海洋地球化学8分解教学提纲

海洋地球化学8分解第四节稳定同位素分馏原理一、基本概念同位素分馏系数同位素效应：同位素差异造成的性质差异。同位素分馏：同位素在两相中分配比不同。“不同”表示：αA-B=RA/RB，

α：分馏系数。越偏离1，分馏程度越大。温度的函数→地质温度计R：同位素（重/轻）比A、B：两相2第四节稳定同位素分馏原理一、基本概念同位素组成表示——δ值δ(‰)=[(R样/R标)-1]×1000δ：千分偏差值，可用质谱仪直接测得。如：方解石中的18O…（见书）标准：见表4-5。选择原则：某元素同位素组成接近自然界平均值。成分均匀，易测、可得。第三章已讲δ13C3同位素组成表示——同位素丰度同位素比值R千分偏差值δ4第四节稳定同位素分馏原理一、基本概念千分分馏和同位素分馏值1000ln(1.00n)≈n——千分分馏例如：αA-B=1.031，1000lnαA-B≈311000lnA-B∝T-2∆A-B=δA-δB加和性：∆A-C=∆A-B+∆B-C关推导系：αA-B=（1000+δA）/（1000+δB）……5第四节稳定同位素分馏原理二、稳定同位素分馏机理热力学平衡分馏——由性质不同引起同位素交换方式：不同分子或不同相间的交换（不反应）1H2O+1H2H↔1H2HO+1H2同种分子间交换（歧化反应）

1H2O+2H2O↔21H2HO同位素分子参与反应1H2HO、2H2O分别于N1H3反应6第四节稳定同位素分馏原理二、稳定同位素分馏机理热力学平衡分馏同位素交换机理：缔合机理：

缔合中间体后重新分配电离机理：解离后组合中伴随着再分配7第四节稳定同位素分馏原理二、稳定同位素分馏机理热力学平衡分馏同位素平衡分馏的因素：温度：…压力：当体积变化大时化学成分：重的富集在键强中物质结构：8第四节稳定同位素分馏原理二、稳定同位素分馏机理同位素动力学分馏——由扩散或反应速率不同引起产物中优先富集反应快的同位素——轻同位素；扩散过程的分馏系数：vA/vB=(mB/mA)1/2与质量无关的同位素分馏一般质量差越大分馏效应越强，但有些其它因素造成不符合质量相关9第五节稳定同位素的应用一、同位素地质温度计基本原理

由分馏系数αCaCO3-H2O=(18O/16O)CaCO3/(18O/16O)H2O确定CaCO3形成的温度。一般：1000lnαA-B=α×106/T2+b×103/T+c步骤：标准曲线：α~T测样品：α查曲线：T1000lnα106T-2温度（℃）古今值不变古温度下形成样品古代温度实验模拟10第五节稳定同位素的应用一、同位素地质温度计基本原理条件：A-B共生、平衡、常见、稳定、∆大、可靠…11第五节稳定同位素的应用一、同位素地质温度计同位素测温方法及常用的测温方程（1）外部测温法测固相值，假定另一相值，由分馏系数计算温度。如：氧同位素温度计矿物-海水溶液（表4-6）矿物-不含氧共生矿物包裹的水（表4-7）12第五节稳定同位素的应用一、同位素地质温度计同位素测温方法及常用的测温方程（2）内部测温法测两共生含氧矿物质→温度如：表4-8（3）单矿物测温法测同一矿物中不同结构上的同位素组成13第五节稳定同位素的应用二、氢、氧同位素2H/1H、18O/16O不同水体（1）大气降水δD、δ18O的范围：…，影响因素：大陆（或海岸线）效应：纬度（温度）效应：高度效应：季节效应：越轻越远越高温度低重的少14第五节稳定同位素的应用二、氢、氧同位素2H/1H、18O/16O不同水体（1）大气降水δD、δ18O的关系：平衡分馏：D/H=8×18O/16O15第五节稳定同位素的应用二、氢、氧同位素不同水体（2）海水表层海水：δD=mδ18O（m=7.5、6.5、6.0…）瑞利分馏：蒸发-凝聚中动力学分馏，雨滴移离云层。蒸发前后重的含量：N=N0(V0/V)(α-1)/α→由某T的α及V0、N0，求V时δ=1000(fα-1-1)（f为剩余蒸汽的分数）16第五节稳定同位素的应用二、氢、氧同位素海相沉积岩δ18O：海相沉积的燧石：现代11.4~41.4‰→太古宙代11.4~20.8‰海相灰岩：现代30‰→太古宙代10‰地质年代划分17陆地海水第五节稳定同位素的应用二、氢、氧同位素氧同位素的应用海水及沉积δ18O增大海水蒸发CaCO3沉积陆地❉❉❉冰盛期间冰期海水海水及沉积δ18O减小淡水注入CaCO3溶解18第五节稳定同位素的应用二、氢、氧同位素氧同位素的应用岩芯深度（cm）δ18O（‰）岩芯CaCO3含量互相佐证19第五节稳定同位素的应用三、碳同位素——δ13C值分布：光合-呼吸分馏→12C在有机物中、13C于大气中富集上层浮游植物优先摄取12CO2，因为食取，动物体内和呼出的CO2与浮游植物的δ13C相同；有机碎屑分解，将12C带入深层，所以深层δ13C低。20第五节稳定同位素的应用三、碳同位素——δ13C值分布：光合-呼吸分馏→12C在有机物中、13C于大气中富集大气-海水界面分馏→13C在HCO3-、CO32-因而在沉积碳酸盐中富集，12C进入大气与温度有关：高纬度表层水溶解的δ13C比大气的CO2高10.6%低纬度表层水溶解的δ13C比大气的CO2高7.6%21第五节稳定同位素的应用三、碳同位素——δ13C值分布：光合-呼吸分馏→12C在有机物中、13C于大气中富集大气-海水界面分馏→13C在HCO3-、CO32-因而在沉积碳酸盐中富集，12C进入大气与营养元素分布相关→表层摄取12C，δ13C高时PO43-低，深层释放12C，…22第五节稳定同位素的应用三、碳同位素——δ13C值应用：判断有机质形成环境，如：海洋沉积中有机质δ13C和浮游生物一致生物介壳中的δ13C可作为当时海水变化的指示剂，进而营养元素浓度变化指示剂…

23第五节稳定同位素的应用四、硫同位素——34S/32S、δ34S氧化数影响化学键强度因而分子振动；一般重的富集在强键化合物中。∴34S富集SO42-中，32S富集S2-、煤、石油中。分馏（1）细菌作用：可达40‰~120‰难溶S2-→易溶SO42-：机械分离上层SO42-

→深层SO42-→沉积S2-

（δ34S=+20‰）（δ34S=-20‰~-40‰）若补充不及时，开始S2-的δ34S低。24第五节稳定同位素的应用四、硫同位素——34S/32S、δ34S分馏（2）（>50℃）热分解：S2-产物H2S的δ34S低（3）（>80℃）还原作用：SO42-产物H2S的δ34S低热力学和动力学分馏共存。25第五节稳定同位素的应用四、硫同位素——34S/32S、δ34S组成分布：生物体：δ34S比海水中硫酸盐低沉积物：贫34S，可达50‰，尤其黄铁矿应用：硫同位素地质温度计：如，大陆岩比海底熔岩的δ34S低，说明前者经历SO2快速去气作用。硫同位素地层学：δ34S突变

26第五节稳定同位素的应用五、锶同位素——87Sr/86Sr87Sr来自87Rb的β衰变，所以在增多…1.研究物质来源R海水=R玄v+R硅s+R碳mR：87Sr/86Sr；玄、硅、碳：年青玄武岩、古老硅铝岩、显生宙以来海洋碳酸盐；R为：0.704、0.720、0.708。v、s、m：上述来源的分数。最小最大27第五节稳定同位素的应用五、锶同位素——87Sr/86Sr87Sr来自87Rb的β衰变，所以在增多…1.研究物质来源无交代影响时化石介壳与当时海水87Sr/86Sr相同。28五、锶同位素——87Sr/86Sr大陆冰川增强，向海洋输入古老硅铝岩石火山作用增强，年青玄武岩进入海洋第五节稳定同位素的应用29第五节稳定同位素的应用五、锶同位素——87Sr/86Sr2.研究地层划分和沉积历史——锶同位素地层学深海沉积来自——自生：锶同位素成分与海水相同外生：差异的原因古老硅铝岩石：高