非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素-6b-總結(jié)

1、1非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素地球化學(xué) 提 綱 發(fā)展歷史與分析方法 鐵同位素地球化學(xué) 銅鋅同位素地球化學(xué) 鎂同位素地球化學(xué) 應(yīng)用實(shí)例白云鄂博發(fā)展歷史與分析方法 了解非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素的發(fā)展歷史；了解非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素的發(fā)展歷史； 掌握同位素與同位素測(cè)試有關(guān)的基本概念；掌握同位素與同位素測(cè)試有關(guān)的基本概念； 熟知非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素分析的注意要點(diǎn)熟知非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素分析的注意要點(diǎn)發(fā)展歷史 了解非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素發(fā)展歷史及一些經(jīng)典性文獻(xiàn) 史前階段 創(chuàng)建與發(fā)展階段基本概念與原理 同位素與同位素分類: 同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)但不同中子數(shù)的核素 物理分類：放射性同位素、穩(wěn)定同位素 地球化學(xué)分類：放射性同位素、放射成因同位素、

2、穩(wěn)定同位素同位素效應(yīng)與同位素分餾 同位素效應(yīng)：由于質(zhì)量或自旋等核性質(zhì)的不同而造成同一元素的同位素原子（或分子）之間物理和化學(xué)性質(zhì)有差異的現(xiàn)象。 同位素效應(yīng)指的是同一元素的同位素或者含該元素不同同位素的化合物在性質(zhì)上的差異。這些差異，可以表現(xiàn)在物理性質(zhì)上，也可以表現(xiàn)在化學(xué)性質(zhì)上，還可以是核性質(zhì)上。過去說同一種元素的原子物理、化學(xué)性質(zhì)相同，是不準(zhǔn)確的。同位素分餾機(jī)制同位素平衡分餾的定性規(guī)律（A rule of thumb)一定溫度下，不同物質(zhì)或礦物相間同位素交換反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，它們之間的分餾成為同位素平衡分餾。 重同位素優(yōu)先分布在化學(xué)鍵強(qiáng)的位置上： 高價(jià)態(tài)：如Cu(II)-Cu(I), Fe(II

3、I)-Fe(II) 低配位數(shù) 溫度越高，兩化合物間的同位素分餾越小； 相對(duì)質(zhì)量差越大，同位素分餾越大。同位素動(dòng)力學(xué)分餾 蒸發(fā)作用：太陽系星云 擴(kuò)散作用：濃度擴(kuò)散和溫度梯度擴(kuò)散 單向反應(yīng)：Cu（II）還原為Cu的過程 光合作用 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)造成生成物相對(duì)于反應(yīng)物富集輕同位素。瑞利分餾 A-B=RA/RB RB=R0*f (-1) 瞬間平衡 兩相形成之后不再有同位素交換 蒸發(fā)、冷凝、排氣、沉淀基本概念與原理 同質(zhì)異位素與譜峰干擾 同質(zhì)異位素：具有相同質(zhì)荷比的不同離子或離子具有相同質(zhì)荷比的不同離子或離子團(tuán)；如：團(tuán)；如：87Rb87Sr，44Ca+88Sr2+, 56Fe+40Ar16O+ 解決方案：純

4、化；高分辨解決方案：純化；高分辨基本概念與原理 基質(zhì)效應(yīng)：是指在一定的工作條件下，樣品的電是指在一定的工作條件下，樣品的電離效率和不同核素間的儀器質(zhì)量歧視隨樣品成分離效率和不同核素間的儀器質(zhì)量歧視隨樣品成分的不同而改變的現(xiàn)象；的不同而改變的現(xiàn)象； 解決方案：純化；樣品標(biāo)樣匹配；雙稀釋劑技解決方案：純化；樣品標(biāo)樣匹配；雙稀釋劑技術(shù)術(shù)基本概念與原理標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的作用 儀器質(zhì)量分餾（質(zhì)量歧視）校正：高純度單質(zhì)或簡(jiǎn)單化合物（溶液） Delta Zero：同位素組成已知，并且其同位素組成接近自然界的平均值； 數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控（化學(xué)純化、質(zhì)譜測(cè)定）：與待測(cè)樣品的物質(zhì)組成相近； 不同實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)對(duì)比：全球普遍采用的

5、參考物質(zhì)非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素分析的關(guān)鍵注意事項(xiàng) 化學(xué)分離：純度、回收率；化學(xué)分離：純度、回收率；2. 質(zhì)譜：譜峰干擾、基質(zhì)效應(yīng)：質(zhì)譜：譜峰干擾、基質(zhì)效應(yīng)：基質(zhì)效應(yīng)：基質(zhì)效應(yīng)： 樣品與標(biāo)樣間成份的差異樣品與標(biāo)樣間成份的差異 樣品與標(biāo)樣間濃度的差異樣品與標(biāo)樣間濃度的差異 酸度效應(yīng)酸度效應(yīng) 柱基質(zhì)效應(yīng)柱基質(zhì)效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的作用 儀器質(zhì)量分餾（質(zhì)量歧視）校正：高純度單質(zhì)或簡(jiǎn)單化合物（溶液） Delta Zero：同位素組成已知，并且其同位素組成接近自然界的平均值； 數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控（化學(xué)純化、質(zhì)譜測(cè)定）：與待測(cè)樣品的物質(zhì)組成相近； 不同實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)對(duì)比：全球普遍采用的參考物質(zhì)鐵同位素地球化學(xué) 鐵同位素的研究意義

6、與表達(dá)方式 鐵同位素在自然界中的分布 鐵同位素的分餾過程 應(yīng)用實(shí)例鐵同位素在自然界中的分布 主要地質(zhì)體的鐵同位素組成 基本特征物理-化學(xué)-生物過程中的鐵同位素分餾 礦物間的Fe同位素平衡分餾 氧化還原作用 硫化物結(jié)晶沉淀作用 沉淀、溶解、吸附作用 生物作用礦物間的鐵同位素平衡分餾 根據(jù)理論預(yù)測(cè)，平衡條件下礦物鐵同位素組成由重到輕的順序總體為：黃鐵礦Fe氧化物硅酸鹽碳酸鹽 理論預(yù)測(cè)的礦物分餾系數(shù)理論預(yù)測(cè)的礦物分餾系數(shù) 火成巖中不同礦物的鐵同位素組成：磁鐵礦角閃石黑云母輝石橄欖石鈦鐵礦 氧化還原作用 理論預(yù)測(cè)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：在常溫平衡條件下，F(xiàn)e(II)與Fe(III)物質(zhì)間的56Fe分餾可達(dá)3

7、，并且Fe(III)相對(duì)Fe(II)富集鐵的重同位素 (Johnson et al., 2002, 2005; Weltch et al., 2003; Wiesli et al., 2004; Beard and Johnson, 2004; Anbar et al., 2005; Balci et al., 2006) Fe2+(aq)Fe3+(aq)3.0 溶解作用 質(zhì)子作用的溶解（Proton-promoted dissolution） 配位體控制的溶解（Ligand-controlled dissolution） 還原性溶解作用（Reductive dissolution） 質(zhì)子作用

8、和配位體控制的溶解作用中鐵同位素不發(fā)生分餾或分餾較??；還原性溶解作用過程中鐵的價(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生改變，發(fā)生明顯的鐵同位素分餾 溶解作用發(fā)生的分餾，鐵的輕同位素優(yōu)先被溶解。 沉淀作用 Fe(II)沉淀形成Fe(II)礦物（如硫化物、碳酸鹽礦物） Fe(III)沉淀形成Fe(III)礦物（如氫氧化鐵、赤鐵礦等）生物作用 Fe同位素曾被認(rèn)為是“獨(dú)特的生物活動(dòng)示蹤劑”用來指示遠(yuǎn)古的或地外的生命活動(dòng)事件(Beard and Johnson, 1999; Johnson et al., 2008) 生物誘發(fā)過程（biologically induced process） 生物控制過程（biologically c

9、ontrolled process） 鐵同位素的主要分餾過程 同位素分餾機(jī)制回顧 基本物理-化學(xué)-生物過程中的鐵同位素分餾 重要地質(zhì)過程中的鐵同位素分餾巖漿過程 部分熔融過程 結(jié)晶分異過程 流體出溶過程地幔橄欖巖和不同類型巖漿巖的鐵同位素組成地幔橄欖巖和不同類型巖漿巖的鐵同位素組成 部分熔融過程 玄武巖比地幔橄欖巖的56Fe值重約0.1 地幔橄欖巖的56Fe值與Mg#之間具有線性關(guān)系，56Fe值隨著Mg#的增加而變輕 Weyer and Ionov, 2007 控制部分熔融過程Fe同位素分餾的因素：氧逸度和部分熔融程度Dauphas et al., 2012 在低氧逸度條件下，橄欖石、輝石等含

10、Fe2+的礦物結(jié)晶，熔體Fe同位素組成變重 高氧逸度條件下，磁鐵礦等含F(xiàn)e3+的礦物結(jié)晶，熔體Fe同位素組成變輕Sossi et al., 2012流體出溶過程 初始含礦流體的鐵同位素組成比成礦母巖富集鐵的輕同位素 流體出溶過程，F(xiàn)e的輕同位素優(yōu)先從巖漿中帶出 Wang et al., 2015表生過程的鐵同位素分餾 風(fēng)化過程 河流 沉積、成巖過程 海洋風(fēng)化過程土壤風(fēng)化剖面從深部的新鮮玄武巖到淺部的風(fēng)化玄武巖，鐵同位素組成變重，并且對(duì)于不同剖面，風(fēng)化殼發(fā)育程度越大，鐵的重同位素富集趨勢(shì)越大；風(fēng)化殼的最表增，鐵同位素組成變輕湖光巖地區(qū)玄武巖風(fēng)化剖面鐵同位素分布特征（王世霞等，湖光巖地區(qū)玄武巖風(fēng)化

11、剖面鐵同位素分布特征（王世霞等，2013） 風(fēng)化過程土壤風(fēng)化剖面風(fēng)化過程中，鐵的輕同位素（Fe2+）優(yōu)先被淋濾帶走，風(fēng)化殘余物的Fe3+含量升高并且富集鐵的重同位素；植物（生物）優(yōu)先利用鐵的輕同位素，表層土壤富含輕同位素富集的有機(jī)質(zhì)。湖光巖地區(qū)玄武巖風(fēng)化剖面鐵同位素分布特征（王世霞等，湖光巖地區(qū)玄武巖風(fēng)化剖面鐵同位素分布特征（王世霞等，2013） 關(guān)鍵帶關(guān)鍵帶 硫化物礦石表生風(fēng)化過程原生硫化物礦石的平均56Fe約為-0.15，部分氧化的氧化物礦石的平均56Fe約為0，而完全氧化的鐵帽的平均56Fe約為0.12。隨著風(fēng)化程度的增高，鐵同位素分餾越明顯，且在風(fēng)化過程中，輕的鐵同位素被淋濾帶走。 C

12、heng et al., 2014沉積過程 機(jī)械沉積作用：不發(fā)生明顯的鐵同位素分餾 化學(xué)沉積作用 鐵氧化物鐵氧化物 碳酸鹽碳酸鹽 硫化物硫化物瑞利分餾 A-B=RA/RB RB=R0*f (-1) 瞬間平衡 兩相形成之后不再有同位素交換 蒸發(fā)、冷凝、排氣、沉淀鐵氧化物沉積過程 鐵同位素分餾受沉淀程度控制 成巖過程Staubwasser et al., 2006A: Fe and Mn bound in Fe oxyhydroxides and Mn oxides reactive Fe(III) and Mn(IV), leached from laminated core 112 KG fr

13、om the Arabian Sea oxygen minimum zone and corrected for leached silicate Fe (x-axis label: g metal (Me) per g sediment). B: Fe isotopic composition (56Fe relative to IRMM-14, 1 uncertainty) of reactive Fe(III) and bulk sediment from laminate core 112KG. C: Same as in A, but for top-oxic core 115KG.

14、 Reactive Fe constitutes 10%20% of the bulk Fe. D: As in B, but from top-oxic core 115KG.海洋中鐵同位素的地球化學(xué)循環(huán) 1 （據(jù)Anbar and Rouxel, 2007修改） 鐵同位素示蹤古環(huán)境演化如果假定沉淀物形成之后與溶液中的Fe同位素交換可以忽略不計(jì)，則沉淀物的Fe同位素組成隨沉淀程度的變化可以通過瑞利分餾模式進(jìn)行模擬RB/RA=f(a-1)a （10000 e e57FeA）/(10000+ e e57FeB) e e57Fe殘留殘留=(e e57Fe原始原始10000) f(a-1)-1000

15、0 e e57Fe磁鐵礦磁鐵礦=a+ e e57Fe殘留殘留沉淀程度對(duì)沉淀程度對(duì)Fe同位素分餾的影響同位素分餾的影響 溶液中殘留部分的Fe同位素組成將隨沉淀的進(jìn)行而變輕，使后期沉淀的鐵較前期沉淀的鐵具有較輕的同位素組成；鞍本地區(qū)BIF的Fe同位素成分變化可以通過不同沉淀程度得到解釋，當(dāng)BIF的e57Fe為10時(shí)，海水中大約有25的磁鐵礦發(fā)生了沉淀。 海水的氧化還原狀態(tài)控制鐵的沉淀程度鐵的沉淀程度影響Fe同位素的質(zhì)量分餾隨著沉淀比例的增大，磁鐵礦和海水中殘留的Fe同位素組成逐漸變輕；鞍本地區(qū)BIF的Fe同位素成分變化可以通過不同沉淀程度得到解釋。當(dāng)BIF的e e57Fe為18時(shí)，海水中大約有5的

16、磁鐵礦發(fā)生了沉淀；當(dāng)BIF的e e57Fe為10時(shí)，海水中大約有25的磁鐵礦發(fā)生了沉淀。 新余鐵礦的鐵同位素研究新余鐵礦的鐵同位素研究新余式鐵礦是我國時(shí)代最新的BIF型鐵礦；鐵礦層產(chǎn)在南沱冰磧層上下兩含礫層之間，相當(dāng)于南華冰期富祿間冰期；鐵同位素組成遠(yuǎn)高于硅酸鹽地球的平均值；水體中的鐵沒有被完全氧化沉淀；沉積盆地的水體并沒有處于一種和大氣充分交換的狀態(tài)朱祥坤等朱祥坤等, 2013黃鐵礦鐵同位素對(duì)海洋氧化還原環(huán)境的響應(yīng)銅同位素地球化學(xué)銅同位素地球化學(xué)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES1.1

17、.銅同位素在自然界中的分布銅同位素在自然界中的分布自然樣品中所自然樣品中所獲得的獲得的Cu同位同位素組成變化范素組成變化范圍較大圍較大（65Cu的總的總體分布范圍為體分布范圍為-16.499.98，平均值為平均值為0.17）50中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES 上地幔 上地殼 上地殼 結(jié)晶部分整體硅酸鹽地球的平均整體硅酸鹽地球的平均Cu同位素組成可能與同位素組成可能與Cu同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NBS 976相似，地幔、相似，地幔、地殼之間沒有發(fā)生明顯的銅同位素分餾。地殼之間沒有發(fā)

18、生明顯的銅同位素分餾。51中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES 水圈52中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES水圈中的水圈中的65Cu變化范圍約為變化范圍約為-1.523.14，變化可達(dá)變化可達(dá)4.6?，F(xiàn)代海水現(xiàn)代海水和河水和河水的的Cu同位素組成變化較大同位素組成變化較大，并且相對(duì)地球平均值總體富集并且相對(duì)地球平均值總體富集Cu的重同位的重同位素，富集程度約為素，富集程度約為ca.1.

19、0。Cu源中，除了大氣塵降的源中，除了大氣塵降的65Cu在整體硅在整體硅酸鹽地球平均值附近，其他物源（河水等）酸鹽地球平均值附近，其他物源（河水等）總體上都整體硅酸鹽地球富集總體上都整體硅酸鹽地球富集Cu的重同位的重同位素，富集程度約為素，富集程度約為ca.0.7。Cu匯中，碎屑沉積物的匯中，碎屑沉積物的65Cu在在0附近，熱附近，熱液硫化物、鐵錳結(jié)殼均相對(duì)整體硅酸鹽地液硫化物、鐵錳結(jié)殼均相對(duì)整體硅酸鹽地球富集球富集Cu的重同位素，富集程度為的重同位素，富集程度為ca.0.3。53中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLO

20、GICAL SCIENCES 生物圈54中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES銅同位素的主要分餾過程銅同位素的主要分餾過程氧化還原過程氧化還原過程硫化物沉淀過程硫化物沉淀過程吸附過程吸附過程生物過程生物過程55中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES3.3.銅同位素地球化學(xué)循環(huán)銅同位素地球化學(xué)循環(huán)海洋中海洋中Cu同位素的地球化學(xué)循環(huán)同位素的地球化學(xué)循環(huán) (Little et al., 201

21、4)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES4.4.銅同位素示蹤應(yīng)用銅同位素示蹤應(yīng)用礦床礦床環(huán)境環(huán)境生物生物考古考古中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES不同含不同含銅銅礦物中的礦物中的銅銅同位素組成同位素組成礦床礦床: :中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES59中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所

22、INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES60鋅同位素地球化學(xué)鋅同位素地球化學(xué)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES1. 鋅同位素在自然界中的分布鋅同位素在自然界中的分布地球上不同地質(zhì)儲(chǔ)庫的Zn同位素組成中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHIN

23、ESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES整體硅酸鹽地球63整體硅酸鹽地球的平均整體硅酸鹽地球的平均Zn同位素組成與同位素組成與Zn同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)IRMM3702接近接近，地幔、，地幔、地殼之間沒有發(fā)生明顯的地殼之間沒有發(fā)生明顯的鋅鋅同位素分餾。同位素分餾。66ZnIRMM=0.020.05（Chen et al. 2013）中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES水圈中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE AC

24、ADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES生物圈中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES2.2.鋅同位素的主要分餾過程鋅同位素的主要分餾過程沉淀過程沉淀過程吸附過程吸附過程擴(kuò)散過程擴(kuò)散過程66還原過程還原過程生物過程生物過程中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES吸附過程：吸附過程：離子交換過程：離子交換過程：當(dāng)淋洗液為HCl時(shí)，鋅同位素會(huì)產(chǎn)生較大分餾；而淋洗液為HNO3時(shí)，鋅同

25、位素幾乎不產(chǎn)生分餾。67使用12MHCl洗脫Zn的過程中產(chǎn)生的同位素分餾(引自Marchaletal.2002a)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES吸附過程：吸附過程：礦物表面吸附：礦物表面吸附：分餾的大小與礦物是否含水、礦物表面的吸附常數(shù)無關(guān)，并且指出無機(jī)礦物表面吸附Zn導(dǎo)致的Zn同位素分餾較小，不是導(dǎo)致自然環(huán)境中的Zn同位素變化的主要原因。68中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES

26、吸附過程：吸附過程：礦物表面吸附：礦物表面吸附：重同位素優(yōu)先吸附到礦物表面。69中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES沉淀過程：沉淀過程：在30條件下，ZnCl2和Zn(NO3)2溶液分別與方解石反應(yīng)生成菱鋅礦(ZnCO3)過程中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)礦物中富集輕同位素，分餾系數(shù)66Zn溶液-菱鋅礦的值分別為1.00004和1.00011。在50條件下，這兩個(gè)分餾系數(shù)的值與30條件下的差別在儀器誤差范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)，說明溫度變化對(duì)鋅同位素的分餾不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。70碳酸鹽沉淀：碳酸鹽沉淀：沉淀物富集鋅

27、的輕同位素。中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES沉淀過程：沉淀過程：在室溫、無機(jī)厭氧條件下進(jìn)行了0到168小時(shí)的平衡實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉淀物和溶液之間發(fā)生了鋅同位素的分餾(66Zn溶液-礦物=-0.360.09)。這個(gè)分餾不受平衡時(shí)間的影響，表明存在著動(dòng)力學(xué)分餾，而且溶液與沉淀物之間的平衡過程很緩慢。71硫化物沉淀：硫化物沉淀：沉淀物富集輕同位素，殘余的溶液富集重同位素。中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL

28、 SCIENCES72淋濾實(shí)驗(yàn)淋濾實(shí)驗(yàn)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES擴(kuò)散過程：擴(kuò)散過程：7366Zn與擴(kuò)散距離之間的相關(guān)關(guān)系(Rodushkin etal.2004)(1)將將1mL10g/L、介質(zhì)為、介質(zhì)為0.84mol/L的的Zn(NO3)2注入聚注入聚丙烯試管底部，將足夠的石丙烯試管底部，將足夠的石英沙加入試管底部并且將溶英沙加入試管底部并且將溶液完全覆蓋，將液完全覆蓋，將9mL 0.84M HNO3注入；注入；(2)將滴定管的下端使用封口將滴定管的下端使用封口膜密封，將相同濃

29、度和介質(zhì)膜密封，將相同濃度和介質(zhì)的的Zn(NO3)2注入滴定管底部注入滴定管底部并將螺栓擰緊，在螺栓上部并將螺栓擰緊，在螺栓上部注入注入12mL0.84M HNO3，然，然后將螺栓輕輕打開。后將螺栓輕輕打開。72小時(shí)小時(shí)后，將溶液移出，使用后，將溶液移出，使用MC-ICPMS分析溶液的分析溶液的Zn同位素同位素組成。組成。隨著擴(kuò)散距離增加，溶液中的隨著擴(kuò)散距離增加，溶液中的Zn同位素組成同位素組成(相對(duì)于原始溶液相對(duì)于原始溶液)逐漸減小逐漸減小中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES還原過程：

30、還原過程：74研究使用不同的研究使用不同的過電位過電位(-25mV-800mV)和不同的和不同的電荷總數(shù)電荷總數(shù)(5庫侖庫侖50庫侖庫侖)電解電解Zn時(shí)對(duì)同位素分餾時(shí)對(duì)同位素分餾的影響。結(jié)果發(fā)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)金屬現(xiàn)金屬Zn富集輕富集輕同位素，相對(duì)于同位素，相對(duì)于原始溶液原始溶液66Zn為為-3.5-2.45，并且過電位越大，并且過電位越大，發(fā)生的發(fā)生的Zn同位素同位素分餾越小。分餾越小。中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES75研究在固定過電位下研究在固定過電位下(-800mV)，逐步電解過

31、，逐步電解過程中導(dǎo)致的程中導(dǎo)致的Zn同位素同位素分餾。實(shí)驗(yàn)過程中，分餾。實(shí)驗(yàn)過程中，每通過每通過1000庫侖電荷庫侖電荷就更換一個(gè)新的陰極。就更換一個(gè)新的陰極。通過對(duì)不同陰極上的通過對(duì)不同陰極上的金屬金屬Zn以及殘余溶液以及殘余溶液中中Zn的同位素分析發(fā)的同位素分析發(fā)現(xiàn)，逐步電解過程中現(xiàn)，逐步電解過程中的的Zn同位素分餾符合同位素分餾符合瑞利分餾模型。瑞利分餾模型。逐步電解過程中66Zn隨反應(yīng)分?jǐn)?shù)的變化(引自Kavneretal.,2008)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES生物過程：生

32、物過程：76生物吸附：生物吸附：細(xì)胞吸附重同位素，隨著Zn(II)濃度的增加，吸附部分的Zn同位素變重。清除和未清除細(xì)胞外層細(xì)胞的Zn同位素組成(引自Johnetal.,2007)在室溫為在室溫為20的條件下，的條件下，以海水和營(yíng)養(yǎng)元素為培養(yǎng)以海水和營(yíng)養(yǎng)元素為培養(yǎng)基，添加不同含量的鋅基，添加不同含量的鋅(10-11.5mol/L10-8.5mol/L)，經(jīng)過一個(gè)對(duì)數(shù)時(shí)期的生長(zhǎng)，經(jīng)過一個(gè)對(duì)數(shù)時(shí)期的生長(zhǎng)，通過過濾將大洋海鏈藻和通過過濾將大洋海鏈藻和培養(yǎng)液分離，然后將細(xì)胞培養(yǎng)液分離，然后將細(xì)胞平均分為兩部分，其中一平均分為兩部分，其中一部分使用草酸與部分使用草酸與EDTA的混的混合液清洗以達(dá)到去除吸

33、附合液清洗以達(dá)到去除吸附在細(xì)胞外在細(xì)胞外Zn的目的。的目的。中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所INSTITUTE OF GEOLOGY CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES生物過程：生物過程：77生物吸收：生物吸收：生物體吸收利用鋅的輕同位素實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)大洋海鏈藻實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)大洋海鏈藻中的中的Zn同位素組成與培養(yǎng)同位素組成與培養(yǎng)液中液中Zn的濃度以及大洋海的濃度以及大洋海鏈藻吸收鏈藻吸收Zn的主要方式相的主要方式相關(guān)。當(dāng)培養(yǎng)液中關(guān)。當(dāng)培養(yǎng)液中Zn的濃度的濃度較低時(shí)，大洋海鏈藻吸收較低時(shí)，大洋海鏈藻吸收Zn以高親合轉(zhuǎn)運(yùn)為主，細(xì)以高親合轉(zhuǎn)運(yùn)為主，細(xì)胞與培養(yǎng)液之間的胞與培養(yǎng)液之間的Zn同位同位素分餾素分餾66Zn細(xì)胞細(xì)胞-