非传统稳定同位素b总结

1、会计学1非传统稳定同位素非传统稳定同位素b总结总结第1页/共88页第2页/共88页第3页/共88页第4页/共88页第5页/共88页第6页/共88页第7页/共88页第8页/共88页第9页/共88页第10页/共88页第11页/共88页第12页/共88页第13页/共88页第14页/共88页第15页/共88页第16页/共88页第17页/共88页第18页/共88页第19页/共88页理论预测的矿物分馏系数理论预测的矿物分馏系数 第20页/共88页第21页/共88页Fe2+(aq)Fe3+(aq)3.0 第22页/共88页第23页/共88页第24页/共88页第25页/共88页第26页/共88页第27页/共8

2、8页地幔橄榄岩和不同类型岩浆岩的铁同位素组成地幔橄榄岩和不同类型岩浆岩的铁同位素组成 第28页/共88页Weyer and Ionov, 2007 第29页/共88页Dauphas et al., 2012 第30页/共88页Sossi et al., 2012第31页/共88页Wang et al., 2015第32页/共88页第33页/共88页湖光岩地区玄武岩风化剖面铁同位素分布特征（王世霞等，湖光岩地区玄武岩风化剖面铁同位素分布特征（王世霞等，2013） 第34页/共88页湖光岩地区玄武岩风化剖面铁同位素分布特征（王世霞等，湖光岩地区玄武岩风化剖面铁同位素分布特征（王世霞等，2013）

3、关键带关键带 第35页/共88页Cheng et al., 2014第36页/共88页第37页/共88页第38页/共88页 第39页/共88页Staubwasser et al., 2006A: Fe and Mn bound in Fe oxyhydroxides and Mn oxides reactive Fe(III) and Mn(IV), leached from laminated core 112 KG from the Arabian Sea oxygen minimum zone and corrected for leached silicate Fe (x-axis l

4、abel: g metal (Me) per g sediment). B: Fe isotopic composition (56Fe relative to IRMM-14, 1 uncertainty) of reactive Fe(III) and bulk sediment from laminate core 112KG. C: Same as in A, but for top-oxic core 115KG. Reactive Fe constitutes 10%20% of the bulk Fe. D: As in B, but from top-oxic core 115

5、KG.第40页/共88页 （据Anbar and Rouxel, 2007修改） 第41页/共88页第42页/共88页如果假定沉淀物形成之后与溶液中的Fe同位素交换可以忽略不计，则沉淀物的Fe同位素组成随沉淀程度的变化可以通过瑞利分馏模式进行模拟RB/RA=f(a-1)a （10000 e e57FeA）/(10000+ e e57FeB) e e57Fe残留残留=(e e57Fe原始原始10000) f(a-1)-10000 e e57Fe磁铁矿磁铁矿=a+ e e57Fe残留残留第43页/共88页溶液中残留部分的Fe同位素组成将随沉淀的进行而变轻，使后期沉淀的铁较前期沉淀的铁具有较轻的同位

6、素组成；鞍本地区BIF的Fe同位素成分变化可以通过不同沉淀程度得到解释，当BIF的e57Fe为10时，海水中大约有25的磁铁矿发生了沉淀。 第44页/共88页海水的氧化还原状态控制铁的沉淀程度铁的沉淀程度影响Fe同位素的质量分馏第45页/共88页随着沉淀比例的增大，磁铁矿和海水中残留的Fe同位素组成逐渐变轻；鞍本地区BIF的Fe同位素成分变化可以通过不同沉淀程度得到解释。当BIF的e e57Fe为18时，海水中大约有5的磁铁矿发生了沉淀；当BIF的e e57Fe为10时，海水中大约有25的磁铁矿发生了沉淀。 第46页/共88页新余式铁矿是我国时代最新的BIF型铁矿；铁矿层产在南沱冰碛层上下两含

7、砾层之间，相当于南华冰期富禄间冰期；铁同位素组成远高于硅酸盐地球的平均值；水体中的铁没有被完全氧化沉淀；沉积盆地的水体并没有处于一种和大气充分交换的状态第47页/共88页朱祥坤等朱祥坤等, 2013黄铁矿铁同位素对海洋氧化还原环境的响应第48页/共88页铜同位素地球化学铜同位素地球化学中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第49页/共88页1.1.铜同位素在自然界中的分布铜同位素在自然界中的分布自然样品中所自然样品中所获得的获得的Cu同位同位素组成变化范素组成变化范围较大（围较大（65Cu的

8、总体的总体分布范围为分布范围为-16.499.98，平均值为，平均值为0.17）50中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第50页/共88页 上地幔 上地壳 上地壳 结晶部分整体硅酸盐地球的平均整体硅酸盐地球的平均Cu同位素组成可能与同位素组成可能与Cu同位素标准物质同位素标准物质NBS 976相似，地幔相似，地幔、地壳之间没有发生明显的铜同位素分馏。、地壳之间没有发生明显的铜同位素分馏。51中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY O

9、F GEOLOGICAL SCIENCES第51页/共88页 水圈52中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第52页/共88页水圈中的水圈中的65Cu变化范围约为变化范围约为-1.523.14，变化可达，变化可达4.6。现代海水现代海水和河水和河水的的Cu同位素组成变化较大同位素组成变化较大，并且相对地球平均值总体富集并且相对地球平均值总体富集Cu的重同的重同位素，富集程度约为位素，富集程度约为ca.1.0。Cu源中，除了大气尘降的源中，除了大气尘降的65Cu在整体硅在整体硅酸盐地球平均值附

10、近，其他物源（河水等酸盐地球平均值附近，其他物源（河水等）总体上都整体硅酸盐地球富集）总体上都整体硅酸盐地球富集Cu的重同的重同位素，富集程度约为位素，富集程度约为ca.0.7。Cu汇中，碎屑沉积物的汇中，碎屑沉积物的65Cu在在0附近，热附近，热液硫化物、铁锰结壳均相对整体硅酸盐地液硫化物、铁锰结壳均相对整体硅酸盐地球富集球富集Cu的重同位素，富集程度为的重同位素，富集程度为ca.0.3。53中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第53页/共88页 生物圈54中国地质科学院地质研究所INS

11、TITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第54页/共88页铜同位素的主要分馏过程铜同位素的主要分馏过程氧化还原过程氧化还原过程硫化物沉淀过程硫化物沉淀过程吸附过程吸附过程生物过程生物过程55中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第55页/共88页3.3.铜同位素地球化学循环铜同位素地球化学循环海洋中海洋中Cu同位素的地球化学循环同位素的地球化学循环 (Little et al., 2014)中国地质科学院地质研究所INS

12、TITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第56页/共88页4.4.铜同位素示踪应用铜同位素示踪应用矿床矿床环境环境生物生物考古考古中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第57页/共88页不同含不同含铜铜矿物中的矿物中的铜铜同位素组成同位素组成矿床矿床: :中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第58页/共88页59中国

13、地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第59页/共88页60锌同位素地球化学锌同位素地球化学中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第60页/共88页1. 锌同位素在自然界中的分布锌同位素在自然界中的分布地球上不同地质储库的Zn同位素组成中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第61页/共88页

14、中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第62页/共88页整体硅酸盐地球63整体硅酸盐地球的平均整体硅酸盐地球的平均Zn同位素组成与同位素组成与Zn同位素标准物质同位素标准物质IRMM3702接近接近，地幔、，地幔、地壳之间没有发生明显的地壳之间没有发生明显的锌锌同位素分馏。同位素分馏。66ZnIRMM=0.020.05（Chen et al. 2013）中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCE

15、S第63页/共88页水圈中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第64页/共88页生物圈中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第65页/共88页2.2.锌同位素的主要分馏过程锌同位素的主要分馏过程沉淀过程沉淀过程吸附过程吸附过程扩散过程扩散过程66还原过程还原过程生物过程生物过程中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLO

16、GICAL SCIENCES第66页/共88页吸附过程：吸附过程：离子交换过程：离子交换过程：当淋洗液为HCl时，锌同位素会产生较大分馏；而淋洗液为HNO3时，锌同位素几乎不产生分馏。67使用12MHCl洗脱Zn的过程中产生的同位素分馏(引自Marchaletal.2002a)中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第67页/共88页吸附过程：吸附过程：矿物表面吸附：矿物表面吸附：分馏的大小与矿物是否含水、矿物表面的吸附常数无关，并且指出无机矿物表面吸附Zn导致的Zn同位素分馏较小，不是导致自

17、然环境中的Zn同位素变化的主要原因。68中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第68页/共88页吸附过程：吸附过程：矿物表面吸附：矿物表面吸附：重同位素优先吸附到矿物表面。69中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第69页/共88页沉淀过程：沉淀过程：在30条件下，ZnCl2和Zn(NO3)2溶液分别与方解石反应生成菱锌矿(ZnCO3)过程中，结果发现矿物中富集轻同位素，分馏系数66Zn溶

18、液-菱锌矿的值分别为1.00004和1.00011。在50条件下，这两个分馏系数的值与30条件下的差别在仪器误差范围内可以忽略不计，说明温度变化对锌同位素的分馏不会产生明显影响。70碳酸盐沉淀：碳酸盐沉淀：沉淀物富集锌的轻同位素。中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第70页/共88页沉淀过程：沉淀过程：在室温、无机厌氧条件下进行了0到168小时的平衡实验，结果发现沉淀物和溶液之间发生了锌同位素的分馏(66Zn溶液-矿物=-0.360.09)。这个分馏不受平衡时间的影响，表明存在着动力学分馏

19、，而且溶液与沉淀物之间的平衡过程很缓慢。71硫化物沉淀：硫化物沉淀：沉淀物富集轻同位素，残余的溶液富集重同位素。中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第71页/共88页72淋滤实验淋滤实验中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第72页/共88页扩散过程：扩散过程：7366Zn与扩散距离之间的相关关系(Rodushkin etal.2004)(1)将将1mL10g/L、介质为、介质为0.84

20、mol/L的的Zn(NO3)2注入聚注入聚丙烯试管底部，将足够的石丙烯试管底部，将足够的石英沙加入试管底部并且将溶英沙加入试管底部并且将溶液完全覆盖，将液完全覆盖，将9mL 0.84M HNO3注入；注入；(2)将滴定管的下端使用封口将滴定管的下端使用封口膜密封，将相同浓度和介质膜密封，将相同浓度和介质的的Zn(NO3)2注入滴定管底部注入滴定管底部并将螺栓拧紧，在螺栓上部并将螺栓拧紧，在螺栓上部注入注入12mL0.84M HNO3，然，然后将螺栓轻轻打开。后将螺栓轻轻打开。72小时小时后，将溶液移出，使用后，将溶液移出，使用MC-ICPMS分析溶液的分析溶液的Zn同位素同位素组成。组成。随着

21、扩散距离增加，溶液中的随着扩散距离增加，溶液中的Zn同位素组成同位素组成(相对于原始溶液相对于原始溶液)逐渐减小逐渐减小中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第73页/共88页还原过程：还原过程：74研究使用不同的研究使用不同的过电位过电位(-25mV-800mV)和不同的和不同的电荷总数电荷总数(5库仑库仑50库仑库仑)电解电解Zn时对同位素分馏时对同位素分馏的影响。结果发的影响。结果发现金属现金属Zn富集轻富集轻同位素，相对于同位素，相对于原始溶液原始溶液66Zn为为-3.5-2.45，

22、并且过电位越大并且过电位越大，发生的，发生的Zn同位同位素分馏越小。素分馏越小。中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第74页/共88页75研究在固定过电位下研究在固定过电位下(-800mV)，逐步电解过，逐步电解过程中导致的程中导致的Zn同位素同位素分馏。实验过程中，分馏。实验过程中，每通过每通过1000库仑电荷库仑电荷就更换一个新的阴极就更换一个新的阴极。通过对不同阴极上。通过对不同阴极上的金属的金属Zn以及残余溶以及残余溶液中液中Zn的同位素分析的同位素分析发现，逐步电解过程发现，逐步

23、电解过程中的中的Zn同位素分馏符同位素分馏符合瑞利分馏模型。合瑞利分馏模型。逐步电解过程中66Zn随反应分数的变化(引自Kavneretal.,2008)中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第75页/共88页生物过程：生物过程：76生物吸附：生物吸附：细胞吸附重同位素，随着Zn(II)浓度的增加，吸附部分的Zn同位素变重。清除和未清除细胞外层细胞的Zn同位素组成(引自Johnetal.,2007)在室温为在室温为20的条件下，的条件下，以海水和营养元素为培养以海水和营养元素为培养基，添加不

24、同含量的锌基，添加不同含量的锌(10-11.5mol/L10-8.5mol/L)，经过一个对数时期的生，经过一个对数时期的生长，通过过滤将大洋海链长，通过过滤将大洋海链藻和培养液分离，然后将藻和培养液分离，然后将细胞平均分为两部分，其细胞平均分为两部分，其中一部分使用草酸与中一部分使用草酸与EDTA的混合液清洗以达到去除的混合液清洗以达到去除吸附在细胞外吸附在细胞外Zn的目的。的目的。中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第76页/共88页生物过程：生物过程：77生物吸收：生物吸收：生物体吸

25、收利用锌的轻同位素实验结果发现大洋海链藻实验结果发现大洋海链藻中的中的Zn同位素组成与培养同位素组成与培养液中液中Zn的浓度以及大洋海的浓度以及大洋海链藻吸收链藻吸收Zn的主要方式相的主要方式相关。当培养液中关。当培养液中Zn的浓度的浓度较低时，大洋海链藻吸收较低时，大洋海链藻吸收Zn以高亲合转运为主，细以高亲合转运为主，细胞与培养液之间的胞与培养液之间的Zn同位同位素分馏素分馏66Zn细胞细胞-培养液培养液为为-0.2；当培养液中的；当培养液中的Zn的浓度较高时，则以低的浓度较高时，则以低亲合转运为主，亲合转运为主，66Zn细细胞胞-培养液为培养液为-0.8。高亲和性和低亲和性传输导致的不同

26、程度的高亲和性和低亲和性传输导致的不同程度的Zn同位素分馏同位素分馏(引自引自John etal.,2007)中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第77页/共88页生物过程：生物过程：78高等植物体吸收：高等植物体吸收：生物体吸收利用锌的轻同位素高等植物生长过程中的锌同位素分馏(引自Weiss et al.,2005)66Zn根根-培养液为培养液为0.080.18，可能的原因，可能的原因是根部表面吸附培养液中是根部表面吸附培养液中Zn的重同位素；的重同位素；66Zn茎茎-根为根为-0.26-0.52，可能反应，可能反应了植物细胞吸收了植物细胞吸收Zn是生物控是生物控制、膜传输控制的过程。制、膜传输控制的过程。中国地质科学院地质研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES第78页/共88页生物过程：生物过程：79高等植物体吸收：高等植物体吸收：生物体吸收利用锌的轻同位素草本植物和木本植物的Zn同位素组成(引自Viers et