Standard
Standard Mean Ocean Water Pee Dee Belemnite Air SMOW or PDB
17O
18O
Sulphur
32S 33S 34S
Canyon DiabloTroilite
36S
Calcium
40Ca 42Ca 43Ca 44Ca
NIST 915a (CaF2)
d18 O sample
(18 O / 16 O )sample = 1 (18 O / 16 O ) 1000 ‰ VSMOW reference
A B = d A d B 1000ln a AB
5.千分分溜（1000lnα）和同位素分溜值Δ
A B = d A d B 1000ln a A B
P=6 N=6
Carbon-12
1. 2.
P=6 N=7 Carbon-13
具有相同的质子数但不同的中子数的元素
没有放射性
H2O
Oxygen
16O
8 protons
+
16O
8 neutrons
8 protons
+
8
18O
10
10 neutrons
绝对丰度：是指某一同位素在所有各种稳定同位素 总量中的相对份额，常已以同位素与 1H （取 1H＝ 1012）或28Si（取28Si＝106）的比值表示。 相对丰度：某种元素的各种同位素所占的原子百分 比。
影响同位素丰度的因素：
a) 与核合成有关的过程 b) 与放射性衰变有关的过程 c) 同位素分馏
13C
and
12C
abundances
• 12C = 98.89% of atmospheric C 13 • C = 1.11% of atmospheric C • 13C = less than 1.11% of plant carbon
二、稳定同位素分溜机理
1.
同位素分馏效应： 同位素热力学平衡分溜 同位素动力学分溜
2.
3.
4.
与质量无关的分溜
4.
与质量无关的分溜
氧同位素 与质量无关的分馏产生的原因
三氧图
非质量分馏产生的原因
核过程 光化学反应放电或激电作用
第二节 同位素地质温度计
一．
基本原理 分溜方程的建立 同位素平衡判别
矿物（对） 石英-水 白云母-水 磁铁矿-水 方解石-水 硬石膏-水 石英-白云母 辉石-橄榄石 辉石-石榴石
矿物对的同位素温度计参数 A B 3.38 -3.40 2.38 -3.89 -1.59 -3.60 2.78 -3.40 3.878 -3.40 2.20 -0.60 1.24 0 0.20 0
第一节 基本概念及分馏机理
一．
基本概念 稳定同位素分溜机理
二．
二、稳定同位素分溜机理
1.
由于同位素质量不同，引起单质或化合物在物理、化 学性质上发生变化的现象即同位素效应 同位素分馏效应的分类：

2.
同位素分馏效应：
物理效应 热力学效应 动力学效应
a)
同位素热力学平衡分溜
同位素热力学平衡分溜是指体系经过同位素热力学平 衡交换反应而达到平衡状态时，同位素在两种分子或 化合物间的分馏。
46Ca
48Ca
2、同位素效应及其分溜
同位素效应－由于不同同位素的造成分子的质量差，
这种质量差会引起该分子在物理和化学性质上的 差异。 同位素分溜－是指在一系统中，某元素的同位素以 不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。
3.同位素分溜系数α
Isotope fractionation, a
R reactant a= R product
同位素交换反应的特点
1/2C O 2 H 2 O 1/2C O 2 H 2 O
16 18 18 16
(C O 2 ) (H2 O) K = 16 (C O 2 )1/2 (H2 18 O)
18
1/2
16
d.
平衡常数和分溜系数的计算
根据同位素交换反应的同位素分子浓度计算 热力学方程计算 lnK＝－ΔG°/RT
18
( O / Osample ) ( O / Ostandard )
18 16
18
16
1
两个标准： SMOW（Standard Mean Ocean Water）
V-SMOW
SLAP
PDB (PeeDee Belemnite):主要用于碳酸盐研究
同位素地球化学基础
2.自然界中氢和氧的分馏作用 （1）蒸发-凝聚分馏 H216Ol + H218OV <=> H218Ol + H216OV 25oC下 a(18O) = (18O/16O) l / (18O/16O)V
二、分溜方程的建立
理论计算 实验标定 经验估测
三、同位素平衡的判别
1.
共生矿物的 同位素富集 顺序判别法
2.
等温线图解 法
3.
Δ－δ图解法
4.
Δ－Δ图解法
三、同位素平衡的判别
1.
共生矿物的 同位素富集 顺序判别法
2.
等温线图解 法
3.
Δ－δ图解法
4.
Δ－Δ图解法
三、同位素平衡的判别
1.
共生矿物的 同位素富集 顺序判别法
=1.0029
同位素地球化学基础
H216Ol + D216OV <=> D216Ol + H216OV a( D) = (D/H)l /(D/H)V = 1.071
d D 与 d 18O之间有如下关系：
d D = 8 d 18O + 10
同位素地球化学基础
(2)水-岩同位素平衡分馏 1/2Si16O2 + H218O <=> 1/2Si18O2 + H216O a = (18O/16O)SiO2/(18O/16O)H2O =1.0492 1/3C16O32- + H218O <=> 1/3C18O32- + H216O a = 1.0286 反应结果：岩石中富重同位素 原因：键强度
没有达到同位素平衡； 2)矿物形成时，与体系达到平 衡，但在矿物形成之后由于外界条件发生变化
c)
化学反应中的动力分馏
在一个单向化学反应中，由于不同同位素分子反应速度的 差异，会引起反应物于产物之间的同位素分馏 d) 同位素交换反应中的动力分馏
在同位素交换反应中，如果正向和逆向反应速度不等时，
也会发生动力分馏
2.
等温线图解 法
3.
Δ－δ图解法
4.
Δ－Δ图解法
三、同位素平衡的判别
1.
共生矿物的 同位素富集 顺序判别法
2.
等温线图解 法
3.
Δ－δ图解法
4.
Δ－Δ图解法
四、同位素测温方法和常用的测温方 程
氧同位素测温方法：
1.
外部测温法
2.
内部测温法 单矿物测温法
3.
四、同位素测温方法和常用的测温方 程
第六章 稳定同位素地球化学
第五章 稳定同位素地球化学
第一节 基本概念及分馏机理 第二节 同位素地质温度计 第三节 氢、氧同位素地球化学 第四节 碳同位素地球化学 第五节 硫同位素地球化学
第一节 基本概念及分馏机理
一．
基本概念 同位素分溜机理
二．
一． 基本概念
1.
稳定同位素及其丰度
什么是稳定同位素?
(A/A)O18/16 = 12.5%
H,99.985; D,0.015%
16O,99.756%; 17O,0.039%; 18O,0.205%
Oxygen Isotopes
16O 17O 18O
(~99.76%) (0.04%) (0.20%)
Oxygen Isotopic Ratios
O=
氧同位素测温方法：
1.
外部测温法
2.
内部测温法
3.
单矿物测温法
四、同位素测温方法和常用的测温方 程
氧同位素测温方法：
1.
外部测温法 内部测温法
2.
3.
单矿物测温法
四、同位素测温方法和常用的测温方 程
四、同位素测温方法和常用的测温方 程
四、同位素测温方法和常用的测温方 程
第五章 稳定同位素地球化学
1/2C O 2 H 2 O 1/2C O 2 H 2 O
16 18 18 16
(C18 O 2 )1/2 (H2 16 O) K = 16 (C O 2 )1/2 (H2 18 O)
e.
温度 如理想气体间同位素分溜系数随温度变化近似下列公式： lnα1/T2 lnα1/T 化学键性质 一般，离子电位高和原子质量小的离子所形成的键具有 高的振动频率，重同位素优先富集在较强的化学键中。 结构不同的影响：重同位素富集在比较紧密堆积的或者 有序度高的结构中； 同一矿物中的不同键合位臵中，化学键的强度相差愈大， 同位素分馏也愈显著；
c)
同位素交换反应是可逆的 反应前后的分子数和化学组成都不发生改变，只有同 位素浓度在组分间发生改变； 同位素交换反应的热效应小，比化学反应的热效应小 2-4个数量级，因此，同位素交换反应基本是恒温下进 行的； 平衡常数（K)是温度的常数，但由于热效应趋于0，平 衡常数变化很小，当T趋于无穷大时，K≈1。
Isotope C-11 C-12 C-13 C-14 C-15 Half Life 20.3 minutes Stable Stable 5730 years 2.5 seconds