1、2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,1,第6章 同位素地球化學PartⅠ,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,2,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,3,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,4,它是研究地球和宇宙中核素的形成、豐度以及在自然作用中分餾和衰變規(guī)律的科學。,,同位素地球化學,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,5,1. 同位素地球化學研究對象,自然界，尤其是地質(zhì)作用和地質(zhì)體

2、中的同位素豐度及其演化規(guī)律,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,6,宇宙同位素地球化學地幔同位素地球化學環(huán)境同位素地球化學考古同位素地球化學食品同位素地球化學水文同位素地球化學，等。,分 支 學 科,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,7,2 同位素地球化學的研究任務,①同位素的起源、演化和衰亡歷史；②同位素在宇宙體、地球和各地圈中的分布和分配；不同地質(zhì)體中的豐度及其在地質(zhì)過程中活化與遷移、富集與虧損、衰

3、亡與增長的規(guī)律；闡明同位素組成變異的原因，據(jù)此來探索地質(zhì)作用的演化歷史及物質(zhì)來源；③利用放射性同位素的衰變定律建立一套行之有效的同位素計時方法，測定不同天體事件和地質(zhì)事件的年齡，并作出合理的解釋，為地球和太陽系的演化確定時標。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,8,3 同位素地球化學的研究領(lǐng)域,① 同位素地質(zhì)年代學Isotope Geochronology強調(diào)時間概念，根據(jù)放射性成因同位素隨時間變化的定律，測定地質(zhì)體的年

4、齡與活動歷史，研究地質(zhì)事件的計時，或地質(zhì)運動、地球演化的時間序列；另外，放射性成因同位素示蹤，可研究成巖成礦的物質(zhì)來源，探討地殼、地幔及其它星體的演化。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,9,研究地質(zhì)體中穩(wěn)定同位素的分布及其在各種地質(zhì)條件下的運動規(guī)律，并運用這些規(guī)律來解釋巖石和礦石的物質(zhì)來源、成巖成礦的物理化學條件、成因機制及巖礦石形成后的地質(zhì)作用影響等地質(zhì)問題。,② 穩(wěn)定同位素地球化學,2024/3/19,第五章 同位素

5、地球化學Ⅰ,10,4 同位素地球化學在解決地學領(lǐng)域 問題的獨到之處,①計時作用每一對放射性同位素都是一只時鐘，自地球形成以來它們時時刻刻地，不受干擾地走動著，這樣可以測定各種地質(zhì)體的年齡，尤其是對隱生宙的前寒武紀地層及復雜地質(zhì)體。 ②示蹤作用同位素成分的變化受到作用環(huán)境和作用本身的影響，為此，可利用同位素成分的變異來指示地質(zhì)體形成的環(huán)境條件、機制，并能示蹤物質(zhì)來源。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,11,由于某

6、些礦物同位素成分變化與其形成的溫度有關(guān)，為此可用來設(shè)計各種礦物對的同位素溫度計，來測定成巖成礦溫度。 另外亦可用來進行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災害防治等,③ 測溫作用,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,12,5. 同位素地球化學發(fā)展現(xiàn)狀,同位素地球化學發(fā)展迅速，已滲透到地球科學的各個研究領(lǐng)域，如：大地構(gòu)造學、巖石學、礦床學、海洋學、環(huán)境科學、空間科學等。 主要表現(xiàn)在以下方面： 實驗測試技術(shù)不斷完善和提高；多元同位素

7、體系的綜合研究；研究領(lǐng)域不斷擴大；各種新方法的出現(xiàn) 。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,13,我國同位素地球化學的研究工作從1958年開始，目前擁有的研究人員和質(zhì)譜屬世界第一。學術(shù)團體： 中國礦物巖石地球化學學會—同位素地球化學專業(yè)委員會；中國地質(zhì)學會—同位素地球化學專業(yè)委員會。另外亦可用來進行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災害防治等 ?？蒲袡C構(gòu)：,我國同位素地球化學的學術(shù)團體,2024/3/19,第五章 同位素地

8、球化學Ⅰ,14,常見同位素計時方法,1. 40K-40Ar 2. Rb-Sr3. 39Ar-40Ar 4. U-Th-Pb5. 普通鉛法 6. 147Sm-143Nd7. 187Re-187Os 8. 175Lu-175Hf9. 裂變徑跡法 10. 14C法,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,15,地質(zhì)學中經(jīng)常采用的

9、穩(wěn)定同位素,1 H(D/H) ? 2 O(18O/16O)3 S(34S/32S) ? 4 C(13C/12C)5 Sr(87Sr/86Sr) ? 5 Nd(143Nd)7 Pb(206Pb,207Pb,208Pb) ? 8 N(15N/14N)9 Si(32Si/30Si)

10、 ? 10 B(11B/10B)11 Cl ?12 He(3He/4He)13 Mg ? 14 Ne/Kr/Xe15 Cu/Fe 銅和鐵同位素,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,16,主 要 參 考 書,同位素地質(zhì)學原理. G Faure, 科學出版社, 1

11、985鉛同位素地質(zhì). B R Doe, 科學出版社,1975鍶同位素地質(zhì)學. G Faure & J L Powell, 科學出版社,1975穩(wěn)定同位素地球化學. J Hoefs, 科學出版社,1987氫氧同位素地球化學. 丁悌平, 地質(zhì)出版社, 1988穩(wěn)定同位素地質(zhì). 沈渭洲, 原子能出版社, 1987同位素地質(zhì)年代學. 袁海華, 重慶大學出版社, 1987同位素地球化學. 魏菊英,王關(guān)玉. 地質(zhì)出版社, 19

12、88穩(wěn)定同位素地球化學. 鄭永飛,陳江峰, 科學出版社, 2000穩(wěn)定同位素地球化學. J Hoefs, 海洋出版社, 2002同位素地質(zhì)年代學與地球化學.陳岳龍等，地質(zhì)出版社，2005,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,17,6. 同位素地球化學,6.1 自然界同位素成分變化的機理6.2 放射性同位素地球化學6.3 穩(wěn)定同位素地球化學,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,18,6.1 自然界同位

13、素成分變化的機理,6.1.1 同位素的基本內(nèi)容6.1.2 自然界同位素成分的變化,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,19,6.1.1 同位素的基本內(nèi)容,1. 核素和同位素① 什么叫核素？由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子按一定結(jié)構(gòu)組成各種元素的原子核稱為核素。表示：A=N（neutron）+P（proton）,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,20,② 核素性質(zhì),1）核素具有電荷2）核素具有質(zhì)量3）核素

14、具有豐度4）核素具有能量5) 核素具有放射性,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,21,①同量異位素(isobar)：質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)相同的原子，也稱同質(zhì)異位素。②等中子素(isotone)：中子數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)不同的原子；③同位素(isotope) ：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子；,A=N+P 幾個名詞,,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,22,部分核素圖,2024/3/19

15、,第五章 同位素地球化學Ⅰ,23,具有相同質(zhì)子數(shù)，不同數(shù)目中子數(shù)所組成的一組核素稱為同位素。同位素是同一化學元素的原子，在元素周期表中占據(jù)相同的位置。因為核外電子數(shù)由原子核中的質(zhì)子數(shù)決定，所以同位素具有相似的化學性質(zhì).,③ 同 位 素,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,24,以元素的左上角標以總核子數(shù)或原子量。例如：S和O32S 、 33S 、 34S 、 35S （ 3516S ）16O、 17O、1

16、8O（ 168O ）,同位素表示法,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,25,一種元素可由不同數(shù)量的同位素組成。自然界中同位素最多的是Sn元素，有10個同位素：112，114，115，116，117，118，119，120，122，124自然界也存在只有一種同位素單獨組成的元素：Be、F、Na、Al、P等27種。其余大多數(shù)由2~5種同位素組成。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,26,2. 同位素的分類,①

17、 分類原則基于原子核的穩(wěn)定性原子核相對穩(wěn)定性判斷,,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,27,當原子序數(shù)Z83時，N/P偏離1或1.5，核素不穩(wěn)定，絕對豐度低。,Z/P與原子核的穩(wěn)定性,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,28,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,29,② 類 型,1）放射性同位素(unstable or radioactive isotope) 其原子核是不穩(wěn)定的，它們能自發(fā)地放出

18、粒子并衰變成另一種同位素。 2）穩(wěn)定同位素(stable isotope) 原子核是穩(wěn)定的，或者其原子核的變化不能被覺察。元素周期表中，原子序數(shù)相同，原子質(zhì)量不同，化學性質(zhì)基本相同，半衰期大于1015年的元素的同位素 。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,30,自然界已發(fā)現(xiàn)近340個同位素，其中放射性同位素有57種（人工合成的放射性同位素超過1200個），穩(wěn)定同位素273種。Z＜83且A＜209的同位素大部分是穩(wěn)定同

19、位素，少數(shù)是放射性的，如14C、40K、87Rb、147Sm放射性外；Z＞83且A＞209的同位素都是放射性同位素,③ 穩(wěn)定同位素和放射性同位素在 周期表中的分布,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,31,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,32,1）輕穩(wěn)定同位素2）重穩(wěn)定同位素,④ 穩(wěn)定同位素類型及特點,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,33,1）輕穩(wěn)定同位素,A. 原子量小，同一元素的

20、各同位素間的相對質(zhì)量差異較大（ΔA/A≧5%）；B. 輕同位素組成變化的主要原因是同位素分餾作用造成的，其反應是可逆的。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,34,A. 原子量大，同一元素的各同位素間的相對質(zhì)量差異?。é/A＝0.7~1.2%），環(huán)境的物理和化學條件的變化通常不導致重穩(wěn)定同位素組成的改變；B. 同位素組成的變化主要是由放射性同位素衰變造成的，這種變化在地球歷史的演變中是單方向進行的、不可逆的。,2）重穩(wěn)定

21、同位素,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,35,3. 同位素豐度,① 同位素豐度② 元素的原子量,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,36,描述自然界核素豐度 的兩種方法1）絕對豐度指自然界各種核素存在的總量。它與組成核素的核子數(shù)量和結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映核素的穩(wěn)定性。,① 同位素豐度,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,37,定義：指元素同位素所占總質(zhì)量的百分數(shù)例如：氧的同位素的相對豐度16O：99

22、.763% 17O：0.0375%18O：0.1995%,2）相對豐度,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,38,② 元素的原子量,以原子質(zhì)量單位表示的，每個天然元素的原子量為該元素各同位素重量的加權(quán)平均值。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,39,同位素： 16O 17O 18O豐 度： 99.763% 0.0375% 0.1995%

23、質(zhì) 量： 15.99491 15.99913 17.99915O的原子量= 99.763%×15.99491＋ 0.0375%×15.99913＋ 0.1995%×17.99915 =15.99929,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,40,2024/

24、3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,41,4. 同位素成分的測定及表示方法,一個完整的同位素樣品的研究包括樣品的采集、加工、化學制樣、測定及結(jié)果的計算和解釋等環(huán)節(jié)。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,42,將地質(zhì)樣品分解，使待測元素的同位素轉(zhuǎn)化為在質(zhì)譜儀上 測定的化合物，輕穩(wěn)定同位素一般制成氣體樣品。,① 制 樣,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,43,例如：氧同位素有兩種制樣方法：①還原法: 高溫條

25、件下與C還原成CO；②氧化法: 用F或鹵化物氧化，生成O2（精度高）。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,44,② 質(zhì)譜儀測定成分,質(zhì)譜儀是目前同位素成分測定的主要手段（MAT—261，MAT—251）。其工作原理：把待測元素的原子或分子正離子化，并引入電場和磁場中運動，帶正電的質(zhì)點因質(zhì)量不同而被分離測定。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,45,1) 絕對比率（R）：用兩個同位素比值直接表示

26、例如32S/34S，12C/13C2) 對標準樣品R的絕對比率差（ΔR）：ΔR = R樣品－R標準；3) 樣品相對于標準樣品R的偏離程度的千分率δ‰=（R樣－R標）/R標×1000 =(R樣/R標－1) ×1000,③ 同位素成分表示方法,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,46,例如34S/32S相對于標準樣品的富集程度，以 δ34S‰ 來表示：δ 34S ‰=[(34S

27、 / 32S)樣/(34S / 32S)標)－1] ×1000,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,47,習慣上把微量（較小相對豐度）同位素放在R的分子上，這樣可以從樣品的δ值，直接看出它含微量同位素比標準樣品是富集了，還是貧化了。δ＞0表示34S比標準樣品是富集了；δ＜0表示34S比標準樣品是貧化了。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,48,④ 同位素標準樣品,同位素分析資料要能夠進行世界范圍內(nèi)的比

28、較，就必須建立世界性的標準樣品 。1) 在世界范圍內(nèi)居于該同位素成分變化的中間位置，可以做為零點；2) 標準樣品的同位素成分要均一；3) 標準樣品要有足夠的數(shù)量；4) 標準樣品易于進行化學處理和同位素測定,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,49,6.1.2 自然界同位素成分的變化,1. 同位素豐度變化2. 同位素豐度變化的地質(zhì)應用,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,50,1 同位素豐度變化,① 與放

29、射性衰變有關(guān)② 同位素分餾③ 與核合成過程有關(guān),2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,51,⒉ 同位素豐度變化的地質(zhì)應用,① 同位素地質(zhì)定年—地質(zhì)時鐘—放射性同位素地球化學或同位素地質(zhì)年代學；② 地球化學示蹤：物質(zhì)來源、地球化學過程、物理化學條件指示劑（地質(zhì)溫度計）。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,52,6.2 放射性同位素地球化學,同位素地質(zhì)年代學是以放射性同位素衰變定律為基礎(chǔ)建立的同位素計時方法，用

30、以測定不同地質(zhì)體和地質(zhì)事件的年齡。同位素地質(zhì)年代學感興趣的是自然界存在的為數(shù)不多的一些放射性同位素核素，包括衰變速率非常慢的（如238U、235U、232Th、147Sm等）、由長壽命放射性母體衰變產(chǎn)生的（234U、230Th等）、由天然核反應產(chǎn)生的以及人工核試驗產(chǎn)生的放射性同位素。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,53,6.2 放射性同位素地球化學,6.2.1 放射性同位素衰變定律及同位素地質(zhì)年代學原理6.2

31、.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年齡測定6.2.3 Rb-Sr法年齡測定6.2.4 Sm-Nd法年齡測定6.2.5 U-Pb法年齡測定,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,54,6.2.1 衰變定律及同位素地質(zhì) 年代學原理,1. 放射性同位素衰變方式2. 放射性同位素衰變定律3. 同位素地質(zhì)年代學的基本原理、前提及分類,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,55,1.

32、 放射性同位素衰變方式,① 與放射性衰變有關(guān)的幾個術(shù)語1）放射性原子釋放出粒子和能量的現(xiàn)象即所謂的放射性。 2）放射性衰變元素的原子核自發(fā)地發(fā)出粒子和釋放能量而變成另一種原子核的過程。放射性同位素的衰變不因外界因素變化而變化，只與本身原子核性質(zhì)有關(guān)。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,56,3）放射性同位素自發(fā)地發(fā)出粒子或射線，并衰變?yōu)榱硪环N同位素者。4）衰變過程類型單衰變或單程衰變系列衰變,2024/3/1

33、9,第五章 同位素地球化學Ⅰ,57,正在衰變的核素稱為母核（體） (P)衰變的產(chǎn)物稱為子核(D) 。 87Rb→87Sr 238U→206Pb,5）放射性母體(P)和衰變子體(D),2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,58,② 放射性衰變方式,1）α衰變2）β衰變3）電子捕獲衰變4）重核裂變,,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,59,α粒子是42He相對母體來說，子體的質(zhì)子

34、數(shù)和中子數(shù)個減少2個，質(zhì)量數(shù)減少4。 23892U → 23490Th+42He(α)+Q,1）α衰變,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,60,自然界多數(shù)為β—衰變，即放射性母核中的一個中子分裂為1個質(zhì)子和1個電子（即β—粒子），同時放出反中微子γ。衰變子體與母體比，原子序數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變；4019K→4020Ca+β－+ν（中微子）+Q,2）β衰變,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,61,母核

35、自發(fā)地從核外電子殼層捕獲1個電子，通常在K層上吸取1個電子（e），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)子數(shù)減少1個。衰變結(jié)果：核質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）減1，變成周期表上左鄰的新元素 。 4019K + e－→4018Ar+ν+ Q,3）電子捕獲衰變,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,62,重放射性同位素自發(fā)地分裂為2—3片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飛散，如238U，235U，232Th都

36、可以發(fā)生這種裂變。,4）重核裂變,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,63,放射性同位素母體與子體的關(guān)系,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,64,2 放射性同位素衰變定律,① 衰變反應特性1）反應在原子核內(nèi)部，結(jié)果由一種核素變?yōu)榱硪环N核素；2）衰變反應是自發(fā)而連續(xù)進行，母體核素按恒定比例衰減；3）反應不受任何溫度、壓力和原子存在形式等物理化學條件的影響，衰變母、子體只是時間的函數(shù)；4）衰變前核素和衰變后核素

37、的原子數(shù)，只是時間的函數(shù) —盧瑟福（1902）,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,65,1）內(nèi)容在一個封閉系統(tǒng)內(nèi)，單位時間內(nèi)放射性母核衰變?yōu)樽雍说脑訑?shù)與現(xiàn)存母核的原子數(shù)成正比。,② 衰變定律,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,66,－dN/dt=λN （1）式中： N為t時刻存在的母體原子數(shù)；－dN /dt是衰變速率，也就是單位時間內(nèi)衰變掉的放射性母體原子數(shù)；負號表示N隨時間減少；λ

38、為衰變常數(shù)。,2）數(shù)學表達式,變換上式得：dN/ N = －λ dt （2）設(shè)t=0時放射性母體的初始原子數(shù)為N0，衰變進行到時間t時剩下的未衰變母體的原子數(shù)為N，,lnN—ln N0 = -λ(T-T0)= -λt (據(jù)積分公式)lnN/ N0 =－λt (對數(shù)運算法則)N/ N0 =e－λt☆ (取掉自然對數(shù))N= N0 e－λt或N0

39、 =N eλt此式表明：任何放射性同位素隨時間按指數(shù)方式衰減。這是一切放射性反應的基本公式。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,69,參數(shù)的含義,N = N0 e－λt 或N0 =N eλt N—現(xiàn)存母體數(shù) N0—原始母體數(shù) t為時間 λ衰變常數(shù)，不同元素有別,隨著衰變進行，母體減少，放射性成因子體增加，而現(xiàn)存子體原子數(shù)（D）等于衰變掉的母體數(shù)目，可表示為： D=N0-N =N0-N0e-λt=N

40、0(1-e-λt ) D=N0-N=Neλt-N=N(eλt-1),2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,71,,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,72,假 定,D*表示由經(jīng)過t(T0→T)母核衰變成的子核數(shù)，表示為： D*= N0-N=N0(1-e-λt ) D*=N (eλt－1）t=1/λln(D*/N+1)D*/N是現(xiàn)存子核和母核的原子數(shù)比值該方程是同位素地質(zhì)年代學基礎(chǔ),經(jīng)過t(T0→T)，體

41、系中子核數(shù)為：D=D0+D*D=D0+N0－N =D0+N（ eλt－1 ）D－D0=N（ eλt－1 ）eλt－1=( D－D0)/N變換為：t=1/λln[(D－D0)/N+1]★已知D0，測定體系中目前的放射性母體和子體的原子數(shù)，可得體系封閉以來所經(jīng)歷的時間。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,74,D=D0+ N0—ND =D0+N(eλt-1)D/Ds=D0/Ds+N/Ds (eλt-1),

42、2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,75,指放射性同位素衰變到它原來母體原子數(shù)一半時所經(jīng)歷的時間。半衰期和衰變常數(shù)之間具有一定的關(guān)系： N=N0e－λt 取N=N0/2，代入衰變公式得 τ=ln2/ λ =0.593/ λ式中λ為衰變常數(shù),3）半衰期τ,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,76,自然界中的放射性同位素及其衰變系列,

43、自然界中的放射性同位素按其成因可以分成3類： 1)單程衰變的同位素：40K，87Rb，147Sm，139La，等2)系列衰變的同位素：鈾系、錒系、釷系、镎系3)由自然界中的核反應生成的同位素：14C，3H，等。其中1）2）類同位素的特點是衰變能量大（λ測定精確）、半衰期（τ）適中，因此在地質(zhì)年代學中有重要意義。第3）類同位素的半衰期短，適用于考古學和第四紀地質(zhì)學。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,77,3 放

44、射性同位素地質(zhì)年齡測定的 原理、前提及方法,① 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的原理② 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的前提③ 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的方法,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,78,同位素地質(zhì)年齡的含義：同位素地質(zhì)年齡是就特定的地質(zhì)體而言的，測定礦石就是礦石的地質(zhì)年齡，測定礦物就是礦物的地質(zhì)年齡，測定巖石就是巖石的地質(zhì)年齡。因此，同位素地質(zhì)年齡是指利用同位素衰變定律，測定它們在某一地質(zhì)事件從水溶液或巖漿熔體中沉

45、淀、凝固、結(jié)晶或重結(jié)晶起到現(xiàn)在所經(jīng)歷的時間。,① 同位素地質(zhì)年齡測定的原理,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,79,同位素地質(zhì)年齡測定是基于上述的放射性衰變定律。通過準確測定巖石和礦物中所含放射性母體，以及衰變子體同位素的含量，根據(jù)衰變方程式計算出巖石或礦物的年齡，方程式為：,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,80,② 同位素地質(zhì)年齡測定的前提,放射性同位素地質(zhì)年齡測定的前提/條件：1）巖石或礦物形成以后應該保

46、持封閉的化學體系；2）母體同位素半衰期必須與被測定地質(zhì)體的年齡相仿，其衰變常數(shù)必須已準確測定；3）要準確地知道放射性母體同位素豐度；,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,81,4）放射性母體同位素的最終產(chǎn)物是穩(wěn)定的，并能準確地測定；5）有精確地測定母子體含量地測試技術(shù)，并能有準確地扣除被測定對象中初始混入的子體同位素含量的方法；,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,82,③ 放射性同位素地質(zhì)年齡 測定的方法,

47、1）原生法——基于放射性同位素自發(fā)衰變，利用衰變定律計算年齡，也叫直接法。原生法又可以分為3類：通過測定巖石或礦物中母子體比值計算年齡，如U-Pb法、Rb-Sr法；已知物質(zhì)母體同位素的初始含量，再測定母體同位素的現(xiàn)今含量來計算年齡，如14C法；利用天然放射性衰變的結(jié)果并測定其現(xiàn)代含量來計算年齡，如普通鉛法。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,83,③ 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的方法,2）次生法基于放射性同位素衰變時

48、產(chǎn)生的射線和核裂變對周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的次生現(xiàn)象，借助于射線核裂變作用的程度來測定年齡，也叫間接法。如氧化法、裂變徑跡法、熱發(fā)光法，等。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,84,重點和難點,同位素概念、分類及各自特點;同位素豐度變化原因及應用；放射性同位素衰變定律及表達式；同位素地質(zhì)年代學測定的原理、前提及通用的數(shù)學表達式。,2024/3/19,第五章 同位素地球化學Ⅰ,85,第6 章 復習思考題1,1. 同位素、穩(wěn)定