1、第一頁，編輯于星期一：八點 十三分。第二頁，編輯于星期一：八點 十三分。它是研究地球和宇宙中核素的形成、豐度以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。 同位素地球化學同位素地球化學 第三頁，編輯于星期一：八點 十三分。1. F自然界，尤其是地質(zhì)作用和地質(zhì)體中的自然界，尤其是地質(zhì)作用和地質(zhì)體中的同位素豐度及其演化規(guī)律同位素豐度及其演化規(guī)律第四頁，編輯于星期一：八點 十三分。宇宙同位素地球化學宇宙同位素地球化學地幔同位素地球化學地幔同位素地球化學環(huán)境同位素地球化學環(huán)境同位素地球化學考古同位素地球化學考古同位素地球化學食品同位素地球

2、化學食品同位素地球化學水文同位素地球化學，等。水文同位素地球化學，等。分分 支支 學學 科科第五頁，編輯于星期一：八點 十三分。q同位素的起源、演化和衰亡歷史；同位素的起源、演化和衰亡歷史；q同位素在宇宙體、地球和各地圈中的分布和分配；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、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、衰亡與增長的規(guī)律；闡明同位素組成變富集與虧損、衰亡與增長的規(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；源；q利用放射性同位素的衰變定律建立一套

3、行之有效的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齡，并作出合理的解釋，為地球和太陽系的演化確定時標。時標。第六頁，編輯于星期一：八點 十三分。q 同位素地質(zhì)年代學同位素地質(zhì)年代學Isotope Geochronologyq強調(diào)時間概念，根據(jù)放射性成因同位素隨時強調(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)體的年齡與活動歷史，間變化的定律，測定地質(zhì)體的年齡與活動歷史，研究地質(zhì)事件的計時，或地質(zhì)運動、地球演化研究地質(zhì)事件的計時，或地質(zhì)運動、地

4、球演化的時間序列；的時間序列；q另外，放射性成因同位素示蹤，可研究成巖另外，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、地幔及其它星體成礦的物質(zhì)來源，探討地殼、地幔及其它星體的演化。的演化。第七頁，編輯于星期一：八點 十三分。v研究地質(zhì)體中穩(wěn)定同位素的分布及其在各種地研究地質(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。響等地質(zhì)問題。第八頁，編

5、輯于星期一：八點 十三分。4 4 同位素地球化學在解決地學領域同位素地球化學在解決地學領域 問題的獨到之處問題的獨到之處計時作用計時作用每一對放射性同位素都是一只時鐘，自地球形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，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。生宙的前寒武紀地層及復雜地質(zhì)體。 示蹤作用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影響，為此，可利用同位

6、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)地質(zhì)體形成的環(huán)境條件、機制，并能示蹤物質(zhì)來源。來源。 第九頁，編輯于星期一：八點 十三分。v由于某些礦物同位素成分變化與其形由于某些礦物同位素成分變化與其形成的溫度有關，為此可用來設計各種成的溫度有關，為此可用來設計各種礦物對的同位素溫度計，來測定成巖礦物對的同位素溫度計，來測定成巖成礦溫度。成礦溫度。 v另外亦可用來進行資源勘查、環(huán)境監(jiān)另外亦可用來進行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災害防治等測、地質(zhì)災害防治等 測溫作用測溫作用第十頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同位素地球化學發(fā)展迅速，已滲透到地球同位素地球化學發(fā)展迅速，已滲透到地球科學的

7、各個研究領域，如：大地構(gòu)造學、科學的各個研究領域，如：大地構(gòu)造學、巖石學、礦床學、海洋學、環(huán)境科學、空巖石學、礦床學、海洋學、環(huán)境科學、空間科學等。間科學等。 v主要表現(xiàn)在以下方面主要表現(xiàn)在以下方面： v實驗測試技術(shù)不斷完善和提高；實驗測試技術(shù)不斷完善和提高；v多元同位素體系的綜合研究；多元同位素體系的綜合研究；v研究領域不斷擴大；研究領域不斷擴大；v各種新方法的出現(xiàn)各種新方法的出現(xiàn) 。第十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。v我國同位素地球化學的研究工作從我國同位素地球化學的研究工作從19581958年開始，目年開始，目前擁有的研究人員和質(zhì)譜屬世界第一。前擁有的研究人員和質(zhì)譜屬世界第一。v學術(shù)

8、團體學術(shù)團體： 中國礦物巖石地球化學學會中國礦物巖石地球化學學會同位素地球化學專業(yè)同位素地球化學專業(yè)委員會；委員會；中國地質(zhì)學會中國地質(zhì)學會同位素地球化學專業(yè)委員會。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)災害防治等等 ?？蒲袡C構(gòu)：科研機構(gòu)：第十二頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1. 40K-40Ar 2. Rb-Srv3. 39Ar-40Ar 4. U-Th-Pbv5. 普通鉛法普通鉛法 6. 147Sm-143Ndv7. 187Re-187Os 8. 175Lu-175Hfv9. 裂變徑跡法裂變徑跡法 10. 14

9、C法法第十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1 H(D/H) 2 O(18O/16O)v3 S(34S/32S) 4 C(13C/12C)v5 Sr(87Sr/86Sr) 5 Nd(143Nd)v7 Pb(206Pb,207Pb,208Pb) 8 N(15N/14N)v9 Si(32Si/30Si) 10 B(11B/10B)v11 Cl 12 He(3He/4He)v13 Mg 14 Ne/Kr/Xev15 Cu/Fe v銅和鐵同位素銅和鐵同位素第十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同位素地質(zhì)學原理同位素地質(zhì)學原理. G Faure, 科學出版社科學出版社, 1985v鉛同位素地質(zhì)鉛同位

10、素地質(zhì). B R Doe, 科學出版社科學出版社,1975v鍶同位素地質(zhì)學鍶同位素地質(zhì)學. G Faure & J L Powell, 科學出版社科學出版社,1975v穩(wěn)定同位素地球化學穩(wěn)定同位素地球化學. J Hoefs, 科學出版社科學出版社,1987v氫氧同位素地球化學氫氧同位素地球化學. 丁悌平丁悌平, 地質(zhì)出版社地質(zhì)出版社, 1988v穩(wěn)定同位素地質(zhì)穩(wěn)定同位素地質(zhì). 沈渭洲沈渭洲, 原子能出版社原子能出版社, 1987v同位素地質(zhì)年代學同位素地質(zhì)年代學. 袁海華袁海華, 重慶大學出版社重慶大學出版社, 1987v同位素地球化學同位素地球化學. 魏菊英魏菊英,王關玉王關玉. 地

11、質(zhì)出版社地質(zhì)出版社, 1988v穩(wěn)定同位素地球化學穩(wěn)定同位素地球化學. 鄭永飛鄭永飛,陳江峰陳江峰, 科學出版社科學出版社, 2000v穩(wěn)定同位素地球化學穩(wěn)定同位素地球化學. J Hoefs, 海洋出版社海洋出版社, 2002v同位素地質(zhì)年代學與地球化學同位素地質(zhì)年代學與地球化學.陳岳龍等，地質(zhì)出版社，陳岳龍等，地質(zhì)出版社，2005第十五頁，編輯于星期一：八點 十三分。v6.1 自然界同位素成分變化的機理自然界同位素成分變化的機理v6.2 放射性同位素地球化學放射性同位素地球化學v6.3 穩(wěn)定同位素地球化學穩(wěn)定同位素地球化學第十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。6.1 自然界同位素成分變化的機

12、理自然界同位素成分變化的機理v6.1.1 同位素的基本內(nèi)容同位素的基本內(nèi)容v6.1.2 自然界同位素成分的變化自然界同位素成分的變化第十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。v 1. 核素和同位素核素和同位素v 什么叫核素什么叫核素？v由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子按一定結(jié)構(gòu)組成各種由不同數(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元素的原子核稱為核素核素。v表示：A=N（neutron）+P（proton）第十八頁，編輯于星期一：八點 十三分。F1）核素具有電荷）核素具有電荷F2）核素具有質(zhì)量）核素具有質(zhì)量F3）核素具有豐度）核素具有豐度F4）核素具有能量）核素具有能量F5) 核素具有放射性核素具

13、有放射性第十九頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同量異位素同量異位素(isobar)：質(zhì)子數(shù)不同，中：質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)相同的原子，也稱同子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)相同的原子，也稱同質(zhì)異位素。質(zhì)異位素。v等中子素等中子素(isotone)：中子數(shù)相同，質(zhì)：中子數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)不同的原子；子數(shù)不同的原子；v同位素同位素(isotope) ：質(zhì)子數(shù)相同，中子：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子；數(shù)不同的原子；第二十頁，編輯于星期一：八點 十三分。部分核素圖第二十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。v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稱為同位素同

14、位素。v同位素是同一化學元素的原子，在元素周期表中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，所以同位素具有質(zhì)子數(shù)決定，所以同位素具有相似的化學性質(zhì)相似的化學性質(zhì). . 同同 位位 素素第二十二頁，編輯于星期一：八點 十三分。v以元素的左上角標以總核子數(shù)或原子量。以元素的左上角標以總核子數(shù)或原子量。v例如：例如：S和和Ov32S 、 33S 、 34S 、 35S （ 3516S ）v16O、 17O、18O（ 168O ）第二十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。v一種元素可由不同數(shù)量的同位素組成。自

15、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然界中同位素最多的是Sn元素，有元素，有10個同個同位素位素：v112，114，115，116，117，118，119，120，122，124v自然界也存在只有一種同位素單獨組成的自然界也存在只有一種同位素單獨組成的元素：元素：Be、F、Na、Al、P等等27種。種。v其余大多數(shù)由其余大多數(shù)由25種同位素種同位素組成。組成。 第二十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。2. 同位素的分類同位素的分類v 分類原則分類原則基于原子核的穩(wěn)定性基于原子核的穩(wěn)定性原子核相對穩(wěn)定性判斷原子核相對穩(wěn)定性判斷第二十五頁，編輯于星期一：八點 十三分。v當原子序

16、數(shù)當原子序數(shù)Z20時，時，N/P=1，核素最穩(wěn)，核素最穩(wěn)定，絕對豐度高；定，絕對豐度高；v當當20Z83時，時，N/P偏離偏離1或或1.5，核素不穩(wěn)，核素不穩(wěn)定，絕對豐度低。定，絕對豐度低。Z/P與原子核的穩(wěn)定性與原子核的穩(wěn)定性第二十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。第二十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。放射性同位素放射性同位素(unstable or radioactive isotope) 其原子核是不穩(wěn)定的，它們能自發(fā)地放出粒子并衰變成另一其原子核是不穩(wěn)定的，它們能自發(fā)地放出粒子并衰變成另一種同位素種同位素。 v2）穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素(stable isotope) 原子核是穩(wěn)定的，

17、或者其原子核的變化不能被覺察。原子核是穩(wěn)定的，或者其原子核的變化不能被覺察。元素周期表元素周期表中，中，原子序數(shù)原子序數(shù)相同，相同，原子質(zhì)量原子質(zhì)量不同，不同，化學性質(zhì)化學性質(zhì)基本相同，基本相同，半衰期半衰期大于大于1015年的年的元素元素的的同位素同位素 。第二十八頁，編輯于星期一：八點 十三分。F自然界已發(fā)現(xiàn)近自然界已發(fā)現(xiàn)近340個同位素，其中放射性同位素有個同位素，其中放射性同位素有57種（人工合成的放射性同位素超過種（人工合成的放射性同位素超過1200個），穩(wěn)個），穩(wěn)定同位素定同位素273種。種。FZ83且且A209的的同位素大部分是穩(wěn)定同位素，同位素大部分是穩(wěn)定同位素，少數(shù)是放射性的

18、，如少數(shù)是放射性的，如14C、40K、87Rb、147Sm放射性放射性外；外；FZ83且且A209的同位素都是放射性同位素的同位素都是放射性同位素 穩(wěn)定同位素和放射性同位素在穩(wěn)定同位素和放射性同位素在 周期表中的分布周期表中的分布第二十九頁，編輯于星期一：八點 十三分。第三十頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1）輕穩(wěn)定同位素）輕穩(wěn)定同位素v2）重穩(wěn)定同位素）重穩(wěn)定同位素 第三十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。A. 原子量小，同一元素的各同位素間的原子量小，同一元素的各同位素間的相對質(zhì)量差異較大（相對質(zhì)量差異較大（A/A5%）；）；B. 輕同位素組成變化的主要原因是同位輕同位素組成變化的主要原

19、因是同位素分餾作用造成的，其反應是可逆的。素分餾作用造成的，其反應是可逆的。第三十二頁，編輯于星期一：八點 十三分。A. 原子量大，同一元素的各同位素間的相對質(zhì)原子量大，同一元素的各同位素間的相對質(zhì)量差異?。坎町愋。ˋ/A0.71.2%），環(huán)境的物理，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；組成的改變；B. 同位素組成的變化主要是由放射性同位素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。是單方向進行的、不可逆的。 2）重穩(wěn)定同位素）重穩(wěn)定同位

20、素第三十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。3. 同位素豐度同位素豐度v 同位素豐度同位素豐度v 元素的原子量元素的原子量第三十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。v描述自然界核素豐度描述自然界核素豐度 的兩種方法的兩種方法v1）絕對豐度絕對豐度指自然界各種核素存在的總量。它與組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，反映核成核素的核子數(shù)量和結(jié)構(gòu)有關，反映核素的穩(wěn)定性素的穩(wěn)定性。第三十五頁，編輯于星期一：八點 十三分。v定義：指元素同位素所占總質(zhì)量的百分數(shù)定義：指元素同位素所占總質(zhì)量的百分數(shù)v例如：例如：v氧的氧的第三十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。 元素的原子量元素的原

21、子量 以原子質(zhì)量單位表示的，每個天然以原子質(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元素的原子量為該元素各同位素重量的加權(quán)平均值。量的加權(quán)平均值。第三十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同位素同位素： 16O 17O 18Ov豐豐 度度： 99.763% 0.0375% 0.1995%v質(zhì)質(zhì) 量量： 15.99491 15.99913 17.99915vO的原子量的原子量= 99.763%15.99491v 0.0375%15.99913v 0.1995%17.99915v =15.99929第三十八頁，編輯于星期一：八點 十三分。第三十九頁，編輯于星期一：八點 十三分。v一個完

22、整的同位素樣品的研究包括樣品一個完整的同位素樣品的研究包括樣品的的采集、加工、化學制樣、測定及結(jié)果采集、加工、化學制樣、測定及結(jié)果的計算和解釋的計算和解釋等環(huán)節(jié)。等環(huán)節(jié)。第四十頁，編輯于星期一：八點 十三分。v將地質(zhì)樣品分解，使待測元素的同位素轉(zhuǎn)將地質(zhì)樣品分解，使待測元素的同位素轉(zhuǎn)化為在質(zhì)譜儀上化為在質(zhì)譜儀上 測定的化合物，輕穩(wěn)定同測定的化合物，輕穩(wěn)定同位素一般制成氣體樣品。位素一般制成氣體樣品。第四十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。F例如：例如：F氧同位素氧同位素有兩種制樣方法有兩種制樣方法：v還原法還原法: : 高溫條件下與高溫條件下與C還原成還原成CO；v氧化法氧化法: : 用用F或鹵

23、化物氧化，生成或鹵化物氧化，生成O2（精度高）。（精度高）。第四十二頁，編輯于星期一：八點 十三分。 質(zhì)譜儀測定成分質(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質(zhì)譜儀是目前同位素成分測定的主要手段（MAT261，MAT251）。）。其工作原理：其工作原理：把待測元素的原子或分子正離子化，并引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)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量不同而被分離測定。 第四十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1) 絕對比率（絕對比率（R）：用兩個同位素比值直接表示）：用兩個同位素比值直接表示例如例如32S/34S，1

24、2C/13Cv2) 對標準樣品對標準樣品R的絕對比率差（的絕對比率差（R）：）：R = R樣品樣品R標準標準；v3) 樣品相對于標準樣品樣品相對于標準樣品R的偏離程度的千分率的偏離程度的千分率v=（R樣樣R標）標）/R標標1000v =(R樣樣/R標標1) 1000 同位素成分表示方法同位素成分表示方法第四十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。v例如例如34S/32S相對于標準樣品的富集程度，相對于標準樣品的富集程度，以以 34S 來表示來表示：v 34S =(34S / 32S)樣樣/(34S / 32S)標標)1 1000第四十五頁，編輯于星期一：八點 十三分。v習慣上把微量（較小相對豐度）

25、同位素習慣上把微量（較小相對豐度）同位素放在放在R R的分子上，這樣可以從樣品的的分子上，這樣可以從樣品的 值，值，直接看出它含微量同位素比標準樣品是直接看出它含微量同位素比標準樣品是富集了，還是貧化了富集了，還是貧化了。v0表示表示34S比標準樣品是富集了；比標準樣品是富集了；v0表示表示34S比標準樣品是貧化了比標準樣品是貧化了。第四十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同位素分析資料要能夠進行世界范圍內(nèi)的比較，就同位素分析資料要能夠進行世界范圍內(nèi)的比較，就必須建立世界性的標準樣品必須建立世界性的標準樣品 。v1) 1) 在世界范圍內(nèi)居于該同位素成分變化的中間位置，在世界范圍內(nèi)居于該同位素

26、成分變化的中間位置，可以做為零點；可以做為零點；v2) 標準樣品的同位素成分要均一；標準樣品的同位素成分要均一；v3) 標準樣品要有足夠的數(shù)量；標準樣品要有足夠的數(shù)量；v4) 標準樣品易于進行化學處理和同位素測定標準樣品易于進行化學處理和同位素測定 第四十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。1. 同位素豐度變化同位素豐度變化2. 同位素豐度變化的地質(zhì)應用同位素豐度變化的地質(zhì)應用第四十八頁，編輯于星期一：八點 十三分。1 同位素豐度變化同位素豐度變化v 與放射性衰變有關與放射性衰變有關v 同位素分餾同位素分餾v 與核合成過程有關與核合成過程有關第四十九頁，編輯于星期一：八點 十三分。 同位素地質(zhì)定

27、年同位素地質(zhì)定年地質(zhì)時鐘地質(zhì)時鐘放射性同位放射性同位素地球化學或同位素地質(zhì)年代學；素地球化學或同位素地質(zhì)年代學； 地球化學示蹤地球化學示蹤：物質(zhì)來源、地球化學過程、物物質(zhì)來源、地球化學過程、物理化學條件指示劑理化學條件指示劑（地質(zhì)溫度計地質(zhì)溫度計）。第五十頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同位素地質(zhì)年代學是以放射性同位素衰變定律為基礎同位素地質(zhì)年代學是以放射性同位素衰變定律為基礎建立的同位素計時方法，用以測定不同地質(zhì)體和地質(zhì)建立的同位素計時方法，用以測定不同地質(zhì)體和地質(zhì)事件的年齡。事件的年齡。v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

28、射性同位素核素，包括衰變速率非常慢的的一些放射性同位素核素，包括衰變速率非常慢的（如如238U、235U、232Th、147Sm等等）、由長壽命放射性）、由長壽命放射性母體衰變產(chǎn)生的（母體衰變產(chǎn)生的（234U、230Th等）、由天然核反應產(chǎn)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。生的以及人工核試驗產(chǎn)生的放射性同位素。第五十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。v6.2.1 放射性同位素衰變定律及同位素地質(zhì)年代學原放射性同位素衰變定律及同位素地質(zhì)年代學原理理v6.2.2 K-Ar法及法及40Ar-39Ar法年齡測定法年齡測定v6.2.3 Rb-Sr法年齡測定法年齡測定v6.2.4

29、Sm-Nd法年齡測定法年齡測定v6.2.5 U-Pb法年齡測定法年齡測定第五十二頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1. 放射性同位素衰變方式放射性同位素衰變方式v2. 放射性同位素衰變定律放射性同位素衰變定律v3. 同位素地質(zhì)年代學的基本原理、前提同位素地質(zhì)年代學的基本原理、前提及分類及分類第五十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。v 與放射性衰變有關的幾個術(shù)語與放射性衰變有關的幾個術(shù)語v1）放射性放射性原子釋放出粒子和能量的現(xiàn)象即所謂的放原子釋放出粒子和能量的現(xiàn)象即所謂的放射性。射性。 v2）放射性衰變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

30、種原子核的過程。放射性同位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。本身原子核性質(zhì)有關。第五十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。v3）放射性同位素放射性同位素自發(fā)地發(fā)出粒子或射線，并衰變?yōu)榱碜园l(fā)地發(fā)出粒子或射線，并衰變?yōu)榱硪环N同位素者。一種同位素者。v4）衰變過程類型衰變過程類型單衰變或單程衰變單衰變或單程衰變系列衰變系列衰變第五十五頁，編輯于星期一：八點 十三分。v正在衰變的核素稱為母核（體） (P)v衰變的產(chǎn)物稱為子核(D) 。 87Rb87Sr 238U206Pb5）放射性母體放射性母體(P)和衰變子體

31、和衰變子體(D)第五十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1）衰變衰變v2）衰變衰變v3）電子捕獲衰變）電子捕獲衰變v4）重核裂變）重核裂變第五十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。 粒子是粒子是42He相對母體來說，子體的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相對母體來說，子體的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)個減少個減少2個，質(zhì)量數(shù)減少個，質(zhì)量數(shù)減少4。 23892U 23490Th+42He()+Q 第五十八頁，編輯于星期一：八點 十三分。自然界多數(shù)為自然界多數(shù)為衰變，即放射性母核中的衰變，即放射性母核中的一個中子分裂為一個中子分裂為1 1個質(zhì)子和個質(zhì)子和1 1個電子（即個電子（即 粒子），同時放出反中微子粒子），同時放出反中微子

32、 。衰變子體與母體比，原子序數(shù)增加衰變子體與母體比，原子序數(shù)增加1 1，質(zhì)量，質(zhì)量數(shù)不變；數(shù)不變；4019K4020Ca+（中微子）（中微子）+Q2）衰變衰變第五十九頁，編輯于星期一：八點 十三分。母核自發(fā)地從核外電子殼層捕獲母核自發(fā)地從核外電子殼層捕獲1個電子，通常在個電子，通常在K層上吸取層上吸取1個電子（個電子（e），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)子數(shù)減少子數(shù)減少1個。個。衰變結(jié)果衰變結(jié)果：核質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）：核質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）減減1，變成周期表上左鄰的新元素，變成周期表上左鄰的新元素 。 4019K + e4018Ar+ Q3）電子捕獲衰變

33、電子捕獲衰變第六十頁，編輯于星期一：八點 十三分。v重放射性同位素自發(fā)地分裂為重放射性同位素自發(fā)地分裂為23片原子片原子量量大致相同的大致相同的“碎片碎片”，各以高速度向不，各以高速度向不同方向飛散，如同方向飛散，如238U，235U，232Th都可以都可以發(fā)生這種裂變。發(fā)生這種裂變。4）重重核裂變核裂變第六十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。放射性同位素母體與子體的關系放射性同位素母體與子體的關系第六十二頁，編輯于星期一：八點 十三分。2 放射性同位素衰變定律放射性同位素衰變定律v 衰變反應特性衰變反應特性1）反應在原子核內(nèi)部，結(jié)果由一種核素變?yōu)榱硪唬┓磻谠雍藘?nèi)部，結(jié)果由一種核素變?yōu)榱硪?/p>

34、種核素；種核素；2）衰變反應是）衰變反應是自發(fā)自發(fā)而連續(xù)進行，母體核素按恒而連續(xù)進行，母體核素按恒定比例衰減；定比例衰減；3）反應不受任何溫度、壓力和原子存在形式）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、子體只是時等物理化學條件的影響，衰變母、子體只是時間的函數(shù)；間的函數(shù)；4）衰變前核素和衰變后核素的原子數(shù)，只是時）衰變前核素和衰變后核素的原子數(shù)，只是時間的函數(shù)間的函數(shù) 盧瑟福盧瑟福（1902）第六十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。v1）內(nèi)容內(nèi)容在一個封閉系統(tǒng)內(nèi)，單位時間內(nèi)放射性在一個封閉系統(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)存母核的母核衰變?yōu)樽雍说脑?/p>

35、數(shù)與現(xiàn)存母核的原子數(shù)成正比原子數(shù)成正比。 衰變定律衰變定律第六十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。 dN/dt=N （1）v式中：式中： N為為t時刻存在的母體原子數(shù)；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)；變掉的放射性母體原子數(shù)；負號負號表示表示N隨時間減少隨時間減少；為為衰變常數(shù)衰變常數(shù)。 第六十五頁，編輯于星期一：八點 十三分。變換上式得：變換上式得：dN/ N = dt （2）設設t=0時放射性母體的初始原子數(shù)為時放射性母體的初始原子數(shù)為N0，衰變進行到時間衰變進行到時間t時剩下的未衰變母體的時剩下的未衰變母

36、體的原子數(shù)為原子數(shù)為N，第六十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。vlnNln N0 = -(T-T0)= -t (據(jù)積分公式據(jù)積分公式)vlnN/ N0 =t (對數(shù)運算法則對數(shù)運算法則)vN/ N0 =et (取掉自然對數(shù)取掉自然對數(shù))vN= N0 etv或或N0 =N etv此式表明：此式表明：任何放射性同位素隨時間按指任何放射性同位素隨時間按指數(shù)方式衰減。數(shù)方式衰減。v這是一切放射性反應的基本公式這是一切放射性反應的基本公式。 第六十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。參數(shù)的含義參數(shù)的含義 N = N0 et 或或N0 =N et N現(xiàn)存母體數(shù)現(xiàn)存母體數(shù) N0原始母體數(shù)原始母體數(shù) t為時間

37、為時間 衰變常數(shù)，不同元素有別衰變常數(shù)，不同元素有別第六十八頁，編輯于星期一：八點 十三分。隨著衰變進行，母體減少，放射性成因子體增加，而隨著衰變進行，母體減少，放射性成因子體增加，而現(xiàn)存子體原子數(shù)現(xiàn)存子體原子數(shù)（D）等于衰變掉的母體數(shù)目，可表等于衰變掉的母體數(shù)目，可表示為示為： D=N0-N =N0-N0e-t=N0(1-e-t ) D=N0-N=Net-N=N(et-1)第六十九頁，編輯于星期一：八點 十三分。第七十頁，編輯于星期一：八點 十三分。假假 定定D*表示由經(jīng)過表示由經(jīng)過t(T0T)母母核衰變成核衰變成的子的子核數(shù)，核數(shù)，表示為：表示為： D*= N0-N=N0(1-e-t )

38、D*=N (et1）t=1/ln(D*/N+1)D*/N是現(xiàn)存子核和母核的原子數(shù)比值是現(xiàn)存子核和母核的原子數(shù)比值該方程是同位素地質(zhì)年代學基礎該方程是同位素地質(zhì)年代學基礎第七十一頁，編輯于星期一：八點 十三分。v經(jīng)過經(jīng)過t(T0T)，體系中子核數(shù)為：，體系中子核數(shù)為：vD=D0+D*vD=D0+N0Nv =D0+N（ et1 ）vDD0=N（ et1 ）vet1=( DD0)/Nv變換為：變換為：vt=1/ln(DD0)/N+1v已知已知D0，測定體系中目前的放射性母體和子，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)歷的體的原子數(shù)，可得體系封閉以來所經(jīng)歷的時間時間。 第七十二

39、頁，編輯于星期一：八點 十三分。vD=D0+ N0NvD =D0+N(et-1)vD/Ds=D0/Ds+N/Ds (et-1)第七十三頁，編輯于星期一：八點 十三分。v指放射性同位素衰變到它原來母體原子數(shù)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。一半時所經(jīng)歷的時間。v半衰期和衰變常數(shù)之間具有一定的關系：半衰期和衰變常數(shù)之間具有一定的關系： N=N0et 取取N=N0/2，代入衰變公式得，代入衰變公式得 =ln2/ =0.593/ 式中式中為衰變常數(shù)為衰變常數(shù)第七十四頁，編輯于星期一：八點 十三分。 自然界中的放射性同位素按其成因可以分成自然界中的放射性同位素按其成因可以分成3類類

40、： v1)單程衰變的同位素：單程衰變的同位素：40K，87Rb，147Sm，139La，等，等v2)系列衰變的同位素：鈾系、錒系、釷系、镎系系列衰變的同位素：鈾系、錒系、釷系、镎系v3)由自然界中的核反應生成的同位素：由自然界中的核反應生成的同位素：14C，3H，等。，等。v其中其中1）2）類同位素的特點是衰變能量大（）類同位素的特點是衰變能量大（測定精確）、測定精確）、半衰期（半衰期（）適中，因此在地質(zhì)年代學中有重要意義。）適中，因此在地質(zhì)年代學中有重要意義。v第第3）類同位素的半衰期短，適用于）類同位素的半衰期短，適用于考古學和第四紀考古學和第四紀地質(zhì)地質(zhì)學。學。第七十五頁，編輯于星期一：

41、八點 十三分。3 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的放射性同位素地質(zhì)年齡測定的 原理、前提及方法原理、前提及方法v 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的放射性同位素地質(zhì)年齡測定的原理原理v 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的放射性同位素地質(zhì)年齡測定的前提前提v 放射性同位素地質(zhì)年齡測定的放射性同位素地質(zhì)年齡測定的方法方法第七十六頁，編輯于星期一：八點 十三分。v同位素地質(zhì)年齡的含義同位素地質(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，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淀、凝固、結(jié)晶或重水溶液或巖漿熔體中沉淀、凝固、結(jié)晶或重結(jié)晶起到現(xiàn)在所經(jīng)歷的時間。結(jié)晶起到現(xiàn)在所經(jīng)歷的時間。 同位素地質(zhì)年齡測定的原理同位素地質(zhì)年齡測定的原理第七十七頁，編輯于星期一：八點 十三分。同位素地質(zhì)年齡測定是基于上述的放射同位素地質(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性衰變定律。通