地球化学 第三章 同位素地球化学 Ch3 Isotope Geochemistry 第七节 稳定同位素地球化学基本理论.pptVIP

*/63 同位素交换反应是可逆的，在达到平衡时，正向和逆向的反应速度相等； 元素的各种同位素化学性质相同，只在不同化合物或物相之间产生轻重同位素原子或分子的重新分配，而不发生化学反应，交换前后系统中的同位素原子或分子的总数保持不变；同位素交换反应是等分子反应，反应前后分子数保持不变，化学组成的浓度也不发生变化 (2) 交换反应的特点 (一般了解） */63 ③ 交换只限于同一体系中，不同物相或化学组分的同一元素的不同同位素原子或分子，本质上是同位素原子或分子键的断开和重新键合； ④ 交换有平衡和不平衡之分，在一定的条件下，反应总是朝着平衡的方向进行。当建立平衡后，平衡被“冻结”。当条件(环境)变化时，平衡有可能被破坏，又可能产生新的交换，去建立新的平衡。 (2) 交换反应的特点 */63 */60 ⑤ 在岩浆作用、热液作用、以及化学沉积作用过程中均可产生同位素交换反应，这种交换反应不仅发生在气相-气相、气相-液相、液相-液相之间，而且也发生在液相-固相、固相-固相之间。当然，不同的物相之间出现的同位素交换反应的程度是很不相同的。 (2) 交换反应的特点 */63 */60 (四) 同位素效应与同位素分馏 2) 蒸气压不同引起的同位素分馏 不同的同位素组成的化合物的蒸气压不相同，因此在蒸发和凝聚过程中由于蒸气压的差异而产生同位素分馏。对于氢和氧来说，水的蒸发和凝聚是导致水中氢、氧同位素组成变化的一个重要原因。 蒸发和凝聚过程的同位素分馏也称物理分馏 */63 */60 (四) 同位素效应与同位素分馏 (1) 蒸发过程 据H Craig和L Gordon(1965)研究，在温度为25℃时，水在平衡条件下蒸发时的分馏系数为: 这就是说，大洋上面的水蒸气比大洋水的δD和 δ18O 值分别低74 ‰和9.2‰ */63 */60 (四) 同位素效应与同位素分馏 (2)凝聚过程 云团中的水蒸气由于温度下降而冷凝成为雨、雪的过程是一平衡分馏过程。 在水蒸气的凝聚过程中，重同位素优先凝聚成水，从而导致水蒸汽凝聚过程中氢、氧同位素的分馏 */63 */60 (四) 同位素效应与同位素分馏 不同的同位素组成的分子具有不同的质量，由此而引起扩散速度、化学反应速度上的差异，由这些差异所产生的分馏效应称之为同位素动力学分馏。 (2) 同位素动力学分馏 */63 */60 (四) 同位素效应与同位素分馏 在化学反应过程中，因轻同位素形成的键比重同位素更易破裂，这样在化学反应中轻同位素分子的反应速率高于重同位素分子。 例如： C+16O2→C16O2 速率常数K1 C+16O18O→C16O18O 速率常数K2 经实验测定K1/K2=1.17 */63 */60 同位素动力分馏的主要方式（重点了解有哪些方式，具体过程作一般了解）① 扩散过程中的动力分馏： 根据能量守恒定律，分子的扩散速度与其质量的平方根成反比。 例如：CO2气体在扩散时，质量分别为46和44的CO2的动力分馏是1.022。 又如：H2S气体在扩散时，质量分别为36和34的H2S的动力分馏是1.029。 扩散作用可以存在于气、液、固三种状态中，其中以气体中所引起的动力分馏最明显。 */63 */60 氧化还原反应过程是一个不可逆的化学过程。在这一过程中，由于不同的同位素组成的分子参与反应的速度不同而引起同位素分馏。反应速度的差别越大，所引起的动力分馏越明显。 ② 氧化还原过程引起的同位素分馏 */63 Ⅰ. 硫化物的氧化反应： 硫化物氧化成硫酸盐的反应中，有两种不同的反应速度，即： 由于硫化氢或硫化物的氧化作用在低温条件下反应速度也很快，因而，它所引起的动力同位素分馏很小，分馏系数接近1。所以，由硫化物氧化而形成的硫酸盐，其δ34S与原始的硫化物的δ34S接近相等。 */63 例如：矿石硫化物与矿坑水的SO42-之间，某些温泉水的H2S与SO42-之间，及表生硫酸盐和内生硫化物之间的δ34S十分相似。因而，根据表生硫酸盐与同生硫化物的δ34S相似，内生硫酸盐比内生硫化物的δ34S大得多的特征去区分表生硫酸盐与内生硫酸盐。 需要注意的是，在成矿溶液氧化过程中常引起内生硫酸盐矿物的δ34S值发生变化。例如：在成矿溶液中，硫化物和硫酸盐在250℃时已达同位素平衡，SO42-的δ34S为25‰，H2S的δ34S为0‰。如果在成矿时期内或稍前，H2S被部分氧化成SO42-，其结果硫化物的δ34S稳定不变(0‰左右)，而SO42-的δ34S变化很大，变化的程度取决于成矿溶液的初始氧化程度和终结氧化程度。 */63 黄铁矿和磁黄铁矿是火成岩和沉积岩中最常见