Mo稳定同位素研究进展

随着表面热离子质谱(TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用以及同位素分析方法的改进,近10年来非传统稳定同位素(Cu、Zn、Fe、Se、Mo、Cr、Hg等)的研究得到迅速发展.其中,由于Mo同位素的分馏明显受氧化还原条件的控制,使其在指示古环境及古气候的变化方面有独特的地球化学指示意义.同时,Mo同位素在指示成矿物质来源和海洋Mo循环等方面也取得较大成果.因此,Mo同位素地球化学研究已成为国际地学领域的一个前沿和热点.本文综合前人的研究成果,结合近期自己的工作,论述了Mo同位素地球化学研究领域的一些重要进展,详细介绍了Mo同位素的化学分离、提纯和质谱分析技术,并对其应用前景进行了展望.     

U同位素分馏行为及其在环境地球科学中的应用研究进展

近年来,研究铀(U)及其同位素有关的地球化学指标在地球环境科学领域发挥着越来越重要的作用。为加快我国U同位素发展和应用,本文系统回顾了近20年来U及其同位素的地球化学行为、U同位素分析测试技术、U循环与地表U同位素组成、U同位素分馏机理以及U同位素在环境科学领域的应用进展与技术壁垒。综述表明：U作为氧化还原敏感元素,在自然和人为活动中,U同位素存在显著分馏现象。U同位素已初步成功应用于示踪现代陆地表生环境系统中U的分布、迁移和扩散行为,重建地质历史时期环境与生命协同演化过程等地球环境科学领域。但总体而言,国内外U同位素研究工作仍处于起步阶段,多数局限于定性分析,在应用中也存在一些问题亟待解决,例如：特殊价态的U同位素仍无法测量,这制约了进一步对氧化还原过程中U同位素分馏机理的认识;地下水U污染处理手段缺失,表生沉积物的U同位素测试数据缺乏系统性和区域性,大气定量源计算解析模型还未完全建立;碳酸盐岩成岩过程中的U同位分馏机理尚不清楚,其分馏校正因子难以确定;黑色页岩包含海水和沉积物混杂的化学信号,难以准确扣除局部无效分馏信号;对非重大地质事件时期的关注较少导致无法恢复地球完整的氧化还原历...     

锂同位素分馏机制讨论

作为一种新兴的稳定同位素示踪工具, 锂同位素地球化学的研究近年来受到了国际地学界日益广泛的关注.其应用领域涵盖了从地表到地幔的流体与矿物之间的相互作用.在地表风化作用过程中, 轻锂同位素(6Li) 优先进入固体相, 而7Li则进入流体相, 因而地表风化作用淋滤出了岩石中的重锂, 致使河水具有重的锂同位素组成, 河水又将重锂同位素组分补给海洋, 洋壳的低温蚀变作用使得海水的锂同位素组成进一步变重.在俯冲带, 由于俯冲板片释放的流体具有重锂同位素组成的特征, 它们上升并交代上覆的地幔楔和相邻的地幔, 使得地幔楔的锂同位素组成变重.同时, 深俯冲的板片由于脱水而具有较轻的锂同位素组成, 它们在地幔中可能形成一个局部轻锂的地幔储源.影响地幔橄榄岩锂同位素分馏的因素主要有3个方面: 温度、扩散机制以及外来熔体的反应.由于高温下地幔矿物之间的锂同位素分馏很小, 而单纯的扩散分馏机制不能够很好的解释我国华北汉诺坝地区地幔橄榄岩中矿物之间的锂同位素分馏.因此, 具有轻锂同位素组成的熔体与橄榄岩之间的反应是上述现象的一个合理解释.需要指出的是, 在橄榄岩-熔体反应的过程中, 锂同位素的扩散作用也对地幔矿物之间的同位素分馏有一定的贡献.      

氢在地球演化过程中的同位素分馏

根据地球形成演化模型,从理论上模拟了地球早期去气过程中的氢同位素分异过程。结果表明,在经历了由开放至封闭的地球去气演化过程后,地球水圈、地壳、地幔之间的氢同位素组成产生显着分异:越往地心深处,其δD值越低,即幔源流体具有异常低的δD值。地球形成时的初始δD值为-3‰(相对SMOW)。地球水圈中的水量约占地球总水量的96%。利用氢同位素变化可以进行地震临震预报。     

镁同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩研究中的应用

镁(Mg)同位素有3个,24Mg、25Mg和26Mg,其中24Mg和26Mg的相对质量差较大,高达8.33％,这种大的相对质量差使地壳活动或其他地质过程中Mg同位素因化学物理条件的变化而发生明显的同位素质量分馏.目前,自然界可观测到的δ26Mg变化范围为?5.60‰～0.92‰,约6.5‰.镁在低温地球化学过程中分馏显...     

238U/235U分馏及其地质应用

铀是自然界中天然存在的最重的放射性元素。传统观点认为²³⁸U/²³⁵U是不分馏的,但近些年的研究发现自然界中铀同位素分馏δ^238/235U可达1.3‰,远大于多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICPMS）的测试精度±0.2‰（2σ）。铀同位素的分馏机制与核场效应有关,自然界中最大的δ^238/235U分馏发生在氧化性沉积物（形成于氧化环境下的大洋锰结核富集轻铀同位素）和还原性沉积物（形成于还原环境下的黑色页岩富集重铀同位素）中,次氧化性沉积物和海水中δ^238/235U的分馏则小于前两者。由于具有对氧化-还原环境较敏感的特性,铀同位素被认为是理想的反演古海洋及古大气氧化还原环境变化的手段之一。δ^238/235U在形成于不同氧化-还原环境的高温型铀矿床（比如岩浆型）和低温型铀矿床（比如砂岩型）之间存在明显的同位素分馏,此特征可以作为确定铀矿床类型的重要依据。铀同位素分馏现象的发现,提示人们在应用Pb-Pb体系进行年轻地质体高精度测年时需要考虑到铀同位素分馏对测年精确度的影响。文章对近年来有关²³⁸U/²³⁵U的研究成果做了详细介绍,以推动铀同位素体系在地球科学领域的研究和应用。     

稳定氯同位素分馏机理及其应用的研究

过去一直认为稳定氯同位素比值(~(37)Cl/~(35)Cl)几乎不变。80年代以来利用高精度质谱法成功地发现了自然界氯同位素分馏作用。单纯的溶解和对流迁移作用不能引起同位素组分变化,而扩散作用、离子渗透作用和对流混合作用却可导致同位素分馏。各地不同深度海水的氯同位素成分极为一致,故以标准平均海水氯(SMOC)作为对比标准。得克萨斯—路易斯安那海湾油田水的δ~(37)Cl大致为+0.5‰~-1.25‰,且与氯浓度大致呈正相关。热液成矿系统中,氯同位素可作为研究矿床成因的示踪剂,如美国田纳西州密西西比河谷型矿床(MVD)的δ~(37)Cl在+0.2‰~-1.1‰之间,几个斑岩铜矿床(PVD)的早期脉岩与晚期脉岩中不同δ~(37)Cl的存在,都表明在成矿过程中有不同氯源的参与。     

铀-铅同位素谱系研究及其在铀矿地质中的应用

The main purpose of this paper is to present a fundamental concept of U-Pb isotopic spectrum-system and to apply this idea to the interpretation of the mechanism of uranium ore formation. It is evident from a number of examples of uranium deposits that the uranium deposits formed in various processes are characterized by different types of U-Pb isotopic spectrum-system.     

钼及钼同位素地球化学——同位素体系、测试技术及在地质中的应用

多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用使过渡金属元素同位素地球化学的研究近年来获得蓬勃发展.利用元素双稀释剂法对钼同位素值进行校正,目前可以获得±0.1‰(2σ)的测试精度.自然界中钼同位素分馏δ98/95Mo可达～3‰,其分馏机制与环境的氧化-还原状态有关.在氧化环境下钼以MoO2/4-的形式与锰...     

氧的非质量同位素分馏及其地学应用

氧的非质量同位素分馏（mass—independent isotope fractionation）为全球变化研究提供了新方法。在介绍非质量同位素分馏的基础上,评述了氧同位素异常[△（^17O）3的表示方法以及氧的非质量同位素分馏的产生机制,重点综述了氧的非质量同位素分馏在地球科学中的应用。基于△（^17O）评估的生物圈生产力是全球总的生物生产力,打破了以往只能孤立地评估陆地或海洋生物生产力的瓶颈,奠定了在更广时空尺度上评估生物生产力的基础;△（^17O）能量化形成气溶胶硫酸盐和硝酸盐的气相与液相氧化反应路径的相对比例,为研究气溶胶和气候的互馈作用提供了新途径;冰芯中S同位素和△（^17O）的联合运用,不仅解决了冰芯中硫酸盐、硝酸盐的来源和运移问题,而且还为其形成的氧化过程提供了细节信息;而干旱区硫酸盐、硝酸盐矿物中△（^17O）的发现在解决一些长期有争议的沉积物成因和来源问题中起关键作用。氧的非质量同位素分馏还将在（古）大气臭氧活性、火山喷发柱化学和O、S、N生物地球化学循环等研究中发挥更大作用。     

古代碳酸盐岩同位素保持性及其地质应用

北京大学郑淑惠指出:“古代碳酸盐岩的地质应用,只有解决了矿物同位素数据的保存性问题,才能更好地阐明地质过程^①”。很多地球化学家研究现代、亚近代和古代沉积时,不但研究全岩,而且研究沉积物组份、胶结物和各种生物化石的碳、氧稳定同位素组成,并且进行彼此间的对比,进而探讨矿物岩石同位素变化规律和地质应用。     

稳定性氢氧同位素在水体蒸发中的研究进展

介绍了同位素分馏的基本概念以及利用稳定同位素研究水体蒸发的基本原理。综述了国内外对水体蒸发中稳定同位素分馏机制的研究,分析了温度、湿度等气象因子对蒸发同位素分馏的影响,对动力分馏模型进行了详细推导,概述了利用同位素估算蒸发量的方法。指出了国内这方面研究的不足,并展望了今后的研究趋势。     

汞的稳定同位素分馏机理

汞是唯一能够以气态单质形式进行长距离传输的有毒重金属元素,其环境行为和健康危害受到广泛关注.近十多年来发展起来的汞稳定同位素技术为研究环境中汞的来源、迁移转化过程以及相应的生态环境效应提供了新的视野.汞同位素是自然界中唯一表现出多种显著非质量分馏(MIF)的独特金属同位素体系,对汞同位素的研究一直偏重应用,而对其分馏机理的认识十分有限.本文从汞稳定同位素分馏理论、分馏实验研究和实际环境过程的汞同位素分馏三方面系统阐述了近十多年来关于汞同位素分馏机理的研究成果、最新进展和未来发展方向.尽管目前的研究普遍认为无机汞的光化学氧化还原和甲基汞的光化学降解是环境中汞同位素MIF的主要产生机制,然而MIF程度和方向的影响因素还不完全清楚,其量化理论还未完全建立,实际环境过程中的分馏机理研究还相对缺乏.未来需要结合理论和实验研究进一步明确大气、陆地、海洋、极地、古环境等实际环境体系中的汞同位素分馏机理,进而拓展汞同位素的应用.     

磷灰石裂变径迹技术与地学应用综述

天然裂变径迹的形成和演化是一个连续不可逆的过程，经历了漫长地质演化的矿物的所有裂变径迹综合起来就可以看作一个热时钟体系。它不仅反映了矿物冷却到封闭温度(退火温度)的时间，还记录了矿物所经历的低于封闭温度的整个热历史的信息。由此可以建立起用于恢复矿物热史信息的各种模型(包括时间——温度模型)。这些模型的建立对沉积盆地沉降／埋藏历史、造山带浅部壳层冷却／剥露历史的研究以及低温热历史重建等地学方面的应用意义重大。     

硼同位素及其地质应用研究

硼的两个稳定同位素（10B 和11B）相对质量差较大,因此,硼同位 素分馏较显著。由于分析测量技术方面的改进和创新, 硼同位素地球化学近年来有了长足 的发展。业已查明,自然界中δ11B值变化为 －37‰～+58‰。其中,较负的 δ11B值见于非海相蒸发硼酸盐矿物和某些电气石,而较正的δ11B值见 于某些盐湖卤水和蒸发海水。现代大洋水的δ11B值十分恒定 (+39,5‰)。原始 地幔的δ11B值估测为－10‰±2‰。陨石的δ11B值很不均一,变化 可达90‰。而月岩的δ11B值变化较小（－6‰～+4‰）。由于硼同位素存在大的 分馏和不同地质体中截然不同的δ11B值,硼同位素地质应用范围十分广泛。目 前,硼同位素在研究星云形成过程和宇宙事件,壳-幔演化和板块俯冲作用过程,判别沉积 环境,研究矿床成因,示踪古海洋和古气候条件,和判断环境污染源区等方面的研究中成效显著。     

矿床地球化学应用

稳定同位素方法已成为现代地球科学研究的重要手段之一，稳定同位素体系的理论模式及其地球化学应用是国际上地球化学研究的前沿方向之一。本文概括了热液体系内成矿地球化学过程引起稳定同位素组成变化的定量理论模式，包括热液矿物之间的同位素平衡的判断、热液去气和矿物沉淀的储库效应、二元混合与矿床成因等。这些模型对于确定成矿温度、鉴定成矿流体源区和推测成矿地球化学机理提供了更为合理的同位素数据定量解释基础。     

镉同位素分馏及其在示踪土壤镉来源和迁移转化过程中的应用进展

土壤镉污染已成为危害人体健康的主要因素之一,要实现精准、快速和有效地防治土壤镉污染,首先必须厘清土壤中镉的来源及其迁移转化行为。近年来,随着镉同位素分析技术的进步及其分馏机制认识的深入,镉同位素在土壤镉示踪中展示出了巨大的应用潜力。本文在前人研究的基础上,归纳了土壤样品镉同位素分析前处理方法以及测试技术的研究进展。对于基质复杂的土壤样品,高温高压密闭消解和微波消解可以满足其镉同位素测试要求。在分离纯化镉回收率足够、干扰元素去除彻底的情况下,应用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)分析镉同位素并采用标准-样品匹配法、外标法或双稀释剂法进行质量歧视校正,均可获得较高精度的土壤镉同位素组成数据。同时,本文概括了土壤多个潜在镉源的镉同位素组成以及典型过程(风化淋滤、吸附、沉淀/共沉淀、络合)镉同位素分馏方向与程度。结合最新研究成果,总结了镉同位素在示踪土壤镉来源及其迁移转化过程中的应用。在未来的工作中,需进一步开发和优化高精度镉同位素分析方法,建立土壤镉同位素指纹图谱,揭示土壤多组分、多界面过程中的镉同位素分馏机制和特征。     

样品前处理过程中多环芳烃的稳定碳同位素分馏

利用多环芳烃标准样品连续和穿插进样相结合的方式,检验了气相色谱-燃烧-同位素比质谱仪(GC-C-IRMS)测定多环芳烃单体碳同位素比值(δ13C)的稳定性和准确性,观察了测定过程中色谱柱的分离效果。结果表明,出峰面积和分离程度是影响化合物δ13C平行性的主要原因。通过多次实验,分析了样品前处理过程中多环芳烃各个化合物稳定碳同位素的分馏情况,包括凝胶渗透色谱(GPC)和硅胶柱等净化过程,以及旋转蒸发和氮气吹扫等浓缩过程。实验表明,各前处理过程中样品内多环芳烃的稳定碳同位素分馏均不明显,其中硅胶柱净化过程相比GPC过程对样品中多环芳烃的δ13C影响较大,但总体上仍未超过未处理标样δ13C值的2倍标准偏差范围。旋转蒸发和氮吹过程对样品中多环芳烃的δ13C影响程度相当,都位于未处理标样δ13C值1倍标准偏差以内的水平。