最新13第六章稳定同位素1汇总

二 同位素分馏原理
由于同位素质量不同，在各种地球化学过程 中会引起同位素在不同化合物和物相中的丰 度变异，这种现象称同位素分馏。分馏程度
用分馏系数α表示： α＝RA/RB
RA、RB分别为A相和B相中重同位素与轻同位 素的比值。
根据实验结果，分馏系数α与A相和B相的
δ(‰）值存在下列关系：
1000lnα=δA(‰)-δB(‰)≈(αA-B-1) ×1000
例 如 在 300K(27℃) 时 ， SO2 与 H2S 两 相 的
硫 同 位 素 分 馏 系 数 α=δSO2(‰)-δH2S
(‰)=1.082，表明SO2及H2S中δ34S（SO2） 与δ34S (H2S)之差值将达82‰。
两相间发生同位素分馏是由于同位素的热力 学性质有差异。
• 分子的能量包括分子中的电能，平动能 、转动能及振动能。
13C/12C= 0.0112372
O 平均大洋水标准
18O/16O= SMOW 0.0020052
迪亚布洛峡谷（Canyon Diablo）
34S/32S=
S 铁陨石中的陨硫铁
CD 0.0450045
每个分析样品的δ‰值可正可负， 正值表示所测样品中重同位素有一定 富集（与标准相比） ，而负值则表 示重同位素有一定的贫化，即轻同位 素有所富集。
K[32 S]Pb[S34 S]Zn S[3S 4 3/S 2 Z]ns [34 S]Pb[S32 S]ZnS[3S 4 3/S 2 P]bs
分馏系 K 同一般化学反应的平衡常数相似 即：同位素交换反应中同位素分馏系数也与 温度成反比。
这是稳定同位素地质温度计的理论基础。
②动力学分馏
不同同位素组成的同类型化合物由于其化学健 强度的差异，轻同位素组成的化学健较弱，反 应速率较快，在反应生成物中常有轻同位素的 相对富集。例如：
• 对于同一元素的不同同位素来说，原子外 电子层的结构完全相似，分子中的电能基 本上是相同的。理论计算表明:
振动能是产生同位素分馏的主要原因
原子振动频率与原子质量成反比，轻同位素的 原子比同类重同位素的原子具有高的振动频率 ，这决定了轻同位素形成的化学键较弱，分子 的活性较大,化学键容易被打开。
当两相间发生同位素平衡交换反应时，轻 同位素将富集在化Baidu Nhomakorabea键较弱的相中。
国际氢、碳、氧、硫同位素采用的标准样品的 同位素比值：
表6-1 氢、碳、氧、硫同位素标准样品组成
元 素
标
准
缩 写 同位素比值
H 平均大洋水标准
D/H= SMOW 0.0001558
C
南卡罗来纳州白垩纪皮迪建造（Pee Dee formation ） 中 的 箭 石
PDB
（Belemnitella americana）
自然界引起同位素分馏的地球化学过程主要有 以下几种：
①同位素交换反应
•同位素交换反应:化学反应达到平衡状态时， 各物相间发生的同位素再分配现象。
例如在热液中同时沉淀方铅矿及闪锌矿，可 以写出下列同位素交换反应式：
Pb34S+Zn32S Pb32S+Zn34S 当反应达到平衡时，各矿物对中同位素组成的 比值将为一常数，其平衡常数 K 为：
34 S‰ 34 S3/2 S(样)品 － 34 S/32S （标准 10 ）00 34 S／ 32 S （标准）
13 C‰ 13 C1/2 C(样)品 － 13 C/12C （标准 10 ）00 13 C／ 12 C （标准）
D‰D/(D H 样 ／ 品 )－ H（ D标 /（ H 准 标 ） 准 1） 000
13第六章稳定同位素1
温室效应
Gutzler, 2000， GSA Today
Hansen and Sato, 2004, PNAS
问题：
• 地球是否会进入温室气候状态？ • 如果真是这样，地球环境会发生什么变化？如何变化的？ • 什么样生物种群会适应这种调整并会继续演化或不适应而灭绝？
北极夏季海冰含量变化比较JJeennkkininsseettaal.l,.,22000033. .HHaaddleleyyCCeenntrterefoforrCClilmimaatetePPrreeddicictitoionn/R/Reesseeaarcrchh.
• 一种元素的同位素组成表示方法可用同位素 绝对比值
• 例如迪亚布洛峡谷的铁陨石中 32S/34S=22.22 但在地球化学研究中常用的方法是与标准样 品的同位素比值相比较
• 并用偏差千分率表示（δ‰）
上述定义可用以下公式表示：
18 O‰ 18 O1/6 O(样)品 － 18 O/16O （标准 10 ）00 18 O／ 16 O （标准）
④生物化学分馏
• 指生物活动和有机反应引起的同位素分 馏。如植物光合作用使12C更多地富集 在生物合成的化合物中。这一分馏机制 使生物成因的地质体（煤、石油、天燃 气等）具有高的12C/13C值。
第二节 硫同位素地球化学
一 硫同位素的组成
自然界共有四种硫同位素，它们的组成约为 32 S（95.02%），33 S（0.75%），34 S（4.21% ），36 S（0.02%）。其中丰度最高的是32S， 其次是34S。在地球化学中主要研究32S与34S的 比值变化。
[[332S 4SO 4O ]42]2 K 1 K H22H 32S234 SK海32S1水＞在中KH2[2SSO中4]富2- 集还。原为H2S时，
③物理分馏
蒸发与凝聚、溶化与结晶、吸附与解吸以及 分子或离子的扩散，引起的同位素分馏称物 理分馏。 海水蒸发过程中，水蒸汽相对富集轻同位素 1H及16O，而海水中相对富集2H（D）及18O， 这是雨水富集1H及16O的主要原因。
了解过去，预测未来
显生宙时期的地球经历了较 大的气候变化，按不同时间 尺度可以分为： 构造的（> 500ka）、 轨道的（20-400ka）、 洋流 (~ka)
第一节 稳定同位素的分馏
一 稳定同位素组成的表示方法 研究各种地质体中同位素丰度的变化 是稳定同位素地球化学的基础。 对于有两种以上稳定同位素的元素 如 32S=95.02% 33S=0.75% 34S=4.21% 36S=0.02% ） ， 多 研 究 其 中 两 种 丰 度 较 大 的同位素的行为（如32S和34S）。