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氧气同位素在古环境研究上的作用

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-17 09:32:00【

  自然界中氧以16O、17O、18O三种同位素的形式存在,相对丰度分别为99.756%、0.039%、0.205%,氧同位素在地理学中被用作年代确定的参考,常用于冰川的断代,也在地球科学中广泛用于确定成岩成矿物质来源及成岩成矿温度。今天纽瑞德特气小编月月就为大家介绍一下氧气同位素在探索海洋以及古前研究中的作用。

 

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  在了解具体作用之前,大家首先要知道一个概念:经由质谱仪分析而得的同位素数值要运用在古环境研究的解释上,必须先瞭解自然界的同位素在反应过程中如何交换。虽然同位素有著相似化学性质与电子结构,但在物理性质上仍表现出质量数与比重的不同,因此在物理或化学反应过程中,会存在微量的变化,称为同位素分异作用

 

  通常在快速或不完全的反应过程,如扩散、蒸发、溶解时,容易出现分异现象。以水体蒸发为例,自然界中以16O所组成的水分子,在蒸发作用进行时,因为比18O所组成的水分子质量轻,因此容易脱离水表面,此时形成的水汽在氧同位素组成上,就会比原始水体要轻。配合全球大气循环路径输送水汽,在低纬度地区蒸发的水分子,将会随著大气环流往高纬地区输送,输送途中经过海洋及其他水体,也会不断加入沿途蒸发而来具有较轻氧同位素数值的水分子。于此同时,带有较重氧同位素数值的水汽分子,则容易先凝结成为小水滴,降回地表。在过程中重複进行的结果,造成愈往输送路径的末端(高纬度地区),大气中的水将带有愈轻的氧同位素数值,同时降水也会有氧同位素数值越来越轻的趋势。最终累积在高纬度地区,如北极附近的格陵兰及南极大陆冰川,分别取样进行氧同位素数值分析结果,都较开放大洋的数值轻许多。

 

 

  由于同位素的质量及物理性质差异,在不同条件下进行物理、化学或生物体的反应时,反应物和产物之间的同位素含量分配都会有所不同,这个过程可以由动力学或热力学平衡计算反应式两端的同位素差异。美国芝加哥大学化学系教授H. C. Urey1951证实,相同水体中沉淀出的碳酸钙结晶,氧同位素数值会随著温度的不同而与周围水体呈现函数关系,且碳酸钙沉淀的氧同位素数值,会随著周围水体温度升高而有变轻的趋势。将这样的温度关系应用于生物形成壳体过程,碳酸钙质壳体的生物分泌壳质时,若与周围水体达成同位素平衡,分析其壳体的氧同位素数值,就可以换算出壳体形成时的周围水体温度,只要採取合适且保存良好的化石壳体,也可以使用相同方式获得古海洋的温度,氧同位素自此开始成为古环境研究的一大利器。

 

 

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此文关键字:氧气 同位素