4、氮穩(wěn)定同位素

氮主要有¹⁴N和¹⁵N兩種穩(wěn)定同位素。¹⁴N相對(duì)原子質(zhì)量為14.0030740048，原子核由7個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子組成。¹⁵N相對(duì)原子質(zhì)量為15.0001088982，原子核由7個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子組成。氮同位素：選空氣中氮?dú)鉃闃?biāo)準(zhǔn)。通常情況下，¹⁵N/¹⁴N=（3.676.5±8.1）X10^-6。表4-3是氮同位素的物理特性。

在生物固氮、微生物吸收同化、有機(jī)氮素礦化、硝化和反硝化的反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)過程中，由于微生物的驅(qū)動(dòng)發(fā)生同位素分餾效應(yīng)。生物固氮、土壤有機(jī)氮礦化過程中分餾效應(yīng)小，而吸收同化、硝化和反硝化過程中同位素分餾較大，利用各個(gè)過程不同的同位素分餾特征可示蹤含氮物質(zhì)的來源、轉(zhuǎn)化和遷移等。利用氮穩(wěn)定同位素比的氮循環(huán)解析以前一直作為N₂O氣體測(cè)定的氮同位素比換為大氣濃度更低的N₂0測(cè)定后，需要的樣本量減少為以前的1/1000。實(shí)際上，利用反硝化細(xì)菌或疊氮化氫可以將氮化合物00%轉(zhuǎn)換為N₂O，再測(cè)定氮穩(wěn)定同位素比。

自然和人類活動(dòng)引起的火事件可導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮循環(huán)以及分布格局的改變，進(jìn)一步影響區(qū)域碳、氮生物地球化學(xué)循環(huán)。利用穩(wěn)定同位素方法可以幫助我們示蹤火事件所伴生的碳、氮轉(zhuǎn)化的生物地球化學(xué)過程。為了解植物體燃燒前后植物、植物灰燼和氣態(tài)揮發(fā)部分氮之間以及不同植物類型（O₃和C₄，草本和木本）之間的氮素差異，通過室內(nèi)模擬燃燒實(shí)驗(yàn)研究了植物和燃燒后殘余部分的氮同位素組成和氮含量變化，研究表明：不同植物種類之間氮同位素組成的變化受植物種類和生長(zhǎng)條件的影響，比較C₃和C₄植物不同光合類型之間的氮同位素組成表明，植物體燃燒前后氮同位素變化和植物的光合類型無關(guān)。燃燒導(dǎo)致植物90%以上的氮素?fù)p失。不同植物氮同位素值在-4.0‰～5.2‰變化，燃燒導(dǎo)致植物灰燼的氮同位素值偏正0‰～1.6‰，其同位素分餾主要是由于燃燒過程中植物體中¹⁴N較¹⁵N優(yōu)先以氣態(tài)形式逃逸。因此在利用氮同位素進(jìn)行的古環(huán)境研究、環(huán)境模擬過程中，必須考慮火燒對(duì)植物氮同位素值的影響。植物、植物灰燼和氣態(tài)部分氮同位素之間具有較好的相關(guān)性，這種關(guān)系啟示我們可以利用生態(tài)系統(tǒng)不同部分的氮同位素組成來研究植物—土壤—大氣之間的氮素循環(huán)規(guī)律。

5、硫穩(wěn)定同位素

硫在自然界中有4種穩(wěn)定同位素，分別是³²S、³³S、³⁴S、³⁶S，它們的豐度分別為95.02%，0.75%，4.21%，0.02%。³²S相對(duì)原子質(zhì)量為31.97207100，原子核由16個(gè)質(zhì)子和16個(gè)中子組成。³³S相對(duì)原子質(zhì)量為32.97145876，原子核由16個(gè)質(zhì)子和17個(gè)中子組成。³⁴S相對(duì)原子質(zhì)量為33.96786690，原子核由16個(gè)質(zhì)子和18個(gè)中子組成。硫同位素：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選用CanyonDiablo鐵隕石中的隕硫鐵（Troilite），簡(jiǎn)稱CDT。³⁴S/³²SCDT=0.0450045±93，硫同位素的物理特性見表4-4(Norman，2004)。

地球化學(xué)異常成因研究是評(píng)價(jià)成礦前景、礦化類型的基礎(chǔ)。有研究者借鑒穩(wěn)定同位素示蹤成礦物質(zhì)來源的原理和方法，將硫同位素引入到地球化學(xué)異常成因研究中，通過對(duì)烏奴格吐山和墾山試驗(yàn)區(qū)Cu礦化體、Cu異常地段硫同位素組成特征的研究，發(fā)現(xiàn)在烏奴格吐山試驗(yàn)區(qū)Cu礦化及Cu異常地段硫的來源是一致的，表明應(yīng)用硫同位素組成特征判斷地球化學(xué)異常成因是可行的；對(duì)比發(fā)現(xiàn)，墾山試驗(yàn)區(qū)Cu異常地段硫同位素值較烏奴格吐山試驗(yàn)區(qū)偏高，推斷該Cu異常是由后期熱液作用形成的，由此認(rèn)為該異常的地質(zhì)找礦及工作部署應(yīng)該圍繞熱液礦床進(jìn)行。

自然界中δ³⁴S40‰～40‰范圍內(nèi)，但其變動(dòng)較大。一般來說，穩(wěn)定性同位素之間沒有明顯的化學(xué)性質(zhì)差別，但其物理化學(xué)性質(zhì)（如在氣相中的傳導(dǎo)率、分子鍵能、生化合成和分解速率等）因質(zhì)量上的不同常有微小的差異，導(dǎo)致物質(zhì)反應(yīng)前后在同位素組成上有明顯的差異。

6、鍶和銣穩(wěn)定同位素

（1）銣同位素

天然銣由兩種同位素組成，即穩(wěn)定的⁸⁵Rb和放射性的⁸⁷Rb，后者占總量的27.85%。銣有多種人工產(chǎn)出的放射性同位素，質(zhì)量數(shù)85以下的放射性同位素大多數(shù)呈β⁺輻射衰變；質(zhì)量數(shù)大于85的同位素則主要呈β^-輻射衰變。多數(shù)同位素的半衰期都較短。

核反應(yīng)⁸⁷Rb-＞⁸⁷Sr+β^-常用來確定含銣礦物的年齡。世界鍶量的1%是由⁸⁷Rb衰變形成的。通過測(cè)定Sr與Rb之比即可確定該礦物的年齡。這種方法很適用于確定古老礦物的年齡。銣的同位素物理特性列于表4-5中。

（2）鍶同位素

自然界中鍶以⁸⁴Sr、⁸⁶Sr、⁸⁷Sr、⁸⁸Sr四種同位素的形式存在，相對(duì)豐度分別為0.56%，9.86%，7.02%，82.56%。鍶同位素的物理特性見表4-6。其中⁸⁷Sr由⁸⁷Rb衰變產(chǎn)生，隨著時(shí)間的演化⁸⁷Sr單方向增長(zhǎng)。在研究鍶同位素組成時(shí)以⁸⁶Sr作為比較基礎(chǔ)，測(cè)定⁸⁶Sr/⁸⁸Si比值。在地質(zhì)學(xué)中根據(jù)⁸⁷Rb/⁸⁶Sr?⁸⁷Sr/^8sSr之間的衰變關(guān)系測(cè)定地質(zhì)體年齡，并根據(jù)由等時(shí)線外推或含鍶(基本不含銣)礦物測(cè)定得到的地質(zhì)體形成時(shí)的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr示蹤其物質(zhì)來源。

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