同位素技术在地理学中的应用
环境微生物的同位素标记技术
环境微生物的同位素标记技术环境微生物是指分布在各种环境中的微生物，如土壤、水体及空气等媒介中的微生物。
这些微生物在生态系统中具有非常重要的作用，如有助于土壤形成、气候调节、营养循环等。
然而，由于环境因素的复杂性以及微生物数量的巨大性，对于环境微生物的研究一直面临着诸多的技术挑战。
其中，同位素标记技术是一种非常重要的技术手段。
本文将从此方面对环境微生物的研究进行探讨。
同位素的基本概念同位素是指具有相同原子核质量数，但质子数不同的同种元素，其存在形式有稳定同位素和放射性同位素两种。
目前，广泛使用的同位素为稳定同位素，对于环境微生物研究也主要采用稳定同位素。
同位素标记技术同位素标记技术是将稳定同位素标记在生物分子或物质中，通过对分子或物质的同位素含量进行分析，来研究不同生物之间或同一生物在不同环境下的代谢过程、稳定同位素分馏等生物过程。
同位素标记技术主要有以下几种。
1.稳定同位素示踪技术稳定同位素示踪技术是将稳定同位素标记在生物分子或物质中，通过对其同位素含量的变化来研究生物体内代谢、能量转移、生物量变化等生物过程。
该技术应用广泛，包括对环境微生物的代谢过程研究。
以氮同位素为例，氮同位素含量变化可以反映生物体内氮的代谢过程，如氮稳定同位素（N）含量较低的物种一般是以固氮作为主要的氮源，而含量较高的物种则往往是以土壤中的无机氮为氮源。
同时，通过观察物种在不同环境中的氮同位素含量变化，也能研究其进化或繁殖方式、生活史和生物地理学等方面。
2.稳定同位素分馏技术稳定同位素分馏技术是指利用同位素的质谱不同以及生物体内的稳定同位素分馏过程，来研究不同生物之间或同一生物在不同环境下的生态学习性质。
该技术主要用于环境微生物的研究中。
以碳同位素为例，美国科学家Ellis等人通过在陆地和海洋样品中测量古菌和细菌的碳同位素含量，发现两者在碳同位素中的分离程度相差很大，表明两者普遍存在于不同的生物群落中。
这表明通过稳定同位素分馏技术可以更好地了解环境微生物对生态学系统的影响。
锂同位素地球化学研究新进展研究
锂同位素地球化学研究新进展研究摘要：锂（Li）属碱金属元素，与镁离子半径相近（在四面配位体中Li+与Mg2+半径相差0.02Å）、地球化学行为相似，聚酯在矿物晶体中的镁，在不同的岩石和相应的大气材料中广泛分布，因为具有很强的氧相容性，且锂在流体相关的地球化学过程中具有很高的活性，在地质流体(如岩浆、热液)中可以达到一定程度，锂的水层等同位素相对较弱，在自然环境中，这是同位素变化的基本要素，在储存和迁移过程中不受环境氧化还原条件的影响，因此可以观察到许多地质实践。
本文对锂同位素地球化学研究新进展进行分析，以供参考。
关键词：锂同位素；分馏机制；成矿机制引言锂(Li)是周期表的第一个主要族中最轻的金属，具有较高的热容、较高的电离能和碱性元素，在陶瓷、布线、冶金、医疗、光学和其他领域中使用的锂沸点在过去20年中已成为战略性新兴矿物的重要来源，而新型锂能源电池的制造主要来自岩浆，三氧化二锂透明度已成为锂的主要来源，卤水型锂矿可进一步分为盐湖卤水型和深层地下卤水型锂矿，世界上主要的卤水型锂矿包括美国的西尔斯湖、索尔顿海湖盐湖卤水和克莱顿峡谷地下卤水、玻利维亚的乌尤尼盐湖、智利的阿塔卡玛盐湖、阿根廷的翁布雷穆埃尔托盐湖、澳大利亚盐湖以及中国西藏的扎布耶和当雄错盐湖、青海的察尔汗和台吉乃尔盐湖。
1锂同位素概述1.1锂同位素的基本性质锂是连续3号碱金属，是稳定同位素家族中较轻的元素，具有两种稳定同位素:6Li和7Li，它们在自然界中具有7.5%的丰富元素，92.5%的锂具有特殊的地球化学性质1)锂离子半径(760.59×10-10m)与镁离子半径(760.57×10-10m)相近，因此在矿物晶体结构中，Li+通常被mg2 +，类似于2)锂元素在部分熔融和熔岩晶体中是不相容的元素因此，它可以在地幔和地壳之间扩展，并且在地壳3中更丰富)锂在与流体相关的许多过程中非常活跃，如贝壳侵蚀、板块俯冲等，并且在这种情况下会发生大的同位素分裂()(6li和7Li的锂同位素质量都很高(约16.7%)，这使得同位素的大量分布对不同的地质作用产生了良好的地球化学痕迹。
地层时代——精选推荐
地质年代研究地球及地壳的发展演化历史是地质学的重要任务之一。
在长达46亿年的漫长地质历史中，地球上经历了一系列的地质事件，如生物的大规模兴盛与灭绝、强烈的构造运动、岩浆活动、海陆变迁等。
地球的发展演变历史正是由这些地质事件所构成的。
所以，要研究地球或地壳的历史，其中最重要、最基础的工作是必须确定这些地质事件的发生年代。
地质年代（geologic time）就是指地球上各种地质事件发生的时代。
它包含两方面含义：其一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；其二是指各地质事件发生的距今年龄，由于主要是运用同位素技术，称为同位素地质年龄。
这两方面结合，才构成对地质事件及地球、地壳演变时代的完整认识，地质年代表正是在此基础上建立起来的。
一、相对地质年代的确定岩石是地质历史演化的产物，也是地质历史的记录者，无论是生物演变历史、构造运动历史、古地理变迁历史等都会在岩石中打下自己的烙印。
因此，研究地质年代必须研究岩石中所包含的年代信息。
确定岩石的相对地质年代的方法通常是依靠下述三条准则。
（一）地层层序律地质历史上某一时代形成的层状岩石称为地层（stratum）。
它主要包括沉积岩、火山岩以及由它们经受一定变质的浅变质岩。
这种层状岩石最初一般是以逐层堆积或沉积的方式形成的，所以，地层形成时的原始产状一般是水平的或近于水平的，并且总是先形成的老地层在下面，后形成的新地层盖在上面，这种正常的地层叠置关系称为地层层序律。
它是确定同一地区地层相对地质年代的基本方法。
当地层因构造运动发生倾斜但未倒转时，地层层序律仍然适用，这时倾斜面以上的地层新，倾斜面以下的地层老。
当地层经剧烈的构造运动，层序发生倒转时，上下关系则正好颠倒。
（二）化石层序律地层层序律只能确定同一地区相互叠置在一起的地层的新老关系，要对比不同地区的地层之间的新老关系时就显得无能为力了，这时，地质学上常常利用保存在地层中的生物化石来确定。
地质历史上的生物称为古生物，化石（fossil）是保存在地层中的古代生物遗体和遗迹，它们一般被钙质、硅质等充填或交代（石化）。
同位素分析在地质学中的应用
同位素分析在地质学中的应用地质学是研究地球的历史及其进化过程的科学。
为了更好地了解地球的演化历史，同位素分析成为了地质学中一项重要的研究工具。
同位素分析通过测量地质样品中不同同位素的相对丰度，揭示了地球物质的起源、演化及地质过程的时间尺度等重要信息。
本文将着重介绍同位素分析在地质学中的应用。
同位素是同一种元素的不同原子，其核外电子数相同，而质子数和中子数则不同。
同位素之间的质量差异导致了相对丰度的差异，这使得同位素分析成为一种强大的地质学工具。
同位素分析涵盖了各个地质学领域，包括岩石学、地球化学、古生物学以及古气候学等。
在岩石学领域，同位素分析广泛应用于岩浆岩和变质岩的起源研究。
例如，同位素分析可以确定岩石来源的地幔或地壳成分，帮助揭示地球物质的来源。
此外，同位素分析还可用于追踪岩浆岩和变质岩的演化历史，帮助研究岩石的形成过程和变质作用的温度压力条件。
通过测量同位素在不同地质时期的相对丰度，地质学家能够重建地壳的演化历史，了解大陆生长的机制和速率。
地球化学是研究地球化学元素的分布、迁移和转化的学科。
同位素分析在地球化学中的应用广泛涉及元素的地球循环与环境演变。
例如，同位素分析可以用于研究岩石矿物中稀有元素的迁移与富集过程，帮助探索大规模矿床的形成机制。
同位素分析还可用于追踪和区分不同水体的来源和地下水流动路径，提供地下水资源管理和环境工程的依据。
古生物学是研究古代生物和古生物群群落的学科。
同位素分析在古生物学中发挥着重要的作用，特别是在古生态学和古生物地理学研究中。
同位素分析可通过分析古生物体内的同位素组成揭示古生态系统的结构和功能。
例如，碳同位素分析可用于推断古代生物的营养途径和生态位，帮助恢复古生物群落的组成和演化。
氧同位素分析可用于重建古气候变化，揭示地球历史上的气候事件和环境演变。
古气候学是研究地球历史上气候变化的学科。
同位素分析在古气候学研究中具有独特的优势。
通过测定古代大气和水体中的同位素比值，可以推断古气候条件下的水文循环和降水来源。
氮氧同位素溯源-概念解析以及定义
氮氧同位素溯源-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述氮氧同位素溯源是一种利用氮和氧同位素分析物质来源和演化历史的方法。
氮和氧同位素是自然界中广泛存在的同位素，在地球上的各个环境中都有独特的分布规律和变化趋势。
通过测量样品中氮和氧同位素的相对丰度，可以揭示样品的地理来源、环境演化过程、生命活动等信息。
氮氧同位素溯源的应用范围非常广泛。
在地质科学领域，它被广泛应用于石油勘探、岩石学研究等方面。
在环境科学领域，它常被用于水循环研究、大气污染物来源分析等方面。
在生物学领域，氮氧同位素溯源可以用于食物链研究、动植物迁徙研究等。
此外，氮氧同位素溯源还被广泛应用于考古学、气候变化研究等领域。
氮氧同位素溯源的原理基于同位素地球化学和物质循环的基本原理。
不同来源的物质或过程会导致同位素组成的差异。
通过测量样品中氮和氧同位素的相对丰度，并与已知样品进行对比，可以确定样品的来源和演化历史。
同时，氮和氧同位素在自然界中的分布规律也可以帮助我们解读地质、环境、生物等系统中的复杂过程。
尽管氮氧同位素溯源具有很多潜在的优势，但也存在一些限制因素。
首先，样品的准备过程可能影响同位素的测量结果。
其次，同位素分析设备和技术的限制可能限制了溯源的精度和分辨率。
此外，同位素分布在时间和空间上的变化也会对溯源结果造成一定的影响。
总的来说，氮氧同位素溯源是一种有效的方法，可以帮助我们揭示物质的来源和演化历史。
随着技术的发展和应用的深入，氮氧同位素溯源在各个领域的应用前景将会更加广阔。
文章结构：本文将分为引言、正文和结论三个部分，具体结构如下：1. 引言1.1 概述本部分将介绍氮氧同位素溯源的背景和意义，以及该技术在环境科学、地质学、生物学等领域的广泛应用。
1.2 文章结构本部分将详细介绍文章的整体结构和各个章节内容，让读者了解整篇文章的组织方式。
1.3 目的本部分将明确文章的研究目的和意图，以及希望通过本文传递给读者的核心信息。
1.4 总结本部分将简要概括引言部分的内容，并为下个部分的正文做一个过渡。
同位素水文地质学
同位素水文地质学同位素水文地质学是研究地下水的同位素特征和其在地质和水文过程中的应用的学科。
同位素水文地质学的研究对于理解地下水系统的起源、补给和流动方式以及水资源管理具有重要意义。
背景和定义同位素水文地质学是地理学、地球化学和水文学交叉的学科，利用同位素的比例和分布特征来研究地下水的起源、水文动态以及水文地质过程。
同位素可以是地球自然界中存在的稳定同位素（如氢同位素、氧同位素、碳同位素等）或放射性同位素（如放射性碳-14、放射性锶-90等）。
地质学和水文学的重要性同位素水文地质学在地质学和水文学领域中发挥着重要的作用。
在地质学中，通过分析同位素特征，可以推断地下水体的来源、年龄及其受到的影响。
同位素水文地质学也可以用于研究水文过程，如水循环、水体补给、地下水的流动路径以及地下水与地表水之间的相互作用。
总之，同位素水文地质学在地质学和水文学的研究中具有重要的地位，为我们深入理解地下水体的形成和运动提供了有力的工具和方法。
同位素示踪技术是一种常用于水文地质研究的方法，它能够通过测量水中不同同位素的比例来揭示水文地质过程和水体来源。
同位素示踪技术主要包括同位素稳定性示踪和同位素放射性示踪。
同位素稳定性示踪同位素稳定性示踪是通过测量水体中不同同位素的稳定性同位素比例变化来推断水文地质过程。
稳定性同位素是指在天然环境中相对稳定的同位素，如氢（D/H）、氧（18O/16O）和碳（13C/12C）等。
这些同位素在水文地质中的应用广泛，能够揭示水的源地、水体的混合和水体的循环过程。
例如，氢同位素（D/H）可以用于确定水体的来源和补给方式。
氧同位素（18O/16O）常用于研究地下水与地表水之间的相互作用和补给关系。
碳同位素（13C/12C）则可以用于探究有机污染物的来源和迁移途径。
同位素放射性示踪同位素放射性示踪是利用放射性同位素分析方法来研究水文地质问题。
放射性同位素主要包括碳-14和氚等。
放射性同位素的测量可以揭示水体的循环速率、补给方式以及水体演化的时间尺度。
初中地理同位素知识点总结
初中地理同位素知识点总结同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的同一元素的不同种类。
地理上的同位素主要应用在石油、矿产、环境、气候等领域，通过同位素的测定可以探究地球演化、地质过程、自然界的功能等。
一、同位素的定义和基本知识1. 同位素的概念：同位素是指具有相同原子序数（即原子核中质子的数目相等）但质量数不同（即原子核中质子与中子的总数不同）的同一元素的不同种类。
例如，氢的同位素有氘（质量数为2）和氚（质量数为3）。
2. 同位素的命名：同位素的命名以元素符号后加上质量数来表示，如氧的三个同位素分别为氧-16、氧-17和氧-18。
3. 同位素的相对丰度：地球上不同同位素的相对丰度是可以测定的。
例如，自然界中碳元素主要存在于两种同位素形式，碳-12（约占98.9%）和碳-13（约占1.1%）。
4. 同位素的稳定性和放射性：同位素可分为稳定同位素和放射性同位素两类。
稳定同位素指在地球上存在时间极长，可以长期稳定存在的同位素，如氢-1、氧-16等；放射性同位素指存在于地球上时间较短，通过自发核变而释放掉额外粒子和能量的同位素，如铀-235、铀-238等。
二、同位素在地质研究中的应用1. 同位素年代学：同位素年代学是地质学中常用的一种年代测定方法。
通过测定岩石或化石中的同位素含量，可以推断它们的年代。
例如，锆石中含有稳定的铀同位素和放射性的铅同位素，测量二者的相对丰度可以确定锆石的年龄。
2. 同位素地球化学：同位素地球化学研究地球上各个部分同位素的分布、转化和迁移，探究地球演化过程中的地质作用和环境变化。
例如，通过测量大气中氡同位素的含量，可以研究大气对氡同位素的吸附和释放过程。
3. 同位素地貌学：同位素地貌学研究地貌形成机制、历史演变和现代地理过程，利用同位素测定土壤、矿物、水体等中的同位素含量。
例如，通过测量河流水体中氧同位素的含量，可以揭示水文循环的过程和特点。
三、同位素在环境科学中的应用1. 同位素示踪技术：同位素示踪技术是环境科学研究中常用的一种方法，通过标记特定同位素来追踪和分析物质在环境中的迁移、转化和作用过程。
地质学研究的重要工具与技术
地质学研究的重要工具与技术地质学作为研究地球和地球内部结构、成分以及地球表面特征的学科，需要依靠先进的工具和技术来获取准确的数据和信息。
在地质学研究中，有许多重要的工具和技术被广泛应用，对地质学领域的研究和发展起到了至关重要的作用。
1. 地震仪：地震仪是地震学中最重要的工具之一。
它能够检测到地震波传播的路径、速度以及能量等信息。
地震仪通过记录地震波在地球内部的传播情况，帮助科学家们研究地球的内部结构和地壳运动。
地震仪不仅在地震监测和预警中起着重要的作用，也在勘探矿产资源和寻找地下水资源等方面具有广泛的应用。
2. 卫星遥感技术：卫星遥感技术利用遥感卫星获取地球表面的影像和数据，为地质学研究提供了重要的信息来源。
通过卫星遥感技术，可以获得大范围、高分辨率的地表影像，并通过图像解译和数字化处理，揭示地球表面的地貌、地貌演变、地质构造等信息。
卫星遥感技术广泛应用于地质灾害监测、地质资源勘查和环境保护等领域。
3. 光谱仪：光谱仪是地质学领域中用于矿物和岩石成分分析的重要仪器。
通过测量物质在不同波长的光线下的吸收和反射特性，可以确定矿物和岩石的成分和性质。
光谱仪广泛应用于矿产资源勘探、地质构造研究和岩石鉴定等方面，为地质学家提供了有力的工具。
4. 地电法：地电法是一种通过测量地下电阻率变化来研究地下结构的方法。
地电法利用地下介质对电流的导电特性，测量地下的电阻率分布，从而推测地下的地质结构和地下水分布。
地电法被广泛应用于勘探矿产资源、寻找地下水资源以及地质灾害预测等方面。
5. 同位素地质学：同位素地质学利用自然界中存在的各种同位素对地质岩石和过程进行研究。
通过测量岩石样品中同位素的比例，可以推断出岩石的年龄、地质过程的发生时间和地球系统的演化历史。
同位素地质学在研究古地理、古气候、古环境和古生物等方面具有重要的应用价值。
6. 遥感测井技术：遥感测井技术利用地震波和电磁波等方法，通过测量井内地球物理参数的变化来研究地下结构和岩石性质。
稳定同位素分析在环境科学中的应用
稳定同位素分析在环境科学中的应用稳定同位素分析是一种现代化的环境科学研究方法，它主要以分析环境中的稳定同位素含量来掌握环境的变化以及各种生态系统健康状况的信息，这一科学技术的应用包括地质学、气候学、生态学等领域。
本文针对稳定同位素分析在环境科学中的应用，做一些探讨。
起源和基本原理稳定同位素分析是根据化学元素中同位体的属性来进行分析。
同位素是原子核中拥有相同质量数的不同质子数的种类。
例如：碳元素存在两种稳定同位素，即碳12和碳13。
通常一个元素的同位素比例是稳定的，在大多数情况下，这个比例与元素的化学性质并没有太大的区别，因此，他们可以用来研究元素在不同过程中的状态。
例如稳定同位素分析可以研究雨水中含有多少氘、大气中二氧化碳的含量等等，从而研究出一些有关于气候、环境等信息。
稳定同位素分析中，测定各种元素中同位素的相对含量，可以通过质谱仪和其他方法实现，例如通过样品的转化后在质谱仪分析。
利用稳定同位素分析做环境污染监测环境污染是现代城市中所面临的共同挑战，为了有效对治这些环境问题，需要加强对污染物的检测和低污染物的标准。
稳定同位素分析在环境科学中的应用中，可以通过其细致的分析手段用于环境风险评估。
例如，可以将空气中微量元素的同位素含量与被污染土地的同位素含量相比较，确认土壤中是否存在有污染物。
在水生环境中，也能通过同位素测量来追踪水的流向和水中的污染物的变化，从而准确判断水质的变化和污染源并制定相应政策和行动规划。
同时，稳定同位素分析技术还能被应用到化学品分类工作中，例如可能使我们确定同一种化学培养基中的生物种类。
特别是在对废物处理过程中，比如废物填埋，应用稳定同位素分析技术可以被用来判断是否有污染这些填埋物。
生态系统健康分析自然生态系统中，稳定同位素分析技术能够被用来分析各种生物过程，例如物种对生态系统的影响，地理分布和直接观察可研究的生态系统的建设和维护。
为了了解生态系统的健康度以及生态系统是否能够适应环境变化，稳定同位素分析便显得非常可靠。
稳定同位素分析及其应用
稳定同位素分析及其应用稳定同位素分析（stable isotope analysis）是一种通过分析样本中同位素的相对丰度差别来揭示样本来源、食物链关系、生物地理学等信息的科学技术。
稳定同位素分析的研究领域非常广泛，涉及环境科学、生态学、地球科学、生物地球化学、气候学、生物学、考古学等多个领域。
稳定同位素的概念同位素（isotope）是指同一元素中，具有不同中子数的原子。
同位素具有相同的原子序数，也就是它们在元素周期表中的位置相同。
稳定同位素是指不衰变而使得同位素比例稳定的同位素。
例如，碳元素（carbon）有三种同位素，分别是C12、C13、C14。
其中C12是稳定的同位素，而C13则是半衰期非常长，不易衰变的同位素，C14则是半衰期很短，放射性同位素，因此常用C12和C13进行稳定同位素分析。
稳定同位素的分析方法稳定同位素分析方法主要包括同位素比值质谱法（isotope ratio mass spectrometry, IRMS）、气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和液相色谱-质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）等。
同位素比值质谱法是一种较为常用的方法，主要是通过质谱仪对两种同位素之间的相对丰度进行测量，在样品中寻找同位素的丰度比，通过测定样品与同位素标准之间的比值来得出研究对象中同位素相对丰度的百分比。
气相色谱-质谱和液相色谱-质谱方法则不同于同位素比值质谱法。
气相色谱-质谱和液相色谱-质谱方法通过先对样品中物质进行分离，然后测定物质中同位素分布的相对丰度。
这两种方法主要用于具有同位素标记的化合物，如碳、氢、氮等可检测同位素标记胺基酸、脂肪酸和葡萄糖分子等物质。
稳定同位素分析的应用稳定同位素分析已经被广泛地应用于环境科学、生态学、地球科学、考古学及食品行业等领域。
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120
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140
160
160
-12 -10 -8
-6
-4
-2
0 -90
-80
-70
-60
-50
-40
18O (per mil)
D (per mil)
夏玉米茎水的18O或D 土壤水的18O或D
120
140
160 地下水
土壤水中的18O 土壤水含量
-12 -10
-8
-6
-4
-2
0
18O (per mil)
某农田剖面的氧同位素观测数据
19
土壤水与地下水同位素特征
• 蒸发后的土壤水分和随后降水补给水分的 混合补给地下水。
湿润
蒸发线 干旱
20
同位素在径流分割中的应用
• 降水后径流成份组成示意图
δ15N（ ‰）
不同来源NO3－的δ15N和δ18O取值范围示意图
修改自Kendall(1998)、Xue et al.(2009)和Nestler et al. (2011)
34
15N, 18O在识别硝酸盐污染研究中的应用 • 研究实例
Li S., Liu C., Li J., Liu X., Chetelat B., Wang B., Wang F. Assessment of the Sources of Nitrate in the Changjiang River, China Using a Nitrogen and Oxygen Isotopic Approach. Environmental Science & Technology. 2010, 44(5): 1573-157835.
7
同位素含量的描述
• 同位素丰度
– 一种元素的各种同位素在原子中所占的百分比
称为同位素丰度
氢
氧
同位素
丰度（%）
同位素
丰度
1H
99.985
16O
99.757
氘 2H（D）
0.015
17O
0.038
氚 3H（T）
18O
0.205
8
同位素比率
• 同位素比率是一种元素的两种同位素丰度
之比
稀有同位素的丰度 R 丰富同位素的丰度
12
9.2 2H,18O在水循环研究中的应 用
• 2H(D),18O是水中的天然示踪剂
降水后水汽 18O：-13‰
降水 18O：-7‰
土壤 18O：-4‰
河流 18O：-5‰
水汽 18O：-10‰ 海洋 18O：0‰
蒸发及降水过程中 D与 18O是怎么变化的？
水中D与 18O有什么关系？
13
大气降水同位素特征
– 由于同位素质量不同，因此在物理、化学及生
物化学作用过程中，一种元素的不同同位素在
两种或两种以上物质(物相)之间的分配具有不
同的同位素比值的现象重同位素分子有较低的活
蒸发过程
动性：质量大的分子具有
较小的速度，与其他分子
1H1H16O 2H2H18O
的碰撞频率较小，这也就 是质量轻的分子反应速度
快的原因
2
R(H
2O)
[2 H1HO] [1 H2O]
13 R(CO2
)
[13 CO2 [12 CO2
] ]
18R(H
2O)
[H 218O] [H 216O)
18 R(CO2
)
[C18O16O] [C16O2 ]
9
千分差值δ
• 值是指样品中两种稳定同位素的比值相对
于标准样‰品同R位样素品 比R值标的准 千1分00之0偏差
水稻、小麦、大麦、玉米、高粱、甘蔗、菠萝 燕麦、黑麦、马铃 谷子 薯、甘薯、豆类、 茄果类、叶菜类
– 不同地理分布的植物存在不同的δ13C值
• 植物δ13C值还受土壤含水量、湿度、光照、温度和 大气CO2浓度等环境因子的影响
38
同位素在食物链中的传递
判断动物的营养级有什么意义？
39
同位素在食物链中的传递
同位素技术在水文地理学中的应用
1
课程目的
理解同位素技术的基本原理
了解同位素技术在地理学相关研究领域中的应用
启发思维，扩展看问题的角度
2
9.1 什么是同位素
• 核内质子数相同，所含中子数不同的一类 核素
– 在化学元素周期表中占据相同位置，它们具有 相同的核外电子排布结构，因而总的化学性质 相同，只是质量不同。
0.886
0.624 0.74 0.371 0.662 0.662 0.636
– 从以上资料可看出，大气降水的同位素组成与
当地气温的关系密切，且呈正相关变化，但不
同地区变化差异很大。
15
大气降水的同位素效应
• 纬度效应
– 从低纬度到高纬度，随着温度的降低，降水的 重同位素逐渐贫化
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大气降水的同位素效应
R标准
– 值能反映出样品同位素组成相对于标准样品的 变化方向和程度。如值为负值，表明样品中的 稀有元素比标准样品少，反之，表明样品中稀 有元素比标准样品多。
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常见同位素的标准样品
‰ R样品 R标准 1000
R标准
稀有同位素的丰度 R 丰富同位素的丰度
• 2H,18O
– 维也纳标准海洋水（VSMOW）。
• 全球大气降水线方程（GMWL）：δD=8δ18O+10 • 区域大气降水线方程（LMWL）
大气降水中δD和δ18O的富集或贫化与什么因素有关？
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大气降水的同位素效应
• 温度效应
地点
乌鲁木齐 包头 拉萨 石家庄 太原 张掖 兰州
平均气温 （℃） 7.66
12.69 13.6 13.87 14.53 15.89 17.21
-6
-4
-2
0 -90
-80
-70
-60
-50
-40
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0
0
20
20
40
40
60
60
80
80
深度 (cm)
100
100
120
120
140
140
160
160
-12 -10 -8
-6
-4
-2
0 -90
-80
-70
-60
-50
-40
0.0
0.1
0.2
同位素研究地下水补给主要应用于什么气候类型的地区？ 为什么？
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研究实例
陈建生等在Nature（2004）发表论文： Groundwater maintains dune landscape 利用氢氧稳定同位素分析，得到结论：中国西北阿拉善 高原的巴丹吉林沙漠下隐藏着大量的淡水资源，其与500 公里以外的祁连山冰川积雪之间，更存在着一条巨大的 “调水通道”——祁连山深大断裂。
• 农业合成氮肥 • 生活污水、人畜粪汁
如何识别硝酸 盐污染来源？
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15N, 18O在识别硝酸盐污染研究中的应用
δ18O（ ‰）
70
60
大气沉降中
50
NO － 3
40
30
化肥中
反硝化作用
20
NO －
3
10
化肥及大气
沉 降 中 NH+
土壤N
生 活 污 水 (人 畜 粪 汁 ）
0
4
-10 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35
15N, 18O在识别硝酸盐污染研究中的应用 • 研究实例
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15N, 18O在识别硝酸盐污染研究中的应用 • 研究实例
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9.4 13C,15N在生态系统中的研究 应用
• 不 O)同组区成域差植异C13物3C类：植中-2物2‰存~-3在0‰稳C13定4C类：植同-9物‰位~-14素‰ (HC13,ACM：C类-1,植0N‰物~,-30‰
• 在一定环境条件下, 动物组织δ15N值在相邻 营养级间差异(Δ δ15N)明显, 且比较恒定, 大 约为3.0‰~ 5.0‰
18O值 （‰）
-12.01
-8.48 -18.87 -7.95 -5.53
-6.8 -6.37
18O-t线性方程
相关系数
18O=0.417t-15.202
18O=0.181t-10.771 18O=0.667t-27.807 18O=0.121t-9.635 18O=0.008t-5.647
18O=0.54t-15.38 18O=0.327t-11.996
思考：随温度升高，同位素分馏程度如何变化？ 6
同位素示踪的基本原理
• 同位素分馏
– 实质：轻重同位素分子结合力的差异造成的分 子活性差异
– 自然界中的化学反应、蒸发作用、扩散作用、 吸附作用、生物化学反应都能引起同位素分馏 。
– 应用：经过同位素分馏作用，同一元素的同位 素在不同物质或同一物质的不同相态的轻重同 位素含量不同，为分析物理、化学及生物反应 提供了条件。
• 应用：测龄，示踪
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同位素分类
• 根据同位素来源
– 天然同位素
• 地理学中最常用的天然同位素是稳定同位素2H、18O 、15N、13C和放射性同位素3H、 14C；