Презентация Изотопная геохимия. Изотопы онлайн

Содержание слайда: Изтопная геохимия Изотопы

Содержание слайда: Изотопы (изос - одинаковый, топос - место) - нуклиды (виды, разновидности атомов) с разным массовым числом - М (атомным весом) и числом нейтронов (n0), но имеющие один и тот же заряд (число протонов, р+), занимающие одно и то же место, одну клетку периодической таблицы. Изотопы (изос - одинаковый, топос - место) - нуклиды (виды, разновидности атомов) с разным массовым числом - М (атомным весом) и числом нейтронов (n0), но имеющие один и тот же заряд (число протонов, р+), занимающие одно и то же место, одну клетку периодической таблицы. Изотопы - атомы элемента, имеющие в атомных ядрах одинаковое число протонов (Z), но разные числа нейтронов (N), а следовательно, и разные числа нуклонов (массовое число - М) Пример: 168O – 188O; 23592U – 23892U.

Содержание слайда: Нуклиды, атомы с одинаковым числом нейтронов (n0), но разным массовым числом (М) и числом протонов (р), называются изотоны Нуклиды, атомы с одинаковым числом нейтронов (n0), но разным массовым числом (М) и числом протонов (р), называются изотоны Пример:

Содержание слайда: Нуклиды, атомы с одинаковым массовым числом (М), но разным числом протонов (р) и нейтронов (n0), называются изобары. Нуклиды, атомы с одинаковым массовым числом (М), но разным числом протонов (р) и нейтронов (n0), называются изобары. Пример:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Особенности изотопов Природные изотопы делятся на 2 группы - стабильные и радиоактивные. До № 83 (Bi) у элементов имеется хотя бы один стабильный изотоп; начиная с № 84 (Po) все элементы имеют только радиоактивные изотопы. Четные изотопы преобладают по распространенности над нечетными (12С, 32S, 238U и др.) как в Земле в целом, так и в метеоритах.

Содержание слайда: У легких элементов с четным порядковым номером или четным числом протонов широко распространены самые легкие изотопы (16О, 32S, 12С и др.); у тяжелых элементов (начиная с № 32) более распространены стабильные тяжелые изотопы (74Ge, 80Se, 94Мо и др.). У легких элементов с четным порядковым номером или четным числом протонов широко распространены самые легкие изотопы (16О, 32S, 12С и др.); у тяжелых элементов (начиная с № 32) более распространены стабильные тяжелые изотопы (74Ge, 80Se, 94Мо и др.).

Содержание слайда: Наибольшее число изотопов отмечено у четных элементов середины таблицы (Хе - 9 изотопов, Sn - 10 изотопов). Наибольшее число изотопов отмечено у четных элементов середины таблицы (Хе - 9 изотопов, Sn - 10 изотопов). Изотопы с массовым числом, кратным 4 - особенно стойкие (гелионы): 168O, 2412Mg, 2814Si, 126С, 4020Са и др. Это, в основном, элементы, cоставляющие основной объем массы верхней части литосферы.

Содержание слайда: Радиоактивность Радиоактивность – способность некоторых изотопов самопроизвольно распадаться с испусканием элементарных частиц и образованием ядра другого элемента. Радиоактивность – способность атомных ядер к самопроизвольному превращению в другие ядра с испусканием одной или нескольких заряженных частиц и фотонов

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: β -распад — тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом ядро может излучать бета-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется «бета-минус» (β− ), а в случае испускания позитрона – «бета-плюс-распадом» (β+ ). β -распад — тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом ядро может излучать бета-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется «бета-минус» (β− ), а в случае испускания позитрона – «бета-плюс-распадом» (β+ ). Кроме β− и β+ -распадов, к бета-распадам относят также электронный захват, когда ядро захватывает атомный электрон.

Содержание слайда: +-распад происходит в ядрах с избытком протонов, из которых рождается позитрон + нейтрино. +-распад происходит в ядрах с избытком протонов, из которых рождается позитрон + нейтрино. В результате распада заряд изотопа (элемента) уменьшается на единицу и происходит сдвиг на одну клеточку влево в периодической таблице, образуется изобар. Этот распад характерен для легких элементов с недостатком нейтронов: 40К40Ar + +.

Содержание слайда: --распад - ядерный нейтрон распадается на протон + нейтрино + электрон. --распад - ядерный нейтрон распадается на протон + нейтрино + электрон. Характерен для ядер с избытком нейтронов. При этом заряд элемента увеличивается на единицу и происходит сдвиг на одну клеточку вправо в периодической таблице. Образуется изобар: Rb  8738Sr + e.

Содержание слайда: «К-захват» характерен для ядер с избытком протонов, которые превращаются в нейтроны в результате захвата орбитального электрона с ближайшей первой К-орбиты. «К-захват» характерен для ядер с избытком протонов, которые превращаются в нейтроны в результате захвата орбитального электрона с ближайшей первой К-орбиты. Если захват электрона осуществляется со второй от ядра орбиты, превращение называется L-захватом.

Содержание слайда:

Содержание слайда: -излучение - не приводит к изменению ядра, обусловлено переходом возбужденного (радиоактивного) ядра в основное (стабильное) состояние, т.е. переходом с одного энергетического уровня ядра на другой, который сопровождается испусканием фотонов коротковолнового электромагнитного излучения. -излучение - не приводит к изменению ядра, обусловлено переходом возбужденного (радиоактивного) ядра в основное (стабильное) состояние, т.е. переходом с одного энергетического уровня ядра на другой, который сопровождается испусканием фотонов коротковолнового электромагнитного излучения.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Спонтанное деление – деление или раскалывание на два сравнимых по массе осколка с испусканием нескольких нейтронов, свойственно самым тяжелым элементам. Спонтанное деление – деление или раскалывание на два сравнимых по массе осколка с испусканием нескольких нейтронов, свойственно самым тяжелым элементам. Дочерние осколки по массам соответствуют элементам середины таблицы Менделеева. Ядро раскалывается на две части, близкие по массам, и при этом происходит испускание нейтронов - и -излучения, обусловленное энергией воздействующих на ядро квантов.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Радиоактивный распад – явление статистическое. Скорость распада радиоактивных ядер не зависит от внешних причин, т.е. процессов, происходящих на Земле, а связана с устойчивостью ядер. Радиоактивный распад – явление статистическое. Скорость распада радиоактивных ядер не зависит от внешних причин, т.е. процессов, происходящих на Земле, а связана с устойчивостью ядер. Величиной, характеризующей распад конкретного радионуклида, является константа распада  – вероятность распада ядер в единицу времени. Радиоактивный распад – явление необратимое.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Закон радиоактивного распада: Закон радиоактивного распада: 1) N0 = Nt*et или 2) Nt = N0*e-t, где N0 - первоначальное число атомов (ядер) радиоактивного элемента; Nt - число атомов по истечении времени t; е - основание натуральных логарифмов (е = 2,718281);  – постоянная радиоактивного распада, показывающая, какая часть атомов (ядер) определенного радиоактивного элемента распадается за единицу времени (год, сутки, часы, минуты, секунды) по отношению к общему первоначальному числу.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Т-период полураспада - это время, за которое количество атомов радиоактивного элемента убывает, уменьшается вдвое, т.е. скорость распада характеризуется периодом полураспада, который так же, как и постоянная распада, строго постоянен для каждого радиоактивного изотопа. Т-период полураспада - это время, за которое количество атомов радиоактивного элемента убывает, уменьшается вдвое, т.е. скорость распада характеризуется периодом полураспада, который так же, как и постоянная распада, строго постоянен для каждого радиоактивного изотопа. Пример: 238U Т = 4,47*109 лет.

Содержание слайда: Период полураспада Т можно вычислить по той же формуле радиоактивного распада, так как постоянная распада обратно пропорциональна периоду полураспада. Период полураспада Т можно вычислить по той же формуле радиоактивного распада, так как постоянная распада обратно пропорциональна периоду полураспада. Т 238U – 4,47*109 лет,  – 1,55125*10-10 лет; Т235U - 7,04*108 лет,  U235 - 9,8485*10-10 лет; Т 232Th - 14,01*109 лет,  232Th - 4,9475*10-11 лет

Содержание слайда: Основной закон радиоактивного распада: Основной закон радиоактивного распада: Число распавшихся атомов за единицу времени пропорционально первоначальному числу атомов Со временем количество радиоактивных изотопов убывает, но увеличивается число радиогенных конечных стабильных изотопов, появившихся в результате распада.

Содержание слайда: Абсолютная геохронология Зная скорость распада радиоактивного элемента (изотопа), соотношение его изотопов (распространенности, %), продукты распада – стабильные более легкие изотопы (радиогенные элементы), виды распада каждого радиоактивного элемента, а также весовые количества в пробе радиоактивного и радиогенного изотопов, можно определить возраст минерала или породы.

Содержание слайда: Для элементов конца периодической таблицы характерны сложные серии или ряды распада. Для элементов конца периодической таблицы характерны сложные серии или ряды распада. Детально изучены три ряда радиоактивного распада: урановый, актино-урановый и ториевый.

Содержание слайда: Урановый ряд

Содержание слайда: Актино-урановый ряд

Содержание слайда: Ториевый ряд

Содержание слайда: Характерной особенностью радиоактивных превращений является их необратимость и смена тяжелых атомов более легкими. Характерной особенностью радиоактивных превращений является их необратимость и смена тяжелых атомов более легкими.

Содержание слайда: Свинцово-свинцовый метод, или метод обыкновенного (породного) свинца Свинцово-свинцовый метод, или метод обыкновенного (породного) свинца Используются отношения радиогенных изотопов свинца к первичному, нерадиогенному 204Рb, который Земля получила в момент своего образования и количество которого остается постоянным в земной коре, не изменяется со временем. Количество же радиогенных изотопов все время растет, поэтому изотопный состав минералов, содержащих свинец, различен.

Содержание слайда: Возраст определяется по независимым отношениям 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb в свинцовых минералах, в основном – в галените. Возраст определяется по независимым отношениям 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb в свинцовых минералах, в основном – в галените. Чем древнее месторождение, тем меньше содержание изотопов 206Рb, 207Рb и 208Рb и соответственно меньше изотопные соотношения 206Pb/204Pb, 207Рb/204Рb и 208Pb/ 204Pb.

Содержание слайда: Допускается, что изотопный состав руд после отделения его от магмы в составе гидротерм не изменяется и соответствует изотопному составу свинца магмы в момент рудообразования. Допускается, что изотопный состав руд после отделения его от магмы в составе гидротерм не изменяется и соответствует изотопному составу свинца магмы в момент рудообразования. Считается, что U и Th в руде содержатся в ничтожных количествах и не влияют в дальнейшем на изотопный состав свинца. Такое датирование называется модельным, так как дает лишь приближенную оценку возраста свинцовых месторождений.

Содержание слайда: Метод датирования по породному свинцу был применен для определения возраста железных и каменных метеоритов, свинец которых принимался за первичный свинец протопланеты, и оказался равным 4,55 млрд лет. Метод датирования по породному свинцу был применен для определения возраста железных и каменных метеоритов, свинец которых принимался за первичный свинец протопланеты, и оказался равным 4,55 млрд лет. Изохрона возраста Земли была названа геохроной. На изохроне метеоритов находятся современные океанические осадки. Pb – Pb модельный метод был применен при датировании источников базальтовых магм.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Калий-аргоновый метод. Калий-аргоновый метод. Калий - 3 изотопа (это исключение для нечетного элемента), распространенность в %: 3919К – 93,08, 4119К – 6,91 – стабильные изотопы 4019К – 0,0119 – радиоактивный. Аргон - 3 изотопа (распространенность в %): 3618Ar – 0,307, 3818Ar – 0,061 – первичные изотопы 4018Ar – 99,63 – радиогенный, образующийся в результате сложного радиоактивного распада 40К.

Содержание слайда: 40К распадается двумя путями: 40К распадается двумя путями: Первый вид «К-захват»: 4019К  4020Са в результате -–распада образуется изобар 40Са. Подсчитано, что в 40Са переходит почти 88 % радиоактивного 40К и только 12 % - в 40Аr; второй вид распада «К-захват»: 4019К 4018Ar, образуется изобар 40 Аr. Отношение 40Аr/40К увеличивается с возрастом.

Содержание слайда: Этот метод получил широкое распространение, использовались преимущественно калиевые полевые шпаты и слюды. Этот метод получил широкое распространение, использовались преимущественно калиевые полевые шпаты и слюды. Скоро было замечено, что результаты возраста занижены, что связано с потерей аргона минералами, особенно калиевыми полевыми шпатами. На утечку аргона из полевого шпата и слюды влияет температура. Так, при метаморфизме пород происходит диффузия газов (так как они не связаны химически в минерале) и в этом случае расчеты дают возраст последнего метаморфизма.

Содержание слайда: Устойчивыми к потере аргона являются амфиболы. Устойчивыми к потере аргона являются амфиболы. При оценке возраста осадочных пород, особенно протерозойских (рифейских, синийских), исключительное значение имеет глауконит, однако появление в нем бурого оттенка делает его непригодным для измерения возраста.

Содержание слайда: Рубидий-стронциевый метод Рубидий-стронциевый метод Рубидий - 2 изотопа (нечетный элемент), распространенность (в %): 8537Rb – 72,15 – стабильный изотоп; 8737Rb – 27,85 – радиоактивный. Стронций - 4 изотопа, распространенность (в %): 8438Sr – 0,58, 8638Sr – 9,87, 8838Sr – 82,52 8738Sr – 7,03 – радиогенный продукт распада 87Rb.

Содержание слайда: Распад рубидия происходит очень медленно, поэтому в минералах, взятых для определения возраста, должно быть много Rb и очень мало или вовсе не должно быть природного стронция, т.е. 84Sr, 86Sr и 88Sr. Распад рубидия происходит очень медленно, поэтому в минералах, взятых для определения возраста, должно быть много Rb и очень мало или вовсе не должно быть природного стронция, т.е. 84Sr, 86Sr и 88Sr.

Содержание слайда: При выборе минералов необходимо учитывать, что пути рубидия и стронция расходятся к концу магматического процесса и далее рубидий и стронций почти не встречаются в одном минерале. При выборе минералов необходимо учитывать, что пути рубидия и стронция расходятся к концу магматического процесса и далее рубидий и стронций почти не встречаются в одном минерале.

Содержание слайда:

Содержание слайда: За время существования Земли прирост радиогенного стронция (87Sr) составил 7 %. За время существования Земли прирост радиогенного стронция (87Sr) составил 7 %. За эталон прироста 87Sr взят природный изотоп 86Sr, что выражается отношением 87Sr/86Sr.

Содержание слайда: Доля первоначального стронция, захваченного минералом в процессе кристаллизации, оценивается измерением отношения 87Sr/86Sr в сосуществующих неизмененных минералах, не содержащих рубидия (апатит, плагиоклаз и др.). Доля первоначального стронция, захваченного минералом в процессе кристаллизации, оценивается измерением отношения 87Sr/86Sr в сосуществующих неизмененных минералах, не содержащих рубидия (апатит, плагиоклаз и др.). Зная отношения 87Sr/86Sr и 87Rb/86Sr в минерале, первоначальное отношение 87Sr/86Sr и одну из известных констант распада 87Rb, можно вычислить возраст t.

Содержание слайда: За первичное отношение, характеризующее первоначальный стронций земной коры, принято отношение 87Sr/86Sr в ахондритовых метеоритах – 0,698; За первичное отношение, характеризующее первоначальный стронций земной коры, принято отношение 87Sr/86Sr в ахондритовых метеоритах – 0,698; породы мантийного источника - 0,702 – 0,707; для современного валового состава Земли - 0,7045; породы коровых магм – выше 0,707; изотопное отношение 87Sr/86Sr в известняках, где рубидий отсутствует – от 0,698 до 0,708.

Содержание слайда: Рубидий-стронциевый метод применим для датировки возраста магматических и метаморфических пород. Рубидий-стронциевый метод применим для датировки возраста магматических и метаморфических пород. Для последних наиболее надежны валовые изохроны, показывающие время окончания метаморфизма.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Радиоуглеродный метод Радиоуглеродный метод Углерод - 3 изотопа: 126C (98,892 %), 136C (1,11 %) – стабильные изотопы и 14С - радиоактивный. 14С постоянно возникает в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей на стабильный изотоп 14N и снова переходит в 14N при - -распаде. Радиоактивный изотоп углерода попадает на Землю и смешивается с другими изотопами углерода в воде, горных породах, растениях, живых организмах и др.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Период полураспада 14С – 5730 лет, что позволяет использовать его только для определения возраста молодых объектов: горные породы, минералы, уголь, торф, древесина, раковины, кости, бумага, почва, археологические памятники и др. Период полураспада 14С – 5730 лет, что позволяет использовать его только для определения возраста молодых объектов: горные породы, минералы, уголь, торф, древесина, раковины, кости, бумага, почва, археологические памятники и др.

Содержание слайда: В основе всех методов лежат следующие положения: В основе всех методов лежат следующие положения: радиоактивный распад протекает с определенной постоянной скоростью; известны постоянные радиоактивного распада () и полураспада (Т); точно известен изотопный состав рядов распада;

Содержание слайда: известны конечные продукты – стабильные радиогенные изотопы – как сложных изотопных превращений (ряды распада), так и простых (40К, 87Rb и др.); известны конечные продукты – стабильные радиогенные изотопы – как сложных изотопных превращений (ряды распада), так и простых (40К, 87Rb и др.); известны виды распада (,  и др.); известны изотопные соотношения и распространенность радиоактивных и радиогенных изотопов;

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Фракционирование легких стабильных изотопов вызывается внешними процессами, зависит от них и носит обратимый характер, в отличие от необратимых радиоактивных процессов, зависимых только от атомно-ядерных (внутренних) превращений. Фракционирование легких стабильных изотопов вызывается внешними процессами, зависит от них и носит обратимый характер, в отличие от необратимых радиоактивных процессов, зависимых только от атомно-ядерных (внутренних) превращений.

Содержание слайда: Реакции изотопного обмена при подвижных равновесных процессах Реакции изотопного обмена при подвижных равновесных процессах Абсорбция и катионный обмен Диффузия газов и жидкостей через пористые массы

Содержание слайда: Биогенные процессы: фотосинтез, жизнедеятельность организмов (в частности, бактерий) и др. Биогенные процессы: фотосинтез, жизнедеятельность организмов (в частности, бактерий) и др.

Содержание слайда: Углерод имеет 3 изотопа: 126C, 136C – стабильные изотопы Углерод имеет 3 изотопа: 126C, 136C – стабильные изотопы 14С – радиоактивный. 12С - абсолютно преобладающий (четный, легкий изотоп) - 98,89 %, 13С – 1,11 % и 14С имеет незначительную распространенность. Соотношение распространенностей 12С/13С в природных объектах варьирует от 88,0 до 94. Однако для сравнения значений изотопного состава пользуются соотношением 13С/12С, т.е. относительным приростом тяжелого изотопа.

Содержание слайда: За стандарт принято отношение 13С/12С углерода карбоната кальция (белемнит из меловых отложений Южной Каролины) – PDB. За стандарт принято отношение 13С/12С углерода карбоната кальция (белемнит из меловых отложений Южной Каролины) – PDB.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Весовой кларк С в земной коре небольшой – 0,35, атомный – 0,51, однако соединения углерода являются основой жизни на Земле, а неорганические его соединения широко распространены в природе: Весовой кларк С в земной коре небольшой – 0,35, атомный – 0,51, однако соединения углерода являются основой жизни на Земле, а неорганические его соединения широко распространены в природе: окисленнная форма – СO2, карбонаты, бикарбонаты; восстановленная – метан, органический углерод и самородная форма – графит, алмаз.

Содержание слайда: Однонаправленные химические реакции и равновесные процессы приводят к разделению изотопов. Однонаправленные химические реакции и равновесные процессы приводят к разделению изотопов. Так, реакции изотопного обмена происходят в морской воде между атмосферной углекислотой и углекислотой моря:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Отмечено, что фракционирование (разделение) изотопов С интенсивнее протекает при низких температурах, т.е. углерод осадочных известняков более богат тяжелым изотопом, чем углерод соединений другого генезиса. Отмечено, что фракционирование (разделение) изотопов С интенсивнее протекает при низких температурах, т.е. углерод осадочных известняков более богат тяжелым изотопом, чем углерод соединений другого генезиса.

Содержание слайда: Сера - это четный элемент типа 4q, весовой кларк – 0,10 %, атомный = 0,05 %. Сера - это четный элемент типа 4q, весовой кларк – 0,10 %, атомный = 0,05 %. Изотопы серы: 32S (95,018 %) абсолютно преобладающий 34S (4,215 %), 33S (0,750 %), 36S (0,017 %). За стандарт принято отношение 32S/34S = 22,22 и 34S/32S = 0,0450045 в сере троилита из метеорита Каньон Дьявола (Аризона, США).

Содержание слайда:

Содержание слайда: Эффективное фракционирование серы отмечается при окислительно–восстановительных процессах, которые могут проходить как при участии живых организмов (биогенное разделение), так и неорганическим путем: Эффективное фракционирование серы отмечается при окислительно–восстановительных процессах, которые могут проходить как при участии живых организмов (биогенное разделение), так и неорганическим путем:

Содержание слайда: Сера в природе выступает в нескольких валентных состояниях: S0 – нулевая валентность самородной серы, S2- – в сульфидах, сульфосолях и сероводороде, S4+ – (SO2) – в вулканических эманациях и S6+ - (SO4)2- и сульфатах. Сера в природе выступает в нескольких валентных состояниях: S0 – нулевая валентность самородной серы, S2- – в сульфидах, сульфосолях и сероводороде, S4+ – (SO2) – в вулканических эманациях и S6+ - (SO4)2- и сульфатах. Количество изотопа 34S увеличивается в этом ряду вправо и максимальной концентрации достигает в сульфатной сере, где связь серы с кислородом более сильная: сера сильнее связана в окислительных продуктах, чем в восстановительных.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Кислород - самый распространенный элемент в земной коре. Кислород - самый распространенный элемент в земной коре. У кислорода три изотопа: 16О (распространенность 99,8 %), 17O (0,04 %) и 18O (0,2 %). В низкотемпературных измерениях используется стандарт PDB (белемнит меловых отложений Юж. Каролины). В остальных случаях – стандарт SMOW (средний состав морской воды).

Содержание слайда:

Содержание слайда: Разделение изотопов кислорода является следствием обменных реакций изотопного равновесия. Разделение изотопов кислорода является следствием обменных реакций изотопного равновесия. Вариации состава (18O) в породах, минералах, воде, парах воды определяются главным образом температурой. Изотопный сдвиг более эффективно проходит при низких температурах. Подчиненное значение в разделении изотопов кислорода имеют биогенные факторы.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Утяжеление кислорода атмосферы происходило за счет тяжелого кислорода воды, поступающей из глубин земли (ювениальная вода). Утяжеление кислорода атмосферы происходило за счет тяжелого кислорода воды, поступающей из глубин земли (ювениальная вода). Изотопный состав кислорода природных вод находится в изотопном равновесии с атмосферной углекислотой (СО2), но не находится в равновесии с кислородом атмосферы. Тяжелый кислород, поступающий из глубоких слоев Земли, освобождается в гидросфере и атмосфере и накапливается в углекислоте или кремнеземе – скелетах живых организмов, а затем – в осадочных породах.

Содержание слайда: