同位素与全球环境变迁3.ppt

3同位素分馏,引起非放射成因稳定同位素比值发生变化的原因只有一个，即在各种地质作用与过程中发生的同位素分馏效应。,3.1同位素分馏定义,同位素分馏定义同一元素的不同种同位素以不同比例分配于不同物质或物相的现象。,,例如，当海水和海水上空的大气处于同位素平衡分馏时（D/H）水/（D/H）气1.074（18O/16O）水/（18O/16O）气1.0092,,从严格意义上讲，周期表中所有元素的不同种同位素由于其质量上存在差别，在自然界的各种物理，化学和生物的反应和过程中都会发生同位素分馏。这些反应和过程包括蒸发作用，扩散作用，吸附作用，化学反应，生物化学反应等等。,3.2同位素分馏的分类3.2.1同位素平衡分馏,同位素平衡分馏不同物质或物相间的同位素比值达到恒定不变时，即达到了同位素平衡状态，这种状态的分馏称为同位素平衡分馏。,,一旦同位素平衡状态建立后，只要体系的物理化学性质不变化，则在不同矿物或物相中同位素组成就维持不变，这是同位素平衡分馏的特点。同位素平衡分馏对其演化过程及时间不予考虑，只考虑过程的始态与终态。因而它与分馏机制、同位素交换速率、压力等都无关；而仅与温度有关。,3.2.2非同位素平衡分馏,非同位素平衡分馏与分馏机制、同位素交换速率、压力、温度等都有关。某些特定的物理、化学、生物化学反应会引起偏离平衡分馏的现象。例如，在矿物形成时，先结晶出的晶体的同位素组成与后结晶出的晶体同位素组成有差别。同一海水水体中不同种属生物形成的壳体碳酸钙的同位素组成不同等。,,这里有几个重要概念要搞清A.自然界中的各种物理化学过程对所有同位素都会产生分馏作用，不管是重元素，还是轻元素的同位素。,,B.但重元素同位素之间的相对质量差远小于轻元素同位素之间的相对质量差。例如Pb同位素204、206、207、208（208-204）/2041/51O同位素16、17、18（18-16）/161/8H同位素1、2（2-1）/21/2这样各种地质作用对重元素的同位素分馏作用要小得多，以致于检测不出，这取决于实验仪器精度。,,C.就目前仪器测定精度，以Ca元素为分界限，对于大于Ca元素的同位素分馏作用仪器测不出其同位素组成的变化，小于Ca的元素的同位素的分馏作用仪器测得出。40Ca,42Ca,43Ca,44Ca,46Ca,48Ca,3.3同位素分馏大小的表述,（1）同位素分馏系数A-BRA/RBR代表同位素比值A、B表示两种物质A-B代表A、B两种物质的同位素分馏系数,,例如，海水中形成的无机沉积碳酸盐，其氧同位素的分馏系数表示为碳酸盐-海水（18O/16O碳酸盐）/（18O/16O海水）同样，对C同位素碳酸盐-海水（13C/12C碳酸盐）/（13C/12C海水）1表示A物质中的同位素相对于B物质偏重，1表示A物质中的同位素相对于B物质偏轻。偏离1越远，表示A和B两种物质间的同位素分馏越大。,,（2）同位素分馏系数与绝对温度（T）的关系在一般地表低温条件下，它们之间存在以下关系lnb/Tc其中b和c为常数。即，同位素分馏系数与温度（T）成反比。温度越高，A和B两种物质间的同位素分馏越小，温度越低，A和B两种物质间的同位素分馏越大。,,（3）值（非放射成因稳定同位素）样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差（‰）（（R样/R标）-1）X103R样样品的同位素比值R标标准样品的同位素比值0表明样品与标准样品同位素比值一致0表明样品较标准样品含更多重同位素0表明样品较标准样品含更多轻同位素,,18O34SD13C15N,,可以推算出，A、B两种物质的同位素分馏系数A-B与A、B两种物质的值之间存在如下关系103lnA-BA-B即lnA-B与A、B两种物质的值之差相关，在两种物质之间的同位素分馏作用越大，则这两种物质的值差别越大。,3.4同位素标准物质,要计算值必须带入一个标准样的值。各个同位素实验室测定的结果必须要用统一的国际标准，只有这样才能对各个同位素实验室测试的数据进行比较。目前，国际上通用的稳定同位素标准大多数是由国际原子能委员会和美国国家标准局NationalBureauofStandards,简称NBS提供的。,,（1）水样的氢和氧同位素A.SMOWStandardMeanOceanWater它是以标准平均海洋水作为世界统一标准。其同位素组成，在实验测定精度范围内，与大西洋、太平洋和印度洋开放洋区5002000米深处平均海水样品测定值是一致的。D/H156X10-618O/16O2005X10-618OSMOW0DSMOW0,,（2）固体样品的氧和碳同位素国际标准是PDB，它是美国南卡罗莱纳州白垩系皮狄组美洲拟箭石的鞘，碳酸钙样品。对于海水，18OPDB30.86‰,,所以，对于H和C同位素只有一种标准，而O同位素有两种标准，必须要加以区别。,,（3）氮同位素氮同位素的国际标准是大气N2。定义大气N2的15N值是0‰。,