1-1 在自然界中氢有三种同位素,氧也有三种同位素,
第一章原子结构与元素周期系
1-1：区分下列概念
(1) 质量数和相对原子质量
(2) 连续光谱和线状光谱
(3) 定态、基态和激发态
(4) 顺磁性和逆磁性
(5) 波长、波数和频率
(6) 经典力学轨道和波动力学轨道
(7) 电子的粒性与波性
(8) 核电荷和有效核电荷
答：(1) 质量数：指同位数原子核中质子数和中子数之和, 是接近同位素量的整数。相对原子质量：符号为Ar，被定义为元素的平均原子质量与核素12C 原子质量的1/12 之比，代替“原子量”概念（后者已被废弃）；量纲为1（注意相对概念）。(2) 连续光谱: 波长连续分布的光谱。炽热的固体、液体或高压气体往往发射连续光谱。电子和离子复合时，以及高速带电离子在加速场中运动时亦能发射这种光谱。线状光谱：彼此分立、波长恒定的谱线。原子受激发（高温、电孤等）时，电子由低能级轨道跃迁到高能级轨道，回到低能级时产生发射光谱（不同原子具有各自特征波长的谱线）。
(3) 定态是由固定轨道延伸出来的一个概念。电子只能沿若干条固定轨道运动，意味着原子只能处于与那些轨道对应的能态，所有这些允许能态统称为定态。主量子数为1 的定态叫基态，其余的定态都是激发态。波动力学中也用基态和激发态的概念。
(4) 物质在外磁场中表现出来的性质。受吸引的性质叫顺磁性，这类物质中含有未成对电子；受排斥的性质叫抗磁性，这类物质中不含未成对电子。
(5) 波长：符号λ，单位m（或m 的倍数单位）；波数：符号σ，单位m-1（常用cm-1）；频率：符号ν，单位Hz，相互关系：σ=1/λ，ν= c/λ。
(6) 汉语中都叫原子轨道，但英语中的区分却是明确的。“orbital”是波动力学的原子轨道，是特定能量的某一电子在核外空间出现机会最多的那个区域，亦叫“原子轨函”。“orbit”是玻尔从旧量子学提出的圆型原子轨道。
(7) 粒性：电子运动具有微粒运动的性质，可用表征微粒运动的物理量（如距离和动量）描述；波性：电子运动也具有波的性质（如衍射），可用表征波的物理量（如波长和频率）描述。
(8) 核电荷是原子核具有的正电荷数，符号为Z；有效核电荷是原子中某一特定电子所感受到的实际核电荷，通常用Z*表示；联系两者的关系式为：Z*=Z－σ，σ叫屏蔽参数。1-2：用质谱仪测得溴得两种天然同位素的相对原子质量和同位素丰度分别为79Br 789183占50.54%，81Br 80.9163占49.46%，求溴的相对原子质量（原子量）。
解：溴的相对原子量为：
78×50.54％＋80.9163×49.63％＝79.9065
202.97X＋204.97（1－X）＝204.39
X＝30％
1-3：氢原子核外电子光谱中的莱曼光谱中有一条谱线的波长为103nm，问：它相应于氢原子核外电子的哪一个跃迁？
答：它相应于原子核外电子L→K跃迁。
1-4：处于K﹑L﹑M 层的最大可能数目各为多少？
解：K：2，L：8，M：18
1-5：以下哪些符号是错误的？（a）6s (b)1p (c)4d (d)2d (e)3p (f)3f 答：错误的有1P，2d，3f
1-6：描述核外电子空间运动状态的下列哪一套量子数是不可能存在的？
n l m n l m n l m n l m
2 0 0 1 1 0 2 1 -1 6 5 5
答：第二组是不可能的。
1-7： 4s﹑5p﹑6d﹑7f﹑5g 能级各有几个轨道？
答：4s能级有1个轨道， 5p能级有3个轨道， 6d能级有5个轨道
7f能级有7个轨道， 5g能级有9个轨道
1-8: 根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态：
(a)K (b)Al (c)Cl (d)Ti(Z=22) (e)Zn(Z=30) (f)As(Z=33)
答：a：1s22s22p63s23p64s1， b：1s22s22p63s23p1
C：1s22s22p63s23p5， d：1s22s22p63s23p63d24s2
E：1s22s22p63s23p63d104s2 f：1s22s22p63s23p63d24s24p3
1-9：下列哪一组量子数是不合理的？
(1) n = 2，l = 2，m = 0；
(2) n = 2，l = 1，m = 1；
(3) n = 3，l = 0，m = 3；
(4) n = 2，l = 3，m = 0；
(5) n = 3，l = 2，m = 2。
答：不合理的有（1）l 的取值不能等于n 值；（3）m 的取值只能在-l 至+l 之间；（4）l 的取值不能大于或等于n。
1-10：选出正确的磷原子基态的电子构型图，并对错误的进行更正。
3s 3p
(1) [Ne] ↑↑↑↑↑
(2) [Ne] ↑↓↑↑↑
(3) [Ne] ↑↓↑↓↑
(4) [Ne] ↑↓↑↑↓
答：(1) 错误。3s 电子自旋相同
(2) 正确。
(3) 错误。每个3p 轨道应该各填充一个未成对电子。
(4) 错误。3p 轨道中填充的未成对电子自旋方向应该相同
1-11：以下哪些原子或离子的电子组态是基态﹑激发态还是不可能的组态？
（a）1s22s2（b）1s23s1 （c）1s23d3 （d）[Ne]3s23d1 （e）[Ar]3d24s2 （f）1s22s22p63s1（g）[Ne]3s23d12 （f）[Xe]4f7 （ g）[Ar]3d6
答：基态是： a，e，f
激发态是：b，c，d，h，l
不存在的是：g
1-12：Li+ ﹑Na+﹑K+ ﹑Rb+﹑Cs+的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何？
答：Li＋最外层电子组态是：1s2次外层无电子
Na＋最外层电子组态是：2s22p6 次外层无电子1s2
K＋最外层电子组态是：3s23p6 次外层无电子2s22p6
Rb＋最外层电子组态是：4s24p6 次外层无电子3s23p63d10
Cs＋最外层电子组态是：5s25p6 次外层无电子4s24p64d10
1-13：以下+3价离子哪些具有8电子外壳？Al3+ , Ga3+, Bi3+, Mn3+, Se3+
答：具有8电子外壳的有：Al3+, Ga3+, Sc3+
1-14：已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为：
（a）3s23p5（b）3d64s2（c）5s2（d）4f96s2（e）5d106s1
试根据这个信息确定它们在周期表中属于哪个区？哪个族？哪个周期？
答：a：p区，第三周期，第VIIA族
B：d区，第四周期，第VIIIB族
C：s区，第五周期，第IIA族
D：f区，第六周期，第IIIB族
E：ds区，第六周期，第IB族
1-15：运用所学知识判断第三周期元素的电离能和电子亲和能的变化趋势。
答：(1)第三周期的电离能变化趋势为自左向右逐渐增大，也就是说金属活泼性按照同一方向降低。左边钠的电离能最小，右边氩的电离能最大。其中铝的电离能小
于镁的电离能，这是因为镁的s 亚层全满，需要额外的能量抵消电子成对能。而
铝的p 亚层只有一个单电子较容易失去。
(2) 第三周期的电子亲和能变化趋势为自左向右逐渐增大，到惰性气体时突然
减为负值。其中镁的电子亲和能为负值，这是因为外来电子只能进入2p 轨道，
受到核的束缚较弱，造成亲和能较小。磷的电子亲和能小于硅的电子亲和能，
这是因为硅的最外层有一个空的3p 轨道，容易接受外来电子，而磷的最外层3p
轨道半充满，比较稳定，外来电子进入时要克服额外的电子成对能，所以磷的
电子亲和能比硅的小
1-16：某元素的价电子为 4s24p4，问：它的最外层﹑次外层的电子数；它的可能氧化态，它在周期表中的位置（周期﹑族﹑区），它的基态原子的未成对电子数，它的氢化物的立体结构。
答：其最外层电子数是6，其次外层电子数是18，它可能的氧化态为＋3，＋5，其
在周期表中的位置是第四周期，第六主族，基态原子未成对电子数为2，其氢化物的
立体结构为三角双锥。
1-17：素基态原子最外层为5s2，最高氧化态为+4 ，它位于周期表哪个区？是第几周期第
几族元素？写出它的+4 氧化态离子的电子构型。若用A代替它的元素符号，写出相
对应氧化物的化学式。
答：其位于d区，是第五周期、第四主族元素，其离子的电子组态：s22s22p63s23p63d104s24p6
其氧化态的化学式：AO
2
1－18：根据Aufbau 规则画出铜原子的电子构型。由于d10 构型比较普遍，4s 轨道中的一个电子常被填充到3d 轨道中，画出铜原子具有这种排布的电子构型。用这两种电子构型来解释铜原子最外层电子的失去以及重要氧化态。这两种不同的电子构型会不会影响铜原子的磁性？
答：按照Aufbau 规则，铜的电子构型为：1s22s22p63s23p63d94s2；重要氧化态为+2 价。
另一种电子构型为：1s22s22p63s23p63d104s1。重要氧化态为+1 价。这两种电子构
性对铜原子的磁性没有影响。
1-19：系中哪一个元素的电负性最大？哪一个元素的电负性最小？周期系从左到右和从上到下的电负性变化呈现什么规律？为什么？
答：F的电负性最大，而Cs的电负性最小。
周期系从左到右逐渐变大，这是由于从左到右起原子半径变小，得到电子能力逐渐变强。而从上到下元素的电负性逐渐降低，这是由于尽管原子半径电荷数从上到下逐渐变大，但决定得电子能力得主要因素为原子半径。
1-20：周期系从上到下﹑从左到右元素的氧化态稳定性有什么规律？
答：绝大多数元素的最高氧化态等于它所在族的序数。非金属元素普遍可呈现负氧化态。总的说来，同族元素从上到下表现正氧化态的趋势增强，但这种总的趋势并不意味着从上到下正氧化态越来越稳定或者从上到下愈来愈容易表现最高正氧化态。
氢氧碳稳定同位素在植物水分利用策略研究中的应用
第22卷 第4期世 界 林 业 研 究Vol.22 No.4 2009年8月World Forestry Research Aug12009 氢氧碳稳定同位素在植物水分利用策略研究中的应用3 徐 庆1 冀春雷1 王海英1 李 旸2 (1中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091; 2中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091) 摘要:综述了氢氧碳稳定同位素的概念、示踪原理及其应用于定量确定植物水分来源、水分利用格局和水分利用效率等方面研究进展。同时展望了全球气候变化条件下,氢氧碳多种稳定同位素联合示踪先进技术在定量研究植物水分利用策略以及植被对全球气候变化的响应机制研究中的应用前景。 关键词:氢氧碳稳定同位素,植物水分来源,水分利用效率,水分利用策略 中图分类号:S718.51 文献标识码:A 文章编号:1001-4241(2009)04-0041-06 Use of St able Isotopes of Hydrogen,O xygen and Carbon to I den ti fy W a ter Use Stra tegy by Pl an ts Xu Q ing1 J i Chunlei1 W ang Haiying1 L i yang2 (1Research I nstitute of Forest Ecol ogy,Envir on ment and Pr otecti on,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;2Research I nstitute of Wood I ndustry,Chinese Academy of Forestry,Beijing100091,China) Abstract:Stable is ot op ic technol ogy is a ne w method t o deter m ine s ources and utilizati on patterns of p lant water.The main advantage of this technol ogy is that it can p r ovide results of relatively high ac2 curacy and sensitivity.The pur pose of this paper is t o p resent an overvie w of the concep ts and theory of stable is ot ope tracing,and the methods of using stable is ot opes of hydr ogen,oxygen and carbon t o quantify s ources of p lant water and pattern and efficiency of p lant water use.This paper uses s ome exa mp les t o demonstrate how the stable is ot op ic technol ogy may be used t o address different issues re2 lated t o p lant water use strategies,and p r ovides s ome pers pectives on app licati ons of the advanced technol ogy of si m ultaneously tracing multi p le stable is ot opes(hydr ogen,oxygen and carbon)in stud2 ying mechanis m s of potential vegetati on res ponses t o gl obal cli m ate change. Key words:stable is ot opes of hydr ogen,oxygen and carbon,water s ource of p lant,water use effi2 ciency,water use strategy 水是植物生命活动中最活跃的成分之一,对植物生长发育、数量和分布具有显著影响,尤其在干旱和半干旱地区,水成为植物生长的主要限制因子[1]。全球气候变化的一个重要方面是区域降雨格局的变化[2],植物吸收和利用水分的模式一定程度上决定了生态系统对环境水分状况发生改变时的响应结果[3],因此,对植物水分利用策略及水分来源的了解,将有助于我们了解和预测降雨格局变化导致未来植被时空变化的规律[4],有助于林业科技人员根据生境选择合适的造林树种进行植被建设和恢复工作。氢氧碳稳定同位素示踪技术有较高的灵敏度与准确性,为定量研究植物水分来源,水分利用格局和水分利用效率等提供了新的技术手段。 3收稿日期:2009-04-30 基金项目:国家自然基金项目(30771712);“十一五”林业科技支撑项目(2006BAD03A04);948项目(2006-4-04) 作者简介:徐庆,女,中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所副研究员,博士,研究方向:稳定同位素生态学,E-mail:xu2 qing@https://www.360docs.net/doc/7111204029.html,
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动审批稿
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 摘要：随着科学技术发展，稳定性同位素已经广泛应用在生态学研究的诸多领域。在研究食物网中能量流动关系时，稳定性同位素能提供更迅速、客观的分析。此次实验利用碳稳定性同位素技术对受到人类破坏或其他因素影响的选定区域分析其食物网中的能量流动，旨在研究该区域生物之间的能量流动关系，从而对该区域采取合理的保护措施。 关键词：碳稳定性同位素；食物网；能量流动；δ13C值 Carbon Stable Isotopeanalyzes Studies Energy Flux in Food Web ABSTRACT: Stable isotopehas been widely used in various fields in ecology studieswith the development of science and isotope can provide rapider and more objective analysis when researching energy flux relationship in the food web. In the process of this experiment, we analyze the energy flux relationship in the food web of the chosen areas that are destroyed by human beings or affected by other factors by means of carbon stable isotope technology, with the aim of researching the energy flux relationship among population in this area, consequently we can adopt reasonable protective measures in this areas. KEY WORDS: Carbon stable isotope；food web；energy flux；δ13C 一．研究背景 随着世界人口的持续增长和人类活动范围与强度的扩展和增加，地球上的生物多样性逐渐降低。例如，持续不断地砍伐树木已经导致世界上大量树木物种面临灭种的危险；环境污染使得动植物的栖息地环境遭到严重的破坏，致使物种数量锐减[1]。在某一区域中，动植物数量的减少还有一个很重要的原因，即某些因素（例如栖息地减少和改变、滥捕乱猎、外来物种的引入、污染等[2]）导致该区域部分动植物数量的减少，而这进一步通过该区域的食物网影响到区域中其他动植物的种类和数量，进而对整个区域各种生物体造成影响。 食物网是在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，直接反映生态系统的结构和功能[3]。生产者制造有机物，各级消费者消耗这些有机物，生产者和消费者之间相互矛盾，又相互依存。不论是生产者还是消费者，其中某一种群数量突然发生变化，必然牵动整个食物网。食物网是生态系统长期发展的进化过程中形成的。人类活动使生态系统中某一生物体种群数量遭到破坏，将使生态平衡失调，甚至是生态系统崩溃[2]。因此，研究食物网中生物的能量流动关系，对于维持生态系统的稳定、利用动物间的相互制约来减缓人类活动对生态系统的破坏具有重要的意义。
稳定同位素应用
高精度稳定同位素技术 同位素指质子数相同而中子数不同的同种化学元素，最常用的稳定同位素有碳-13 (13C)、氮-15(15N)、氢-2 (2H即氘) 和氧(18O)等。因为这些同位素比普通元素重1到2个原子量单位，所以也叫作重元素。稳定同位素(stable isotope) 就是天然同位素或非放射性同位素(non-radioactive isotope)，即无辐射衰变，质量保持永恒不变。稳定同位素在自然界无处不在，包括所有化合物、水和大气，所以也就自然地存在于动植物和人体内。其物理化学性质与普通元素相同，所以可用作示踪剂来标记化合物用于科学研究、临床医学和药物生产等几乎所有自然领域。由于没有辐射污染，稳定同位素示踪剂可以用于任何对象，包括孕妇、婴儿和疾病患者，无论是口服还是注射，都绝对安全。 稳定同位素技术的另一特点是其测试定量的高精度和超高精度，达到PPM级（即百万分之一精度)，而且同时也测定了化合物的浓度，事半功倍，且降低了测试误差。现在，利用同位素技术人们可以同时测定多个不同的样品，从而提高测定效率。这些高效率、高精度的特点是放射性同位素等技术所不可比拟的。 稳定同位素技术的第三个特点是其示踪能力的微观性和灵活多变性。微观性是指它可以用来标记、追踪化合物分子内部某个或多个特定原子，比如葡萄糖分子中各个原子在人体内的不同代谢途径, 哪些原子进入三羧酸循环产生能量，而哪些原子进入脂肪代谢途径参与脂肪合成。多变性是指通过对同位素标记位点的合理选择和巧妙设计来追踪、定性定量测定化合物的不同代谢途径或者生成过程。 由于以上特性，自上世纪中叶特别是70年代以来稳定同位素技术在科技先行国家被广泛应用于医学、营养、代谢、食品、农业、生态和地质等研究和生产领域。近年来在药物研发生产以及新兴的基因工程、蛋白质组学(proteomics)、代谢组学(metabolomics) 和代谢工程(metabolic engineering) 等前沿领域，稳定同位素技术已成为一种应用广泛、独特高效甚至必须的技术，显著地提高了解决科学问题的能力和生产效率。最新近的例子是德国科学家用碳13氨基酸通过三代喂养成功地标记了动物全身的所有蛋白质而获得了细胞代谢的重要发现。这一崭新的技术堪比当年的聚合酶连锁反应技术(PCR), 必将迅速得到广泛的推广和应用，有力地推动生命科学的发展。稳定同位素在自然界的无所不在意味着该技术应用的普遍性，有大自然显微镜的独特功能，将揭开越来越多的大自然和人体的奥秘。
地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法
MV_RR_CNG_0398地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法 1.地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法说明 2.地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法摘要 1 范围 本标准规定了有机质稳定碳同位素组成分析中质谱计的技术性能指标、样品制备、质谱分析的方法及精密度等。 本标准适用于原油及其各族组分、干酪根、煤、岩石沥青等各种沉积有机质和一切生物体有机质的稳定碳同位素组成分析。
本标准不适用含有碳酸盐矿物的有机物样品的稳定碳同位素组成分析。 2 方法提要 试样在流动氧同位素制样装置中分解燃烧，并进一步氧化，充分转化为CO2，所生成的H2O用冷冻法除去，在真空状态下去除杂质气体，经纯化后的CO2收集到样品管中，在气体稳定同位素比值质谱计上进行稳定碳同位素组成分析。 3 仪器和设备 3.1 气体同位素比值质谱计：具双进样系统、三束离子接收器的质谱计，要求具备技术性能指标如下： 3.1.1 灵敏度：S＞10 A/Pa(0.1 A/mbar)； 3.1.2 工作分辨率：M/ΔM＞95(10％峰谷)； 3.1.3 丰度灵敏度：A. S＜5×10-6； 3.1.4 测量精度：E. P＜0.04(‰)。 3.2 流动氧有机质碳同位素制样装置〔示意图见附录A(提示的附录)〕： 3.2.1 机械真空泵一台； 3.2.2 热偶真空计一台； 3.2.3 加热炉温度控制仪二台：温控范围室温～1 100℃； 3.2.4 带真空活塞的玻璃真空系统一套。 4 试剂和材料 4.1 线状氧化铜：分析纯。 4.2 无水乙醇：分析纯(或化学纯)。 4.3 高纯氧：纯度优于99.99％钢瓶氧气。 4.4 液氮：保存在杜瓦瓶中。 4.5 真空硅脂：7501型。 5 分析步骤 5.1 样品制备 5.1.1 燃烧样品：取原油样约1 mg～2 mg置于石英小舟中，燃烧生成的H2O由冷阱10在-45℃～-60℃的低温下捕集而除去。CO2由冷阱12在液氮低温(-196℃)下收集。 5.1.2 抽除氧气：当真空度约1 Pa，抽氧结束。 5.1.3 CO2转移：真空度约6 Pa，CO2转移结束。 5.1.4 抽除杂气。 5.2 质谱分析 5.2.1 开机：质谱计进样系统，分析系统抽真空。 5.2.2 预热：灯丝发射部件、离子加速电压(高压)部件、磁铁电流部件通电预热约1h，使其工作稳定。 5.2.3 “零”富集测试：样品(SA)及标样(ST)两个储样器中放进同一个工作标准ST-8301钢瓶CO2气，作“零”富集测试。 5.2.4 样品分析：进样系统样品SA一路引入样品CO2，标准ST一路引入工作标准ST-8301钢瓶CO2气，在已设定好实验条件下，作样品测量。测量前调整储样器中样品的压力，使样
新元古代极大无机碳同位素(δ13Ccarb)负漂移事件的最新进展
新元古代极大无机碳同位素（δ13Ccarb）负漂移事件的最新 进展 摘要：新元古代晚期发生了地质历史上全球范围内最大的无机碳同位素（δ13Ccarb）负漂移事件，也被定义为“Shuram曲线（SE）事件”。传统观点认为SE事件反映了这一时期海洋碳循环的异常波动，极有可能源于海洋中超大型溶解有机碳库的氧化。然而，此种机制难以解释SE事件中部分现象如全球有机碳同位素（δ13Corg）较大的差异性。近几年来，不断有学者质疑上述观点，并认为SE事件遭受了成岩作用而不能反映原始的海洋碳循环过程。这一机制得到该时期碳酸盐岩氧同位素（δ18Ocarb）与δ13Ccarb间线性关系的支持，但难以解释SE事件中部分特征如SE事件的全球性。因此，目前关于SE事件的两种机制均具有一定的合理性但也存在一定程度的缺陷。 关键词：SE事件；超大型溶解有机碳库；成岩作用；新元古代 引言 过去几十年内，碳同位素地层学已作为全球地层对比的重要手段之一。前寒武纪，特别是新元古代化石的极度贫乏，导致生物地层学的缺失，进而导致这一时期碳同位素地层学被广泛的用于区域甚至全球地层划分和对比（Halverson et
al.，2005）。此外，碳与生命的新陈代谢密切相关。自养生物的代谢作用将无机碳转变为有机碳，而异养生物的代谢作用又将有机碳转变为无机碳。需要指出的是，光合自养生物易繁盛于氧化的沉积环境，而化能自养生物和异养生物则易繁盛于缺氧的沉积环境。因此，碳同位素也被用来示踪地质历史时期海洋化学的演化过程。 在新元古代化学地层学不断深入研究的过程中，一个非同寻常的碳同位素曲线首次报道于阿曼地区埃迪卡拉纪Shuram组（Burns and Matter，1993）。这一碳同位素曲线已被命名为“Shuram曲线（SE）事件”。在等级次序上，1000 Myr（百万年）内碳同位素曲线及其量级的记录显示最负的碳同位素发现于新元古代地层（图1）。 目前为止，两种机制被用来解释SE事件：（1）SE事件记录的是原始的碳同位素信号，可能源于埃迪卡拉纪超大型溶解有机碳库的氧化（Rothman et al.，2003；Fike et al.，2006；McFadden et al.，2008）；（2）SE事件记录的是遭受成岩作用的碳同位素信号（Derry，2010）。在前人研究的基础上，本文将着重评述和分析SE事件的两种机制。 1. Shuram曲线（SE）事件 SE事件主要表现为以下6个特征：（1）极大的波动幅度，从+6‰到-12‰；（2）δ13Ccarb在地层上发育不对称，从+6‰迅速下降到-12‰，然后其缓慢恢复；（3）δ13Ccarb值在连
第十讲稳定同位素地球化学
第十讲 地质常用主要稳定同位素简介 18O Full atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.
内容提要 ●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素
10.1. 传统稳定同位素基本特征 ?只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40； ?多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集； ?生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。
10.2. 氢(hydrogen) ?直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成： 1H：99.9844% 2H(D)：0.0156% ?在SMOW中D/H=155.8 10-6 ?氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。
10.2.1 氢同位素基本特征 ?与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间； ?1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围； ?从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以H O、OH-， 2 H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用； ?氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。
稳定同位素样品处理技术
稳定同位素样品处理技术 1、固体样品 固体样品在进行同位素质谱分析之前必须进行干燥、粉碎、称量等处理步骤。 1.1干燥 样品可以放在透气性好，而且耐一定高温的器具或取样袋中，然后在60~70℃的干燥箱进行干燥24~48小时。 注意：烘干的样品要及时研磨或者保持干燥，否则有返潮现象，给磨样造成困难，而且影响同位素数据。 1.2酸处理 将土壤样品适当粉碎（为了更好的反应），放在小烧杯中，倒入适量浓度的盐酸（浓度一般用0.5mol/L），这时会发现有小气泡冒出，这是盐酸与土壤中的无机碳反应产生的CO2，用玻璃棒搅拌使反应更完全，可以间隔1小时搅拌一次使之充分反应。反应至少6小时，除去土壤中的无机碳，沉淀，倒掉上层清夜；再用去离子水搅拌洗涤，沉淀，倾倒上层清夜，重复3~4次，充分洗净过量盐酸；然后烘干土壤样品（条件同上）。 注意：测定碱性土壤中的有机C同位素，在干燥之前需要进行酸处理。因为采集的土壤样品中含有无机碳，会影响到我们需要的数据。 1.3粉碎 经过烘干的样品需要粉碎才能进行分析，为了保证样品的均匀，粉碎程度至少要过60目的筛子。粉碎可以用研钵、球磨机或混合磨碎机来等来处理。 1.4样品整理 磨好的样品放在合适的包装里，如小瓶子、小信封或自封袋里，最好密封保存。以数字和英文字母做标记区别样品。 1.5称量 经过干燥和粉碎处理的样品在分析之前还得放在锡箔帽中称量。用微量分析天平（同位素实验室专用），样品量可以精确到0.001mg （百万分之一天平）。称样前，先将所需工具及样品排放好，所需工具包括样品垫、样品盘、镊子、勺子。先调天平平衡，看水泡是否在圆圈内，在圆圈内则表示天平平衡。在称量过程中尽量不要碰桌子，减少对天平的影响。称量时，先将锡帽放进天平内，等天平显示的数字稳定时调零，然后将锡帽取出放在样品垫上，放适量样品至锡帽中，样品的量根据测定的同位素以及样品中的含量而定。称量最终质量并作记录。然后将锡帽团用镊子或拇指和食指轻轻用力团成小球。已经称量并用锡箔包好的样品放在专门的样品盘里，并附带一份质量表格，保存。 注意：任何时候不能由裸露的双手触摸样品或锡帽。若用手操作，须带上无尘橡胶手套。并确保包好的样品没有泄漏。样品盘中样品的标记对应记录本上的标记。（只要同位素比率值的不需要记录质量数，而需要全N或全C量的则需要记录质量数）。
冰芯中的氧同位素研究
冰芯中的δ18O与古气候变化信息 刘飞* （曲阜师范大学地理与旅游学院，山东省日照市 276826） 摘要：冰芯是过去气候变化信息的三大良好载体之一，冰芯中的氧同位素保存了过去连续的温度和降水记录。本文介绍了氧同位素在恢复古气候研究中的应用原理以及在青藏高原和中国西部高海拔山地 冰川研究中的应用。 关键词：冰芯；δ18O；古气候；青藏高原 中图分类号： 极地冰芯、黄土、深海沉积是过去全球变化的三大良好载体。为了解全球变化的特征和基本变化规律奠定了基础[1]。冰芯以其分辨率高、记录时间长、信息量大和保真度高等特点，而成为过去全球变化研究的重要方法之一。它不但记录着温度、降水、大气环流强度、大气化学、大气成分的变化,而且也记录着影响气候环境变化的各种因子的变化，同时还记录着人类活动对于环境的影响[2]。目前，青藏高原和中国西部高海拔山地冰川成为中低纬度冰芯研究聚焦的中心，我国在此领域的研究已经取得了丰硕的成果[3~12]。冰芯中氢氧同位素保存了过去连续的温度记录[13]，对恢复我国西部地区的古气温和降水起到了重要作用[14~22]。 1氧同位素的应用原理 氧元素有16O、17O和18O三个同位素，其中以16O为主，17O所占比例很小，甚至可以忽略，18O 的比例为0.2%。18O属于稳定同位素，其含量比例并不随时间变化。但是，当水的相态发生转变时，就会影响到氧同位素的含量，所以18O的含量变化自然就和温度联系起来[23]。 Dansgaard在1954年提出，冰芯中δ18O的变化反映了冰盖上空水汽凝结形成冰雪时的气温变化，即成雪时气温越低，18O的含量就越小，因而冰期时形成的冰层中的18O的含量就远小于目前新生成的冰层的含量。由于温度是影响冰层中δ18O变化的主要因素，所以一年内季节的变化，冰层中δ18O 值也发生变化。在冰芯中夏季层与冬季层的δ18O值表现出明显的峰谷交替变化，其值相差大约为10。 张小伟等[13]对氢氧同位素在冰芯研究中的应用原理进行了详细解释。H218O的饱和水汽压要稍低于H216O，这使H216O比其它同位素水分子更易挥发而较难凝结，从而造成水在相变过程中发生同位素分子的分馏。这样固、液态水中的氢、氧重同位素要比气态水富集些, 而且随温度变化它们的富集程度也跟着变化。另外, 分子量大的同位素水分子在空气中的扩散速度要比H216O慢些, 这样在水分的蒸发、输送和凝结沉降过程中导致同位素分布的地理差异。由于这些差异的存在, 使冰雪中 * 作者简介：刘飞（1980-），男，山东苍山人，博士，主要从事第四纪风尘堆积研究。E-mail：liufei@https://www.360docs.net/doc/7111204029.html,
碳、氧同位素含量偏移的地质意义研究
碳、氧同位素含量偏移的地质意义研究在学习地球化学之前，我曾加入一个科研立项小组的科研工作中。这个科研项目的主题是“晚泥盆世弗拉斯—法门期之交( Fr/ Fa 界线) 所发生的全球性生物大绝灭事件”，我们对此项工作主要从牙形石分带，微球粒的基础研究及对碳酸盐含量，碳、氧同位素的含量偏移等方向展开。在加入到这个工作开始到学习完地球化学这门课止，我阅读了关于“碳、氧同位素含量偏移在重大地质事件中的指示意义”这一知识点的文献约十余篇。这些文献除了有部分对F—F事件的碳、氧同位素的规律总结之外，更有一部分是对其他重大地质事件诸如中元古代海平面变化、河南地区震旦系碳酸盐沉积、早寒武世黑色页岩、奥陶系—三叠系古环境变化、白垩纪缺氧事件等的系统归纳。本文即是对这些重大地质事件运用同位素含量分析的方法，对以往做过此方面工作的文献进行一次系统的梳理。 碳酸盐和有机物碳同位素组成的分析已成为推断全球碳循环变化的有力工具，碳循环的变化通常与生物集群灭绝事件有关。碳同位素的正偏移，在一些地质学家看来被认为是有机碳埋藏速率增强的结果。而这种变化被许多科学家认为是由于海平面的变化或者海水温度的变化导致大量暖盐水体的形成，诱导海水缺氧，使得海水中有机物氧化速率降低，有机碳埋藏速率增加，导致CO2浓度降低，全球变冷，这一系列变化又导致了生物的大量灭绝。 在对北京十三陵地区中元古代雾迷山组海平面变化的分析中，李任伟等人对白云岩进行了取样，分析以及检验发现：北京十三陵地区雾迷山组(1310～1207 Ma) 白云岩的δ13C 数值范围-1.5 ‰～1. 5 ‰(PDB) ，δ18O 数值范围一般为- 4 ‰～- 5 ‰(PDB) 。它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征。δ13C 从地层层序的边界发生正偏移，至1. 5 ‰(PDB) ，然后发生负偏移至- 1. 5 ‰(PDB) 。有时，在δ13C 为负值的层段δ18O 数值较高，约为- 4. 0 ‰(PDB) 。 中元古代雾迷山时期碳酸盐岩相对具有重碳同位素组成的层段与海侵相关。可以在新元古代，也可以在显生宙找到类似的例子。在白垩纪森诺曼阶-土仓阶、早侏罗世、中奥陶世晚期以及晚寒武世，人们都可以在海侵时期沉积的碳酸盐岩地层中发现δ13C数值的正偏移。原因在于此时的海洋有较高的有机产率和高的有机碳埋藏速率，由于沉积有机质从海洋中选择地吸收了轻碳同位素(12C)，结果造成海洋碳酸盐库对重碳同位素(13C) 的相对富集。雾迷山组这种碳、氧同位素组成特征可以反映海平面的变化。在海侵体系域时期海水有相对高的有机产率和有机碳埋藏速率，在高位体系域时期的碳酸盐台地可能为滞流和蒸发环境，海水中微生物因呼吸而消耗有机质的作用比较强烈。 河南汝州、鲁山一带罗圈组冰积层之上的东坡组以页岩、粉砂质页岩及粉砂岩为主。而在对河南汝州一鲁山一带震旦系东坡组碳酸盐沉积的研究中，杜远生及张良等人发现了白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩。白云质粉砂岩具有与东坡组页岩不协调的软沉积变形。白云岩透镜体和白云质粉砂岩具有明显的δ13C 负偏。白云岩透镜体的δ13C为一4．19‰～一6．18‰。白云质粉砂岩的占δ13C 大部分为一2‰～一4‰之间。因此认为，东坡组的白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩与华南震旦纪盖帽白云岩及南华纪Sturtian冰期冰积层之上的碳酸盐丘和菱锰矿类似，为冰积层中的天然气水合物泄漏释放的CO2和海水中的Mg+发生快速反应快速沉淀而成的，即东坡组的白云岩、白云质粉砂岩、砂岩为冷泉成因。 而陈兰等人对扬子地台湘黔地区旱寒武世黑色页岩有机碳同位素的组成变化进行野外地质观察与室内分析研究表明：研究区灯影组白云岩主要为碳酸盐台
地球化学考试资料
1、环境地球化学：研究化学元素和微量物质在人类赖以生存的周围环境 中含量、分布和迁移过程中与人类健康关系的科学。 2、环境要素特点： 最小限制律：即环境诸要素中处于最劣状态的那个环境要素控制环境质量的高低，而不是由环境诸要素的平均状态决定，也不能采用处于优良状态的环境要素去代替和弥补。 等值性：等值性说明环境要素对环境质量的作用。各个环境要素无论在规模上或数量上存在什么差异，只要它们是处于最劣状态，那么对于环境质量的限制作用没有本质的区别，就具有等值性。 环境整体性：环境诸要素之间产生的整体环境效应不是组成该环境各个要素性质的简单叠加，而是在个体效应基础上有着质的变化。 环境诸要素相互制约：环境要素相互影响，相互制约 3、全球性环境问题：气候变暖、臭氧层空洞、酸雨 水污染资源短缺大气污染耕地减少固体废弃物污染生物多样性丧失酸雨臭氧层损耗荒漠化全球气候变化 森林锐减持久性有机物污染 4、土壤形成过程 5、全球变化学 定义：全球变化学是研究地球系统整体行为的一门科学，主要是了解地球系统是如何工作、如何运转的，研究地球系统过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科学基础，并为地球系统的管理提供科学的依据。全球变化研究计划，它由三个个相对独立、相辅相成的计划组成：世界气候研究汁划(WCRP)、国际地圈—生物圈计划(IGBP)和全球环境变化中的人类因素计划(HDP)。
6、第四纪： 新生代最新的一个纪，包括更新世和全新世。其下限年代多采用距今260万年。第四纪期间生物界已进化到现代面貌。灵长目中完成了从猿到人的进化。冰期：地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期。又称为冰川时期。两次冰期之间唯一相对温暖时期，称为间冰期。地球历史上曾发生过多次冰期，最近一次是第四纪冰期。 7、黄土： 黄土【loess】指的是在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土，湿陷性黄土受水浸湿后会产生较大的沉陷。 黄土成分： 黄土的矿物成分有碎屑矿物、粘土矿物及自生矿物3类。 碎屑矿物主要是石英、长石和云母，占碎屑矿物的80%，其次有辉石、角闪石、绿帘石、绿泥石、磁铁矿等；此外，黄土中碳酸盐矿物含量较多，主要是方解石。 粘土矿物主要是伊利石、蒙脱石、高岭石、针铁矿、含水赤铁矿等。 黄土的化学成分以SiO2占优势，其次为Al2O3 、CaO，再次为Fe2O3、MgO、K2O 、Na2O、FeO、ΤiO2和MnO等。 黄土是指原生黄土，即主要由风力作用形成的均一土体；黄土状沉积是指经过流水改造的---次生黄土。 8、米兰科维奇理论 20世纪20-30年代，南斯拉夫米兰科维奇提出，地球轨道形态变化导致北半球高纬度地区夏半年日射率发生周期性的变化，是引起冰期-间冰期变化的主要因素。 9、新仙女木事件 这一事件大约发生在距今12800年时，在此之前地球处于温暖的间冰期。新仙女木事件发生非常突然，但是至今仍未有足够的证据证明其发生的原因。比较流行的假说是彗星撞击地球导致温度下降。“仙女木”是寒冷气候的标志植物，因此，用来命名北欧地区出现的寒冷事件，“新仙女木”的“新”表示末次冰期的最后一次寒冷事件，约出现于12.5kaBP—11.5kaBP。“新仙女木”事件是一个气候寒冷时期，持续约千年。开始时气温迅速下降，结束时气温又迅速上升，而降温及升温的时间只有几十年甚至十年，因此称为气候突变。 10.厄尔尼诺 主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖，使整个世
碳同位素分析
二里头遗址出土陶容器内残余物的碳同位素分析 赵春燕赵海涛陈国梁许宏 （北京，王府井大街27号，中国社会科学院考古研究所，100710） 摘要：考古出土陶容器内残余物的分析与鉴别对于探讨古代人类饮食结构、生存状况及周围环境等问题具有特别重要的意义.依据残余物的碳同位素分析可以区分食物的种类，因而碳同位素分析是最重要的方法之一. 对二里头遗址出土的11份陶容器内残余物进行的碳同位素分析结果表明，二里头遗址居民食物中兼具C3类和C4类植物，而且，C4类植物也就是粟的比例可能更高一些。 关键词：二里头遗址，残余物，碳同位素 考古出土陶容器内残物的分析与鉴别对于探讨古代人类饮食结构、生存状况及周围环境等问题具有特别重要的意义。人类在学会制作陶器以后,生活方式发生了质的改变。蒸煮等烹调方式的使用改善了古人类的生活,使得人类对动植物的利用更加充分,吸收更多的营养,身体更加健康。因而,了解古代人类烹饪方式的发生、发展的历史也就是了解人类自身文明发展的历史。一般而言,了解古代人类饮食结构及生存状况所涉及的研究对象主要可以分为两个方面：一是被研究的主体-人类本身，包括对人类骨骼和牙齿遗存的研究；二是人类食用的对象，包括考古遗址中发现的动植物的遗存研究等等。但出土器物中发现的残余物的分析研究，可以帮助考古学家获得更多的不可见的动植物利用信息。 残余物的分析方法比较多, 根据残余物的状态不同相应有不同的方法.其中,碳、氮同位素分析是最重要的方法之一。依据残余物的碳同位素分析可以区分食物的种类。其原理并不复杂: 植物是通过光合作用将空气中的二氧化碳转化为植物组织。到目前为止所发现的光合作用的途径主要三种。一是卡尔文途径。因为它的最初产物是3-磷酸酰甘油酸（3-PGA），这是一种含三个碳原子的化合物，所以又称为C3途径,遵循 C3光合作用途径的一类植物称为C3植物。温和湿润环境下生长的大部分植物都属于C3植物,例如各种乔木、灌木和大部分禾本科的植物。二是哈-斯途径。这种途径的最初产物是含四个碳原子的化合物-草酰乙酸,所以遵循哈-斯光合作用途径的一类植物称为C4植物。 C4植物包括玉米、粟、甘蔗等旱暖开放环境中生长的某些草类。三是少数多汁植物如菠箩、甜菜等所遵循的称为CAM的光合作用途径[1、2]。 自然界的植物因光合作用的途径不同，而导致了最初产物的不同。而不同的最初产物的植物间碳同位素组成是有差别的,可以用δ13C值定量表示。通过对自然界数百种不同科、属、种的植物的研究发现，C3类植物如稻米、小麦、豆类等，其δ13C值范围为 -23‰～-30‰，平均值为-26‰。C4类植物，如玉米、小米、高粱、甘蔗等，δ13C值范围为–8～-14‰，平均值为-11‰。CAM类植物如菠萝、甜菜等，δ13C值范围为–12‰～-23‰，平均值为-17‰。豆科植物可以直接从空气固氮，其δ15N值约为0~1‰；非豆科植物利用土壤中的氮，δ15N 值平均为3~4‰。这些研究结果给后来的研究提供了直接的对比标准。对于出土残余物而言，因炭化过的植物残骸不会再受土壤微生物的影响而改变，一般认为碳氮同位素不会发生分
同位素地球化学作业-孙文龙
同位素地球化学作业 姓名：孙文龙学号：2014110877 三、画出Sr-Nd同位素相关图，并在上面标注出DMM、HIMU、EM1、EM2、上地壳、下地壳、GLOSS（全球大洋平均沉积物）的范围。
四、画出Pb-Pb等值线。 (206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+(238U/204Pb)(eλ1t-1) (1) (207Pb/204Pb)=(207Pb/204Pb)0+(235U/204Pb)(eλ2t-1) (2) 并235U/ 238U=1/137.88 (3) 又λ1=0.155125；λ2=0.984850；μ＝238U/204Pb；μ/137.88＝235U/204Pb；t=0-4.3Ga，t max=4.3Ga；(207Pb/204Pb)0=10.294； (206Pb/204Pb)0=9.307；M=0.5 (4) 有(206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+μ(eλ1tmax-1)- μ(eλ1t-1) (5) (207Pb/204Pb)=(207Pb/204Pb)0+μ/137.88 (eλ2 tmax -1)- μ/137.88 (eλ2t-1) (6) 设μ=8、9、10
五、画出谐和曲线。 答：根据(206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+(238U/204Pb)(eλ1t-1) (1) (207Pb/204Pb)=(207Pb/204Pb)0+(235U/204Pb)(eλ2t-1) (2) 可以改写为：206Pb*/238U=eλ1t-1 ；207Pb*/235U=eλ2t-1;λ1=0.155125；λ2=0.98485 样品中206Pb*/238U和207Pb*/235U比值只是时间t的函数，对于一个给定的年龄值，可得出相对应的206Pb*/238U和207Pb*/235U比值。因此，通过选取不同的年龄t，求出一条理论曲线，该曲线称为谐和曲线。
碳同位素组成特征
塔中地区晚寒武—奥陶世碳酸盐岩δ13C同位素组成特征 朱金富于炳松黄文辉初广震吕国 （中国地质大学北京100083） 摘要通过研究、分析塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系海相碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征，分析和探讨了影响塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩碳同位素变化的原因。结果表明，寒武-奥陶系海相碳酸盐岩的碳同位素的变化可能与海平面变化有密切联系，在晚寒武世至早奥陶世晚期为一海退期，有机质产率及有机碳埋藏速率的下降导致了碳酸盐岩δ13C 值的降低；而在早奥陶晚期-中奥陶世为一海侵期，有机质产率及有机碳埋藏速率的增加导致了碳酸盐岩δ13C值的增高；晚寒武世至早奥陶世海水中的硫酸盐含量高,硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化,从而导致碳酸盐岩δ13C值降低。 关键词寒武-奥陶系碳酸盐岩碳同位素海平面变化硫酸盐 第一作者简介：朱金富，男，1978年生，中国地质大学（北京）在读博士，研究方向：含油气盆地沉积学 碳氧稳定同位素是解释碳酸盐岩成因的一种重要的地球化学标志。同时，碳、氧同位素分析是古环境研究中常用的一种手段，它在恢复水体的古温度、古盐度和研究沉积物成岩作用等方面已得到了广泛的应用。近年来，有关碳氧同位素与海平面变换的关系的研究备受关 注（彭苏萍等，2002年；邵龙义，1999年；李儒峰,刘本培，1996年；刘传联，1998年等）。本文通过对塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩中碳同位素的分析，探讨了 碳同位素与沉积环境、相对海平面变化及硫酸盐含量的关系。 塔中低凸起位于塔里木盆地中部，北与满加尔凹陷、南与塘古孜巴斯凹陷、西与巴楚低凸起、东与塔东低凸起相接。东西长约300km，南北宽约160km，面积约4.8ⅹ104km2(图1所示)。它分为塔中?号断裂构造带、塔中北坡及中央垄断垒带三个构造单元。塔中地区地层发育比较齐全，除了缺失侏罗系和大面积缺失震旦系外，寒武系至古-新近系均有分布。
海洋地质调查
海洋地质调查 九 119 2 016年总体进展顺利，取得了一系列丰硕成果。1∶25万海洋区域地质调查为三 亚新机场建设提供重要地质依据；高取心率钻孔精细厘定东海外陆架晚第四纪地层框架；海陆统筹综合地质调查助推海岸带协同发展；围绕舟山绿色石化基地等重大工程，开展浅层气相关地质灾害影响评估；海岸带综合地质调查提高了重大工程建设保障能力；建成多个海岸带地质环境监测示范区；南黄海科学钻探CSDP-2井揭示前新生代海相地层并发现油气显示；圈定东沙中生代13个有利圈闭构造及 西沙海槽盆地5个重点构造；神狐海域新发现高饱和度、高渗透率水合物储层；冷泉探测发现目前我国海域发现规模最大的冷泉羽流；发现“海马”冷泉生态系统复杂，历史甲烷渗漏量大；“高富强”地震勘查新技术落实了调查参数井井位；创新形成了天然气水合物试采技术体系；初步建成天然气水合物数据集成及共享服务平台；整合推出海洋地质新数据并提供服务；海洋地质数据成果三维展示提升海洋地质信息服务水平。
中国地质调查新进展(2016) 1∶25万海洋区域地质调查 为三亚新机场建设提供重要 地质依据 1∶25万乐东幅海洋区域地质调查开展了以多波束水深测量、单道地震、浅层剖面、侧扫声呐、重力、磁力、地质取样、地质浅钻等为主的综合地质与地球物理调查，初步查明图幅海底地形地貌、底质类型、地层结构、地质构造和地质灾害等特征，调查成果为“21世纪海上丝绸之路”海上合作战略支点之一的三亚新机场选址建设提供了关键地质依据，该成果正在提交给海南省人民政府。 发现大面积砂质沉积物。多波束调查显示，区内45m以浅区域海底表层沉积物主要为松散砂，由岸向外沉积物粒度变细，发育潮流冲刷槽、潮流沙脊和海底沙坡三种地貌类型。圈定表层砂质沉积物2429km2，位于新机场选址西北方向80km。通过HDQ2钻孔发现，纵向上发育四层砂，初步判断该砂质沉积物能满足新机场填海用砂需求。 新机场选址附近海域发育古河道。调查发现，在三亚新机场建址附近有两条古河道：全新世古河道A，距离机场建址1.8km，宽度约1.8km、深约14m；早中更新世古河道B：距离机场建址8km，宽度约0.8km、深约 10m。 海洋基础地质调查 （一） 1∶25万乐东幅海洋区域地质 古河道中以粗碎屑 沉积物为主，孔隙 度大、有较强的渗 透性，与古河道以 外的沉积物具有较 大的物性差异。在 上覆荷载下容易形 成局部塌陷，在外 力作用下容易引起 层间滑动，造成基 底不稳定，从而对 机场所在的海床稳 定性具有较大的安 全隐患。 120
稳定同位素技术的发展及其应用
核技术与核安全课程作业 稳 定 同 位 素 技 术 的 发 展 及 其 应 用
原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们处在周期表上的同一位置，可分为稳定性同位素和放射性同位素。放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。而不具有放射性的同位素称为稳定同位素，其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现它们能够自发衰变形成其他同位素。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有270余种。有的元素由很多的稳定同位素组成，如第50号元素锡含有10个稳定同位素；而有的稳定同位素却仅仅只有一个稳定同位素，如元素氟、钠等。 稳定同位素较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点，在地质、生态、医药、农业等领域研究中得到广泛应用。 1.稳定同位素技术的发展过程 稳定同位素的发现比放射性同位素要晚一些，1912年汤姆孙用电磁分析器（近代质谱计的雏形）才第一次确定了氖-20和氖-22的存在；1927年发现了氧的稳定同位素O 17和O 18 ；1932年发现了重氢（D ）。1936年尤里等用精馏法从水中富集了O 18，随后又用化学交换法富集了Li 8，C 13，N 15和S 34，不但证实了早年发表过的有关分离的计算理论，同时也发现了化学交换法对大量分离轻同位素很合适的。与此同时也采取了几种物理方法分离了若干种同位素。 在1930-1941年期间稳定同位素分离还处于探索阶段，此时尚无工业规模的生产，少量分离物只是提供研究同位素本身的核性质以及作为示踪原子用。到20世纪50年代后期，由于科学技术的进步及稳定同位素特殊性质的逐步显示，才使之得以迅速发展。我国稳定同位素的研制工作起步于50年代中，60年代首先在农业上获得应用。之后，在医药学中的应用也取得初步成果。目前，我国已有一支稳定同位素的研究、生产机应用的技术队伍，个别产品进入了国际市场。 2.稳定同位素分析技术 稳定同位素分析是分离研究、生产和应用的前提，它是稳定同位素科学技术中不可缺少的组成部分。其中最重要的方法是质谱分析，它用于同位素分析已有70年历史，是经典、常用，准确的方法，适用于各种元素同位素质量和浓度测定以及物质成分和结构分析。近来在样品引入、离子源、分析器以及检出系统等四个主要方面都有重大的改进。在样品引入部分加上气相色谱，构成色质联用仪器，可以分析复杂混合物样品而不必转化为简单气体。此外，现在又出现高压液相色谱与质谱联用的更新技术。在离子化方面出现了许多新型离子化型式，如化学离子化，在离子源中产生的离子基本上是分子离子，谱线要比普通的电子轰击离子化单纯得多，大大提高了检测灵敏度。又如场致离子化和场解吸离子化，它们都是不直接轰击样品分子，是一种软离子化技术，不出现离子碎片，基本上没有同位素效应的干扰问题，可以直接分析多成分的混合物样品，而且不必像GC-MS 那样需要引入适合于气相色谱的诱导体，所以操作更为简单。这对多重标记物的分析十分有利，能测定稀释了一百万倍的样品，最小检测量可低到fs(1510 g)。此外，还有激光离子化、大气压离子化和多点场离子化等。在分析器方面，除了磁场偏转形式外，还有一种简便的四重极质量过滤器，它是用四根圆棒电极(最好是双曲线断面型式)代替了笨重的磁铁。对角线上两根电极互成一对，分别加上高