同位素地球化学0-绪论.ppt

,同位素地质学,潘家永,电话：8258935Email：,一、主要讲授内容： 1、绪论 2、稳定同位素地球化学特征及其应用 3、放射性同位素地球化学特征及其应用,二、主要参考书,地球化学陈骏等编，科学出版社，2005 Geochemistry. White, W. M., John Hopkins University Press, 2001. p.701.（ /geology/ classes/geo455/ Chapters.HTML） 稳定同位素地球化学郑永飞，科学出版社，2002 Stable Isotope Geochemistry. Hoefs J. 2004 教材：同位素地质学教程，沈渭洲编，原子能出版社，1997,绪 论,一、同位素地质学的定义和研究内容 二、同位素地质学发展简史,一、同位素地质学的定义和研究内容,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,它作为一门独立学科形成于20世纪初，是化学与地质学之间的交叉研究领域。 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,同位素地质学研究内容： 稳定同位素的变化规律及示踪意义 同位素地质年代学,回 溯 历 史,二、同位素地质学发展简史,化学元素概念的发展,公元前900年：易经：世界万物的根源是天、地、雷、火、风泽、水、山。 战国末年：尚书提出了“五行”的概念；在稍后的国语中认为“土与金、木、水、火杂以成百物”。 古希腊的哲学家亚里斯多德：世界由热、冷、干，湿和以太五种“基本性质”组成，前四种组合为火、气、水、土四种元素，而以太组成与地球完全不同的天宇和星球。,1316世纪：炼金术士和医生们对亚里斯多德的四元素又补充了盐、水银和硫磺的性质。 17世纪中叶认为：元素是用化学方法不能再分的简单物质，但并不能确定哪些物质是这种“简单物质”。 18世纪后期：把“燃素”也看成化学元素。 19世纪初：英国道尔顿创立了原子学说，并着手测定物质的原子量。开始将元素视为具有一定重量的同类原子，奠定了以原子量不同来确定不同化学元素的基础。,19世纪对化学元素认识的飞跃,19世纪初：英国道尔顿创立了原子学说，并着手测定物质的原子量。开始将元素视为具有一定重量的同类原子，奠定了以原子量不同来确定不同化学元素的基础。 1838：瑞士化学家舍恩拜因 (C. F.Schnbein, 17991868) 首次提出地球化学geochemistry这一术语。 1841：瑞典化学家贝齐里乌斯(J.J. Berzelius, 17791848)据已发现的一些元素，如硫、磷等能以不同形式存在的事实，提出了“同素异性”的概念，由此而区分了化学元素与单质的概念。,19世纪对化学元素认识的飞跃 1862：法国矿物学家陈库尔托斯(Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois, 18201866)对已知元素的系统组织提出了“圆柱螺旋”表，最早发现化学元素的周期性。 1868：德国科尔契霍夫(G.R.Kirchhoff, 1824 1887)和本森(R.W. Bunsen, 18111899)发明光谱分析法。 1868：俄罗斯门捷列夫创建周期律。 1895：德国伦琴（18451923）发现X-射线。 1896：法国亨利（B.A. Henri，1852 1908）发现铀盐具有放射性。,各族中至下而上原子或离子的半径减小； 周期表中从左到右原子或离子的半径减小； 对角线上下相邻的两离子半径大致相同。,1913年的重大突破,英国科学家索迪(Frederick Soddy, 1877-1956)在研究放射性系列时发现，某些原子量相近的放射性元素之间不能用化学方法分离，也不能与某些原子量相近的天然非放射性元素分开，它们都落在元素周期表的同一个方格中。为了说明该现象，他引入了同位素的概念。同年，英国科学家摩斯莱(Henry Gwyn Jeffries Moseley,1887-1915)系统研究了各种已知元素的X-射线的波长，提出原子的核电荷数是化学元素的特征。也在同一年，荷兰业余理论物理学家布洛克（Anton van den Broek）提出，元素周期表应以每种原子的核电荷数顺序排列。,1923年国际原子量委员会决定：化学元素是指由具有相同核电荷的同一类原子,学 科 的 形 成 和 发 展,元素地球化学的诞生 奠基阶段（20世纪初30年代）,地球化学作为一门独立学科形成于20世纪初，主要奠基人为美国化学家克拉克(F.W. Clarke, 18471931)、挪威矿物学家和地球化学家戈尔德史密特( V.M. Goldschmidt, 18881947)、俄罗斯矿物学家和地球化学家维尔纳茨基(18631945)及费尔斯曼(18831945)等。,1908：F. W. Clarke出版了Date of Geochemistry发表了50个元素的地壳平均含量。 2030年代期间： 挪威地球化学家V. M. Goldschmidt出版了Geochemistry。这是有关个别元素地球化学的第一本系统专著。 俄罗斯地球化学家维尔纳茨基和费尔斯曼等分别出版了地球化学概论和地球化学（共四卷），对生物地球化学、放射性元素地球化学、区域地球化学，以及伟晶岩和地球化学探矿（化探）进行了论述。,同位素地球化学的诞生 奠基阶段（19世纪末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。 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,理论和学科发展阶段（3070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) 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年代迄今）,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,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。,我国的同位素地球化学 对我国同位素地球化学有影响的人物： 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。,涂光炽（中国科学院院士）： 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，组织和参与了 “中国层控矿床地球化学 ”等课题的研究,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（中国科学院地质研究所），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。,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,2.我国的地球化学开放实验室： （中国科学院） 有机地球化学国家重点实验室（广州） 气体地球化学开放研究实验室（兰州） 矿床地球化学国家重点实验室（贵阳）