碳同位素地球化学.ppt

《碳同位素地球化学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碳同位素地球化学.ppt（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于碳同位素地球化学现在学习的是第1页，共18页碳同位素地球化学碳同位素地球化学一一 碳同位素组成与分布碳同位素组成与分布碳有两种稳定同位素：碳有两种稳定同位素：12C占占98.89%13C 占占1.11%放射性放射性14C由大气上层由大气上层14N核反应（核反应（n,p）生成。生成。现在学习的是第2页，共18页图6-20 自然体系碳同位素组（据Jochen Hoefs,1973）碳质球粒陨碳质球粒陨石石13C 变变化范围很大化范围很大 指示碳同位指示碳同位素可能没有素可能没有经历过高温经历过高温平衡阶段平衡阶段现在学习的是第3页，共18页二二 碳同位素的分馏碳同位素的分馏1.1.光合作用的动

2、力学分馏效应光合作用的动力学分馏效应光合作用光合作用：1212COCO2 2键较键较1313COCO2 2 键易被破坏，光合作用使植键易被破坏，光合作用使植物富集物富集1212C C 陆生植物陆生植物 1313C C值为值为-24-24-34-34海生植物（浮游植物除外）海生植物（浮游植物除外）1313C C比陆生植物大比陆生植物大10106CO26H2OC6H12O6+6O2现在学习的是第4页，共18页煤平均煤平均13C值约为值约为-25海相石油海相石油13C值为值为-22-29.4陆相石油陆相石油13C值为值为-29.7-32.8甲烷更富集甲烷更富集12C天然气天然气13C值更负值更负 变

3、化范围更大变化范围更大现在学习的是第5页，共18页2.CO2与与HCO-3和和CO3-2 的的 碳同位素分馏碳同位素分馏 海水海水CO3-2和和HCO3-比大气比大气CO2富集富集13C 反应反应(1)=1.014 反应反应(2)=1.012 (25)现在学习的是第6页，共18页 海相碳酸盐岩石海相碳酸盐岩石 1313C C为为 -6.39-6.395.25.2 平均为平均为 -1.16-1.16 陆地土壤中有机物产生的陆地土壤中有机物产生的COCO2 2富含富含1212C C贫贫13C.淡水碳酸盐富集淡水碳酸盐富集 1313C C和和 1818O,O,1313C C为为 -18.5-18.5

4、8.58.5 深成或平均地壳来源的碳深成或平均地壳来源的碳 1313C-7C-7 生物成因的有机化合物生物成因的有机化合物 1313C-25C-25 不同成因碳的不同成因碳的13C13C差异明显差异明显 现在学习的是第7页，共18页CO2-CH4CO2-CH4金刚石-石墨CO2 金刚石方解石-石墨CO2 方解石106T-21000ln温度方解石-CO2 金刚石-石墨-CH4-体系分馏系数计算值理论分馏系数：理论分馏系数：1.CO2-CH4间间1313C富集于富集于CO2相内，相内，随温度降低分馏系随温度降低分馏系数快速增大。数快速增大。方解石方解石-石墨和石墨和金刚金刚石石-石墨石墨分馏系数依

5、分馏系数依次减小，温度效应次减小，温度效应减弱。减弱。CO2-方解石和方解石和CO2-金刚石金刚石在低温区分在低温区分馏出现反向富集馏出现反向富集现在学习的是第8页，共18页基本结论：基本结论：1.无机盐（碳酸盐沉积）富集无机盐（碳酸盐沉积）富集1313C，但分馏，但分馏程度不大。程度不大。2.有机碳（植物体和生物还原产生的有机碳（植物体和生物还原产生的CH4）高度富集高度富集1212C，1313C为大的负值。与之平衡的为大的负值。与之平衡的 CO2气相将高度富集气相将高度富集1313C。3.温度大于温度大于600，碳分馏系数快速衰减，碳分馏系数快速衰减理论上地幔碳应有小的变化范围。理论上地幔

6、碳应有小的变化范围。现在学习的是第9页，共18页(三三)地幔碳同位素组成：地幔碳同位素组成：（1）金刚石的碳同位素组成）金刚石的碳同位素组成根据相平衡资料，金刚石形成深度大于根据相平衡资料，金刚石形成深度大于100公里，温度公里，温度为为1000-1200左右，左右，金刚石的金刚石的1313C值值变化于变化于-2.0-10.0，根据石墨根据石墨-金刚金刚石石-CO2体系，它比体系，它比CO2减少了减少了1313C，比石墨富集了，比石墨富集了1313C，这个现象说明在这个现象说明在1000-1200高温条件下，碳同位素仍高温条件下，碳同位素仍可存在分馏。可存在分馏。现在学习的是第10页，共18页

7、（2）地幔碳同位素组成变化的原因：）地幔碳同位素组成变化的原因：东西伯利亚雅库梯矿床中彩色金刚石的东西伯利亚雅库梯矿床中彩色金刚石的1313C值为值为-5.0-32.3。平均。平均1313C值为值为-11.8，比无色金刚石的平均比无色金刚石的平均1313C（-7.2）小，它与生物成因的碳同位素组成重叠）小，它与生物成因的碳同位素组成重叠。金刚石金刚石1313C值的较大可变性与米切尔和克罗克特（值的较大可变性与米切尔和克罗克特（1971）的假说相一致，）的假说相一致，他们认为自然界金刚石可能在比他们认为自然界金刚石可能在比它的稳定域更浅的深度与更低的温度下亚稳地形成它的稳定域更浅的深度与更低的温

8、度下亚稳地形成(为为什么什么)。现在学习的是第11页，共18页（四）火成岩中碳的同位素组成（四）火成岩中碳的同位素组成火成岩中碳的存在形式包括：火成岩中碳的存在形式包括：碳酸盐矿物和碳酸盐矿物和C2流体包裹体；流体包裹体；石墨或金刚石；石墨或金刚石；碳的化和物。碳的化和物。其中：其中：还原碳明显富集还原碳明显富集12C，它们的它们的1313C值在值在-20 -28 之间，与生物成因碳相重叠。之间，与生物成因碳相重叠。氧化态碳的氧化态碳的1313C值值2.9 18.2 ，明显超出了火成碳酸岩，明显超出了火成碳酸岩1313C值的范围。值的范围。这这表明大部分氧化态的碳是次生成因的，是由循环的热表明

9、大部分氧化态的碳是次生成因的，是由循环的热液或地下水引进的。液或地下水引进的。现在学习的是第12页，共18页(4)结晶岩石中碳来源的复杂性。结晶岩石中碳来源的复杂性。富铝结晶片岩中石墨的富铝结晶片岩中石墨的13C接近于生物碳，是接近于生物碳，是有机碳变质而成。有机碳变质而成。与伟晶岩伴生的石墨脉，其与伟晶岩伴生的石墨脉，其13C值与碳酸盐矿物值与碳酸盐矿物中比值相近，说明可能为无机碳酸盐还原而成。中比值相近，说明可能为无机碳酸盐还原而成。热液矿脉中大多数早期形成的碳酸盐矿物热液矿脉中大多数早期形成的碳酸盐矿物13C值范围为值范围为-6-9，晚期沉淀的碳酸盐常富集，晚期沉淀的碳酸盐常富集13C，

10、甚至可能具有正的甚至可能具有正的13C值，反映分馏受温度、值，反映分馏受温度、fO2和和pH影响影响现在学习的是第13页，共18页在应用碳同位素探讨成矿物质来源时，必须考在应用碳同位素探讨成矿物质来源时，必须考虑到温度、虑到温度、fO2和和pH值对流体中碳同位素的分值对流体中碳同位素的分馏作用影响，以恢复成矿热液总的碳同位素组馏作用影响，以恢复成矿热液总的碳同位素组成，只有搞清分馏过程才能得到正确的结论。成，只有搞清分馏过程才能得到正确的结论。现在学习的是第14页，共18页南极格陵兰伯德观察站世纪营季节变化与氢氧同位素组成现在学习的是第15页，共18页伯德观察站世纪营距今年龄103南极格陵兰格

11、陵兰和南极大陆冰盖18O值随深度连续变化，冰盖上部18O约-29，1.2万年前急剧减少到-40，意味着1.2万年前平均气温低的多。1.2-6万年前气温缓慢变化，18O值在-35左右波动，6-7.5万年前18O值急剧变化为-28左右。冰盖底部10万年为-26，即自10万年前气候一直处于缓慢降温，7.5有一次快速降温，之后缓慢降温之1.2万年前的最低点。1.2万年后在间冰期不到2000年时间，18O值便迅速上升到-29。现在学习的是第16页，共18页稳定同位素小结：稳定同位素小结：理论依据：同位素的分馏原理理论依据：同位素的分馏原理1、同位素交换反应（化学作用分馏）、同位素交换反应（化学作用分馏）

12、（1）轻同位素与重同位素化学键的强度差异导致轻）轻同位素与重同位素化学键的强度差异导致轻-重重同位素发生分馏。同位素发生分馏。（2）生物作用（触媒作用，还原作用和生物化学反应）生物作用（触媒作用，还原作用和生物化学反应）（3）蒸发）蒸发-凝聚和扩散等（物理作用分馏）凝聚和扩散等（物理作用分馏）2、影响同位素分馏作用的主要因素：、影响同位素分馏作用的主要因素：温度、温度、fO2、pH值和生物作用值和生物作用(C.H.O.S)。地质作用分析：地质作用分析：(1)同位素分馏效应同位素分馏效应,(2)体系初始稳定体系初始稳定同位素组成；同位素组成；(3)外来物质混入外来物质混入。现在学习的是第17页，共18页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第18页，共18页