同位素地质学2013-本科教学.ppt

教材与主要参考书 考核方法 地球化学是研究自然界，主要是地球及其各组成部分的化学演化及其机理的科学。 三个主干分枝：元素地球化学 同位素地球化学 实验地球化学 研究内容 ：稳定同位素地球化学；同位素地质年代学 奠基阶段：20世纪初~30年代 理论和学科发展阶段：30~70年代 深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来 稳定同位素的分馏机制与应用研究，在这方面做出突出贡献的科学家有: Urey(1947)、 Taylor (1967,1968)、Hoefs（1970）、Ohmoto(1972) 同位素地质年代学定年体系的研究与应用。在这方面做出突出贡献的科学家有: Holmes (1932)、Doe Zartman (1979)、Faure(1972) 新的仪器测试技术使得能高精度地测试越来越多的同位素 向各个相关领域快速扩散，应用越来越广 空间 — 上天：宇宙化学、行星对比、地球及太 阳系的成引演化； 入地：地球深部研究，包括地幔组成和岩石圈 演化； 下海：海洋地球化学及其元素与大气圈、岩石 圈和生物圈之间的交换、循环和通量。 时间 — 与地球形成和早期演化以及生命起源有关的地球化学；与评价和预测现代环境演化有关的环 境地球化学和第四纪地球化学研究。 著名学者 研究机构 同位素找矿-卡林型金矿 同位素找矿- VMS型矿床 同位素找矿- 石英脉型Au矿床 2. 放射性同位素的分析方法 2.1 化学分离 酸溶 离子交换 2.2 质谱测试 r2=m.2V/eH2 表面热电离同位素质谱仪（TIMS） 离子源系统 去水装置 21 samples magazine ion source cryo pump 灯丝 质量分析系统 focus lens r2=m.2V/eH2 ------示踪古环境的变化 △C≈δ13CCO2－δ13COrgan =(△C)0+J(O2/38-1) △S≈δ34Ssulfate－δ34Ssulfite =(△S)0(O2/38) 酸雨的来源研究 酸雨是指pH值小于5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水。 酸雨给地球生态环境和人类社会经济带来严重的影响和破坏。研究表明，酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹等人文景观均带来严重危害，不仅造成重大经济损失，更危及人类生存和发展。 一、 N 同位素变化范围 2.3 稳定同位素的应用--- N 同位素 14N≈99.64％； 15N≈0.36％ δ15N：-50‰～+50 ‰ 1. 生物氮循环： 固氮过程：N2+3H2O→2NH3+3/2O2 硝化过程：有机N →NH4 →NO2 → NO3 脱氮过程：硝酸盐→ N2 2. 平衡分馏：NO →NH3 → N2 →N2O →NO2 , δ15N依次富集 3. 其他物理化学效应：如扩散过程与挥发过程中氮同位素分馏 二、国内外N同位素研究进展 1997-2009 Elsevier 数据库有关氮同位素文章310篇： 分析方法与质谱测定有20篇 研究陨石与天体方面的有21篇 研究岩浆作用与变质作用的有9篇 研究沉积物（主要现在沉积物）有60篇 研究有机物及生物体的有121篇 研究水的（海水、湖泊水、地下水及污水）39篇 研究气体（大气、天然气等）有13篇 其他37篇 1989-2009 VIP 数据库有关氮同位素文章只有16篇： 综述性文章（研究进展）及翻译的文章有10篇 研究土壤与化肥中的氮同位素有3篇 研究花岗岩有1篇：张成君等，中国东北地区中新生代岩浆岩中氮及其同位素组成，地质论评，2002（兰州大学） 研究沉积物有1篇：陈传平等，中国不同沉积环境的氮同位素特征，石油与天然气地质，2001（江汉石油学院） 研究水的有1篇 ：杨素更，地下水中硝酸盐氮同位素组成测定方法，地质实验室， 1996（地科院水文所） 第二部分 同位素地质年代学 1. 基本原理 2. 放射性同位素的分析方法 3. 放射性同位素的应用 1. 基本原理 1.1 衰变方式 1.2 衰变定律 1.1 衰变方式 放射性衰变： 不稳定的原子会自发地发射出粒子和能量而转变为另一种原子，这一过程称为放射性衰变，发射出粒子和能量的现象即所谓放射性。 1.1 衰变方式 ?-衰变 一部分不稳定原子衰变发射出带负电的?粒子和中微子以及往往伴随以?射线为形式的辐射能。?-衰变可以看作是一个中子转变为一个质子和一个电子，该电子被驱逐出来就是?-粒子。