Mg同位素的地球化学研究新进展
地球化学中的同位素研究及其应用
地球化学中的同位素研究及其应用地球化学是研究地球上各种化学现象和过程的科学学科。
同位素是元素具有相同的原子序数和化学性质，但质量数不同的不同种类的原子，其在地球化学研究中发挥着重要的作用。
本文将探讨地球化学中的同位素研究以及其在不同领域的应用。
一、同位素的定义和分类同位素是指具有相同原子序数（即原子核中质子的数量相同）但质量数（即原子核中质子和中子的数量之和）不同的原子。
同位素的存在使得地球化学研究可以根据元素的同位素组成来分析物质起源、演化和地球系统中的各种过程。
同位素一般可以分为稳定同位素和放射性同位素两类。
稳定同位素是指在地球化学研究中具有稳定存在状态的同位素，如氢的两种同位素氢-1和氢-2，氧的三种同位素氧-16、氧-17和氧-18。
放射性同位素是指具有不稳定存在状态的同位素，如铀系列的235U和238U以及镭系列的226Ra等。
二、地球化学中的同位素研究方法1. 同位素质谱法同位素质谱法是地球化学研究中常用的分析技术，它可以通过测量元素的同位素比例来获取有关地球物质起源和演化的信息。
该技术基于同位素质量分析仪器，可以对地球系统中的各种物质样品进行同位素组成的测定。
2. 同位素示踪法同位素示踪法是地球化学研究中常用的实验手段，它通过采集含有某种同位素标记的物质，并追踪其在地球系统中的传输和转化过程。
该方法可以帮助科学家们了解物质的迁移路径、生物地球化学循环等过程，为地球系统模型的构建和预测提供重要依据。
三、地球化学中的同位素研究应用1. 地质探测地球化学中的同位素研究可以用于地质探测，例如利用同位素示踪法可以追踪岩石中的放射性同位素衰变过程，从而确定岩石的年代和形成过程。
这对于研究地质构造、地壳运动以及矿床形成等具有重要意义。
2. 古气候研究同位素的组成可以反映地球气候变化的过程。
通过对冰川和海洋沉积物中的同位素比例进行分析，可以了解过去气候变化的规律和机制。
这对于预测未来气候变化趋势以及制定环境保护政策有重要意义。
稳定同位素地球化学研究进展
稳定同位素地球化学研究进展随着科学技术的进步，稳定同位素地球化学研究日益受到重视。
稳定同位素是某种元素的同位素，其原子核中的中子和质子的数量均相同，但质子数不确定。
与放射性同位素不同，稳定同位素不会衰变，因此能够在地球化学和生物地球化学等领域中广泛应用。
本文将从研究意义、研究方法、应用领域等方面进行探讨。
一、研究意义稳定同位素研究在地球科学、环境科学、生物地球化学等学科领域中有着重要的作用。
其中，稳定同位素地球化学的主要研究内容是掌握地球化学过程和环境演化的规律及机制。
例如，在构造地质学中，稳定同位素可以用于推测岩浆源区的成分和动力学过程；在古环境学中，稳定同位素可以用于重现气候变化和环境演化过程；在地球化学污染评价中，稳定同位素可以用于追踪污染物来源和迁移路径。
另外，在生物地球化学中，稳定同位素也发挥着重要的作用。
例如，在动物和植物的生物地球化学循环中，利用稳定同位素可以探究其食物链和生长状态；在微生物地球化学中，通过稳定同位素的应用，可以研究氮、硫、铁、碳等元素的循环和代谢规律。
综上，稳定同位素地球化学研究的意义在于提高对地球化学过程和环境演变规律的认识，为生态保护和资源管理提供科学依据。
二、研究方法稳定同位素研究主要依靠仪器分析技术和数据统计方法。
目前，应用最广泛的稳定同位素测量仪器为质谱仪，在气体、液体和固体样品的分析中均有广泛应用。
根据不同的研究对象和分析场合，稳定同位素分析方法有以下几种：1. 气体-稳定同位素分析法：适用于大气、水体、土壤及生物样品中的小分子有机化合物、气态元素、气体分子等的同位素分析。
2. 液体-稳定同位素分析法：适用于水体、沉积物、岩石、矿物等大分子有机化合物和元素化合物的同位素分析。
3. 固体-稳定同位素分析法：适用于岩石、矿物、古生物化石等固体样品中的元素同位素分析。
另外，数据统计方法也是稳定同位素研究的重要手段之一，例如稳定同位素分馏和稳定同位素混合模型等。
盐湖硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究进展
盐湖硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究进展盐湖硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究进展盐湖是一类独特的地质环境，以其丰富的地球化学元素和同位素组成而著名。
在盐湖研究中，硼、锂、锶和氯等元素同位素研究在现代地球科学中变得越来越重要。
本文将对盐湖硼、锂、锶和氯同位素地球化学研究的进展进行综述。
盐湖硼同位素地球化学研究的进展盐湖中硼同位素是独特的，同时还被广泛用于岩石圈和生物圈的研究。
硼同位素的成分和分布与年代、成因、大气环境和地质环境密切相关。
通过硼同位素研究，可以了解盐湖的成因、演化过程和地球系统的环境变化。
近年来，盐湖硼同位素的研究工作得到了很大的发展，主要有以下几个方面：1. 盐湖硼同位素地球化学的理论研究：针对盐湖硼同位素地球化学的特点，其物理化学性质和化学成分进行系统的探究和分析，为下一步研究提供了理论基础。
2. 盐湖硼同位素应用于环境和气候变化：硼同位素可以间接记录大气二氧化碳浓度、环境变化及过去气候变化的历史。
硼同位素在盐湖研究中的应用也在逐渐扩大，以探究地球系统的环境变化和气候变化过程。
3. 盐湖中硼同位素与盐生生物的研究：盐湖是一种充满活力和独特性的生态系统，硼同位素记录了盐湖中不同生物形态的进化和生态系统的形成及演化过程。
盐湖锂同位素地球化学研究的进展盐湖中的锂同位素是表征盐湖成因、演化和环境变化的重要指标。
锂同位素对环境变化、大气二氧化碳浓度和岩浆过程有很强的响应性，因此在盐湖研究中有着广泛的应用。
近年来，盐湖锂同位素的研究工作主要集中在以下几个方面：1. 盐湖锂同位素的分析方法：随着技术的发展，越来越多的研究者使用了新的分析方法，如热离子化质谱技术、电感耦合等离子体质谱技术等。
2. 盐湖锂同位素的地球化学特征和环境变化：研究表明，盐湖锂同位素组成和形成环境和历史、盐湖深度、微生物作用等因素都有关系。
因此，盐湖锂同位素在探究盐湖成因、演化和环境变化过程中具有重要意义。
盐湖锶同位素地球化学研究的进展盐湖中的锶同位素是记录盐湖成因、演化过程以及与其他构造单元的联系的重要指标。
镁同位素研究进展及在沉积地质学中的应用前景
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（ 资料来源 ：参考文献 ［］ ３ 柯珊等，２ １ ，有删改 ） ０１ 近年 来 ，随着 同位 素理论和 方法 的进步 ，分析技 术 的 成 熟 ， 已经可 以用 多接 收 电感耦 合等 离 子体质 谱 仪 （ ｃ Ｍ—
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７ ． ９ ， １． ０ 和 １． １Ⅲ。Ｍ 是 一 种 主 要 的造 岩 元 素 ，在 ８ ９ ％ ０ ｏ％ １ ０％ ｇ
随着地球 化学理 论的发 展和测 试手段 的进步 ，一些 新
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１ ）×１０ ００
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Mg同位素的地球化学研究新进展
稳定同位素分馏的根本原因是含不同同位素的分子具有不 同的零点振动能。随着温度的升高，不同分子之间零点振动能 的差异减小。理论上，当温度趋于无限高时，任何两相之间的 零点振动能的差异将趋于无限小，因此同位素分馏也将变得无 限小；而温度降低时，平衡同位素分馏程度则会逐步增大。因 此，低温水-岩交换过程可以产生显著的同位素分馏，而高温岩 浆过程中平衡同位素分馏往往很小。但是，高精度分析方法的 发展及对非传统稳定同位素的研究表明高温过程中也可能发生 显著的动力学同位素分馏，从而极大的推动了稳定同位素高温 分馏机制的研究及其示踪一系列高温地质过程的应用。
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一、高温Mg同位素分馏 1、平衡Mg同位素分馏
岩浆在部分熔融和结晶分异过程中Mg同位素组成没有显著变化的结 论得到了岩浆岩中共生含镁矿物之间Mg同位素组成研究的支持。对地幔 橄榄岩包体中共生的橄榄石、斜方辉石、单斜辉石的研究表明它们在现 有分析精度下具有一致的Mg同位素组成。对中国东部大别山中生代花岗 岩和花岗闪长岩中共生的黑云母和角闪石的系统研究也得出类似的结果, 这些研究表明在橄榄岩和花岗岩中共生的主要含Mg硅酸盐矿物之间都没 有显著的Mg 同位素分馏。 理论上,稳定同位素在不同共生矿物之间分配达到平衡时,同位素分馏 程度主要取决于该元素在不同矿物相中相应化学键的键长或键能的强度, 即重同位素相对富集在具有较短化学键( 相应具有较强键能) 的矿物中。 一般地, 键长决定了阳离子的配位数, 其次是阴离子(大多数情况下是O) 的配位数, 即键越长、配位数越高, 键能就越弱。因此, 具有低Mg 配位数 的矿物倾向于富集重的Mg同位素, 反之则富集轻的Mg同位素。在高温下 的几种主要硅酸盐矿物中, Mg的配位数都是6, 这决定了这些矿物之间的 平衡Mg同位素分馏很小。然而, 与Mg原子相连的氧原子在这些矿物中的 配位数是不同的, 从高到低顺序依次是橄榄石> 辉石> 角闪石> 黑云母。 由于具有较高的O配位数, 即弱的Mg-O 键键能, 因此当共生矿物间同位 素配分达到平衡时, 理论上, 橄榄石或角闪石就分别较共生的辉石和黑云 母富集轻的Mg同位素。
近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展
近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展一、本文概述在过去的十年中，我国非传统稳定同位素地球化学研究取得了显著的进展，不仅在理论探索上取得了重大突破，还在实际应用中发挥了重要作用。
非传统稳定同位素，如硼、锌、镁等同位素，在地球化学领域的应用逐渐受到重视，为研究地球物质循环、生态环境变化、气候变化等科学问题提供了新的视角和工具。
本文将对近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的进展进行全面的概述和梳理。
我们将介绍非传统稳定同位素地球化学的基本概念和研究意义，阐述其在地球科学研究中的重要性。
我们将从研究方法和技术手段的角度，介绍我国在这一领域取得的创新性成果和突破。
我们还将探讨非传统稳定同位素在地球化学各个分支领域中的应用，如地壳演化、地幔动力学、海洋化学、生物地球化学等，展示其在解决实际问题中的潜力和价值。
我们将总结近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的成果和经验，展望未来的研究方向和前景。
我们相信，随着科学技术的不断发展和研究方法的不断创新，非传统稳定同位素地球化学将在地球科学研究中发挥越来越重要的作用，为我国地球科学事业的发展做出更大的贡献。
二、非传统稳定同位素地球化学的理论基础与技术方法非传统稳定同位素地球化学作为地球科学的一个分支，主要研究非传统稳定同位素（如锂、镁、硅、铁等元素的同位素）在地球系统中的分布、行为及其变化，从而揭示地球的形成、演化及环境变迁等科学问题。
其理论基础主要建立在大质量分馏理论、同位素地球化学平衡及同位素分馏动力学之上。
大质量分馏理论是指同位素之间由于质量差异导致的物理和化学行为的差异，这是非传统稳定同位素研究的基础。
同位素地球化学平衡则是指在一定条件下，同位素之间达到动态平衡，其比值反映了地球化学过程的信息。
同位素分馏动力学则关注同位素分馏过程中速率的变化，为理解地球化学过程的机制提供了重要线索。
在技术方法上，非传统稳定同位素地球化学主要依赖于高精度的同位素分析技术，如多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）和二次离子质谱（SIMS）等。
洋壳蚀变过程中的镁同位素分馏机理研究进展
第49卷 第6期Vol.49, No.6, 591–6012020年11月GEOCHIMICANov., 2020收稿日期(Received): 2020-12-14; 改回日期(Revised): 2021-02-08; 接受日期(Accepted): 2021-03-03 基金项目: 云南省基础研究专项重点基金(202001BB050015)作者简介: 赵欢(1995–), 男, 硕士研究生, 地球化学专业。
E-mail: 1397509110@* 通讯作者(Corresponding author): WANG Xuan-Ce, E-mail: x.wang4@.au; Tel: +86-29-82339083Geochimica ▌ Vol. 49 ▌ No. 6 ▌ pp. 591–601▌ Nov., 2020洋壳蚀变过程中的镁同位素分馏机理研究进展赵 欢1, 王选策2*, 宫迎增2, 翟华烨2, 李劭杰2,雷 凯3, 田丽艳4, 庞崇进5(1. 长安大学 地球科学与资源学院, 陕西 西安 710054; 2. 云南大学 地球科学学院, 云南 昆明 650500; 3. 中国科学院 地质与地球物理研究所, 北京 100029; 4. 中国科学院 深海科学与工程研究所, 海南 三亚 572000; 5. 桂林理工大学 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室, 广西 桂林 541004)摘 要: 板块运动驱动的洋壳再循环一直被认为是造成地幔化学成分不均一的主要原因。
洋壳在从洋中脊形成到俯冲进入地幔的过程中, 持续遭受一系列蚀变改造。
这一过程不仅影响海水化学成分, 同时也会改变洋壳的化学组成, 尤其是一些易活泼元素及相应同位素体系的改变会更加显著。
洋壳蚀变造成的影响会通过洋壳俯冲再循环而传递到地幔, 进而影响到对地幔化学组成不均一性的认识。
镁(Mg)同位素是研究深部碳循环和壳幔物质相互作用的一个新兴示踪计, 已进入深部地幔的俯冲洋壳Mg 同位素组成有可能受高温岩浆过程、俯冲变质过程以及低温蚀变过程的影响。
镁同位素在“白云岩问题”研究中的应用及进展
镁同位素在“白云岩问题”研究中的应用及进展甯濛;黄康俊;沈冰【期刊名称】《岩石学报》【年(卷),期】2018(034)012【摘要】困扰几代地质学家的“白云岩问题”不仅是重要的基础地质问题,而且与油气勘探开发实践密切相关.传统岩石学、地球化学研究手段在白云岩成因研究中起了重要作用,但均不能对其形成过程及Mg离子来源提供很好的约束.作为一种新兴的非传统稳定同位素,镁(Mg)同位素已经在白云岩问题研究领域受到了广泛关注.随着Mg同位素地球化学体系研究的不断深入,目前已经积累了大量不同时代、不同类型白云岩的Mg同位素数据.此外,通过理论计算、模拟实验与实际观测等方法,对白云岩(石)形成过程中的Mg同位素分馏研究已取得较大进展,为Mg同位素在白云岩问题研究中的应用奠定了坚实的理论基础.理论计算、实验模拟和实际观测的Mg同位素分馏存在较大差异,造成这种差异的原因一方面可能是模拟或实际观测的Mg同位素分馏未达到平衡,另一方面可能是实际白云岩的形成过程与理论过程不同.由于直接根据Mg同位素值判断白云岩成因存在较大难度,基于典型的白云石化地质模式,最新的研究建立了两个Mg同位素地球化学数值模型(DAR模型、AF模型),用于模拟不同白云石化过程中的Mg同位素变化,可对白云石化过程及Mg离子来源进行定量-半定量研究.其中DAR模型用于模拟海水白云石化过程的Mg同位素地球化学特征,而AF模型用于模拟流动水体白云石化过程的Mg同位素地球化学特征.通过这两个模型可以示踪白云岩的Mg离子来源并区分不同白云石化过程.尽管目前已建立的Mg同位素地球化学模型总体框架正确,但在适用范围和参数设置等方面存在一定不足,仍需要在后期研究中不断完善.【总页数】19页(P3690-3708)【作者】甯濛;黄康俊;沈冰【作者单位】造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院,北京100871;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,西安710069;造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院,北京100871【正文语种】中文【中图分类】P588.245;P597.2【相关文献】1.镁同位素研究进展及在沉积地质学中的应用前景 [J], 张超2.激光显微取样技术在川东北飞仙关组鲕粒白云岩碳氧同位素特征研究中的应用[J], 罗平;苏立萍;罗忠;崔京钢;闫继红3.二元同位素测温技术r及其在白云岩储层成因研究中的应用r——以塔里木盆地中下寒武统为例 [J], 郑剑锋;李晋;季汉成;黄理力;胡安平;马明璇4.镁铁-超镁铁质层状岩体锆石原位Hf-O同位素研究新进展 [J], 袁超;Wang M X;Nebel O;Wang C Y5.氧、碳同位素在白云岩成因研究中的应用 [J], 余志伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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稳定同位素分馏的根本原因是含不同同位素的分子具有不 同的零点振动能。随着温度的升高，不同分子之间零点振动能 的差异减小。理论上，当温度趋于无限高时，任何两相之间的 零点振动能的差异将趋于无限小，因此同位素分馏也将变得无 限小；而温度降低时，平衡同位素分馏程度则会逐步增大。因 此，低温水-岩交换过程可以产生显著的同位素分馏，而高温岩 浆过程中平衡同位素分馏往往很小。但是，高精度分析方法的 发展及对非传统稳定同位素的研究表明高温过程中也可能发生 显著的动力学同位素分馏，从而极大的推动了稳定同位素高温 分馏机制的研究及其示踪一系列高温地质过程的应用。
大陆地壳的Mg同位素组成
与地幔具有相对均一Mg同位 素组成的情况不同，上地壳 的Mg同位素组成很不均一。 其中花岗岩的变化范围相对 较小，碳酸盐岩以外的沉积 岩变化较大，碳酸盐岩的变 化最大。
沉积岩
花岗岩
地幔 碳酸盐岩
平 均 Mg 同 位 素 组 成
河水、海水
二、相关地质过程中Mg同位素的分馏行为及其机制
一、高温Mg同位素分馏 1、平衡Mg同位素分馏
岩浆在部分熔融和结晶分异过程中Mg同位素组成没有显著变化的结 论得到了岩浆岩中共生含镁矿物之间Mg同位素组成研究的支持。对地幔 橄榄岩包体中共生的橄榄石、斜方辉石、单斜辉石的研究表明它们在现 有分析精度下具有一致的Mg同位素组成。对中国东部大别山中生代花岗 岩和花岗闪长岩中共生的黑云母和角闪石的系统研究也得出类似的结果, 这些研究表明在橄榄岩和花岗岩中共生的主要含Mg硅酸盐矿物之间都没 有显著的Mg 同位素分馏。 理论上,稳定同位素在不同共生矿物之间分配达到平衡时,同位素分馏 程度主要取决于该元素在不同矿物相中相应化学键的键长或键能的强度, 即重同位素相对富集在具有较短化学键( 相应具有较强键能) 的矿物中。 一般地, 键长决定了阳离子的配位数, 其次是阴离子(大多数情况下是O) 的配位数, 即键越长、配位数越高, 键能就越弱。因此, 具有低Mg 配位数 的矿物倾向于富集重的Mg同位素, 反之则富集轻的Mg同位素。在高温下 的几种主要硅酸盐矿物中, Mg的配位数都是6, 这决定了这些矿物之间的 平衡Mg同位素分馏很小。然而, 与Mg原子相连的氧原子在这些矿物中的 配位数是不同的, 从高到低顺序依次是橄榄石> 辉石> 角闪石> 黑云母。 由于具有较高的O配位数, 即弱的Mg-O 键键能, 因此当共生矿物间同位 素配分达到平衡时, 理论上, 橄榄石或角闪石就分别较共生的辉石和黑云 母富集轻的Mg同位素。
一般地，流经不同岩性岩石(例如， 硅酸岩和碳酸盐岩) 的河流水具有 不同的Mg同位素组成。除此之外, 河水的Mg 同位素组成也受地表风 化过程中Mg同位素分馏作用的影 响。
地幔的Mg同位素组成
地幔具有均一的Mg同位素 组成, 其平均值与球粒陨石 大致相同。由于地幔的平 均Mg同位素组成基本上就 代表了地球的Mg同位素组 成，因此地球的平均Mg同 位素组成与球粒陨石相同。 这说明地球以及各种类型 的球粒陨石可能都源自一 个具有相同Mg同位素组成 的星云系统。
二、低温Mg同位素分馏 1、河、流及相关岩石的Mg同位素组成
Mg是流体活动性元素，风化过程中含Mg矿物(如橄榄石、 辉石、黑云母和角闪石等)分解释放出来的Mg在水-岩交换过程 中会发生从岩石向流体的迁移并伴随同位素分馏。因此对比研 究河流及相关岩石的Mg同位素组成有助于认识风化过程中Mg 同位素的分馏行为。
展望
• 下地壳的Mg同位素组成 • Mg同位素地幔温度计 • 大陆壳的化学演化模型
参考文献
1、柯珊,刘盛邀,李王晔等. 镁同位素地球化学研究新进展及其应用.岩石 学报,2011,27(2):383-394. 2、葛璐, 蒋少涌. 镁同位素地球化学研究进展. 岩石矿物学杂 志,2008,27( 4 ): 367- 374. 3、何学贤, 朱祥坤, 李世珍等. 多接收等离子体质谱(MC2ICP2MS )测定 M g同位素方法研究. 岩石矿物学杂志, 2008,27 ( 5 ): 441- 448. 4、何学贤, 李世珍, 唐索寒. M g同位素应用研究进展. 岩石矿物学杂志, 2008,27 ( 5) : 472-476. 5、Teng FZ, LiWY, KeS,et al. 2010 a. Magnesium isotopiccomposition of the Earthand chond rites. G eoch im. C osm och im. Acta, 74: 4150 - 4166
大部分河水都具有比 相应的河岸硅酸岩或者碳 酸盐岩轻的Mg同位素组 成；而风化产物，例如土 壤，则具有相对重的Mg 同位素组成。这种相关性 表明在地表风化过程中， Mg同位素会发生显著的 分馏，轻质量Mg同位素 倾向于进入河水，重的 Mg 同位素则相应地残留 在风化产物中。
2、风化剖面Mg同位素 组成的研究
这些辉绿岩风化形成的 腐岩样品的Mg同位素组成与 它们在风化剖面中的位置 ( 深度)及样品的密度之间存 在很好的相关性，即剖面中 越靠近顶部的腐岩样品经历 了越强的风化作用因而具有 越低的密度，同时它们具有 越重的Mg同位素组成。这些 特征表明Mg同位素在风化过g 同位素的分馏行为 很好地解释了相对 地幔而言，海水具 有显著轻的Mg同位 素组成，而沉积岩 相应具有较重的Mg 同位素组成。
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陨石的Mg同位素组成
在矿物尺度范围内, Mg同 位素组成非常不均一，但 是在全岩尺度上， Mg同 位素组成是非常均一的。 这种全岩尺度的均一性表 明Mg同位素在太阳星云 形成过程和球粒陨石母体 演化过程中都没有发生显 著分馏。
水圈的Mg同位素组成
对全球不同地区海水样品的研究 表明现今的海水具有非常均一的M g同位素组成。这种均一的同位素 组成与Mg 在海水中具有较长(大 于10Ma)的居留时间相一致，表明 Mg在海水中已经充分混合并达到 同位素组成均一。
Mg同位素的地球化学研究新进展
作为一种新兴的地质示踪剂，Mg同位素正受到国际地 学界日益广泛的关注。尤其是最近三、四年，Mg同位素 在地球化学领域取得了重大进展。
一、查明了陨石和地球各主要储库的Mg同位素组成。 二、探讨相关地质过程中（岩浆分异、地表风化、化学 扩散和热扩散等）Mg同位素的分馏行为及其机制。
2、动力学Mg同位素分馏
虽然高温岩浆分异过程中Mg 同位素分馏很小。但近期的实验研 究发现在硅酸盐熔体中，稳定同位素在经历化学扩散或热扩散时，会 发生巨大的动力学同位素分馏。 化学扩散引起同位素分馏的机制是当体系中存在化学势梯度时， 元素就会从化学势高的一端向化学势低的一端扩散；扩散过程中轻质 量同位素的扩散速率快于重质量同位素，从而产生同位素分馏。化学 扩散引起同位素分馏的大小程度主要取决于扩散两端初始MgO的活度 差， 即活度差越大，扩散引起的同位素分馏也就越大。 目前为止，热扩散过程引起的Mg同位素显著分馏在自然界地质样 品中还未发现，这可能是因为在熔体中热扩散比化学扩散快几个数量 级，较大的温度梯度难以长时间保持。但是硅酸盐熔融体系中，某些 热边界层因热对流有可能较长时间地保持一定温差，为热扩散作用驱 动的Mg同位素分馏提供前提条件。
由于热扩散过程中 不同同位素体系轻、重 同位素之间的扩散行为 类似，即轻质量同位素 趋向于富集在高温端, 而重质量同位素则富集 于低温端。因此同一热 扩散过程中不同稳定同 位素体系的分馏程度总 是呈线性正相关。这样， 依据某个研究对象中多 个稳定同位素体系组成 的系统分析结果，就可 以判断热扩散主导的同 位素分馏是否存在。