锶同位素的环境地球化学指示意义.ppt

锶同位素的环境地球化学指示意义 中国科学院地质与地球物理研究所 李 泽 文 报 告 大 纲 一.锶的地球化学性质 二.锶同位素的分布 三.锶同位素在环境地球化学中的实际应用 1. 物质来源分析 2. 用锶同位素比值计算流域风化速率 3. 古沉积环境分析 自19世纪40 年代以来,由于元素Sr 及其同位素在地球各圈层中的分布和迁移具有很好的地球化学指示意义,又由于现代测试方法及分析技术的发展和地球化学理论研究的不断完善,Sr 在地球科学研究的各个领域获得了广泛应用。从最初Rb - Sr 等时线地质定年技术的开发应用到现代沉积学, 在水文地球化学和环境地球化学领域的应用始于80年代。 Sr元素位于元素周期表第二主族，原子序数38，Sr有4种天然存在的稳定同位素，即84Sr、86Sr、87Sr和88Sr，其中87Sr是放射成因的同位素，由87Rb经β-衰变形成，半衰期为48.8×109年。 一.锶的地球化学性质 88Sr 86Sr 87Sr 84Sr 丰度 82.58 9.86 7.0 0.56 Sr2+(0. 113nm)和Rb+(0. 147nm)分别与Ca2+(0. 099nm)和K+(0. 133nm)具有相近的离子半径，可通过类质同象替换方式进入矿物的晶格中，因此Sr与Rb分别富集在富钙和富钾的矿物中。 锶同位素的独特性质 87 Rb衰变到87 Sr的半衰期长(48.8×109 a) ,所以我们认为自然界中Rb衰变对87Sr /86Sr和Rb /Sr的比值影响是很小的。 锶元素化学性质稳定, 锶同位素不受质量分馏的影响。 不同岩石中锶含量有明显差异, 地下水中的87Sr/86Sr 比值往往与它接触的岩石矿物87Sr/86Sr比值相近，因此地下水中锶浓度的变化可以反映地下水流经的不同土壤、含水层和矿物。 二. 锶同位素的分布特点 来 源 87Sr/86Sr 硅酸盐岩风化 0.716～0.720 碳酸盐岩风化 0.708 大陆地壳 0.720 硫酸盐 0.707～0.709 古老硅铝酸盐 0.720±0.005 年青玄武岩 0.704±0.002 世界河流平均值 0.7119 四.锶同位素在环境地球化学中的应用 1.水中溶解物质来源分析 不同来源水体的同位素特征主要受下列条件综合影响： ①初始水成分特征。 ②所流经矿物成分特征及其与水体反应的情况。 ③水流路径的曲折程度。 ④水体在岩石中的寄宿和迁移速度。 ⑤水体之间的混合作用。 在水文地质研究中常用Sr/Ca、Sr/Ba和同位素的比值87Sr/86Sr作为研究指标。 不同岩石所含锶元素含量不同，大气降水降落到地面后，流经不同的岩石，致使地下水体锶元素浓度不同。岩石中的锶元素以Sr2+形式进入地下水，成为地下水的组分之一。由于围岩性质不同、径流条件不同、水-岩接触时间也不同，使得地下水中的Sr2+浓度和87Sr/86Sr比值也不同。某一特定矿物风化释放的锶通常具有自己特征的87Sr/86Sr比值。 Odum（1957）发现流经不同地区的水体中Sr/ Ca值不同, 流经灰岩地区的河水中的Sr/ Ca值低,而Sr、Ca 浓度高; 流经潮湿地区的河水中的Sr)/Ca值低; 流经干旱地区的河水中的Sr)/Ca值高; 由于CaCO3 的沉淀, 封闭盆地的Sr/Ca值比其补给河流河水中的cSr/ Ca值高; Sr/Ca值的大小是由显生宙灰岩的全等风化决定的。这为Sr/Ca值在水文地质研究中的应用奠定了理论基础。 韩贵琳等研究了贵州喀斯特地区2条主要水系(乌江水系和沅江水系) Sr2+ 浓度及87Sr/ 86Sr值的变化，发现流经不同岩层地下水具有不同的87Sr/ 86Sr值。 结合Na/Ca 、Mg/Ca 值确定，河水溶质来源于3个端元物质的风化(石灰岩、白云岩和硅酸盐岩)，且主要受灰岩风化作用的控制。 赵继昌等研究了长江源区河水中的87Sr/ 86Sr值及主要离子浓度，并根据物质运移均衡方程计算了河水中各类主要元素及锶所占的比例， 分析了长江源区主要河流的补给来源，并计算了唐古拉山南坡和北坡的风化速率。 2. 用锶同位素比值计算流域风化速率 雨水和河水中87 Sr/ 86 Sr 比值明显不同. 用87 Sr/ 86 Sr同位素比值来计算风化过程中可交换的阳离子的得失和化学风化速率。 在人为活动