放射成因同位素地球化學，研究天然放射成因穩定子體同位素的組成、變化和演化歷史，用以追蹤岩石和金屬礦床的形成過程、物質來源，以及地質儲庫如地幔等地球化學演化的學科。又稱重穩定同位素地球化學。
主要包括鍶(Sr)、鉛(Pb)、鈰(Ce)、釹(Nd)、鉿(Hf)和鋨(Os)同位素。同位素組成通常以放射成因子體同位素與非放射成因同位素的比值表示，如87Sr/86Sr、138Ce/142Ce、143Nd/144Nd、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、176Hf/177Hf和187Os/188Os等；或者相對於某一參照標準的相應同位素比值換算成ε值表示，如εSr、εCe、εNd等。
基本介紹
- 中文名：射成因同位素地球化學
- 所屬學科：物理學
這些同位素比值變化的原因，是與放射性母體衰變產生的穩定子體(87Sr、138Ce、143Nd、176Hf、187Os、206Pb、207Pb和208Pb等)隨時間的不斷累積和增長有關。其觀測值是所研究地質對象的年齡、初始值和地質體系中母體核素豐度（相應的元素比值如Rb/Sr、Sm/Nd、U/Pb和Th/Pb等）的函式。
放射成因同位素是重要的地球化學示蹤劑。
鍶同位素地球化學
鍶有4個天然同位素：84Sr、86Sr、87Sr和88Sr，其中87Sr因87Rb的衰變而增長。地球不同儲庫中87Sr/86Sr比值的增長取決於其所處地球化學系統的Rb/Sr比值和時間。任一地質體的鍶同位素地球化學的指紋參數87Sr/86Sr，由等時線方程的截距(87Sr/86Sr)0求得，該鍶同位素初始值與其源區特徵有關；對於新生代火成岩，直接用測定的87Sr/86Sr比值。87Sr/86Sr初始比值可以用來示蹤岩石成因、成岩物質來源、源區特徵和源區過程。
鉛同位素地球化學
鉛有4個天然同位素：204Pb、206Pb、207Pb和208Pb，後三者因238U、235U和232Th的衰變而增長。地球形成時的原始鉛：206Pb/204Pb=9.307、207Pb/204Pb=10.294、208Pb/204Pb=29.476；假定地球是一個鈾、釷和鉛均勻分布的系統，那么鉛同位素比值隨U/Pb、Th/Pb比值和時間而不斷增大（見圖中的增長曲線）。鉛同位素地球化學以普通鉛的同位素比值作為指紋參數，示蹤地質地球化學過程，也可套用普通鉛法計算年齡。普通鉛通常是指岩石或礦物形成時從周圍介質中所捕獲的鉛，理論上不包含岩石或礦物形成後鈾、釷衰變疊加的放射成因鉛。
實際工作中，將不含鈾、釷的礦物或岩石中的鉛看作普通鉛，如方鉛礦、鉀長石和近代火山岩，這些礦物或岩石形成後鉛同位素組成不再發生變化，保存著源區的信息。年輕火山岩或花崗岩中鉀長石的鉛同位素組成可以用來示蹤岩漿來源，識別地幔或大陸殼的不同源區，確定源區的U/Pb和Th/U比值。方鉛礦的鉛同位素組成提供成礦金屬物質來源、成礦年齡和礦床成因方面的信息。在考古學研究中，可以提供礦物、含鉛金屬、彩釉和含鉛顏料等考古材料的產源方面的信息。
釹同位素地球化學
釹有7個天然同位素：142Nd、143Nd、144Nd、145Nd、146Nd、148Nd、150Nd，其中143Nd因147Sm的衰變而隨時間增長。地球整體成分相當於球粒隕石均一儲庫(CHUR)，按照CHUR中釹同位素組成的演化方程，可以計算出地球143Nd/144Nd比值從46億年前形成時的0.506 631增長到現今的0.512 638。在釹同位素示蹤研究中，143Nd/144Nd比值採用更直觀更方便的ε標記法。εNd值定義為樣品形成時的143Nd/144Nd初始比值相對於CHUR源區中同一時間143Nd/144Nd比值的偏差（擴大1萬倍）。εNd值是特徵的指紋參數，可以提供成岩物質來源、源區識別等岩石成因方面的信息，示蹤地幔演化和大陸殼形成歷史。如εNd＝0，岩石起源於類似於球粒隕石的原始地幔儲庫；εNd＞0，反映虧損地幔源區；εNd＜0，意味著富集地幔源區或大陸地殼源區。
