同位素地球化學示蹤，利用元素的同位素作為示蹤劑，追蹤地球物質和地外物質的運動和變化的一種方法。
基本介紹
- 中文名：同位素地球化學示蹤
- 所屬學科：化學
由此獲取岩石或其他天然物質形成的地球化學過程和成因信息，重現地質歷史和天體演化歷史。根據元素的同位素特性和同位素組成變化的機理不同，常用的同位素示蹤手段有以下幾種。
穩定同位素示蹤
利用氫、鋰、硼、碳、氮、氧、鎂、矽、硫、氯、鉀、鈣等輕元素以及鐵、銅、鋅和硒等較重元素的穩定同位素比值（以δ值表示）變化，示蹤天然物質形成的地質和地球化學過程；在生態學研究中，用於示蹤生態系統過程和了解生理過程。這些元素的同位素比值變化原因是與質量有關的同位素分餾。見穩定同位素地球化學。
放射成因同位素示蹤
利用天然放射成因穩定核素的同位素組成變化作為示蹤劑，研究岩石成因和金屬礦床的成礦過程、追蹤成岩成礦物質來源和地質儲庫如地幔中某些特定元素隨時間的變化，或者用來區分地球組分與地外組分。這種示蹤手段的套用統稱為放射成因同位素地球化學，包括鍶、鈰、釹、鉿、鋨和鉛同位素地球化學。
這些元素的同位素組成變化原因與放射性衰變有關，在整個地球系統（或者地幔和地殼系統）中87Sr/86Sr、138Ce/142Ce、143Nd/144Nd、176Hf/177Hf、187Os/188Os、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值隨時間而增長。不同的同位素示蹤手段可以聯合套用，如Sr–Nd、Sr–Pb、Nd–Pb、Ce–Nd、Nd–Hf同位素和δ18O−87Sr/86Sr等。
宇宙成因同位素示蹤
利用鈹−10、鋁−26、氯−36和碘−129等宇宙成因核素作為地球化學和地球物理過程的示蹤劑。這一手段，除了半衰期較長的碘−129可以套用於較老的地質系統之外，主要用來研究現代或近期地表過程。
鈹–10(10Be/9Be)作為地質示蹤劑（半衰期T1/2＝1.51×106年），用於研究大洋板塊俯衝時沉積物與島弧火山作用的關係；也可作為氣候變化的示蹤劑，研究古海洋環流樣式的變化。鋁–26(26Al/27Al、36Al/10Be)示蹤劑，半衰期為T1/2＝7.0×105年，能用來研究海洋沉積物和古海洋環境變化，也可以作為宇宙射線通量或地球磁場強度研究的示蹤劑。氯–36(36Cl/Cl)和碘–129(129I/127I)，半衰期分別為T1/2＝3.01×105年和T1/2＝1.57×107年，可以用來作為追蹤人為起因物質進入自然系統（大氣、土壤、水系、沉積物）的示蹤劑。
稀有氣體同位素示蹤
利用稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙的穩定同位素比值，作為地球化學和宇宙化學過程示蹤劑。這些元素分別有2、3、3、6和9種穩定同位素，目前套用較多的是氦(3He/4He)、氖(20Ne/22Ne和21Ne/22Ne)和氬同位素(40Ar/36Ar、4He/40Ar和4He/36Ar)。這一示蹤手段能提供來自地球內部的信息，了解地球脫氣作用歷史和不同地幔儲庫之間混合關係，也可以用於研究隕石和其他地外物質，提供洞悉太陽系早期歷史的信息，了解和闡明太陽系物質來源、形成和演化。
