第十讲稳定同位素地球化学

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稳定同位素地球化学-碳硫同位素

氟化法
利用BrF5把Ag2S转变为SF6，特别用于测定δ33S和δ36S。
硫酸盐岩：
• • • 直接高温分解法
加入Cu2O或 V2O5与SiO2在1100 ºC分解硫酸盐，经Cu炉转变为SO2。
三酸还原法
用混合酸（HI+HCl+H3PO2）将硫酸盐还原为H2S，转化为Ag2S。
Kiba试剂还原法
用Kiba试剂（SnCl2+H3PO4）还原，获H2S，转化为Ag2S。提岩石全部硫。
辉钼矿＞黄铁矿＞闪锌矿 ≈ 磁黄铁矿＞ H2S ＞黄铜矿＞ S ≈ HS- 铜蓝＞方铅矿＞辰砂＞辉铜矿 ≈ 辉锑矿＞辉银矿＞ S2-
• 蒸发岩（石膏）与海水SO42-之间和硫酸盐矿物（如重晶石、石膏）之间分馏可以忽略不计。
沉积的石膏与溶液SO42-之间的同位素分馏在室温下仅为1.65±0.12‰，相对现代海水+20‰值它们之间的差值是可以不计的。
2）细菌厌氧发酵
细菌厌氧发酵过程产生CO2和CH4，发酵造成的碳同位素分馏远比热解过程大，其分馏系数 αCO2-CH4 = 1.025 ～ 1.060 温度增加分馏变小，高温时接近热解时的分馏系数。
3）细菌还原硫酸盐（Bacterial Sulfate Reduction）
厌氧条件下硫酸盐还原细菌的还原作用是造成全球硫循环的最重要的分馏作用。实验表明各类硫酸盐还原细菌产生的直接同位素分馏在0～46‰之间，即分馏系数为： αSO4-H2S = 1.000x ～ 1.046 分馏系数的大小与硫酸盐的浓度有关（Canfield and Teske, 1996)。
13C/12C
= 0.0112372 (Craig, 1957)

稳定同位素地球化学

内
容
稳定同位素基础稳定同位素分馏同位素地质测温稳定同位素各论(H、O、C、 S、N)
二. 稳定同位素基础
1.基本概念： 1.1 同位素 1.2 同位素分类放射性同位素稳定同位素：无可测放射性的同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物，称之为放射成因同位素。另一部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素。
大气降水线
地热水
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
• 绝大多数火成岩的18O变化范围为 5~15‰，D范围为-40~-100‰。一般来说， 18O值随SiO2含量增加而增加。
影响植物碳同位素分馏的内在因素
C3循环(Calvin循环)
酶
羧化过程动力学分馏，陆地植物(-29.4 ‰)，细菌(-20 ‰)
稳定同位素地球化学发展
• 自H. Urey发表“The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances”以来的五十年间是稳定同位素地球化学的重要发展阶段 • 稳定同位素地球化学和放射成因同位素地球化学成为地球化学甚至地球科学的重要组成部分 • 稳定同位素地球化学的基本理论及其在地球科学中的应用
• • • (a) 光合作用： 6CO2+11H2OC6H22O11+6O2 三步：植物从大气中优先吸收12CO2，使之溶解于细胞质中； (b) 溶解在细胞质中的12CO2通过酶的作用优先转移到磷酸甘油酸中，使残余的CO2富集13C，这些重CO2在呼吸作用中排出； (c) 植物磷酸甘油酸合成各种有机组分时进一步分馏。

21-23稳定同位素地球化学

Element Notation
Hydrogen Lithium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Sulfur δ D δ 6Li δ δ δ δ δ δ
11 6
Ratio
D/H(2H/1H) li/7Li B/10B C/12C N/14N O/16O O/16O S/32S
18 18 216 1/3C16O2+ H O ƒ 1/3C O + H 3 2 3 2 O
α=1.0492
α=1.0286
反应使岩石中富集了18O、而在水中富集16O。由于大部分岩石中氢的含量很低，因此水岩同位素交换反应中氢同位素成分变化不大，但在含OH-的矿物中，水岩反应结果使得矿物的δD增高。
1000ln A 10 / T B
6 2
α是分馏系数；T是绝对温度；A、B是常数，由实验确定。从上式可知，温度越高，分馏越小；温度越低，分馏越大。在实际进行同位素地质温度测定时，只要测定两个共生矿物的同位素组成，便可根据公式进行同位素平衡温度计算。
稳定同位素地球化学
例子：含石英、白云母和磁铁矿的花岗片麻岩
H-O同位素地球化学
(3) 矿物晶格化学键对氧同位素的选择当火成岩和变质岩达到氧同位素平衡时，岩石中矿物氧同位素有一个相应的分馏次序，其中Si-O-Si键的矿物中最富18O，其次为Si-O-Al键、SiO-Mg键等。
H-O同位素地球化学
云和沉积物五个库间进行。
H-O同位素地球化学
1.H-O同位素的分馏 (1)蒸发-凝聚分馏：水在蒸发过程中轻水分子H216O比重水分子D218O易于富集在蒸汽相中，而凝聚作用相反，重的水分子优先凝结。因此在气、液相之间发生H、O同位素的物理分馏。由于水分子经过反复多次蒸发-凝聚过程使得内陆及高纬

稳定同位素地球化学

地球化学→地球科学问题(I)
➢ 陨石化学研究，了解地球和太阳系的形成； ➢ 确定地质时间； ➢ 确定岩浆房的深度和温度； ➢ 发现地幔柱； ➢ 沉积物可以俯冲进入地幔； ➢ 确定不同类型变质岩的形成温度和压力； ➢ 确定造山带上升的程度和速度以及剥蚀速率； ➢ 确定地壳形成时间和方式； ➢ 确定大气形成时间和演化方式； ➢ 了解地幔对流; ➢ 了解冰期的寒冷程度及其成因； ➢ 38亿年前早期生命的化学证据.
地球化学→地球科学问题(II)
➢寻找火星生命； ➢探索其它行星(金星，火星，木星)； ➢环境科学和环境问题(酸雨，臭氧空洞；
温室效应和全球变暖；水和土壤污染等)； ➢不可再生资源(如金属矿床和石油)； ➢寻找新的矿产资源。
原文:
''When, however, the geologist advances further, and desires to study something more than the mere external forms and physical characters of the materials of which our globe is built up, he is compelled to call in the aid of chemistry, for it is by chemical science alone that he can be enabled to demonstrate the true nature of these materials, to explain their formation or origin, or to discover the causes which have produced the changes or alterations which they have already experienced, or which they may now be undergoing.''

地球化学研究中的稳定同位素地球化学

地球化学研究中的稳定同位素地球化学地球化学研究旨在了解我们的行星是如何以及为什么形成的，包括地壳、大气、水体和生物。

地球化学家使用各种方法和技术来研究这些过程，而稳定同位素地球化学是其中之一。

本文将介绍稳定同位素地球化学的基本概念，以及它如何应用于了解地球化学过程的早期历史和现代系统。

稳定同位素是指具有相同原子核数的元素，但具有不同的中性子数。

同位素地球化学是研究这些同位素在地球化学中的分布和交换过程的学科。

由于同位素的数目非常相似，因此它们的化学性质也非常相似。

这使得它们在地球化学和生物学中的应用非常广泛。

稳定同位素地球化学的应用广泛，仅举几例。

首先，它可以用于了解过去的气候和环境条件。

例如，钋同位素比研究表明，过去的气候变化和气候区域变化对全球生态系统和人类社会造成了深远的影响。

其次，它可以用于研究物质循环和生态系统中的动态变化。

例如，地球上的水循环和生态系统中碳、氮、硫等元素的循环和利用，可以用稳定同位素技术进行研究和监测。

此外，它还可以用于了解矿床和石油等地下资源的形成和演化过程。

除了稳定同位素外，同位素地球化学也包括放射性同位素地球化学。

与稳定同位素不同，放射性同位素衰变会导致元素发生变化，而稳定同位素只涉及元素内部中性子数量的变化。

两类同位素地球化学研究可以相互补充。

稳定同位素地球化学的应用有赖于其具有高精度、多重标记和非破坏性等特点。

例如，一些同位素的比例测量可以用极高的精度实现，达到1/1000万或更高的精度。

这在研究少量物质的分布和交换过程时非常有用。

稳定同位素还可以用于多个化学物种的标记。

其中，氢、氧、碳、氮和硫等元素的同位素标记被广泛应用于研究生态系统和地壳环境中的物质循环。

最后，稳定同位素技术是一种非破坏性的分析方法。

这使得它能够在不影响样品的情况下分析地球化学系统的动态变化。

鉴于稳定同位素地球化学的广泛应用，地球科学家使用许多技术和方法来进行稳定同位素分析。

其中一种最常用的技术是质谱仪。

化学地层学-稳定同位素

2011-7-20
Wang X.L.
3
利用宇宙事件所造成的沉积物内铱含量的增大等进行事件地层划分和对比；增大等进行事件地层划分和对比；也可利用不同地质时代化学元素含量的变化，用不同地质时代化学元素含量的变化，推断地球化学环境演变的规律，断地球化学环境演变的规律，等。化学地层学已在地层界线层型剖面的研究中得到广泛的应用。中得到广泛的应用。
2011-7-20
Wang X.L.
11
因而，因而，当： δ＞0，表示样品中重同位素比标准富集；＞，表示样品中重同位素比标准富集； δ＜0，表示样品中重同位素比标准亏损。＜，表示样品中重同位素比标准亏损。实际应用中，值就是物质同位素组成的代实际应用中，δ值就是物质同位素组成的代名词。名词。
2011-7-20 Wang X.L. 19
在古气候研究中也可用碳酸盐氧同位素标准：标准：其13C/12C=1123.72×10-5， × 18O/16O=2067.1×10-6 × 根据定义，根据定义，其δ13C=0，相对，相对SMOW，其， δ18O＝30.86‰。＝。
2011-7-20
化学地层学
马锦龙兰州大学资源环境学院
2011-7-20 Wang X.L. 1
概念
化学地层学是地层学的一个新分支学科和新兴的边缘学科，和新兴的边缘学科，它是地球化学在地层学中的具体应用，层学中的具体应用，也是地球化学与地层学综合研究的结果。层学综合研究的结果。
2011-7-20
Wang X.L.
2011-7-20
Wang X.L.
10
R样——样品中某元素的同位素比值样品中某元素的同位素比值 R标——指定标准中某元素的同位素比值指定标准中某元素的同位素比值

稳定同位素

稳定同位素什么是稳定同位素？稳定同位素是指其中不具有放射活性的同位素。

同位素是指元素的核内具有相同质子数（即原子序数Z）但质子数不同的原子。

例如，氢的三种同位素分别为氢-1（1H）、氢-2（2H，也称为重氢或氘）、氢-3（3H，也称为氚）。

其中氢-1是稳定同位素，而氢-2和氢-3是放射性同位素。

相比于放射性同位素，稳定同位素在自然界中存在的丰度更加稳定。

而稳定同位素具有多种用途，在环境科学、地质学、生物学、化学等领域都有广泛的应用。

稳定同位素的应用领域环境科学稳定同位素的使用在环境科学领域中非常重要。

通过对水体、大气、土壤等环境中稳定同位素的测量，可以追踪物质的来源、运移和转化过程，从而获得对环境系统的理解。

例如，氢、氧、碳、氮、硫等元素的稳定同位素分析被广泛应用于水文地质、地下水、河流和湖泊水质研究、排污源追踪、有机物来源和循环研究等。

地质学稳定同位素对于地质学也具有重要意义。

地质学家通过对稳定同位素的测量和分析，可以了解地球形成和演化过程中的各种活动，包括岩石和矿物的成因、地壳物质的循环、古气候和古环境的重建等。

例如，氧同位素分析被广泛应用于古气候研究，碳同位素分析用于古环境研究，硫同位素分析用于岩石和矿石成因研究等。

生物学稳定同位素在生物学领域中也有广泛的应用。

通过对食物链中不同生物体稳定同位素的测量，可以了解食物链结构、物种间的营养关系和能量流动。

稳定同位素还可以用于动物迁徙和栖息地选择的研究，通过对动物体内稳定同位素含量的分析，可以确定动物的迁徙路线和栖息地的选择。

此外，稳定同位素还可用于植物光合作用研究、动物种群演化和人类营养学研究等。

化学稳定同位素在化学领域中的应用也是非常广泛的。

稳定同位素标记技术可用于反应机理研究、溯源分析、质谱仪校准和测定样品的身份等。

通过利用稳定同位素进行标记的化合物，可以追踪化学反应的发生位置、路径和速率，研究化学反应过程中的键断裂、共振、异构体生成等机理。

地球化学中的稳定同位素测定方法及应用

地球化学中的稳定同位素测定方法及应用地球化学是研究地球和其组成部分的化学过程及其关系的学科。

在地球化学中，稳定同位素成为重要的研究对象。

稳定同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的同种元素。

稳定同位素具有多种在地球化学研究中的应用，如研究全球碳、氮、氧等元素的循环，探究生物地球化学、地质学和气候学等学科，以及农业、医学等领域。

本文将介绍地球化学中常见的稳定同位素，测定方法及其应用。

常见的地球化学稳定同位素常见的地球化学稳定同位素有氢（H）、碳（C）、氮（N）、氧（O）、硫（S）等五种元素。

不同元素的稳定同位素具有不同的质量数和相应的原子量。

常用的地球化学稳定同位素如下表所示：元素 | 稳定同位素 | 相对丰度（‰）--------|--------------|-------------氢 | D/H | 155碳 | 13C/12C | 1.1氮 | 15N/14N | 0.37氧 | 18O/16O | 20.2硫 | 34S/32S | 4.5测定方法稳定同位素测定的方法主要分为质谱法和光谱法两种。

质谱法是指通过质谱仪对样品中含有的稳定同位素进行分析。

光谱法是指使用吸收光谱、发射光谱、拉曼光谱等对样品进行分析。

以下将分别介绍这两种方法。

质谱法质谱法是一种高灵敏度、高准确性的稳定同位素测定方法，广泛应用于地球化学、生物科学等领域。

具体操作步骤如下：1. 样品预处理：将样品进行预处理，使其适合质谱仪的检测和分析。

2. 稳定同位素分离：使用化学分离方法，将待测稳定同位素与其它同位素进行分离。

3. 气相色谱-质谱联用（GC-MS）：将稳定同位素样品经过GC-MS分析仪进行检测分析。

该方法可完成同位素比值的测定，并计算出样品中含量的相对百分比。

光谱法光谱法是通过对光谱信号进行量化，对稳定同位素进行分析和测定。

它有以下几种类型：1. 吸收光谱法：利用吸收光谱分析待测物质的稳定同位素含量和同位素分布规律。

稳定同位素地球化学

元素 H、O
C C S
标准样大洋水平均美国南卡罗莱纳州，皮迪组的美洲箭石（已耗尽）索洛霍芬石灰岩美国亚利桑那州坎宁迪亚布洛铁陨石中的陨硫铁
缩写 SMOW
PDB NBS—20
CD
STABLE ISOTOPE
• 2.质谱仪测定：
•
质谱仪是目前同位素成分测定的
主要手段（MAT—261，MAT—251）。
其工作原理是：把待测元素的原子或分
子正离子化，并引入电场和磁场中运动，
带正电的质点因质量不同而被分离测定。
• δA=
STABLE ISOTOPE
• 热力学性质 • 电能---电子层分布 • 平动能 • 转动能 • 振动能---产生同位素分馏的主要原因 • 振动频率与原子的质量成反比 • 含有较轻同位素的分子比重同位素的分子具有
STABLE ISOTOPE
② 同位素交换反应：就是参与反应的各相物质在保持化学平衡的状态下，各物相间发生同位素再分配的现象。使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生分异，称同位素交换反应。
例如：方铅矿和闪锌矿之间达到反应平衡时，大气圈与水圈之间发生氧同位素交换反应
2 (0H ℃2 :1 α=O 18 . 071 4O , 6 2 25 ℃:α2 =H 1.02 01 6O )6 1O 8 2
近年来，稳定同位素地球化学以同位素分馏理论为基础，将重点从同位素平衡体系转向非平衡体系（如同位素交换动力学）。激光探针同位素分析技术的日趋成熟，又大大促进了应用研究。目前，稳定同位素应用正向着地球科学的各个领域渗透，研究已涉及水圈、古海洋、气候学、冰川学、古环境、考古学、天体化
STABLE ISOTOPE
• 习惯上把微量（较小相对丰度）同位素放在R的分子上，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比标准样品是富集了； • δ＜0表示34S比标准样品是贫化了。

稳定同位素在地球科学中的应用

稳定同位素在地球科学中的应用稳定同位素在地球科学中的应用稳定同位素是指具有相同原子序数但不同中子数的同一元素的同位素。

相比于放射性同位素，稳定同位素具有更长的半衰期，不会放射出有害辐射。

它们在地球科学研究中具有广泛的应用。

本文将就稳定同位素在地球科学领域中的应用进行探讨。

首先，稳定同位素可以用于地质年代学研究。

地质年代学是研究地球历史演化和地质过程的学科。

通过分析含有稳定同位素的岩石、土壤或化石样品，可以确定它们的形成时间和地质历史。

例如，稳定同位素碳-13和氮-15可以用于研究生态系统中不同生物群落的演化历史和营养链结构。

通过分析不同组织中稳定同位素的比例，可以推断生物的食物来源和环境条件的变化。

其次，稳定同位素可以用于研究水文地质学。

水文地质学是研究地下水运动和分布的学科。

稳定同位素的水分馏分异质性可以反映不同地下水水源之间的关系。

例如，稳定同位素氢-2和氧-18在地下水中的比例可以用于确定地下水的来源、补给途径和水文循环过程。

通过分析地下水中稳定同位素的组成，可以揭示地下水运动的路径和速率，指导地下水资源的管理和保护。

此外，稳定同位素也在气候变化研究中扮演重要角色。

稳定同位素氧-18在海洋和冰川中的沉积物中广泛存在，可以用于重建古气候变化。

由于氧-18的同位素分馏效应与温度和降水量有关，因此可以通过分析古代沉积物中氧-18的比例来推断古气候条件。

此外，稳定同位素碳-13和氧-18可以用于研究碳循环和海洋生态系统的变化，为预测气候变化和海洋生物多样性的响应提供重要依据。

最后，稳定同位素在地质资源勘探中也有重要应用。

矿产资源勘探需要探明矿体的成因和分布规律。

稳定同位素地球化学可以帮助确定成矿流体来源和作用过程。

稳定同位素铅-206和铅-207可以用于铅锌矿和铀矿的成矿年龄测定。

通过分析稳定同位素的比例，可以判断矿体的成因类型和矿床的形成机制，指导矿产勘探和开发。

总之，稳定同位素在地球科学中具有广泛的应用。

稳定同位素在地球化学和环境科学中的应用

稳定同位素在地球化学和环境科学中的应用稳定同位素（Stable Isotope）指的是自然界中相对稳定的同位素，它们的核子数和质量数相同，但质子和中子的数量略有不同。

在地球化学、环境科学、生物学等领域中，我们可以通过研究这些稳定同位素的分布、比率变化等，来了解物质的来源、转化过程、并且推断出环境或生态系统的变化情况。

【稳定同位素的分类】目前为止，已经发现超过200种稳定同位素，我们可以根据它们的质子数和中子数来进行分类。

1. 氢同位素：质子数为1，核子数从1到3不等，如氢-1、氢-2、氢-3。

2. 碳同位素：质子数为6，核子数从11到16不等，如碳-11、碳-12、碳-13、碳-14、碳-15、碳-16。

3. 氮同位素：质子数为7，核子数从11到16不等，如氮-11、氮-12、氮-13、氮-14、氮-15、氮-16。

4. 氧同位素：质子数为8，核子数从13到18不等，如氧-13、氧-14、氧-15、氧-16、氧-17、氧-18。

5. 硫同位素：质子数为16，核子数从27到34不等，如硫-27、硫-28、硫-29、硫-30、硫-31、硫-32、硫-33、硫-34。

【稳定同位素的应用】1. 地球化学研究在地球科学领域中，稳定同位素被广泛应用于研究各种物质（如矿物、岩石、水和气体）的成因和演化过程。

以氢、氧同位素为例，地球上几乎所有的水都会带有不同的氢、氧同位素，而在不同地区，不同水体所带的同位素比例也会有所不同，通过研究这些同位素的比例，我们可以了解水的来源、循环方式、化学反应等信息。

此外，稳定同位素还可以用来研究某些物质（如钙、铁、镁等）的生物地球化学循环过程。

2. 环境科学研究稳定同位素不仅在地球科学领域中有广泛应用，也广泛运用于环境科学领域。

例如，稳定同位素可以用来追踪污染物的来源和传递途径。

以氮同位素为例，当污染物进入生态系统中时，会改变当地氮的同位素比例，而这种比例变化可以帮助我们分析有害物质的来源、移到何处，以及对环境和生态系统产生的影响。

地球化学中的稳定同位素

地球化学中的稳定同位素稳定同位素是指在自然界中，核外电子数量相同，但质子数或中子数不同的同一元素的不同类型。

在地球化学中，稳定同位素可以用于探究地球和生命的起源和演化，研究大气、水体和岩石圈的物质循环和生态系统的结构与功能。

下面本文将探讨稳定同位素在地球化学中的应用和意义。

一、稳定同位素的定义和特征同一元素的同位素结构、化学性质近似，只有不同中子数的核能够区分它们。

一般地，同位素的质量数是它的质子数和中子数的和，所以同位素的质量通常都不是整数。

而稳定同位素是相对于不稳定同位素而言的。

稳定同位素相对不稳定同位素，在核的构成上有较高的稳定性以及质量数成正比增大。

在地球化学中，常用稳定同位素作为指示地球环境的工具。

其主要特征是原子核中的质子和中子的比值稳定，不会发生α、β、γ衰变。

二、稳定同位素在地球化学中的应用地球化学中的很多研究都需要利用稳定同位素进行探究。

如下是一些稳定同位素在地球化学中的应用：1.碳同位素碳由两种同位素构成，即碳-12和碳-13，其中碳-12占总碳的98.9%。

在生态系统中，生物体对不同碳同位素的利用、转换过程与环境变化密切相关，因此，研究碳同位素在生态系统中的地位和作用，可对生态学、环境保护和气候变化等问题提供重要的参考。

2.氧同位素氧同位素主要包括氧-16、氧-17和氧-18。

在水文地球化学中，氧同位素是水循环研究中的重要因素。

依据氧同位素的比例、分布可以判断水来源，搞清水的运移路径。

同时因为不同温度条件下氧同位素比例存在一定的差异，所以也可以在探究过去的气候变化时提供参考。

3.硫同位素硫同位素有三种，分别为硫-32、硫-33和硫-34。

硫有广泛的利用价值，包括石油和天然气、硫酸等化工品生产，和生物活性。

硫同位素对矿床研究也有很大的帮助。

4.氢同位素常见的氢同位素有氢-1、氘和氚。

氢同位素的存在可以反映一些重要环境参数，如降水来源、植物的水分来源等。

同时，氢同位素还可以用于考察化石水的来源和多层储层的性质等。

地球化学中的稳定同位素应用

地球化学中的稳定同位素应用地球化学是研究地球上元素和化学反应的学科，涉及岩石、土壤、水、大气等自然界各种物质的化学成分、组成、性质与变化规律。

稳定同位素在地球化学研究中扮演着重要角色，它们不仅能够提供元素的地质定年、热液作用发生的时代、化学反应的动力学等信息，还能够揭示地球历史上生命演化和古环境变迁等方面的问题。

本文将介绍稳定同位素在地球化学中的具体应用。

稳定同位素的定义同位素是指原子中，原子序数不变，质子数以及中子数不同的原子核。

稳定同位素是指具有稳定原子核的同位素，相对计量比例不会发生改变。

应用一：地质定年同位素的存在量可以通过质谱技术进行测量，而不同同位素的存在量比例可以用同位素分馏系数来表示。

同位素分馏系数是同一物质内不同同位素相对存在量的比值，其大小和温度、压力、化学组成等因素有关。

在大自然中，同位素分馏现象通常受到物质来源、形成温度、化学性质等因素的影响。

地球中的大部分物质都具有同位素分馏现象，如果岩石的形成温度和时间比较确定，测量该岩石中不同同位素的存在量，就能够精确计算出相对的地质年龄。

稳定同位素在地质定年中的应用主要有两种方法：一个是通过同位素比值来推断其岩石年龄，如氧同位素比值用于确定化学沉淀物（如石灰岩等）或骨骼的年龄，碳、氮同位素比值用于确定有机物的年龄；另一个是通过稳定同位素示踪，揭示它们在成岩过程中受到的环境变化，如碳、氮同位素可以揭示有机物在生长过程中受到的水、氮营养条件等的变化。

应用二：地球化学过程地球化学过程通常由岩石圈、水圈和大气圈三个系统相互作用而形成，其中既有生物化学反应、水文地球化学过程，也有构造作用引起的高温热液作用等。

稳定同位素在探测这些地球化学过程中发挥着重要作用。

例如，在水文地球化学中，同位素分馏所表现的是水的挥发作用。

水分有18O和16O两种同位素，18O水比16O水更容易蒸发，因此，水体中，18O与16O的比例大小能够表现水的源头、地下水系统及人为污染影响等信息。

稳定同位素地球化学

简单地以硫化物的δ34S值代表成矿溶液中硫的来源是不恰当的，在分析硫化物矿床的硫的来源时，矿床形成时的氧逸度、酸碱度以及其它物理化学条件的了解是极其重要的。
小结硫同位素分馏与氧逸度（fO2）和PH值的关系：（1）高氧逸度（log fO2 ＞-38）成矿溶液沉淀的硫化物比低氧逸度下的同种矿物富集32S。（2）低氧逸度（log fO2 ＜-38） PH降低氢离子活度增加，有利于H2S（溶液）和 HS-的形成，两者相对硫化物优先富集34S，成矿液体中沉淀出的硫化物随PH降低，不断富集 32S。
水溶液中硫的存在状态取决于fO2及pH值。成矿流体中重要的含硫组分有H2S、HS-与S-2、 SO4-2 、HSO4- 等，它们之间存在下列平衡： H2S（溶液）===== H++ HSHS- ======= H++ S-2 （还原条件） 2H++ SO4-2 === H2S（溶液）+2O2 HSO4- === H++ SO4-2 在上述平衡中，氢离子活度控制着共存的 H2S 、HS-与S-2的相对比例，而氧逸度控制SO4-2 相对水溶液中H2S的丰度。
第六章
稳定同位素地球化学
天然同位素按其核稳定性分为稳定和不稳定两类，稳定同位素不能自发产生核衰变而转变为其它同位素，放射性同位素—放射性元素的衰变、计时原理——同位素地质年代学。稳定同位素——同位素分馏原理—— 稳定同位素地球化学探讨地质作用的物理化学环境和物质的来源等问题。是当今环境科学领域中最重要的方法和手段.
三硫同位素的生物分馏作用
自然界中，硫同位素组成变化的重要原因之一是厌氧细菌引起硫酸盐离子的还原作用这些细菌从硫酸盐离子中分离出氧并释放出比硫酸盐更富集32S的H2S

稳定同位素地球化学及其应用

稳定同位素地球化学及其应用稳定同位素地球化学是一门研究地球化学中稳定同位素分馏过程及其应用的科学。

稳定同位素是指在自然环境中不发生放射性衰变的同位素，如氢的两种同位素氘（2H）和普通氢（1H），氧的三种同位素氧16（16O）、氧17（17O）和氧18（18O）等。

在地球化学中，稳定同位素的组成和比例变化可以反映化学和生物过程的物质转化过程，因此在气候变化、地质记录、农业生产等方面具有广泛的应用。

稳定同位素理论基础物质分子中不同的原子之间的键合作用力的大小和跨度不尽相同，因而在地球化学中，同位素之间的分馏现象发生较为普遍。

如果原子中的中子数目发生改变，那么原子核的能量结构也会发生改变，这样的同位素叫做放射性同位素。

与放射性同位素不同，稳定同位素在自然界中主要以化学、生物、地理等地球化学环境因素为主，而其化学性质并没有发生改变。

稳定同位素地球化学的研究主要应用了同位素质谱技术和多种化学分离技术。

其中较为常用的方法是同位素比值分析法。

该方法基于同位素分馏规律，通过测量分馏后的同位素比值，可以了解化学或生物过程中同位素的迁移和分布情况。

同位素质谱技术则是大都采用众所周知的质谱技术，加上化学处理等前处理方法，可以测定极小的稳定同位素的比值，高精度测量能达到0.1‰以下，成为对研究地球化学的细微分馏现象最为敏感的分析手段。

应用场景气候变化研究：稳定同位素方法在气候变化研究中的应用较为广泛。

在晚第四纪气候演变研究中，δ18O曲线是最常用的一种记录方法。

由于海水中18O的比例和海水温度之间具有对应关系，所以测定沉积物或冰芯中的18O同位素含量，就可以研究往古气候的变化。

例如，通过分析格陵兰冰芯、中国青藏高原冰芯等样品，得出了全球气温的变化、洋流状况的股份等。

热液成矿研究：稳定同位素地球化学在热液成矿方面也有广泛应用。

热液成矿是甩放如黄金、银之类的金属矿床的生成过程，通常发自于活动地震带、处于地壳活动和构造运动较大的地方。

第十讲稳定同位素地球化学

第十讲地质常用主要稳定同位素简介18OFull atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.内容提要●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素10.1. 传统稳定同位素基本特征☐只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40；☐多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。

总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集；☐生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。

在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。

10.2. 氢(hydrogen)☐直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成：1H：99.9844%2H(D)：0.0156%☐在SMOW中D/H=155.8 10-6☐氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。

10.2.1 氢同位素基本特征☐与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间；☐1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围；☐从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以HO、OH-，2H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用；☐氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。

JFC:Jupiter family cometsOCC:outer solar system Oortcloud comets内地行星与碳质球粒陨石具有相似的氢同位素组成，但与彗星之间存在差异(Taylor,2015,PSRD: Water in Asteroid 4 Vesta)(Robert ,2011,Nature Geoscience)行星和陨石的氢同位素组成(Alexander et al., 2012, EPSL)NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDAWater in apatite in meteorites from Vesta varies in its hydrogen isotopic composition. Range is similar to the range in Earth.来自小行星带不同陨石样品中磷灰石的氢同位素组成(Sarafian et al.,2014)Hydrogen isotope variations in mantle-derived materials(Bell and Ihinger, 2000)金云母K-碱镁闪石韭闪石&羟钛角闪石10.2.2 主要分馏机制◆发生氢同位素分馏的主要原因是水蒸气压的不同，其次为其冰点差异。