环境地球化学（中科院） 第三章 全球变化2 (NXPowerLite).ppt

第三章 全球变化学第二节 与全球变化相关的几个问题简述 二、过去全球变化研究中的几个时间段与定年方法 过去全球变化主要集中研究的时间段为：250万年、15万年、2万年、及2000年。其原因为： 过去250万年是北半球高纬度冰盖形成，并进入冰期与间冰期多次交替的时段，也是全球从末次间冰期、末次冰期到冰后期的时段；过去2万年是地球经历了末次盛冰期到冰后期的时段；过去2000年是包括了小冰期及其结束后人类进入工业发展的时代 自然环境演变过程中保存的黄土、湖积物、沙漠沉积、冰芯、海洋沉积、树木年轮、以及地层中的生物遗存和有关历史记录等，是过去气候和环境从季节到千年、万年时间分辨率不等的变化记录。 因此，气候变迁时间序列的建立和替代性气候指标乃至气候要素值的复原，是古气候和古环境研究中基础性的关键环节。 放射性衰变和地质年龄测定原理及前提 不稳定原子核自发地放出各种射线的现象称为放射性，由α、β、γ三种射线组成。α是高速运动的42He核粒子流；β是高速运动的电子流或正电子流；γ是波长很短的电磁波。能自发地放射出各种射线的同位素称为放射性同位素。放射性同位素放射出α或β射线而发生核转变的过程称为放射性衰变。衰变前的放射性同位素叫母体，衰变过程中产生的新同位素叫子体。 放射性衰变方式 在自然界不稳定核素的自发衰变方式主要有以下几种： (1)α衰变 原子核自发地放射出α粒子而转变为另一种核的过程为α衰变，它是重核的特征，只有质量数A140的原子核才有，特别是原子序数Z82和质量数209的放射性同位素，则以α衰变 为主。 AZX→A-4Z-2Y+42He+Q 22688Ra(镭)→22286Rn(氡)+42He (2)β衰变 原子核自发地放射出β粒子的过程称为β衰变，β粒子包括正电子和负电子。 β- AZX→AZ+1Y+e_+υ+Q 质量数不变，序数加1 β+ AZX→AZ-1Y+e++υ+Q 质量数不变，序数减1 式中，e_为负电子，e+为正电子，υ为反中微子，υ为中微子。 (3)电子捕获 原子核从核外电子层中捕获一个轨道电子的过程称为轨道电子捕获－K层捕获。 AZX+e_→AZ-1Y+υ+Q 4019 K+e_→4018Ar 此外，还有γ衰变 和核裂变等方式 放射性衰变定律 衰变反应与化学反应不同，具有其特殊性质： (1) 核内部反应； (2) 衰变自发持续进行，母核素按恒定比例衰减； (3)反应不受T、P和原子存在形式影响，母体和子体的数量只是时间的函数。 据此，可归纳出放射性衰变速率定律： 单位时间内衰变的原子数与现存放射性母体原子数成正比或衰变速率正比于现存母体原子数： －（dN/dT）=λN (1) λ=－（dN/dT）·（1/N） (2) 式中dN/dT为衰变速率，λ为衰变常数，为单位时间内发生衰变的原子数的比例数，单位为d-1、s-1等。 对（1）式从0到t积分： Ln（N/N0）=-λt N=N0·e-λt （3） N0为t=0时衰变母体原子数。 设衰变产物原子数为D* D*＝N0－N D*＝N0(1-e-λt)=N(eλt -1) （4） 半衰期τ为放射性的母体衰减到初始值一半时所需用的时间，即当 N＝1/2 N0时，τ＝Ln2/λ=0.693/λ 同位素计时原理及前提 当矿物或岩石在一次地质事件中形成时，放射性同位素以一定的形式进入到矿物内，以后不断衰减，随之放射成因的稳定子体逐渐增加，因此只要系统中母体和子体的原子数变化归因于放射性衰变，那么通过准确测定岩石、矿物中的母体和子体的含量，就可以根据放射性衰变定律计算出该岩石或矿物的地质年龄。这种年龄测定称作同位素计时或放射性计时，计时的基本原理就是依据天然放射性同位素的衰变规律，由此测定的地质事件或宇宙事件的年龄即为同位素年龄。 同位素计时的前提： (1)λ需精确测定，并且衰变的最终产物是稳定的； (2)样品及其测得的N和D值能代表想要得到的年龄的那个体系； (3)已知母体元素的同位素种类和相应的同位素丰度，并且无论是在不同时代的地球物质中