同位素分馏.ppt

稳定同位素地球化学Stable Isotope Geochemistry;稳定同位素地球化学建立;稳定同位素地球化学发展;内 容;二. 稳定同位素基础;1.3 同位素丰度;1.4 同位素丰度变化;1.5 同位素丰度变化的地质应用;2. 同位素效应;3. 同位素分析结果的表达和标准;3.2 同位素标准;;常见稳定同位素表示方法及其相对标准;4. 同位素分馏;Small differences in measured ratios requires values to be in per milo/oo difference of isotope ratio of sample to standard;非质量相关分馏;陨石、地球和月球样品的氧同位素From the work of R. N. Clayton.;5. 稳定同位素地球化学的研究内容;不满足上述条件的元素;物理化学过程引起同位素组成变化同位素组成不随化学过程而改变?(not true)某一元素不同同位素之间化学性质的微小差异可以提供反映化学过程(地球化学和生物化学)的有用信息;二. 稳定同位素分析方法;1. 样品制备;1.2 氧同位素样品;1.3 碳同位素样品;1.4 硫同位素样品;三. 同位素分馏机理;同位素分馏系数校准方法;影响同位素平衡分馏的因素;一般地，重同位素倾向于富集在键性强的化合物中。H2O(l)+HDS(g)?HDO(l)+H2S(g) H-O键比H-S键强，所以D富集在水分子中。;电位高、原子量低的阳离子优先结合18O。例如对于Si4+－O键到Al3+－O到Fe2+－O键，阳离子的电位逐渐降低，原子量逐渐升高，结果是18O富集程度逐渐降低。因此，在氧化物和硅酸盐矿物中，石英(SiO2)最富18O，而磁铁矿(Fe3O4)较贫18O。当铝硅酸盐格架中Al取代Si时，伴随有18O亏损，结果相对于石英，碱性长石(K,Na,Rb)AlSi3O8较贫18O，钙长石Ca2Al2Si2O8更贫18O。;物质结构;动力学分馏;地质过程中的动力学同位素分馏－瑞利分馏;四. 同位素地质测温;;;注意事项;4.2 同位素平衡检查;等温线法;δ- δ图解法;4.3 同位素地质温度计;五. 同位素各论;5.1 氢和氧同位素地球化学;天然水;海洋水的氢氧同位素组成;大气降水;降雨－Rayleigh分馏;大气降水线;岩浆侵入浅部地壳?加热围岩和水?导致水－岩相互作用；中性、“氯化物”地热水H同位素组成与当地大气降水类似，但?18O值升高；酸性富硫的地热水H和O同位素组成均不同于当地大气降水.;氧同位素和矿床;火成岩;年青新鲜玄武岩氧同位素组成;Oxygen isotope ratios in olivines and clinopyroxenesfrom mantle peridotite xenoliths. Data from Mattey et al. (1994).;岛弧火山岩;蛇绿岩;洋中脊玄武岩－海水相互作用高温氧同位素交换低温氧同位素交换;花岗岩;沉积岩;变质岩;生物圈的氢和氧同位素;古气候;碳同位素地球化学;生物体系同位素分馏;Carbon Isotope Fractionation During Photosynthesis;生物过程的动力学效应;C3循环(Calvin循环);C4 (Hatch and Slack)循环;CAM循环;影响植物碳同位素组成的外部因素;陆地C3植物平均?13C=-27‰, C4植物平均?13C=-13‰；海洋植物(均为C3植物)利用溶解的重碳酸盐而不是大气CO2，海水重碳酸盐比大气CO2的?13C值大8.5‰，因此海洋植物?13C值比陆地C3植物高约7.5‰；由于C的来源变化大，因此海洋植物的?13C值具有较大的变化范围；海洋藻青菌对C同位素分馏比真正的海洋植物小，因此其?13C值高约2~3‰。;化石燃料煤 石油 天然气食品质量控制方面的应用;岩石圈的碳同位素;Carbon isotope ratios in mantle (red) and mantle-derived materials (gray). After Mattey (1987).;N同位素;植物N同位素;植物C-N同位素组成;动物组织与食物C同位素关系;动物组织与食物N同位素关系;Schoeninger and DeNiro (1984)骨胶原质的C和N同位素组成与动物体类似；埋藏后，骨中的磷灰石可与大气降水进行同位素交换；骨胶原质和牙釉质保持初始同位素组成；骨胶原质和牙的C和N同位素组成可以用于重建化石动物的食物。;稳定同位素考古;S同位素地球化学;5. 同位素体系定量模式;平衡结晶;分离结晶;1.3，0.5;结晶分异和同化混染(AFC);岛弧岩浆，地壳混染？沉积物贡献？沉积物?18O+15‰,地幔：+5.6‰. 岛弧岩浆：沉积物+地幔，?18O高于地幔. 但也可能是地壳混染的结果.87Sr/86Sr结合O和放射成因同位素，可以区分这两种过程. 事实上，硅酸盐岩石，包括沉积物，岩浆，和橄榄岩O含量类似(close to 50%), 但放射成因同位素Sr, Nd, Hf, Pb, etc.变化较大. 这些元素(except Os)为不相容元素，岩浆中的含量高于地幔. 许多岛弧岩浆Sr含量比大陆地壳高，但地幔Sr含量比沉积物低. 意味着沉积物+地幔混合线不同于岩浆+地壳.;沉积物+地幔混合，r = SrM/OM/SrS/OS1. 岩浆+地壳混合, r = SrM/OM/SrC/OC1?18O vs. 87Sr/86Sr.