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《中国地质科学院》 2008年
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低温条件下过渡族元素同位素分馏及其在古海洋研究中的应用

李津  
【摘要】: 近年来,随着MC-ICP-MS测试技术的诞生,非传统稳定同位素研究成为快速发展的领域。作为一个新的稳定同位素体系,正确运用这一体系对重大问题进行制约的前提和关键是对其质量分馏机理与过程有足够的认识。 由于铁锰结壳极低的生长速率和较稳定的形成环境,使它成为古海洋学和全球变化研究的理想“化石”。 本文在对前人过渡族元素同位素分馏研究成果进行系统总结地基础上,主要开展了两方面的内容:研究了结晶过程、还原过程和水解过程导致的同位素分馏情况;研究了太平洋三块Fe-Mn结壳MDD53、CB12和CLD01的Fe、Cu、Zn同位素组成。同时,还对Cu、Zn同位素的测定方法进行了改进。本研究主要取得了以下创新性成果和认识: 1.通过改变进样介质,改进了Cu、Zn同位素的方法,改善了样品测试过程的稳定性,提高了分析精度。 2.CuSO_4·5H_2O结晶过程中可以导致Cu同位素分馏,晶体中富集重同位素。该过程发生的同位素分馏是平衡分馏,平衡分馏系数α=1.00017。将Cu~(2+)还原为金属Cu的过程中可以导致Cu同位素分馏,生成物中富集轻同位素。该过程产生的同位素分馏是动力分馏,金属Cu与Cu~(2+)之间没有达到平衡。 3.Fe~(3+)水解过程导致生成物中富集轻同位素,Fe~(3+)溶液与Fe~(3+)沉淀之间的瞬时平衡系数随着温度的升高而减小。瞬时平衡分馏系数与绝对温度之间的关系是:10~3lnα=-0.17×10~6/T~2+0.91。 4.通过对3块太平洋Fe-Mn结壳的研究,获得了80Ma以来海洋的过渡族元素演化信息,将人们对古海洋中过渡族元素同位素演化的认识推进到晚白垩纪。 5.结合已有的数据,对各大洋Fe-Mn结壳的Fe同位素组成进行了系统总结,发现即使在同一大洋盆地,不同结壳表层的Fe同位素组成也存在很大差异;各大洋间Fe-Mn结壳表层的Fe同位素组成存在很大程度的重合,但总体呈现由大西洋→印度洋→太平洋逐渐变轻的趋势。 6.Fe-Mn结壳Fe和Pb两个性质不同的同位素体系普遍存在相关性,在一定程度上指示了物源对Fe-Mn结壳中Fe同位素组成的影响。 7.与Fe同位素相比,Fe-Mn结壳中Cu、Zn同位素组成的变化范围较小。这种差异主要是由于它们在海洋中的滞留时间不同决定的。与大洋对流周期相比,Fe的滞留时间很短,其同位素组成没有被均一化,对源区合局部环境的变化敏感:Cu和Zn的滞留时间较长,其同位素组成在很大程度上发生了均一化,使源区和局部因素的影响大部分丢失。 8.尽管不同Fe-Mn结壳间的Fe同位素组成存在一定差异,但它们随时间的演化在宏观尺度上存在极大的相似性,说明影响因素使大区域性的,或全球性的。通过对古海洋环境和Fe同位素的对比,发现Fe-Mn结壳的Fe同位素组成很可能是海洋生产力的一个指标或环境变化的指标。
【学位授予单位】:中国地质科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P597

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 闫斌;陡山沱组盖帽白云岩和黑色页岩的铁同位素特征及其古海洋意义[D];中国地质科学院;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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9 蔡炳贵;谭明;;来自洞穴深处的古气候档案:石笋[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
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1 王雷;云南易门凤山铜矿床刺穿体构造及隐伏矿定位预测研究[D];昆明理工大学;2010年
2 王凯鹏;电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用[D];武汉大学;2010年
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1 郭方方;内蒙古太仆寺旗沙子沟钼矿床地质特征[D];河南理工大学;2010年
2 刘泉;玄武岩斜坡水岩化学作用[D];昆明理工大学;2009年
3 胡一多;云南易门凤山铜矿床刺穿构造控矿规律研究[D];昆明理工大学;2010年
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6 涂伟;广西罗维银铅锌矿床特征和成因[D];中国地质大学(北京);2011年
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【同被引文献】
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1 李志红;辽宁省鞍山—本溪地区条带状含铁建造的Fe同位素地球化学研究[D];中国地质科学院;2007年
【二级引证文献】
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1 孙剑;白云鄂博矿床成因再研究[D];中国地质大学(北京);2013年
【二级参考文献】
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4 孙剑;白云鄂博矿床成因再研究[D];中国地质大学(北京);2013年
5 刘盛遨;中国中东部中生代埃达克质岩成因及高温镁同位素分馏的地球化学研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 陈代庚;东太平洋海隆13°N附近热液硫化物形成过程[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
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2 陈敏;海洋天然气水合物元素地球化学行为模拟实验研究[D];中国海洋大学;2005年
3 黄光玉;库克油页岩和木质煤成气过程中碳同位素分馏的动力学研究[D];大庆石油学院;2004年
4 刘辉;流溪河水库颗粒有机物碳氮稳定同位素时空变化[D];暨南大学;2009年
5 李莎;松科1井北孔晚白垩世晚期至古新世早期轮藻化石组合[D];中国地质大学(北京);2012年
6 史淼;新疆和田碧玉的矿物学特征及成因初探[D];中国地质大学(北京);2012年
7 汪智军;青木关岩溶流域水—土系统碳氮同位素特征研究[D];西南大学;2011年
8 唐爱玲;生物碳酸盐中硫同位素组成分析及其应用[D];华东师范大学;2013年
9 宁卓;地下水铵—氮同位素测试新技术及应用研究[D];中国地质科学院;2011年
10 王丽丽;基于同位素分析法的氮识别技术及迁移规律研究[D];山东建筑大学;2012年
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