衡分馏：D/H=8×18O/16O 第五节 稳定同位素的应用 二、氢、氧同位素 不同水体 （2）海水 表层海水：δD=mδ18O（m=7.5、6.5、6.0…） 瑞利分馏：蒸发-凝聚中动力学分馏，雨滴移离云层。 蒸发前后重的含量：N=N0(V0/V)(α-1)/α →由某T的α及V0、N0，求V时δ=1000(fα-1-1) （f为剩余蒸汽的分数） 第五节 稳定同位素的应用 二、氢、氧同