同位素地质学讲义2013-本科教学 (2)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.1 同位素的定义 1.2 同位素的分馏效应 1.3 同位素值的表示方法 1.4 同位素标准物质
1.1 同位素的定义
同位素定义：核内质子数相同而中子数不同 的同一类原子。
同位素的分类： (1) 放射性同位素：原子核不稳定，能自发 进行放射性衰变或核裂变，而转变为其它一类 核素的同位素称为放射性同位素。 (2) 稳定同位素：原子核稳定，其本身不会 自发进行放射性衰变或核裂变的同位素。
• 研究内容 ：稳定同位素地球化学；同位 素地质年代学
发展简史
• 奠基阶段：20世纪初~30年代 • 理论和学科发展阶段：30~70年代 • 深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来
奠基阶段：20世纪初~30年代
稳定同位素首先Thomson (1913) 发现（氖元素的同位素），随后Aston 发现了202种同位素。
精品
同位素地质学2013-本科教学 (2)
讲课内容
绪 论：同位素地质学发展历史 第一部分：稳定同位素地球化学 第二部分：同位素地质年代学
教材与主要参考书
教材：《同位素地质学教程》，沈渭洲编， 原子能出版社，1997
主要参考书： 《地球化学》陈骏等编，科学出版社，2005 《稳定同位素地球化学》郑永飞，科学出版社.
2. 稳定同位素分析测试方法
2.1 样品预处理方法 2.2 同位素质谱测定方法
2. 1 样品预处理方法
氢：U（Zn）还原法 氧： ✓ H2O：CO2-H2O平衡法 ✓ 碳酸盐：磷酸法 ✓ 硅酸盐：BrF5法
2. 1 样品预处理方法
碳： ✓ 碳酸盐：磷酸法 ✓ 有机碳：氧化法（燃烧法） 硫： ✓ 硫化物：氧化法（燃烧法） ✓ 硫酸盐：先转换为硫化物
非质量相关 分馏：不服从 质量相关分馏 的同位素分布 称为非质量相 关分馏。
1.3 同位素值的表示方法
✓同位素比值：如13C/12C；18O/16O等。
✓ 值：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）× 1000
R样：样品的同位素比值 R标：标准样品的同位素比值 0 表明样品较标准样品含重同位素 0 表明样品较标准样品含轻同位素 = 0 表明样品与标准样品同位素比值一致
1.2 同位素的分馏效应
✓同位素分馏定义：同位素以不同比例分配 于不同物质或物相的现象。分馏系数:
αx-y=RX/RY
热力学平衡分馏：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。
动力学非平衡分馏：某些特定的物理、 化学、生物化学反应会产生偏离平衡分馏 的现象。
地质年代学建立在Becquerel (1886)发现放射性和居里夫妇(1898)证 实放射性衰变规律的基础上， Soddy(1910)首先提出同位素的概念
理论Байду номын сангаас学科发展阶段：30~70年代
• 稳定同位素的分馏机制与应用研究，在这 方面做出突出贡献的科学家有: Urey(1947)、 Taylor (1967,1968)、Hoefs（1970）、 Ohmoto(1972)
国内研究概况
• 著名学者 • 研究机构
著名学者
•候德封（1900-1980）： 提出地层地球化学、化学地史、化学 地理的概念，创立了 “核子地质学 ”
•李璞（1911-1968）： 1950年获剑桥大学博士学位，1958-1962 年建立我国第一个同位素地球化学实验 室，并完成第一批同位素年龄数据。
研究机构
中国科学院地球化学研究所 中国科学院广州地球化学研究所 中国科学院地质与地球物理研究所 中国地质科学院同位素重点实验室 南京大学 北京大学 东华理工大学
第一部分 稳定同位素地球化学
• 1. 几个基本概念 • 2. 稳定同位素的分析方法 • 3. 稳定同位素的应用
1. 几个基本概念
著名学者
•张本仁（中国科学院院士）： 区域地球化学
淤崇文（中国科学院院士）： 地球化学动力学
付家漠（中国科学院院士）： 有机地球化学
欧阳自远（中国科学院院士）： 天体化学
年轻学者
•郑永飞（中国科学院院士） 氧同位素地球化学
蒋少涌 B、Si同位素地球化学
李献华 同位素地质年代学
朱详坤 过渡元素同位素
2002 《Stable Isotope Geochemistry》. Hoefs J. 2004
考核方法
平时成绩：30% 考试：70%
0 绪论
定义和研究内容 发展简史 国内研究概况
定义和研究内容
• 地球化学是研究自然界，主要是地球及 其各组成部分的化学演化及其机理的科 学。
• 三个主干分枝：元素地球化学 同位素 地球化学 实验地球化学
深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来
• 空间 — 上天：宇宙化学、行星对比、地球及太 阳系的 成引演化；
•
入地：地球深部研究，包括地幔组成和岩石圈
演化；
•
下海：海洋地球化学及其元素与大气圈、岩石
圈和生物圈之间的交换、循环和通量。
• 时间 — 与地球形成和早期演化以及生命起源有关的地 球化学；与评价和预测现代环境演化有关的环 境地球化 学和第四纪地球化学研究。
1.4 同位素标准物质
✓标准物质特征：稳定、量大、易得、有 代表性。
✓ 标准级别：国际标准；国家标准；实验 室标准。
✓ 常用标准：SMOW；PDB；CDT
• SMOW：Standard Mean Ocean Water • PDB：Pee Dee Beleminite • CDT：Canyon Diablo Troilite
著名学者
•涂光炽（1920-2007） 1949年获得明尼苏达大学博士学位 在中国最早讲授地球化学课程 曾任中国科学院地质研究所和地球化学 研究所所长
•司幼东（1920-1968） 中国实验地球化学的奠基人，指导和建 立了中国第一个成矿实验室，进行了Sn 、Nb、Ta等配合物的成矿实验，提出酸 碱分离与成矿作用的关系
• 同位素地质年代学定年体系的研究与应用。 在这方面做出突出贡献的科学家有: Holmes (1932)、Doe & Zartman (1979)、 Faure(1972)
深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来
• 新的仪器测试技术使得能高精度地测 试越来越多的同位素
• 向各个相关领域快速扩散，应用越来 越广
1.1 同位素的定义
同位素定义：核内质子数相同而中子数不同 的同一类原子。
同位素的分类： (1) 放射性同位素：原子核不稳定，能自发 进行放射性衰变或核裂变，而转变为其它一类 核素的同位素称为放射性同位素。 (2) 稳定同位素：原子核稳定，其本身不会 自发进行放射性衰变或核裂变的同位素。
• 研究内容 ：稳定同位素地球化学；同位 素地质年代学
发展简史
• 奠基阶段：20世纪初~30年代 • 理论和学科发展阶段：30~70年代 • 深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来
奠基阶段：20世纪初~30年代
稳定同位素首先Thomson (1913) 发现（氖元素的同位素），随后Aston 发现了202种同位素。
精品
同位素地质学2013-本科教学 (2)
讲课内容
绪 论：同位素地质学发展历史 第一部分：稳定同位素地球化学 第二部分：同位素地质年代学
教材与主要参考书
教材：《同位素地质学教程》，沈渭洲编， 原子能出版社，1997
主要参考书： 《地球化学》陈骏等编，科学出版社，2005 《稳定同位素地球化学》郑永飞，科学出版社.
2. 稳定同位素分析测试方法
2.1 样品预处理方法 2.2 同位素质谱测定方法
2. 1 样品预处理方法
氢：U（Zn）还原法 氧： ✓ H2O：CO2-H2O平衡法 ✓ 碳酸盐：磷酸法 ✓ 硅酸盐：BrF5法
2. 1 样品预处理方法
碳： ✓ 碳酸盐：磷酸法 ✓ 有机碳：氧化法（燃烧法） 硫： ✓ 硫化物：氧化法（燃烧法） ✓ 硫酸盐：先转换为硫化物
非质量相关 分馏：不服从 质量相关分馏 的同位素分布 称为非质量相 关分馏。
1.3 同位素值的表示方法
✓同位素比值：如13C/12C；18O/16O等。
✓ 值：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）× 1000
R样：样品的同位素比值 R标：标准样品的同位素比值 0 表明样品较标准样品含重同位素 0 表明样品较标准样品含轻同位素 = 0 表明样品与标准样品同位素比值一致
1.2 同位素的分馏效应
✓同位素分馏定义：同位素以不同比例分配 于不同物质或物相的现象。分馏系数:
αx-y=RX/RY
热力学平衡分馏：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。
动力学非平衡分馏：某些特定的物理、 化学、生物化学反应会产生偏离平衡分馏 的现象。
地质年代学建立在Becquerel (1886)发现放射性和居里夫妇(1898)证 实放射性衰变规律的基础上， Soddy(1910)首先提出同位素的概念
理论Байду номын сангаас学科发展阶段：30~70年代
• 稳定同位素的分馏机制与应用研究，在这 方面做出突出贡献的科学家有: Urey(1947)、 Taylor (1967,1968)、Hoefs（1970）、 Ohmoto(1972)
国内研究概况
• 著名学者 • 研究机构
著名学者
•候德封（1900-1980）： 提出地层地球化学、化学地史、化学 地理的概念，创立了 “核子地质学 ”
•李璞（1911-1968）： 1950年获剑桥大学博士学位，1958-1962 年建立我国第一个同位素地球化学实验 室，并完成第一批同位素年龄数据。
研究机构
中国科学院地球化学研究所 中国科学院广州地球化学研究所 中国科学院地质与地球物理研究所 中国地质科学院同位素重点实验室 南京大学 北京大学 东华理工大学
第一部分 稳定同位素地球化学
• 1. 几个基本概念 • 2. 稳定同位素的分析方法 • 3. 稳定同位素的应用
1. 几个基本概念
著名学者
•张本仁（中国科学院院士）： 区域地球化学
淤崇文（中国科学院院士）： 地球化学动力学
付家漠（中国科学院院士）： 有机地球化学
欧阳自远（中国科学院院士）： 天体化学
年轻学者
•郑永飞（中国科学院院士） 氧同位素地球化学
蒋少涌 B、Si同位素地球化学
李献华 同位素地质年代学
朱详坤 过渡元素同位素
2002 《Stable Isotope Geochemistry》. Hoefs J. 2004
考核方法
平时成绩：30% 考试：70%
0 绪论
定义和研究内容 发展简史 国内研究概况
定义和研究内容
• 地球化学是研究自然界，主要是地球及 其各组成部分的化学演化及其机理的科 学。
• 三个主干分枝：元素地球化学 同位素 地球化学 实验地球化学
深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来
• 空间 — 上天：宇宙化学、行星对比、地球及太 阳系的 成引演化；
•
入地：地球深部研究，包括地幔组成和岩石圈
演化；
•
下海：海洋地球化学及其元素与大气圈、岩石
圈和生物圈之间的交换、循环和通量。
• 时间 — 与地球形成和早期演化以及生命起源有关的地 球化学；与评价和预测现代环境演化有关的环 境地球化 学和第四纪地球化学研究。
1.4 同位素标准物质
✓标准物质特征：稳定、量大、易得、有 代表性。
✓ 标准级别：国际标准；国家标准；实验 室标准。
✓ 常用标准：SMOW；PDB；CDT
• SMOW：Standard Mean Ocean Water • PDB：Pee Dee Beleminite • CDT：Canyon Diablo Troilite
著名学者
•涂光炽（1920-2007） 1949年获得明尼苏达大学博士学位 在中国最早讲授地球化学课程 曾任中国科学院地质研究所和地球化学 研究所所长
•司幼东（1920-1968） 中国实验地球化学的奠基人，指导和建 立了中国第一个成矿实验室，进行了Sn 、Nb、Ta等配合物的成矿实验，提出酸 碱分离与成矿作用的关系
• 同位素地质年代学定年体系的研究与应用。 在这方面做出突出贡献的科学家有: Holmes (1932)、Doe & Zartman (1979)、 Faure(1972)
深入发展和交叉扩散阶段：80年代以来
• 新的仪器测试技术使得能高精度地测 试越来越多的同位素
• 向各个相关领域快速扩散，应用越来 越广