
【化】 isotope geology; isotopic geology
isotope; isotopes
【化】 isotope; isotopes
【医】 isotope
geognosy; geology
同位素地质学(Isotope Geology)是地球科学的重要分支,主要研究自然界中同位素的分布、丰度变化及其在地质过程中的应用。该学科通过分析放射性同位素衰变规律和稳定同位素分馏效应,揭示岩石、矿物、流体等地质体的形成年代、物质来源及演化历史。例如,铀-铅(U-Pb)定年法通过测量锆石中放射性母体与子体同位素比值,可精确测定岩石年龄,误差范围小于1%(国际地质科学联合会,2023)。
在实践层面,同位素地质学涵盖三大核心方向:
该学科对油气勘探、核废料处置选址等工程具有指导价值。全球学者持续完善同位素数据库,例如PINE实验室发布的锆石U-Pb年龄全球分布图集,已被200余篇SCI论文引用(《自然·地球科学》数据档案库)。当前研究热点包括高精度原位微区分析技术开发,以及火星陨石同位素特征解析等行星地质课题。
同位素地质学是地球科学的重要分支,主要研究地球物质中同位素的分布、演化及其在地质过程中的应用。以下从定义、原理、应用和发展意义四个方面进行详细解释:
同位素地质学通过分析放射性同位素的衰变规律和稳定同位素的丰度变化,研究地壳演化、地质体形成历史以及地球物质的迁移过程。其核心是利用同位素的物理化学特性,揭示地球各圈层(如岩石圈、水圈、大气圈)的相互作用与时间序列。
放射性同位素衰变
放射性同位素(如铀-238、钾-40)通过固定半衰期衰变为稳定同位素。例如,铀-238的半衰期约为45亿年,衰变方程为:
$$
^{238}text{U} rightarrow ^{206}text{Pb} + 8^{4}text{He} + 6beta^-
$$
通过测量母体与子体同位素的比例,可计算岩石或矿物的形成年龄。
稳定同位素分馏
稳定同位素(如碳-13、氧-18)在物理化学过程中因质量差异产生丰度变化。例如,水蒸发时轻同位素(如$^{16}text{O}$)更易进入气相,导致剩余水体中$^{18}text{O}$富集。这种分馏效应可用于重建古气候或古海洋环境。
同位素地质学推动了地球科学从定性描述向定量分析的转变,为板块构造理论、生物演化等重大课题提供了关键数据支持。其技术手段(如同位素质谱法)的进步,使得高精度测定微量样品成为可能,进一步拓展了研究边界。
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