地球化学课件6(4)- 同位素地球化学.ppt

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1、第六章同位素地球化学IsotopeGeochemistry同位素地球化学稳定同位素地球化学研究自然体系中稳定同位素的组成及其变化规律，属同位素地球化学的分支学科。对于原子质量较轻的元素（原子量<40），其组成同位素间的原子质量差相对较大，因此，在物理-化学和热力学性质上表现出不同程度的差异。在自然作用过程中，同位素间的性质差异可导致同位素分馏现象的发生，使得质量较轻的同位素在部分共存物质相中富集，而质量较重的同位素在另外的物质相中富集。轻-重同位素间发生分馏的程度与自然体系的物质组成和环境条件有关。稳定同位素地球化学正是

2、根据自然过程中发生同位素分馏现象的原理，探讨地质作用过程的物质来源和环境条件等问题。6.5稳定同位素地球化学6.5.1稳定同位素分类稳定同位素是指不具有放射性衰变的、半衰期过长、相对于地球的形成年龄而没有发生明显衰减的同位素。其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射性成因同位素(radiogenicisotope)，如87Sr是由放射性同位素87Rb衰变而来的；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现他们能够自发衰变形成其他同位素，如氢同位素（1H和2H）、氧同位素（16O

3、和18O）、碳同位素（12C和13C）等。引起稳定同位素组成变化的主要原因有：（1）同位素分馏作用（2）放射性衰变（3）多源岩浆混合作用稳定同位素丰度发生变化的主要原因是同位素分馏，即轻、重同位素在物质间的分配发生了变化，一些物质富集轻同位素，另一些物质富集重同位素。特别是一些较轻元素，如H、C、O、S等，同位素质量数比较小，相对质量差别也就比较大。如H和D质量差为100％，12C与13C相差8.3%，16O与18O相差6.2%，而204Pb与206Pb的质量差相差仅1％。质量数小的同位素分馏更明显，这对地质作用来说具有

4、重要意义。这也是传统稳定同位素地球化学涉及的主要是氢、碳、氧、硫等同位素的原因。随着分析技术的进步，现在的稳定同位素也包括了质量数较大、以金属元素为主的部分重同位素（如Fe,Cu和Mo元素的同位素），称为非传统稳定同位素。6.5.2同位素的丰度同位素丰度指组成元素的各同位素的原子个数百分比例，代表了同位素的组成。如自然界中组成氮元素的同位素中14N的平均丰度为99.63％、15N0.37％，而碳元素中12C的平均丰度为98.89％、13C为1.11％。由于分馏现象的存在，自然界中稳定同位素的组成均存在一定的变化范围。通常

5、核素原子质量越轻，其同位素间的相对质量差异越大，故质量数较小元素的同位素组成在自然界具有较大的变化范围，在所有的元素中，氢的同位素组成在自然界中具有最大的变化范围。6.5.3同位素组成的表达方法1.R值元素的同位素组成通常用其中两个丰度高的同位素的原子数比值表达，一般采用原子质量数高的同位素为分子，而原子质量数低的同位素为分母。如硫元素由四个稳定同位素组成，各同位素的平均丰度为32S＝95.02%、33S＝0.75％、34S＝4.21％和36S＝0.02％，因此硫同位素组成可采用34S/32S比值或R值表达。2.δ值若取

6、某一给定样品的R值为标准，则可测得各地质样品中R值与标准的绝对变差，以δ表示：在表示各元素的同位素组成δ值时，选取同位素比值中的重同位素作为标记。对于元素氢、碳、氧和硫，其R值分别D/H、13C/12C、18O/16O和34S/32S，相应的δ分别标记为δD、δ13C、δ18O和δ34S。例如对34S/32S相对于标准样品的富集程度，即以δ34S来表示：δ34S‰=[((34S/32S)样/(34S/32S)标)-1]×1000这样可以从样品的δ值，直接看出它含微量同位素比标准样品是富集了，还是贫化了。δ＞0表示34S比

7、标准样品是富集了；δ＜0表示34S比标准样品是贫化了。虽然各元素的同位素R值具有不同的量级和变化范围，但换算成值δ后，则可以统一到反映其相对标准物质的分馏程度上来，并表现出相近的变化范围。稳定同位素分析数据显示，不同实验室对相同样品用质谱仪测得的绝对比值的差异明显大于对两个不同样品间同位素比值差异的测定，表明不同实验室的质谱仪之间存在明显的系统误差。为使稳定同位素分析结果有统一的对比基础，建立了国际标准样品。各实验室根据标样的定值和实测结果，确定出分析过程的实际系统偏差值，进而对样品的比值测量结果进行校正。目前研制的稳定

8、同位素国际标样主要来自国际原子能委员会和美国国家标准局。6.5.4稳定同位素标准元素标准样缩写H、O标准平均海水SMOWH、O维也纳标准平均海水V－SMOWC、O美国南卡罗莱纳州，皮迪组的美洲箭石（已耗尽）PDBC索洛霍芬石灰岩NBS—20S美国亚利桑那州坎宁迪亚布洛铁陨石中的陨硫铁CDT国际标准样品的条件：①在世界