氫氧同位素地球化學的水中同位素 _同位素

大氣水、或雨水，是指新近參加大氣循環的雨、雪、河、湖、地下水等一類水的總稱。大氣水的同位素組成變化幅度大，δD值從+50到-500‰，δ18O從+10到-55‰，總的講大氣水比海水貧D和18O 。
大氣水的同位素組成呈有規律的變化：從赤道到高緯度地區、從海洋到大陸內部、從低海拔到高海拔地區，重同位素的虧損依次遞增，構成所謂的緯度效應，大陸效應和高度效應，以及季節效應，降水量效應等。這是由于水在蒸發、凝聚過程中的同位素分餾293效應，蒸發時輕同位素優先汽化，凝聚時重同位素優先液化，隨著蒸發、凝聚過程的不斷進行，造成輕同位素在逐漸增加。
計算公式
雨水線方程或Craig方程
大氣水同位素組成的另一特點是δD和δ18O之間有明顯線性關系，有
δD=8δ18O+10 （7.9）
稱為雨水線方程或Craig方程，如圖7.1所示。這個方程的實質是：在T=25℃時，
亦即： δ18O水-δ18O汽=9.15
δD水-δD汽=71.4
將上兩式相除，即可得Craig方程。因此方程中的斜率反映了同位素平衡條件下水汽二相氫、氧同位素富集系數之比，而截距則反映了汽相中氫、氧同位素組成的絕對值差。但如果只考慮海水蒸發和大氣凝聚的平衡過程，則δ18O海水≈0，δD海水≈0，處于平衡水汽中的δ18O汽=-9.14，δD汽=-74，應該是δD水=8δ18O，沒有截距，不完全符合Craig方程，可見式（7.9）是考慮了分餾的動力學特征。由于溫度及過程進行的程度不一，各地區的氫、氧同位素組成有時并不嚴格服從Craig方程，但原則上方程斜率可用特定溫度下大氣水凝聚過程同位素平衡交換結果解釋，截距則包含了動力分餾結果，它是由同位素質量差、溫度、環境等諸因素決定的。火成巖中氫主要存在于角閃石、黑云母等含水礦物。其δD值可從-30‰到-180‰，與巖石類型及成因沒有簡單的明確關系。火成巖中氧同位素組成總的變化范圍約為δ18O從5‰～13‰ 。其變化趨勢是從基性到酸性，δ18O值依次增大。
火成巖的δ18O值變化與其組成礦物的δ18O密切相關，其造巖礦物的δ18O同樣反映了與巖漿結晶分異順序相一致的變化規律。即從孤立島狀四面體的橄欖石到鏈狀輝石、層狀云母和架狀長石、石英，δ18O依次升高。這種變化規律首先是與各礦物的結晶溫度有關，溫度越高，同位素分餾越弱，δ18O越低，其次和礦物的晶體化學性質有關。因為硅酸鹽中陽離子與氧結合力及陽離子的質量大小控制著分子的振動頻率，鍵愈短，則鍵力愈大、振動頻率就高，陽離子質量愈小，振動頻率也愈高。而從同位素分餾理論來看，振動頻率高的氧原子的硅酸鹽富18O，這就說明為什么石英中δ18O最高。
未遭受后期地質作用疊加的巖石中各種礦物的δ18O值亦成有規律變化，如花崗巖中達到氧同位素平衡時的δ18O值，依次有石英（8—11）、堿性長石（7—9）、斜長石（6—9）、白云母、角閃石（6—7）、黑云母（4—7）、磁鐵礦（1—3）等。各礦物間相差1‰—2‰，如果不符合以上順序或偏離太大，則說明平衡可能遭到了破壞。
幔源鎂鐵質巖石具有很窄的δ18O值，一般為5‰—7‰，與球粒隕石一致。愈向酸性，巖石中δ18O愈大且分散，這種變化可由諸多因素造成，如巖漿的結晶溫度、巖漿水的δ18O、巖漿分離結晶作用、巖漿與圍巖及水溶液的作用、以及在固相線下礦物重新平衡所產生的退化效應等。沉積巖中的氫、氧同位素組成主要受二種因素控制：一是水巖同位素交換反應，低溫下分餾強，如碳酸鹽巖、粘土巖具高的δ18O和δD值。二是生物沉積巖中的生物分餾，往往造成巖石中很高的δ18O和δD值。總體上講沉積巖以富18O和D為特征。

氫氧同位素地球化學的水中同位素

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