环境同位素概论ppt剖析
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同位素入门知识PPT幻灯片
➢质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键
强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂，因此轻 同位素的反应速率高，易在生成物中聚集。
2
同位素研究基础
同位素分馏的通用表达法(Expression)
选定某一个样品的R值做标准，其它样品的R值与该标准对照， 便可知道这些样品的同位素比标准富集或贫化的程度。通常，这 种相对富集或相对贫化的程度用δ表示：
两步还原法 淡水、海水 N、O
少
δ15N：±0.2 低 δ18O：±0.3
15
存在问题
• 如何利用最少指标得到最准确的数据？有没有更好的替代指标使得工作量小 且结果准确？ • 用不用测当地源污染同位素范围？滞留作用会影响同位素值，使得计算得到 的同位素值存在误差。分馏作用的程度怎样判断？全面深入分析氮源在迁移转化 过程中对同位素值的影响因素，建立模型定量分析氮的分馏作用对同位素源识别 具有重要意义。 • 精确性的保证。从采样点的设置、样品预处理到最终的模型计算都会对结果 产生影响。如何有效提取和纯化样品，避免同位素制备过程中的同位素污染及分 馏？ • 综合考虑氮源及引起同位素分馏的因素，如何优化现有的数学模型或者开发 新的计算模型？
δ（‰）=（R样-R标）/R标 * 1000 δ＞0，样品比标准更富集；δ＜0，比标准更贫化；δ=0，与 标准具相同同位素比值。
3
同位素研究基础
一些国际通用标准(International Standard)：
➢ SMOW——standard mean ocean water H/O 同位素标准
➢ PDB——Peedee Belemnite(南卡罗林纳州白 垩系）C/O同位素
➢ CDT——Canyon Diablo troilite（亚利桑纳 州迪亚布罗峡谷铁陨石中的陨硫 铁)S同位素
强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂，因此轻 同位素的反应速率高，易在生成物中聚集。
2
同位素研究基础
同位素分馏的通用表达法(Expression)
选定某一个样品的R值做标准，其它样品的R值与该标准对照， 便可知道这些样品的同位素比标准富集或贫化的程度。通常，这 种相对富集或相对贫化的程度用δ表示：
两步还原法 淡水、海水 N、O
少
δ15N：±0.2 低 δ18O：±0.3
15
存在问题
• 如何利用最少指标得到最准确的数据？有没有更好的替代指标使得工作量小 且结果准确？ • 用不用测当地源污染同位素范围？滞留作用会影响同位素值，使得计算得到 的同位素值存在误差。分馏作用的程度怎样判断？全面深入分析氮源在迁移转化 过程中对同位素值的影响因素，建立模型定量分析氮的分馏作用对同位素源识别 具有重要意义。 • 精确性的保证。从采样点的设置、样品预处理到最终的模型计算都会对结果 产生影响。如何有效提取和纯化样品，避免同位素制备过程中的同位素污染及分 馏？ • 综合考虑氮源及引起同位素分馏的因素，如何优化现有的数学模型或者开发 新的计算模型？
δ（‰）=（R样-R标）/R标 * 1000 δ＞0，样品比标准更富集；δ＜0，比标准更贫化；δ=0，与 标准具相同同位素比值。
3
同位素研究基础
一些国际通用标准(International Standard)：
➢ SMOW——standard mean ocean water H/O 同位素标准
➢ PDB——Peedee Belemnite(南卡罗林纳州白 垩系）C/O同位素
➢ CDT——Canyon Diablo troilite（亚利桑纳 州迪亚布罗峡谷铁陨石中的陨硫 铁)S同位素
第11章.环境同位素示踪.ppt
Microbial community
Stabilized SOM
Keeling曲线
“Keeling Plot”方法，是描述的是生态系统边 界层中某种气体(CO2或H2O)的稳定同位素比与其 浓度倒数之间的线性关系(Keeling, 1961)。为环 境同位素示踪的重要计量关系之一。
关系式推导：
以CO2为例，对于生态系统与大气环境的界 面层，设Ca、 Cb 、Cs分别为界层某气体的总浓 度，源于背景的浓度和源于生态系统导入的浓度， 13Ca、13C b、13Cs为相应部分的13C比率，则由 质量守恒有：
Ca Cb Cs
由同位素守恒，有
13Ca Ca 13Cb Cb 13Cs Cs
合并以上两式并整理，最终有
13Ca C（b 13Cb 13Cs）C1a 13Cs
由上式，13Ca VS 1/Ca作图，直线在Y轴 的截距即为13Cs
1.δ 18O示踪和Keeling Pot用于区分田间 蒸散组分
3）蒸散水汽同位素比率
蒸散水汽同位素比率由Keeling pot 求得。其 具体表达式为：
V
Ca (a
ET
)(
1 CV
)
ET
式中，CV和V分别为测定的边界层水汽的浓度和 同位素比率，Ca为背景大气水汽的浓度， ET为 蒸散水汽的同位素比率。
实例 参见：袁国富等.利用原位连续测定水汽 δ18O值和Keeling Plot方法区分麦田蒸散组分.植物 生态学报 2010, 34 (2): 170–178
环境同位素示踪
中国农业大学 齐孟文
背景
环境元素的同位素因直接参与元素在环境生 态系统中演化过程，在这些演化过程因同位素判 别作用，存在同位素热力学和/或动力学分馏效 应，这些效应受环境因子的影响，因此其同位素 构成整合了生态系统复杂的生物学、生态学和生 物地球化学过程在时间和空间尺度上对环境变化 响应的信息。当天然同位素构成因其在地球化学 原产地具有特异性或在演化过程中具有单向同位 素分馏效应，而具有特定环境和过程“指纹”的特 性，便可利用环境同位素对背景环境或过程进行 示踪研究。
环境同位素概论ppt
238U 234U 230Th 206Pb
Half-life
4.468 ± 0.005 x109 years
(Jaffey et al. 1971)
245,250 ± 490 years
75,690 ± 230 years
(Cheng et al. 2000)
Dating Methods
230Th
dating (U/Th dating or 238U-234U-230Th dating) From as young as 3 years to over 600 ka
(2) 研究上述物质与其环境介质之间的同位素交换 和再分配规律。
90
95
100
105
110
115
120
125
西宁
35
青岛
35
兰州
唐古拉山区 玉树
-7.1 西安
∩ ∩ 万象洞 大鱼洞
洛阳 郑州
∩ 老母洞
徐州
∩ 九仙洞
合肥
∩ 三宝洞
马尔康 甘孜
30
上海
成都 拉萨
万州
和尚洞 宜昌 ∩
武汉 -6.0 九江 南昌
N
琅勃拉邦
750 km
0
250
500
东 亚 季 风
海南
95
100
105
110
115
120°E
石笋氧同位素 记录分布模式
近2000年内 δ18O ‰VPDB:
1 2
0.0 ~ 2.5
3 4
3.0 ~ 5.0
6.6 ~ 8.6 7.4 ~ 9.1
石 笋 氧 同 位 素 环 流 效 应
4
3
Half-life
4.468 ± 0.005 x109 years
(Jaffey et al. 1971)
245,250 ± 490 years
75,690 ± 230 years
(Cheng et al. 2000)
Dating Methods
230Th
dating (U/Th dating or 238U-234U-230Th dating) From as young as 3 years to over 600 ka
(2) 研究上述物质与其环境介质之间的同位素交换 和再分配规律。
90
95
100
105
110
115
120
125
西宁
35
青岛
35
兰州
唐古拉山区 玉树
-7.1 西安
∩ ∩ 万象洞 大鱼洞
洛阳 郑州
∩ 老母洞
徐州
∩ 九仙洞
合肥
∩ 三宝洞
马尔康 甘孜
30
上海
成都 拉萨
万州
和尚洞 宜昌 ∩
武汉 -6.0 九江 南昌
N
琅勃拉邦
750 km
0
250
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东 亚 季 风
海南
95
100
105
110
115
120°E
石笋氧同位素 记录分布模式
近2000年内 δ18O ‰VPDB:
1 2
0.0 ~ 2.5
3 4
3.0 ~ 5.0
6.6 ~ 8.6 7.4 ~ 9.1
石 笋 氧 同 位 素 环 流 效 应
4
3
同位素地球化学PPT课件
32
1）轻稳定同位素
A. 原子量小，同一元素的各同位素间
的相对质量差异较大（ΔA/A≧5%）；
B. 轻同位素组成变化的主要原因是同
位素分馏作用造成的，其反应是可逆的。
2019/7/3
第五章 同位素地球化学Ⅰ
33
2）重稳定同位素
A. 原子量大，同一元素的各同位素间的相
对质量差异小（ΔA/A＝0.7~1.2%），环境 的物理和化学条件的变化通常不导致重稳 定同位素组成的改变；
526262621放射性同位素衰变定律及同位素地质年代学原理622kar法及40ar39ar法年龄测定623rbsr法年龄测定624smnd法年龄测定625upb法年龄测定53621621同位素地质年代学的基本原理前提及分类541放射性原子释放出粒子和能量的现象即所谓的放2放射性衰变元素的原子核自发地发出粒子和释放能量而变成另一种原子核的过程
2019/7/3
第五章 同位素地球化学Ⅰ
11
5. 同位素地球化学发展现状
同位素地球化学发展迅速，已渗透到地 球科学的各个研究领域，如：大地构造 学、岩石学、矿床学、海洋学、环境科 学、空间科学等。
主要表现在以下方面：
♣ 实验测试技术不断完善和提高； ♣ 多元同位素体系的综合研究； ♣ 研究领域不断扩大； ♣ 各种新方法的出现 。
28
② 类型
1）放射性同位素(unstable or radioactive isotope)
其原子核是不稳定的，它们能自发地放出粒子并衰变成 另一种同位素。
2）稳定同位素(stable isotope)
原子核是稳定的，或者其原子核的变化不能被觉察。 元素周期表中，原子序数相同，原子质量不同，化学性
18-同位素地球化学PPT课件
3
U-Th-Pb同位素体系
U-Th-Pb地球化学性质 • Pb为中等不相容元素，其离子半径为1.32 ； • Pb的独立矿物为方铅矿，在硅酸盐矿物中，多与元素
K形成类质同象而趋向存在于钾长石等矿物中； • 通常条件下Pb性质稳定，但在高温和酸性条件下可形
成氯或硫的化合物，易溶解于热液中而发生迁移。
19
U-Th-Pb同位素体系
谐和曲线（一致曲线）
若矿物(如锆石、榍石等)形成时，只含有放射性元素U、 Th，而不含子体元素Pb。矿物形成后，若其U-Pb同位素 体系保持封闭，则经历一定衰变过程后，206Pb*/238U和 207Pb*/235U将给出谐和的年龄t，即由矿物的两组Pb/U 比值计算出相同的年龄。将所有谐和年龄点作图，由这 些点组成的轨迹称为谐和曲线(Concordia)。
区别：放射性成因的铅同位素组成变化主要发生在矿 物结晶之后；而普通铅同位素成分的变化主要发生在 矿物结晶之前。
27
正常铅：普通铅中的一类，指在一个U-Th-Pb系统中演 化的铅，又叫单阶段铅。 异常铅：普通铅中的一类，为体系多次开放，在一个以 上U-Th-Pb系统中演化的铅，又叫多阶段铅。
28
3.原生铅：地球物质形成之前在宇宙原子核合成过程中 与其他元素同时形成的铅；
9.8485×10-10
0.0057
2.47×105
2.806×10-6
100.00
14.010×109
4.9475×10-11
钍由两同位素组成： 232Th100% M=232.038050 230Th≤0.0005%
7
U-Th-Pb同位素体系
Pb同位素主要由4个同位素组成： 204Pb 1.4% 203.973029 206Pb 24.1% 205.974449 207Pb 22.1% 206.975881 208Pb 52.4% 207.976636
U-Th-Pb同位素体系
U-Th-Pb地球化学性质 • Pb为中等不相容元素，其离子半径为1.32 ； • Pb的独立矿物为方铅矿，在硅酸盐矿物中，多与元素
K形成类质同象而趋向存在于钾长石等矿物中； • 通常条件下Pb性质稳定，但在高温和酸性条件下可形
成氯或硫的化合物，易溶解于热液中而发生迁移。
19
U-Th-Pb同位素体系
谐和曲线（一致曲线）
若矿物(如锆石、榍石等)形成时，只含有放射性元素U、 Th，而不含子体元素Pb。矿物形成后，若其U-Pb同位素 体系保持封闭，则经历一定衰变过程后，206Pb*/238U和 207Pb*/235U将给出谐和的年龄t，即由矿物的两组Pb/U 比值计算出相同的年龄。将所有谐和年龄点作图，由这 些点组成的轨迹称为谐和曲线(Concordia)。
区别：放射性成因的铅同位素组成变化主要发生在矿 物结晶之后；而普通铅同位素成分的变化主要发生在 矿物结晶之前。
27
正常铅：普通铅中的一类，指在一个U-Th-Pb系统中演 化的铅，又叫单阶段铅。 异常铅：普通铅中的一类，为体系多次开放，在一个以 上U-Th-Pb系统中演化的铅，又叫多阶段铅。
28
3.原生铅：地球物质形成之前在宇宙原子核合成过程中 与其他元素同时形成的铅；
9.8485×10-10
0.0057
2.47×105
2.806×10-6
100.00
14.010×109
4.9475×10-11
钍由两同位素组成： 232Th100% M=232.038050 230Th≤0.0005%
7
U-Th-Pb同位素体系
Pb同位素主要由4个同位素组成： 204Pb 1.4% 203.973029 206Pb 24.1% 205.974449 207Pb 22.1% 206.975881 208Pb 52.4% 207.976636
几种年代学方法介绍——同位素地球化学课件PPT
• 近年来迅速发展起来的多接收器双耦合等离子体质 谱仪(MC-ICP-MS)综合了等离子体的高电离温度和 磁式多接收器质量分析器的优势，使得一些高电离 能元素的高精度同位素分析成为现实。
Lu-Hf同位素测年
测试仪器
• 在Re－Os 年代学研究的早期，二次离子质谱、共 振离子质谱、加速器质谱、电感耦合等离子体质谱 （ICP－MS）都曾用于Re－Os 同位素的测定研究
• 近些年来，随着质谱技术及分析方法的发展，负离 子热表面电离质谱（NTIMS）已逐渐成为Re－Os年 代学研究尤其是Os 同位素比值测定的主要工具
几种年代学方法介绍
Re－Os法，Sm－Nd法， Lu － Hf法
Re－Os法
铼与锇
• Re，分散元素，不形成独立矿物，与Mo地 球化学相似性
• 地幔部分熔融时,中等不相容元素Re趋于进 入岩浆,而相容元素Os则趋于保留在地幔中。 因此,富集不相容元素的流体对地幔岩石的 交代作用通常难以对地幔岩石中Os的同位 素组成造成明显的影响。居于此原因,该体 系已被广泛地用于研究大陆岩石圈地幔的形 成和演化
天然同位素
• Re有两种天然同位素
– 185 -37.398%， – 187 -62.602%
• Os有七种天然同位素
– 184-0.02%, – 186-1.6%, – 187-1.6%, – 188-13.3%, – 189-16.1%, – 190-26.4%, – 192-41%
年龄公式
Re－Os法定年问题讨论
• 有些金属矿床辉钼矿的Re－Os 年龄高于其赋矿围 岩，原因不清；
• 黄铁矿等多数硫化物含Re－Os 量明显偏低，并含 有普通Os ，对样品化学制备过程中低本底的要求 很高，一般实验室难以达到，普通Os 也难以准确 扣除；
Lu-Hf同位素测年
测试仪器
• 在Re－Os 年代学研究的早期，二次离子质谱、共 振离子质谱、加速器质谱、电感耦合等离子体质谱 （ICP－MS）都曾用于Re－Os 同位素的测定研究
• 近些年来，随着质谱技术及分析方法的发展，负离 子热表面电离质谱（NTIMS）已逐渐成为Re－Os年 代学研究尤其是Os 同位素比值测定的主要工具
几种年代学方法介绍
Re－Os法，Sm－Nd法， Lu － Hf法
Re－Os法
铼与锇
• Re，分散元素，不形成独立矿物，与Mo地 球化学相似性
• 地幔部分熔融时,中等不相容元素Re趋于进 入岩浆,而相容元素Os则趋于保留在地幔中。 因此,富集不相容元素的流体对地幔岩石的 交代作用通常难以对地幔岩石中Os的同位 素组成造成明显的影响。居于此原因,该体 系已被广泛地用于研究大陆岩石圈地幔的形 成和演化
天然同位素
• Re有两种天然同位素
– 185 -37.398%， – 187 -62.602%
• Os有七种天然同位素
– 184-0.02%, – 186-1.6%, – 187-1.6%, – 188-13.3%, – 189-16.1%, – 190-26.4%, – 192-41%
年龄公式
Re－Os法定年问题讨论
• 有些金属矿床辉钼矿的Re－Os 年龄高于其赋矿围 岩，原因不清；
• 黄铁矿等多数硫化物含Re－Os 量明显偏低，并含 有普通Os ，对样品化学制备过程中低本底的要求 很高，一般实验室难以达到，普通Os 也难以准确 扣除；
同位素讲座ppt-课件
1 同位素的基本概念
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。
s(u°lfCide)min3er.a9l a8nd
H2S
(Ohmoto
an1d 1R.y2e,41979),
it
should
be4.30
0408 and d34S0 = 21.
Oxidation processes M proedulcteinspgecpieos tihnatta(re7e6n0richTeod rinr3,4iSnre°laCtive) to the startin0g .m0a0terial, whereas reduc3tio.8n 1produces species tha0t .a2re8depleted in 34S.
100.00
101.42
100.14
cover: Cu Ba instead
of
Ca)
alsVo haapveoarsmparlleesffseuct:re
(at
100
°C,
in
Torr)
760,00
721.60
(3) analysis of natural samples for which independent estimates of temperature are available.
1934年诺贝尔化学奖获得者Urey奠定了同位 素取代的物理化学性质变化的理论基础，并把它 用于地球科学。1946年他在英国皇家学会上发表
环境同位素示踪
谢谢观看
示踪生态学
示踪生态学是利用环境同位素示踪技 术来研究生态系统的一门科学。通过 测量生物体和环境中的同位素含量， 可以了解生物体的食物来源、迁移路 径以及生态系统中的物质循环和能量 流动。
VS
同位素示踪剂可以用于研究生态系统 的结构和功能、生物多样性的保护和 恢复以及环境污染对生态系统的影响 等，有助于解决生态学中的一些重要 问题。
05
环境同位素示踪案例分 析
水文学案例：地下水补给来源的确定
总结词
通过分析地下水中的同位素组成，可以确定地下水的补给来源，了解地下水循环过程。
详细描述
地下水补给来源的确定对于水资源的合理利用和保护具有重要意义。通过采集地下水样 本，测量其中氢、氧等稳定同位素的比例，可以判断地下水的补给来源，如雨水、地表
示踪地球化学
示踪地球化学是利用环境同位素示踪技术来研究地球化学过 程的一门科学。通过测量岩石、土壤、气体和液体等地球化 学样品中的同位素含量，可以了解地球化学物质的来源、迁 移和转化过程。
同位素示踪剂可以用于研究矿床的形成和演化、地质灾害的 预警和预测以及环境污染的来源和扩散等，有助于解决地球 化学中的一些重要问题。
气象学案例：降水同位素变化的研究
总结词
降水同位素变化可用于研究气候变化和降水形成机制。
详细描述
降水同位素是指降水中各种同位素组分相对于自然界中 稳定同位素组分的比值。通过测量不同地区、不同季节 的降水同位素组成，可以研究气候变化和降水形成机制 ，进一步了解全球气候变化的规律和影响。这对于预测 气候变化、制定应对措施等方面具有重要意义。
示踪气象学
示踪气象学是利用环境同位素示踪技 术来研究气象学的一门科学。通过测 量大气中的同位素含量，可以了解大 气中水汽的来源、运动路径和循环过 程。
沪科版高中化学高一上册 1.2.2 同位素 PPT(25张)优质课件
质子数相同，中子 数不同的同一元素 的不同原子
由同种元素组成的 结构和性质不同的 单质
实例
H-氢元素 C-碳元素
11H、21H、31H
金刚石与石墨、 氧气与臭氧
区别与联系： 1、联系：同位素属于同一元素的原子；
同素异形体由同一元素的原子构成。 2、区别：同位素有1800余种，元素只有100多种。
沪科版高中化学高一上册 1.2.2 同位素 PPT(25张)优质课件
沪科版高中化学高一上册 1.2.2 同位素 PPT(25张)优质课件
[探究与深化]
同位素的应用十分广泛： 1、探测金属器件的缺陷。 2、粮食育种。 3、保存食物。 4、医疗疾病。 5、研究化学反应机理……
(7-7)
沪科版高中化学高一上册 1.2.2 同位素 PPT(25张)优质课件
沪科版高中化学高一上册 1.2.2 同位素 PPT(25张)优质课件
沪科版高中化学高一上册 1.2.2 同位素 PPT(25张)优质课件
[作业与拓展]
1.有关同位素概念的理解
(3-1)
⑴有关同位素的叙述，正确的是( B)
A.电子数相同，中子数不同 的两种微粒的互称 B.质量数不同，核电核数相同的多种原子间的互称 C.质子数相同，电子数不同的同一元素微粒 D.质子数相同，中子数不同的元素微粒间的互称
(3-2)
（1）1H 2H 3H相组合能形成几种构成不同的分子？ 能形成几种相对分子质量不同的分子？能请列出式量。
H
D
T
H
H2（2） HD（3）
HT（4）
D DH（3）
D2（4）
DT（5）
T TH（4）
TD（5）
T2（6）
答：从表中可看出，一共是六种构成不同的分子，五 种相对分子质量不同的分子。
Rb-Sr——同位素地球化学课件PPT
• 利用等时线既可求出年龄，又可以得到锶初始值
• 数据点拟合程度的好坏，也是检验所有样品是否一 直保持封闭的一个尺度
0.710 0.708
t>0
87Sr/86Sr
0.706
t=0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
87Rb/86Sr
同源岩浆岩石Rb-Sr同位素演化和等时线图
等时线 的拟合
• 最常用的是双误差最小二乘回归法进行拟合。
• 实际观测也表明，矿物中的Rb—Sr衰变图确 实受到影响 。
基本假设
• 假设在区域变质或接触变质过程中， 87Sr的变 化仅仅是由于放射性同位素87Rb的衰变导致的， 而矿物中铷和锶的浓度基本上保持不变
• 如果在热变质过程中，矿物发生了同位素均匀 化，一般手标本大小的全岩样品都保持着封闭 体系，则可以计算矿物等时年龄（内等时线）， 代表变质年龄，而全岩年龄代表成岩年龄
未受变质的沉积岩的年龄测定
• 沉积岩中的含铷矿物，既可以是自生的，也 可以是它地生成的和碎屑的
• 自生的有海绿石、钾盐、光卤石等 • 海绿石较好，可以反映沉积年龄 • 蒸发岩矿物不够稳定，所测年龄不可靠
小结
• 铷和锶是分散元素，它们在火成岩、沉积岩和 变质岩中的浓度从小于几ppm到大于几百ppm。
挑选单矿物时，除了含钾矿物以外，通常还 会挑选一种富钙贫钾矿物，如磷灰石、榍石 等。它投点基本落在纵轴上。
变质岩的年龄测定
变质岩的年龄测定
• 变质作用可以是热变质，也可以有流体的参 与，结果使岩石的总体化学组成和微量元素 成分都可能发生变化。
• 可以预料，变质作用对岩石中存在的天然放 射性元素的母体和子体的关系将产生深刻影 响。
• 数据点拟合程度的好坏，也是检验所有样品是否一 直保持封闭的一个尺度
0.710 0.708
t>0
87Sr/86Sr
0.706
t=0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
87Rb/86Sr
同源岩浆岩石Rb-Sr同位素演化和等时线图
等时线 的拟合
• 最常用的是双误差最小二乘回归法进行拟合。
• 实际观测也表明，矿物中的Rb—Sr衰变图确 实受到影响 。
基本假设
• 假设在区域变质或接触变质过程中， 87Sr的变 化仅仅是由于放射性同位素87Rb的衰变导致的， 而矿物中铷和锶的浓度基本上保持不变
• 如果在热变质过程中，矿物发生了同位素均匀 化，一般手标本大小的全岩样品都保持着封闭 体系，则可以计算矿物等时年龄（内等时线）， 代表变质年龄，而全岩年龄代表成岩年龄
未受变质的沉积岩的年龄测定
• 沉积岩中的含铷矿物，既可以是自生的，也 可以是它地生成的和碎屑的
• 自生的有海绿石、钾盐、光卤石等 • 海绿石较好，可以反映沉积年龄 • 蒸发岩矿物不够稳定，所测年龄不可靠
小结
• 铷和锶是分散元素，它们在火成岩、沉积岩和 变质岩中的浓度从小于几ppm到大于几百ppm。
挑选单矿物时，除了含钾矿物以外，通常还 会挑选一种富钙贫钾矿物，如磷灰石、榍石 等。它投点基本落在纵轴上。
变质岩的年龄测定
变质岩的年龄测定
• 变质作用可以是热变质，也可以有流体的参 与，结果使岩石的总体化学组成和微量元素 成分都可能发生变化。
• 可以预料，变质作用对岩石中存在的天然放 射性元素的母体和子体的关系将产生深刻影 响。
最新同位素地球化学6ppt课件
壳内熔融在模式年龄上引起相当小的扰动的证据 激励着利用花岗质深成岩对相组合的围岩测定地壳形 成年龄(假定花岗岩是这些围岩的深熔产物)。该途径 的优点是利用最小数量的分析对大区域基底填图，因 为每个深成岩体可预期是大量地壳成分的平均。 Nelson和DePaolo(1985)很大影响地利用它填出了美国 中部巨型带的地壳抽提年龄(图25)。因为显生宙覆盖 模糊了大部分美国中部基底， 仅能从钻孔岩心或钻孔 岩片(chips)进行定年，对于此应用该方法是合适的。
fSm /Nd 14S70m /.1 14N 9 4sd 6 am 7 p1le
用此表示法，由壳内分馏事件引入的亏损地幔模式年龄的 误差由下式给出：
ErDrM T ffSSff/m //m /sN ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ndd(TCF T)m
图23钕同位演化图，表示单个英云闪长质片麻岩的Sm-Nd演化线
这里TCF是真实的地壳形成年龄，Tm是部分熔融事件的 年龄。这种误差放大如图24所示。此问题通过分析熔 融年龄相当接近于它们形成年龄(<300Ma?)的样品可最 小化。
同位素地球化学6
图16 月球岩石表现出的月球不同库间非常早期Sm/Nd分馏造成的 Nd演化图
图19 引入Nd新的亏损地幔演化模式文章的引用率变化
一、沉积作用 侵蚀作用中的Sm-Nd系统行为可通过对比由河流携带颗粒计
算的模式年龄与分水岭区沉积物源区平均地质年龄的对比来加 以考察。Goldstein和Jacobsen(1988)完成了美洲河流中颗粒的 此类研究。他们发现流过原始火成岩的河流携带精确反映源区 地壳存留年龄的沉积物(图20)。流过沉积岩分水岭的河流没有 适当加以证明，因为它们源区的地壳存留年龄还没有适当地定 量化。
与 成 岩 作 用 中 Sm-Nd 开 放 系 统 的 认 识 相 反 ， Barovich 和Patchett(1992)证明即使在严重的变质变形中花岗质 岩的全岩Sm-Nd系统保持未受扰动。他们研究了切过元
fSm /Nd 14S70m /.1 14N 9 4sd 6 am 7 p1le
用此表示法，由壳内分馏事件引入的亏损地幔模式年龄的 误差由下式给出：
ErDrM T ffSSff/m //m /sN ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ndd(TCF T)m
图23钕同位演化图，表示单个英云闪长质片麻岩的Sm-Nd演化线
这里TCF是真实的地壳形成年龄，Tm是部分熔融事件的 年龄。这种误差放大如图24所示。此问题通过分析熔 融年龄相当接近于它们形成年龄(<300Ma?)的样品可最 小化。
同位素地球化学6
图16 月球岩石表现出的月球不同库间非常早期Sm/Nd分馏造成的 Nd演化图
图19 引入Nd新的亏损地幔演化模式文章的引用率变化
一、沉积作用 侵蚀作用中的Sm-Nd系统行为可通过对比由河流携带颗粒计
算的模式年龄与分水岭区沉积物源区平均地质年龄的对比来加 以考察。Goldstein和Jacobsen(1988)完成了美洲河流中颗粒的 此类研究。他们发现流过原始火成岩的河流携带精确反映源区 地壳存留年龄的沉积物(图20)。流过沉积岩分水岭的河流没有 适当加以证明，因为它们源区的地壳存留年龄还没有适当地定 量化。
与 成 岩 作 用 中 Sm-Nd 开 放 系 统 的 认 识 相 反 ， Barovich 和Patchett(1992)证明即使在严重的变质变形中花岗质 岩的全岩Sm-Nd系统保持未受扰动。他们研究了切过元
第九章 同位素技术在地理学中的应用ppt课件
0.3
0.4 0.0
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40
40
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80
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深度 (cm)
100
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-12 -10 -8
-6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-4
-2
0 -90
-80
-70
-60
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-40
18O (per mil)
D (per mil)
夏玉米茎水的18O或D 土壤水的18O或D
o 从以上资料可看出，大气降水的同位素组成与 当地气温的关系密切，且呈正相关变化，但不 同地区变化差异很大。
15
大气降水的同位素效应
• 纬度效应
o 从低纬度到高纬度，随着温度的降低，降水的 重同位素逐渐贫化
16
大气降水的同位素效应
• 季节效应
o 不同地区由于温度、湿度和气团运移等因素存 在季节性的变化，因此降水的同位素组成也会 有季节性的变化。
o 同位素混合方程
s i
g
22
同位素研究地下水补给
• 降水入渗补给过程
o 同位素示踪补给方式
降
o 估算补给速度
水 入
渗
活塞式入渗
捷径式入渗（优先流入渗）
23
同位素研究地下水补给
• 地下水补给的复杂性
o 山前平原（沙漠）当地降水；山区降水；冰川融水 o 现代降水；古降水
同位素研究地下水补给主要应用于什么气候类型的地区？ 为什么？
• 化分动物的营养级
相邻营养级间δ13C值的差值(Δδ13C)较小, 约为0.4‰~1.0‰,
同位素在土壤生态学中的应用剖析38页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
同位素在土壤生态学中的应用剖析
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
Thank you
பைடு நூலகம்
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
同位素在土壤生态学中的应用剖析
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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降水
NNHO－33
NH3 NO－3
植物残余
地
污水
有机－N
化肥 NH3
堆肥
有机－N
下
NH3
NO－3
蛋白质
环
N2
NH3
N2 N2
植物 蛋白质
境
里
固氮
N2
氮
分解硝化 NH＋4 硝化 蛋白质
N2 NH＋4
反硝化
反硝化
吸附
吸附
分解
NH＋4
硝化
NNOH－＋34
反硝化
的 来 源
NO－3
NO－3
NO－3
及
循
渗入
环
环境同位素概论
太阳 辐射 能量
冷却 蒸发作用
衰减
海冰
海洋
大气层温度变化 和水循环作用
大气圈
云层 降水
富集
瑞利分馏
酸雾
人类活动影响
土地利用
渗滤水
外源水
酸雾
火山活动
表面径流 高山洞穴系统 冰川
低温层： 海冰，冰盖，冰川
冰盖
生物圈 土壤生物作用
低地洞穴系统
绪论
一、环境同位素的定义
环境同位素(environmental isotope )：存在 于自然环境中的同位素。主要是天然形成 的，但也有一部分来源于核试验产生的人 工放射性同位素(如氚)。它不包括作为示 踪剂的人工投放的放射性同位素。 •天然存在或非人为目的进入环境的同位素， 包括环境稳定同位素和环境放射性同位素 。
(3) 环境物质测年，即研究环境化学组分的放射性 同位素母、子体的衰变与积累规律。
(4) 应用天然同位素和人工同位素解决各种环境问 题。
(5) 揭示和提取环境信息载体的同位素记录重建古 环境。
四、学科的研究历史与发展概况
•Soddy F. 首先命名“同位素” 一词（1913） •Urey H.C. 最早知道碳酸盐氧 同位素比值与沉淀温度有关， 确立同位素分馏理论（1947） •Epstein S. 建立同位素地质 温度计（1953） •Dansgaard W. 提出环境同位 素效应（1964）
95
100
105
110
115
120
125
西宁
青岛
35
35
兰州
-7.1
洛阳 郑州
徐州
唐古拉山区
玉树
∩ 万象洞
西安∩
∩
九仙洞
大鱼洞
马尔康
∩ 老母洞 ∩
合肥 上海
甘孜
三宝洞
武汉
杭州
30
30
-15.2
拉萨
林芝
成都
万州 ∩
重庆 水鸣洞
和尚洞 ∩
宜昌ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
∩
-6.0 九江
南昌
莲花洞
长沙
中甸
遵义
吉首
福州
丽江
贵阳
-8.3
Dating Materials
1cm
calcite stalagmite
二、学科范畴
地球化学：研究地球的化学组成、化学作 用和化学演化的科学，是地质学与化学、物 理学相结合而产生和发展起来的边缘学科。
✓同位素地球化学：根据自然界的核衰变、裂变 及其他核反应过程所引起的同位素变异，以及物 理、化学和生物过程引起的同位素分馏，研究天 体、地球以及各种地质体的形成时间、物质来源 与演化历史。
衙门洞
25
英帕尔
保山
-10.0 昆明
荔波
∩∩ 董歌洞
桂林 -6.1
-4.1
25
厦门
台
北回归线 曼德勒
个旧
柳州 -5.7
汕头 湾
广州 -5.2
南宁 香港-4.7
印度季风
20°
琅勃拉邦
N
0
250
500
750 km
海南
20
东亚季风
95
100
105
110
115
120°E
石笋氧同位素 记录分布模式
近2000年内 δ18O ‰VPDB:
•同位素环境地球化学 •同位素水文地质学 •第四纪地质学
三、基本任务与研究内容
(1) 研究各种环境物质，包括大气、水体（及其 溶解化学组分）生物以及土壤、岩石等的同 位素组成及其时空演化规律。
地 球 系 统 科 学 为 指 导
(2) 研究上述物质与其环境介质之间的同位素交换 和再分配规律。
90
• 同位素是指具有相同质子数和不同中子数的原 子，即在化学元素周期表中占据同一位置。它 们具有基本相同的化学性质，但质量不同。
✓某元素X的原子核质量数为A，N为核内中子数，Z 为质子数（等于核外电子数）则 A=N+Z；通常用符 号 AX 表示。
✓例如，H元素有三种同位素：1H核内只有质子数1 个；2H核内中子数、质子数各1个；3H核内质子数1 个，中子数2个；分别叫：氕、氘、氚。
1 0.0 ~ 2.5 2 3.0 ~ 5.0
3 6.6 ~ 8.6 4 7.4 ~ 9.1
石
笋
氧
同
1
2
位
素
环
海水
流
δ18O 0 ~ 1.5
效
应
1971-2000年平均夏季（6-8月） 整 层积分的水汽输送矢量分布, 单 位:g/(s.cm)
4 3
海水 δ18O -1 ~ 0.5
水汽图引自丁一汇报告
Decay chains
238U
234U
230Th
206Pb
4.468 ±0.005
Half-life x109 years
(Jaffey et al. 1971)
245,250
75,690
±490 years ±230 years
(Cheng et al. 2000)
Dating Methods
• 20世纪50年代~60年代，放射性同位素与稳定 同位素应用于地球科学的许多领域。在学科的 交叉、渗透中逐步发展形成了两大分支学科— —同位素地质年代学与稳定同位素地球化学。 而后更细的分支同位素水文地质学和同位素环 境地球化学等应运而生。
• 应用与发展前景。
同位素的基本概念
一、基本概念
(一) 同位素(isotope)
230Th dating (U/Th dating or 238U-234U-230Th dating) From as young as 3 years to over 600 ka
(e.g., Edwards et al., 1987; Edwards, 1988; Cheng et al., 2000; Stirling et al., 2001)
地 球 化 学 元 素 周 期 表
稳
✓据理论
定
推测化学
核
元素至少 有6000种
素 的 中
以上的同
子
位素核素，
数
N
已发现 300余种
比 质
天然核素
子
和1600余
数
Z
种人工核
分
素。
布
图
常见环境同位素
H元素：1H、2H或D、3H *或T * O元素：16O、17O、18O C元素：12C、13C 、14C * N元素：14N 、 15N S元素：32S、34S Sr元素：84Sr 、86Sr、 87Sr、 88Sr Pb元素：204Pb、206Pb、207Pb、208Pb U元素：235U*、238U* Rb元素：85Rb、87Rb*
地下水
途
NO－3
NO－3
NO－3
迳
在还原带中进行的反硝化 N2(aq) N2O
30
27
24
15NNO3-( AIR)
21
45
4
30
18
16
14
农家肥污染 29 44
15 5
12 9
7
混合污染
26 32
46
6
8
34
13
3
人造化肥污染
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 NO3- (mg/L)