海洋地球化学8分解.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第8讲,第四章-稳定同位素局部,海洋地球化学,1,第四节 稳定同位素分馏原理,利用同位素组成的不均匀性和变化来研究,一、根本概念,同位素丰度,相对：百分数。,绝对：与1H=1012或28Si=106的比值。,核合成、衰变、分馏造成其变化。,2,第四节 稳定同位素分馏原理,一、根本概念,同位素分馏系数,同位素效应：同位素差异造成的性质差异。,同位素分馏：同位素在两相中分配比不同。,“不同表示：A-B=RA/RB，,：分馏系数。越偏离1，分馏程度越大。,温度的函数地质温度计,R：同位素重/轻比,A、B：两相,3,第四节 稳定同位素分馏原理,一、根本概念,同位素组成表示值,()=(R样/R标)-11000,：千分偏差值，可用质谱仪直接测得。,如：方解石中的18O见书,标准：见表4-5。,选择原则：某元素同位素组成接近自然界平均值。成分均匀，易测、可得。,第三章已讲,13,C,4,同位素组成表示,同位素丰度,同位素比值R,千分偏差值,5,第四节 稳定同位素分馏原理,一、根本概念,千分分馏和同位素分馏值,1000ln(1.00n)n 千分分馏,例如：A-B=1.031，1000lnA-B31,1000lnA-BT-2,A-B=A-B,加和性：A-C=A-B+B-C,关推导系：A-B=1000+A/1000+B,6,第四节 稳定同位素分馏原理,二、稳定同位素分馏机理,热力学平衡分馏由性质不同引起,同位素交换方式：,不同分子或不同相间的交换不反响,1H2O+1H2H 1H2HO+1H2,同种分子间交换歧化反响,1H2O+2H2O 21H2HO,同位素分子参与反响,1H2HO、2H2O分别于N1H3反响,7,第四节 稳定同位素分馏原理,二、稳定同位素分馏机理,热力学平衡分馏,同位素交换机理：,缔合机理：,缔合中间体后重新分配,电离机理,：,解离后组合中伴随着再分配,8,第四节 稳定同位素分馏原理,二、稳定同位素分馏机理,热力学平衡分馏,同位素平衡分馏的因素：,温 度：,压 力：当体积变化大时,化学成分：重的富集在键强中,物质构造：,9,第四节 稳定同位素分馏原理,二、稳定同位素分馏机理,同位素动力学分馏,由扩散或反响速率不同引起,产物中优先富集反响快的同位素轻同位素；,扩散过程的分馏系数：vA/vB=(mB/mA)1/2,与质量无关的同位素分馏,一般质量差越大分馏效应越强，但有些其它因素造成不符合质量相关,10,第五节 稳定同位素的应用,一、同位素地质温度计,根本原理,由分馏系数CaCO3-H2O=(18O/16O)CaCO3/(18O/16O)H2O确定CaCO3形成的温度。,一般：1000lnA-B=106/T2+b103/T+c,步骤：,标准曲线：T,测 样 品：,查 曲 线：T,1000ln,10,6,T,-2,温度（）,古今值不变,古温度下形成,样品,古代温度,实验模拟,11,第五节 稳定同位素的应用,一、同位素地质温度计,根本原理,条件：A-B共生、平衡、常见、稳定、大、可靠,12,第五节 稳定同位素的应用,一、同位素地质温度计,同位素测温方法及常用的测温方程,1外部测温法,测固相值，假定另一相值，由分馏系数计算温度。,如：氧同位素温度计,矿物-海水溶液表4-6,矿物-不含氧共生矿物包裹的水表4-7,13,第五节 稳定同位素的应用,一、同位素地质温度计,同位素测温方法及常用的测温方程,2内部测温法,测两共生含氧矿物质温度,如：表4-8,3单矿物测温法,测同一矿物中不同构造上的同位素组成,14,第五节 稳定同位素的应用,二、氢、氧同位素,2H/1H、18O/16O,不同水体,1大气降水,D、18O的范围：，,影响因素：,大陆或海岸线效应：,纬度温度效应：,高度效应：,季节效应：,越轻越远越高,温度低重的少,15,第五节 稳定同位素的应用,二、氢、氧同位素,2H/1H、18O/16O,不同水体,1大气降水,D、18O的关系：,平衡分馏：D/H=818O/16O,16,第五节 稳定同位素的应用,二、氢、氧同位素,不同水体,2海水,表层海水：D=m18Om=7.5、6.5、6.0,瑞利分馏：蒸发-凝聚中动力学分馏，雨滴移离云层。,蒸发前后重的含量：N=N0(V0/V)(-1)/,由某T的及V0、N0，求V时=1000(f-1-1),f为剩余蒸汽的分数,17,第五节 稳定同位素的应用,二、氢、氧同位素,海相沉积岩,18,O：,海相沉积的燧石：,现代11.441.4太古宙代11.420.8,海相灰岩：现代30太古宙代10,地质年代划分,18,陆地,海水,第五节 稳定同位素的应用,二、氢、氧同位素,氧同位素的应用,海水及沉积,18,O增大,海水蒸发CaCO,3,沉积,陆地,冰盛期,间冰期,海水,海水及沉积,18,O减小,淡水注入CaCO,3,溶解,19,第五节 稳定同位素的应用,二、氢、氧同位素,氧同位素的应用,岩芯深度cm,18O,岩芯CaCO,3,含量,互相佐证,20,第五节 稳定同位素的应用,三、碳同位素13C值,分布：,光合-呼吸分馏12C在有机物中、13C于大气中富集,上层浮游植物优先摄取12CO2，因为食取，动物体内和呼出的CO2与浮游植物的13C一样；,有机碎屑分解，将12C带入深层，所以深层13C低。,21,第五节 稳定同位素的应用,三、碳同位素,13,C值,分布：,光合-呼吸分馏,12,C在有机物中、,13,C于大气中富集,大气-海水界面分馏,13,C在HCO,3,-,、CO,3,2-,因而在沉积碳酸盐中富集，,12,C进入大气,与温度有关：,高纬度表层水溶解的,13,C比大气的CO,2,高10.6%,低纬度表层水溶解的,13,C比大气的CO,2,高7.6%,22,第五节 稳定同位素的应用,三、碳同位素,13,C值,分布：,光合-呼吸分馏,12,C在有机物中、,13,C于大气中富集,大气-海水界面分馏,13,C在HCO,3,-,、CO,3,2-,因而在沉积碳酸盐中富集，,12,C进入大气,与营养元素分布相关,表层摄取,12,C，,13,C高时PO,4,3-,低，,深层释放,12,C，,23,第五节 稳定同位素的应用,三、碳同位素,13,C值,应用：,判断有机质形成环境，如：海洋沉积中有机质,13,C和浮游生物一致,生物介壳中的,13,C可作为当时海水变化的指示剂，进而营养元素浓度变化指示剂,24,第五节 稳定同位素的应用,四、硫同位素34S/32S、34S,氧化数影响化学键强度因而分子振动；,一般重的富集在强键化合物中。,34S富集SO42-中，32S富集S2-、煤、石油中。,分馏,1细菌作用：可达40120,难溶S2-易溶SO42-：机械别离,上层SO42-深层 SO42-沉积 S2-,34S=+2034S=-20-40,假设补充不及时，开场S2-的34S低。,25,第五节 稳定同位素的应用,四、硫同位素34S/32S、34S,分馏,250热分解：S2-产物H2S的34S低,380复原作用：SO42-产物H2S的34S低,热力学和动力学分馏共存。,26,第五节 稳定同位素的应用,四、硫同位素,34,S/,32,S、,34,S,组成,分布：,生物体：,34,S比海水中硫酸盐低,沉积物：贫,34,S，可达50，尤其黄铁矿,应用：,硫同位素地质温度计：如，大陆岩比海底熔岩的,34,S低，说明前者经历SO,2,快速去气作用。,硫同位素地层学：,34,S突变,27,第五节 稳定同位素的应用,五、锶同位素,87,Sr/,86,Sr,87,Sr来自,87,Rb的衰变，所以在增多,1.研究物质来源,R,海水,=R,玄,v+R,硅,s+R,碳,m,R：,87,Sr/,86,Sr；,玄、硅、碳：年青玄武岩、古老硅铝岩、显生宙以来海洋碳酸盐；R为：0.704、0.720、0.708。,v、s、m：上述来源的分数。,最小,最大,28,第五节 稳定同位素的应用,五、锶同位素87Sr/86Sr,87Sr来自87Rb的衰变，所以在增多,1.研究物质来源,无交代影响时化石介壳与当时海水87Sr/86Sr一样。,29,五、锶同位素,87,Sr/,86,Sr,大陆冰川增强，向海洋输入古老硅铝岩石,火山作用增强，年青玄武岩进入海洋,第五节 稳定同位素的应用,30,第五节 稳定同位素的应用,五、锶同位素87Sr/86Sr,2.研究地层划分和沉积历史,锶同位素地层学,深海沉积来自,自生：锶同位素成分与海水一样,外生：差异的原因,古老硅铝岩石：高87Sr/86Sr,年青玄武岩：低87Sr/86Sr,31,第五节 稳定同位素的应用,五、锶同位素87Sr/86Sr,2.研究地层划分和沉积历史,锶同位素地层学,研究分析,盐酸溶解自生碳酸盐后，进展锶同位素分析，得到方程：(87Sr/86Sr)M=a/SrM+b,a、bxA、xB混合系数f,32,