稳定同位素的动力学分馏 3.同位素瑞利分馏和非质量相关的同位素分馏

<正> 一、同位素瑞利分馏自然界存在的某些过程,其同位素分馏具有瑞利分馏的特性。即在这些过程中,产物一旦生成后就脱离了系统或实际上停止了和反应系统中物质的同位素交换作用,如云团蒸气的凝聚、地表水的蒸发、气体通过渗透性地层的扩散、矿物从岩浆或热液中晶出的某些成岩成矿过程以及自然界中细菌参与的某些氧化还原等过程。在讨论这些过程中同位素分馏性质     

稳定同位素的动力学分馏——1.均相体系中同位素的动力学分馏

<正> 根据天然物质的稳定同位素组成来研究解决地学领域中的各种问题时,首先要确定的问题是该地质体中各组分是否达到了同位素平衡,即能否用同位素平衡分馏原理来分析处理同位素数据。随着研究工作的深入,已经发现,相当多的地质体系中各种组分并不存在同位素平衡。这类偏离平衡的同位素分馏统称为     

伊利石矿物中不同部位氧的同位素分馏:一种潜在的单矿物温度计

Hamza和Epstein的实验结果表明,含水硅酸盐内部的氧同位素分馏可作为一种潜在的单矿物温度计。本文介绍了测定硅酸盐矿物中羟基组分氧同位素比例的方法研究。用真空提取法和改进的、Hamza和Epstein首次介绍的氟化技术对参考物质商品高岭石进行了检验,结果的一致性证明,在脱羟基过程中不存在氧同位素分馏。因此真空析出法可用于测量不含亚铁矿物的内部分馏。为了标定内部同位素分馏,对加拿大隆格尔(Lone Gull)铀矿床和瑞士洛伊格尔恩(Leuggern)勘探钴孔中热液成因的伊利石进行了研究。热液矿化的形成温度可由矿物共生组合、伊利石的结晶程度及共生矿物相中氧同位素分馏来确定。对从这两个地区挑选出的几个伊利石样品中不同部位氧的同位素分馏进行了分析,结果表明,伊利石-OH间的氧同位素分馏与温度存在线性关系,并可用下述方程来表示: 1000lnα(伊利石-OH)=-0.076t+30.42(t为温度,℃)。 利用这个第一次标定的伊利石-OH分馏,可确定热液矿物集合体的形成温度。为了检验该标定曲线,测量了纳米比亚纳马(Nama)统伊利石样品的内部分馏。据测定出的分馏计算出的温度与根据矿物共生顺序和伊利石结晶度估计的温度是一致的。用Schütze的增长法也计算出了相似的伊利石-OH分馏。     

二氧化钛-水体系氧同位素分馏系数的实验研究

对TiO2的两种常见同质多像变体金红石和锐钛矿与水之间的氧同位素分馈系数的实验研究进行了系统的总结和评述。水热品化法（575～775℃）和水热氧化法（300～700℃）以及低温水解（22～50℃）获得的实验金红石－水体系分馏系数与增量方法理论计算结果相一致。低温水对法获得的锐钛矿－水体系分馏可能是一种不平衡分馏，其分馏系数的大小决定于锐钛矿的形成机制。同时，低温水解实验还揭示．在低温矿物形成和同质多像转变过程中可能存在氧同位素继承性，这对解释低温环境氧同位素数据具有重要的地球化学意义。     

硫同位素分馏中的生物作用及其环境效应

自然界中硫同位素组成变化范围较大(-65‰~+120‰)。许多环境过程可以引起硫同位素分馏,表生环境下微生物还原硫酸盐是最重要的硫同位素分馏过程。在≤50℃条件下,厌氧细菌使硫酸盐SO42-还原成H2S,后者与金属离子结合形成硫化物或直接从体系中逸出,这种硫循环过程是造成地球各层圈中硫的轻、重同位素变异的最主要原因。但生物成因的硫同位素分馏过程复杂,受诸多因素的限制。本文综述了由生物作用导致的硫同素分馏的发生机理和影响因素,以及生物硫循环所导致的环境效应。     

微藻无机氮利用过程中的稳定氮同位素分馏

选用两种δ15N差异显著的铵态氮和硝态氮,分别设置不同浓度的铵态氮和硝态氮来处理莱茵衣藻和蛋白核小球藻,通过分析微藻的稳定氮同位素组成变化,来研究微藻利用不同浓度、不同形态无机氮过程中的稳定氮同位素分馏特征。结果显示,在未添加无机氮的条件下,微藻利用有机氮时,生长缓慢,稳定氮同位素基本上不存在分馏;在添加低浓度无机氮(≤20 mmol/L)时,微藻的生长和稳定氮同位素分馏都随着无机氮浓度的增加而增加;而添加高浓度无机氮(20 mmol/L)时,微藻的生长趋于稳定,铵态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏继续加大,而硝态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏反而减小,可能与此时微藻硝酸还原酶的活力减小有关。     

盐度对水体蒸发氢氧稳定同位素分馏的影响

干旱区强烈的蒸发作用导致地表水体和土壤水、浅层地下水中盐度不断升高,而盐分亦会导致蒸发强度降低,水体蒸发导致的氢氧稳定同位素分馏特征是确定蒸发量的有效手段,但目前水体蒸发过程中氢氧同位素分馏特征的研究主要集中于淡水和低矿化度盐水,为探求不同盐度对水体蒸发过程中的氢氧稳定同位素分馏的影响,开展浓度分别为0、10、20、50、100和200 g/L盐溶液的室内蒸发实验,比较纯水与不同浓度盐水蒸发过程中氢氧稳定同位素的差异,探究其分馏过程,定量评价盐度对水分蒸发分馏过程的影响。实验结果表明：蒸发量随着水体盐度的升高而呈指数形式降低;蒸发过程中,重同位素在水体中不断富集,0～200 g/L盐水中²H、¹⁸O和¹⁷O的瑞利分馏系数分别在1.089～1.155、1.019～1.033和1.009～1.018之间,并呈现随着盐水浓度的增大瑞利分馏系数逐渐增加的趋势;纯水和盐水中的δ²H-δ¹⁸O、δ²H-δ¹⁷O和δ¹⁷O-δ...     

表生风化淋滤迁移过程的Cd同位素分馏及其指示意义

利用Cd同位素来示踪Cd污染源是近年发展起来的一个新的同位素示踪体系,具有极大的优越性。然而,在利用Cd同位素示踪污染源的研究中,表生风化淋滤作用是否会导致同位素分馏,目前还没有研究报导,限制了Cd同位素在示踪污染源方面的应用。通过对Pb-Zn矿山主要固体污染源的表生风化淋滤过程进行模拟实验表明,无论是淋滤实验还是可交换态Cd实验,淋滤液总体上较残留态富集Cd的重同位素,其中尤以硫化矿最为明显,其Cd同位素分馏可达0.50‰(δ^114/110Cd)。此外, Cd的淋滤率与淋滤产生的Cd同位素分馏总体呈负相关关系。因此,我们认为在利用Cd同位素端元模型示踪污染源时,必须充分考虑表生风化淋滤作用可能带来的影响。     

非质量氧同位素分馏效应研究进展

非质量氧同位素分馏效应(mass independent oxygenisotope fractionation)研究为一些重大地质科学问题的解释开辟了一条新途径。在简要介绍非质量分馏理论后,重点评述了非质量氧同位素分馏效应的研究进展,包括非质量同位素分馏效应的成因机制、氧同位素组成分析方法建立及其在环境地学领域的应用。并对非质量氧同位素分馏领域未来研究趋势作了进一步探讨。     

碳同位素与矿物成因

<正> 含碳矿物的成因或起源常可用碳同位素分析来推断。传统方法主要是简单的统计类比。多年来,人们积累了自然界各地质体碳同位素组成的大量统计资料,对未知成因的碳矿物及含碳矿物,可以其δC~(13)值与上述统计资料对比而推断出碳源。随着对碳同位素分馏机理认识的深化,推断也更趋可靠。近年来,和其他地球化学研究手段相配合,碳同位素还被用来进     

流体包裹体同位素年代学与放射成因同位素研究评述

在矿床地球化学研究中,与一般全岩或单矿物同位素和放射成因同位素研究相比,流体包裹体中流体的同位素年代学和放射成因同位素研究对弄清成矿年代和矿源具有诸多优越性。一则流体包裹体大都无渗漏现象,即自形成起就保持封闭地球化学体系;二则可通过阶段加热爆裂法区分后期地质作用与早期地质作用结晶时的流体;从理论上说,凡含有包裹体的矿物,均可作为本方法研究的对象。笔者强调了进一步发展流体包裹体中同位素示踪和同位素计时研究的关键是选择有代表性的包裹体。     

气溶胶稳定硫同位素研究进展

稳定硫同位素可以用来示踪硫酸盐气溶胶的来源、迁移和转化的过程.本文首先介绍了目前气溶胶稳定硫同位素相关的分析测试方法,即EA-IRMS、MC-ICPMS和NanoSIMS.归纳了国内外气溶胶δ34S的时空组成特征,两极和沿海区域气溶胶δ34S值普遍高于内陆区域;冬季燃煤和夏季生物排放作用使得气溶胶δ34S值冬高夏低.同时,综述了硫酸盐气溶胶稳定硫同位素分馏特征,其质量分馏与SO2氧化途径有关,非质量分馏与SO2光化学反应、燃烧过程和矿物粉尘表面的非均相氧化有关.最后,探讨了稳定硫同位素在示踪气溶胶硫酸盐来源方面的应用,分析了人为成因硫和自然成因硫对气溶胶硫酸盐的贡献;并展望了稳定硫同位素在未来大气气溶胶溯源中的应用,以期为控制硫酸盐气溶胶的污染源提供科学依据.     

有机氧同位素分馏作用研究进展

植物有机质的氧同位素分馏机制较为复杂,受着多种因素的影响,限制了其在农业、生态学和古环境方面的广泛应用。本文探讨了植物有机质中氧元素的来源、氧同位素分馏机制及影响因素,以期有助于有机氧同位素的应用研究。     

地表环境氮循环过程中微生物作用及同位素分馏研究综述

综述了氮循环过程中的微生物作用及其研究进展 ,阐述了生物固氮、微生物吸收同化、有机氮素矿化、硝化和反硝化的反应机理及反应过程中的同位素分馏 ,提出了微生物驱动氮循环的简要模型。微生物驱动的氮循环中不同过程有不同的同位素分馏特征 ,生物固氮、土壤有机氮矿化过程中分馏效应小 ,而吸收同化、硝化和反硝化过程中同位素分馏较大 ,利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源、转化和迁移等。     

压力对固体物质中同位素平衡分馏的影响(摘要)

本文从理论上研究了压力对固体中同位素平衡分馆的影响，推导出β系数与温度、压力的关系式，并对它作了分析。该方法对金刚石－石墨体系的应用表明，几十亿帕斯卡的压力可以使体系中的同位素平衡分馏产生明显的变化，甚至改变同位素偏离的正、负号。压力对固体物质中同位素平衡分馏的影响(摘要)     

三氧化二铁的氧同位素:矿物-水的分馏系数

在本实验室中获得的实验数据表明,平衡时针铁矿和赤铁矿在同位素特征上是相似的。根据25—120℃范围内5个温度条件下的合成实验得出赤铁矿(针铁矿)-水的氧同位素分馏的表达式为:1000ln~(18)α_(矿物-水)=1.63×10~6T~(-2)-12.3这个方程预示了在91℃处通过“转换点”。本次工作的赤铁矿(针铁矿)-水曲线与Blattner等≤200℃温度下的磁铁矿-水曲线大致平行。而且,赤铁矿(针铁矿)-水的曲线表明,按Blattner等的曲线,赤铁矿比共沉淀的磁铁矿多富集约2.5‰—3.0‰的~(18)O。这预示着赤铁矿-磁铁矿间的氧同位素分馏对温度不灵敏,而且赤铁矿相对富集~(18)O一般来说与以前Clayton和Epstein从天然样品中观察到的赤铁矿-磁铁矿氧同位素分馏特征是一致的。     

Hg稳定同位素地球化学研究进展

近年来汞(Hg)稳定同位素研究进展显著。Hg具有七种稳定同位素。以往研究不但报道了Hg同位素质量分馏,也报道了Hg同位素非质量分馏,使Hg成为目前唯一在自然界中具有同位素非质量分馏的重金属元素。本文阐述了Hg同位素的研究背景,总结了Hg同位素分析方法和引起Hg同位素分馏的生物化学过程,介绍了地球各圈层样品中Hg同位素组成的国内外最新研究现状。而最新发现的大气降雨中异常的、呈季节性变化的偶数Hg同位素非质量分馏(Δ200 Hg),更开辟了Hg同位素研究的新领域。不同于奇数Hg同位素非质量分馏,偶数Hg同位素非质量分馏还未经任何实验验证,其分馏机理也完全不清楚,亟待深入研究。Hg可能的"三维"同位素体系(质量分馏、奇数以及偶数Hg同位素非质量分馏)的研究和应用将有希望为进一步认识Hg环境过程、生物累积、大尺度迁移以及全球性的生物地球化学循环提供更加丰富的信息,具有重要的科学意义。     

铁同位素方法在环境地球化学研究中的应用与进展

由于同位素分析方法的改进和多接收电感耦合等离子体质谱仪的使用,近年来Fe同位素地球化学研究有了很大进展,成为国际地学领域的一个热点研究方向。Fe在自然界广泛存在,分布于各类矿物、岩石、流体和生物体中,并广泛参与成岩成矿作用、热液活动和生命活动过程。自然界中各类无机过程(从高温到低温)、生物及有机过程均能使Fe同位素发生分馏,δ56Fe值约为-1.62‰～+0.91‰。文章系统介绍了Fe同位素研究的最新进展,包括Fe同位素测试方法简介、样品前处理、质谱测定、Fe同位素分馏机理和应用前景展望等,着重对该技术在环境地球化学、生物示踪、古海洋学研究等领域中的应用及前景做了阐述。     

氢氧同位素交换动力学及其地质意义

氢氧同位素交换动力学是同位素地球化学学科的前沿。它使同位素地球化学的研究由静态向动态、定性向定量、封闭体系向开放体系发展 ;为各种天然地质过程的研究定量提供有关的时间、温度、作用机制、演化途径及地质体的冷却史等重要信息。本文概述了氢氧同位素交换动力学参数、同位素交换动力学模式、在地学研究中的应用及实验测试新技术等。     

根据硫同位素温度计确定对州、丰羽、神冈铅-锌矿床的形成温度

一、前言 近年来,通过对各种类型矿床中硫化物矿物对的硫同位素比值的测定,弄清了S_4~3的富集次序,即为方铅矿→黄铜矿→闪锌矿→黄铁矿。而且查明了一般热液矿床中硫化物矿物对的硫同位素分馏系数要比接触交代或区域变质作用有关的矿床的大。勒斯克等研究了希思-斯蒂尔和布罗肯希尔变质矿床的硫同位素分馏作用,指出在这些矿床中