111-张卓盈-同位素地化3

课程名称：同位素地球化学试题专用纸任课教师：李献华储雪蕾等姓名：张卓盈序号：111学号：201528016512007共4页第1页稳定同位素地球化学习题（1）1.早期有人报道所测海水硫酸盐的样品的32S/34S的比值是21.56，问这硫酸盐样品的δ34S（相对CDT）是多少？国际标样CDT（陨硫铁）的32S/34S比值为22.22。由定义：同位素比值R=重同位素丰度/轻同位素丰度先将题目中的比值加以换算，得：R样品=SS3234=56.211=0.0463822--------------------（1）RCDT=SS3234=22.221=0.0450045----------------------（2）又因为1000-34CDTCDTRRRS样品----------------------------------------------（3）将(1)、(2)代入（3）得1000-34CDTCDTRRRS样品=30.612‰2.在25℃温度下与δD值为-600‰的H2(g)达到氢同位素交换平衡的H2O(g)的δD值为多少？已知以下气体的标准反应自由能：————————————气体(g)ΔGf0(KJ/mol)________________________H20HD-0.350H2O-54.634HDO-55.719_____________________同位素交换平衡反应方程式为：H2+HDO=HD+H2O由表可知，该交换反应自由能变化ΔG=-RTln（K）------------------------------（1）其中，ΔG=（-0.350）+（-54.634）-（-55.719）-0=0.735kJ/mol=735J/molR=8.314J/mol.KT=25+273=298K将以上数据代入（1），计算可得平衡常数K=0.7433课程名称：同位素地球化学试题专用纸任课教师：李献华储雪蕾等姓名：张卓盈序号：111学号：201528016512007共4页第2页又因为平衡常数K=OHHHDHD22=OHH22OHH22=1000100022OHHDD=0.0.7433-----------------------------------------------（2）由题目可知：2HD=-600‰----------------------------------------------------（3）由（2）、（3）可得85.4612OHD‰3.将12mg的δ18O值为24.32‰的方解石与50mg的δ18O值为-3.65‰的水密封在一个金箔管中，加热至350℃，保存足够长时间。试问如果实验达到氧同位素交换平衡，管中方解石和水的δ18O值各为多少？已知350℃时氧同位素平衡分馏α方解石-水=1.00490。反应前后均为封闭环境，故遵循质量守恒定律，总O18保持不变：OHOHCOCCOCXOXOO223318aa1818总其中123aOHCOCXX12mgCaCO3中，O摩尔数为：123100103-=3.64-10mol50mgH2O中，O摩尔数为：5018103-=2.783-10mol故11473.01078.2106.3106.3344a3COCX;同理，88527.02OHX平衡前：OHOHCOCCOCXOXOO223318aa1818总=0.1147324.32+0.88527（-3.65）=-0.441‰平衡后：OHOHCOCCOCXOXOO223318aa1818总=0.11473后3a18COCO+0.88527后OHO218=-0.441‰--（1）又因为1000100023a23a1818后后OHOOCOCOHCOC=1.0049-----------------------------------------（2）联立（1）、（2），求得实验达到氧同位素交换平衡后，859.33a18后COCO‰；后OHO218-1.036‰课程名称：同位素地球化学试题专用纸任课教师：李献华储雪蕾等姓名：张卓盈序号：111学号：201528016512007共4页第3页稳定同位素地球化学习题（2）1.现代冰川仅占地球表面总水量的2.1％，其δ18OVSMOW平均值约为-30‰，且认为地球表面其它的水都保存在海洋中。如果地球上冰川总量增加一倍，海水的δ18OVSMOW值为多少？假定冰川的δ18OVSMOW值仍为-30‰。假定变化前后遵循质量守恒定律，总O18保持不变：海洋海洋冰川冰川总VSOMWVSOMWVSOMWVSOMWXOXOO1818181海洋冰川XX变化前：冰川：2.1％，海洋：97.9％变化后：冰川：4.2％，海洋：95.8％海洋海洋冰川冰川变化前VSMOWVSMOWVSMOWVSMOWXOXOO181818=2.1％（-30）+097.9％=-0.63‰----------------------------------------（1）海洋海洋冰川冰川变化后VSMOWVSMOWVSMOWVSMOWXOXOO181818=4.2％（-30）+海洋VSMOWO1895.8％----------------------------------------（2）（1）=（2）解得：海洋VSMOWO18=0.658‰2.为什么地幔榴辉岩具非常宽的δ18O值范围，而地幔橄榄岩的δ18O值范围很窄？因为地幔橄榄岩中的橄榄岩包体直接来源于地幔，在温度较高的条件下，同位素分馏相对较小，氧同位素组成相对均一，且为封闭体系，少有水的存在，故δ18O值范围很窄；而地幔榴辉岩为区域变质岩，形成经历了高压-超高压变质，原岩多样，且可能发生水岩反应，故其δ18O值范围非常宽。3.由碎屑石英和方解石两种组份组成的沉积岩，经历了500℃温度下的区域变质作用，且达到并保持氧同位素的平衡。若变质前后石英与方解石没有化学变化，且它们所含氧的摩尔比值为1：1，沉积石英和方解石的δ18OVSMOW分别为+10‰和+30‰。试问：(1)若体系封闭，变质后的石英和方解石的氧同位素组成分别为多少？(2)若体系不封闭，有大气降水渗入，变质矿物和变质水的氧同位素组成如何变化？简述理由。文献给出的氧同位素分馏系数公式为103lnα石英-方解石=0.84×(106/T2)。（1）若体系封闭，遵循质量守恒定律，总O18保持不变有总O18=方解石方解石石英石英XOXOVSMOWVSMOW1818，课程名称：同位素地球化学试题专用纸任课教师：李献华储雪蕾等姓名：张卓盈序号：111学号：201528016512007共4页第4页其中1方解石石英XX变质前：总O18=方解石方解石石英石英XOXOVSMOWVSMOW1818=0.510+0.530=20‰变质后：总O18=方解石方解石（变质后）石英变质后石英XOXOVSMOWVSMOW1818=5.05.01818方解石（变质后）变质后石英VSMOWVSMOWOO=20‰------------（1）又因为氧同位素分馏系数公式为：103lnα石英-方解石=0.84×(106/T2)T=500+273=773K故，氧同位素分馏系数=0.84×(106/7732)=1.40579氧同位素分馏系数=40579.1-1818方解石（变质后）石英（变质后）OO---------------------（2）由（1）、（2）联立可得：685.2018石英（变质后）O‰297.1918方解石（变质后）O‰（2）若体系不封闭，大气降水渗入该体系。大气降水的O18值通常在-55‰~8‰的范围内，均小于沉积石英和方解石的δ18OVSMOW值。变质过程伴随溶解，沉淀，重结晶胶结作用等过程。变质水的氧同位素在溶解了石英，方解石后会变重；而矿物中的δ18OVSMOW值会变轻。