地球化学课程总结.ppt

第六章 稳定同位素地球化学 稳定同位素、同位素分馏、同位素分馏原理 第一节 稳定同位素组成的表示方法 与标准样品的同位素比值相比较 用偏差千分率表示（δ‰） 正和负δ‰值的含义 第二节 同位素分馏 1）同位素分馏：地球化学过程中化学键强弱（质量差异）导致的稳定同位素在矿物中的丰度变化称同位素分馏 分馏程度用分馏系数α表示：α＝RA/RB α 为A相和B相中重同位素与轻同位素的比值。 2）产生同位素分馏的主要原因 原子的振动能是产生同位素分馏的主要原因 振动能的大小决定化学键的强弱，弱键富集轻同位素，强健富集重同位素。 3）引起同位素分馏的地球化学过程： ①同位素交换反应 同位素分馏系数与温度成反比。 ②动力学分馏 轻同位素组成的化学健较弱，反应速率较快，生成物中轻同位素相对富集 ③物理分馏： 蒸发与凝聚、溶化与结晶、吸附与解吸以及分子 或离子的扩散，引起的同位素分馏称物理分馏。 蒸发相富集轻同位素，凝聚相富集重同位素。 ④生物化学分馏 生物活动和有机反应引起的同位素分馏。 它使轻同位素更多地富集在生物合成的化合物中 第三节 硫同位素地球化学 （一）硫同位素的组成 主要研究32S与34S的比值变化。 （二）硫同位素分馏的热力学效应 硫同位素分馏系数大小取决于介质所的物理化学环境（温度、氧逸度、pH值等）。 硫的氧化物（SO2）含氧酸根化合物（SO2-4）的键 能比硫化物大，它们比共存硫化物明显富集34S。 矿床中硫酸盐的δ34S值大于硫化物的δ34S值。 1 氧逸度和pH值对硫同位素分馏的影响 氢离子活度控制着共存的H2S、HS-与S-2的相对比例， 氧逸度控制SO4-2 相对水溶液中H2S的丰度， SO4-2较 S-2富集34S。 硫同位素分馏与氧逸度（fO2）和PH值的关系： （1）溶液在高氧逸度下沉淀的硫化物比低氧逸度下沉淀 的同种矿物富集32S。 （2） PH值 PH降低，氢离子活度增加，有利于H2S（溶液）和 SO4-2的 形成，两者相对硫化物优先富集34S，成矿液体中沉淀出 的硫化物随PH降低，不断富集32S。 （三）生物分馏作用： 生物活动和有机反应引起的同位素分馏 （四）硫同位素地质温度计 在共生矿物中，硫同位素分馏与矿物形成的温度密切相关。成矿温度愈高，矿物间同位素分馏愈小；成矿温度愈低，分馏愈明显。 第五节 氧、氢同位素地球化学 （一）氧、氢同位素组成与分布 （二）矿物间氧同位素热力学平衡 矿物中氧键由强变弱的趋势 (轻-重同位素富集规律) 即Si-O-Si键最强 Si-O-Al键、Si-O-Mg键次之 Fe-O-Fe键最弱 。 （三）氧同位素地质温度计 测温条件: （1）交换反应达到平衡 （2）平衡后同位素组成不在改变 （3）实验测定出温度与分馏系数的关系式 氧同位素的应用： 岩浆作用示踪 成岩、成矿、古海洋、古气候温度测定 （硅酸盐、氧化物、碳酸钙、硅藻、放射虫） 确定时代-氧同位素组成恢复古温度 2.蒸发与凝聚过程中氢氧同位素的分馏 （1）大气降水的氢氧同位素组成 （2）影响雨水δD值及δ18O值的因素 （影响温度变化的因素） 4、碳同位素地球化学 1）碳同位素组成与分布 2）碳同位素的分馏 光合作用的动力学分馏效应 光合作用：6CO2＋6H2O→C6H12O6+6O2 生物成因有机化合物的碳同位素组成 CO2与HCO3- 和CO3-2 的碳同位素分馏 海水CO3-2和HCO3-比大气CO2富集13C 深成或平均地壳来源的碳δ13C≈-7‰生物成因的有机化合物δ13C≈-25‰ 影响同位素分馏作用的主要因素： 温度、 fO2 、 pH值和生物作用(C、S) 温度（H、O） 示踪分析： (1)同位素分馏效应 (2)体系初始稳定同位素组成 (3)外来物质混入 第七章 环境地球化学 基本概念： 1、环境中元素的背景值及其存在状态 环境背景值： 1）环境中元素的存在状态： 元素的物理状态、价态、化合态和结构态等方面 土壤中金属元素赋存状态及有效态： ①水溶态、 ②可交换态、③有机无机结合态、④固定态；有效态：①水溶态、 ②可交换态、 天然水体中元素的存在状态：溶解态和悬浮态 第二节 元素的生态学分类及其功能 元素的生态学分类 (1)大量必需元素 H、C、O、N、P、S、Cl、K、Na、Ca、Mg。 (2) 微量必需元素 (3) 非必需元素 (4)有毒元素 Cd、Hg、As、Pb、U等 第三节 生物地球化学循环与环境变化 生物地球化学循环 一、水循环（水循环概念） 1.人类活动对水循环和环境的影响 水库 运河