10_同位素海洋化学.ppt

同位素简介 同位素： 核内具有相同质子数而有不同中子数的一系列原子 同位素的分类： 按原子核的稳定性：稳定同位素、放射性同位素 按来源： 天然放射性同位素（宇生／原生）、 人工放射性同位素 按有无衰变系：散在的、有衰变系列的 同位素概述 核衰变类型与测量方法 α衰变： α能谱仪（本底低；准确度、分辨率高； 样品量少；流程复杂） β衰变： β计数仪（本底、准确度适中；核素分辨率 差；流程适中） γ辐射： γ能谱仪（本底高；准确度、分辨率适中；样品量大；流程简单） 质谱仪： 气体同位素比值质谱（IRMS） （13C、15N、2H、18O、35S） 多收集器等离子体质谱（MC-ICP-MS） (中等至高质量数稳定及放射性同位素) 海洋同位素示踪 海洋同位素示踪: 利用海洋中固有的或外加的各种同位素作为示踪剂, 揭示各种海洋学过程的机制与速率 1970s 的GEOSECS为同位素示踪技术的发展奠定基础； 全球变化背景下，海洋科学的一个研究核心是： 海洋对全球变化的响应和反馈 JGOFS，LOICZ，SOLAS，GEOTRACES 海洋同位素示踪 研究的重点强调对过程与速率的了解 同位素示踪的独特功能： “定时”（速率）与“定性”（来源） Part Ⅰ 海洋稳定同位素 一、稳定同位素基本概念 1. 稳定同位素丰度 某元素的某种稳定同位素所占的百分数。如： 16O: 99.763%，17O: 0.035%，18O: 0.1995% 2. 稳定同位素比值（R） 某种元素的两种稳定同位素含量之比（重/轻）。 稳定同位素比值容易直接测量（同位素比值质谱法） 一、稳定同位素基本概念 3. δ值 样品中两种稳定同位素比值（R样）与标准中该 两种稳定同位素比值（R标）的相对千分偏差 一、稳定同位素基本概念 3. δ值 稳定同位素标准δ值与稳定同位素标准的选择（R标） 有关。国际上统一提供了不同元素的稳定同位素标准。稳定同位素标准的选择条件为 ? 原料充足； ? 同位素组成均匀； ? 制样方法简单； ? 稳定同位素比值接近天然组成变化的中间值 稳定同位素标准 一、稳定同位素基本概念 4. 同位素分馏（isotopic fractionation/segregation） 某种元素的稳定同位素比值经过物理化学过程变化（如化学反应、相变、分子扩散等）后发生的改变 一、稳定同位素基本概念 4. 同位素分馏（isotopic fractionation/segregation） 同位素分馏系数（α） 产物与反应物中某稳定同位素比值之商，即 一、稳定同位素基本概念 5. 同位素分馏机理 同位素交换反应（热力学分馏）：不同化合物之间、不同相间、或单分子之间的同位素交换。 同位素动力分馏：由于分子量差异导致的同位素运动速度不同而引起的分馏。如：C16O18O比C16O2扩散速度小22‰，在分子扩散过程中引起分馏 3. 海水古温度 海洋中钙质生物中的CaCO3与海水处于平衡状态， CaCO3生成时与海水中的氧同位素发生交换反应，其平衡常数K与平衡时的温度有确定关系 3. 海水古温度 4. 碳稳定同位素在海洋研究中的其它应用 4.2 有机碳稳定同位素比（δ13Corg）的应用 δ13Corg作为沉积记录中的有机物整体参数之一，在区分海洋与大陆有机物的来源方面具有重要作用。δ13Corg主要反映了光合作用、碳同化作用以及碳源的同位素组成。 绝大多数陆地植物的光合作用主要通过C3-Calvin途径，称为C3植物 另外一些植物如甘蔗、玉米、高粱的光合作用主要通过C4Hatch-Slack途径，称为C4植物 此外还有一些肉质植物通过CAM途径，由于其对海洋的有机质贡献很小，因此可以忽略（干旱） 4. 碳稳定同位素在海洋研究中的其它应用 4.3 有机碳稳定同位素比（δ13Corg）的应用 陆地植物通过C3途径把大气CO2 δ13Corg ≈－7‰）合成有机质，其δ13Corg为－27‰ C4植物的δ13Corg则是－14‰ 海洋藻类有机碳的δ13Corg值通常是－20‰至－22‰。陆源C3植物与海洋藻类碳同位素差值约为7‰，是区分有机物来源的良好标志 4. 碳稳定同位素在海洋研究中的其它应用 4.4 单体分子碳同位素在古海洋学中的应用 单体化合物的碳同位素是将色谱分离与稳定同位素比值测定结合在一起的方法，在探索有机物质来源、古环境信息等方面有着有机质整体的δ13Corg和传统生物标志物不可替代的优点。突出表现为： 不同生物有机体合成相同的生物标志物常常具有不同的碳同位