稀有气体同位素地球化学示踪原理
2025-10-29 15:08
阅读：484
| 稀有气体元素 | 主要同位素 | 地球化学示踪原理 | 具体应用举例 |
|---|---|---|---|
| 氦 (He) | ³He, ⁴He | ³He主要源于原始地幔（幔源氦，³He/⁴He ≈ 8 Ra）；⁴He由U-Th衰变产生（壳源氦，³He/⁴He < 0.1 Ra）。³He/⁴He比值示踪地幔柱上涌 vs. 地壳混染。 | 夏威夷热点：高³He/⁴He (>20 Ra) 指示原始下地幔柱；中洋脊玄武岩（MORB）：~8 Ra 代表亏损上地幔。 |
| 氖 (Ne) | ²⁰Ne, ²¹Ne, ²²Ne | ²¹Ne由¹⁸O(α,n)或¹⁹F(α,n)核反应产生，²¹Ne/²²Ne超大气值示踪壳源核生成Ne。²⁰Ne/²²Ne区分大气 vs. 幔源。 | 冰岛玄武岩：²¹Ne/²²Ne升高指示地幔中U-Th富集区；地下水：Ne同位素判别空气污染 vs. 幔源混入。 |
| 氩 (Ar) | ³⁶Ar, ³⁸Ar, ⁴⁰Ar | ⁴⁰Ar由⁴⁰K衰变产生，⁴⁰Ar/³⁶Ar示踪地壳老化与去气历史。大气值~295.5，幔源>1000，古老地壳>10⁴。 | 黄石火山气：⁴⁰Ar/³⁶Ar > 1000 指示地幔去气；古地下水定年：⁴⁰Ar积累计算水龄（10³–10⁶年）。 |
| 氪 (Kr) | ⁸⁰Kr, ⁸¹Kr, ⁸²Kr, ⁸⁴Kr, ⁸⁶Kr | ⁸¹Kr由宇宙射线诱发中子反应产生（大气中微量），⁸¹Kr/Kr示踪冰芯中宇宙射线通量变化。⁸⁴Kr/³⁶Ar区分海水溶解气 vs. 幔源气。 | 格陵兰冰芯：⁸¹Kr升高对应太阳活动低谷（宇宙射线增强）；海底热液：Kr/Ar比示踪水岩反应深度。 |
| 氙 (Xe) | ¹²⁴Xe–¹³⁶Xe（9种稳定同位素） | ¹²⁹Xe由¹²⁹I（β⁻衰变，半衰期1570万年）产生，¹²⁹Xe/¹³⁰Xe示踪早期地球I-Xe定年。¹³⁶Xe由²⁴⁴Pu/²³⁸U裂变产生，¹³⁶Xe/¹³⁰Xe区分裂变Xe vs. 大气Xe。 | 月球玄武岩：¹²⁹Xe过剩定年~40亿年；CO₂气田（如美国Bravo Dome）：¹³⁶Xe/¹³⁰Xe > 2.2 指示U-Pu裂变源。 |
| 综合：He-Ar-Xe | ³He/⁴He + ⁴⁰Ar/³⁶Ar + ¹²⁹Xe/¹³⁰Xe | 多同位素耦合构建“稀有气体指纹图”，区分原始幔、亏损幔、再循环壳、大气污染四端元。 | 大西洋中脊 vs. 热点：He-Ar-Xe三维图分离MORB（低³He、高⁴⁰Ar）与OIB（高³He、低¹²⁹Xe）。 |
说明：
所有比值以大气值归一（Ra = (³He/⁴He)ₛₐₘₚₗₑ / 1.38×10⁻⁶）。
测量技术：NGMS（惰性气体质谱），精度达0.1%。
稀有气体因化学惰性+放射成因，是唯一可直接示踪地球去气史、幔-壳循环、早期分异的同位素系统。
转载资料来源：https://grok.com/share/c2hhcmQtMw%3D%3D_79adefe9-b56c-422f-8426-53f8ab1eb2b5
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自李中平科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3549522-1507968.html?mobile=1
收藏
当前推荐数：1
推荐人：
推荐到博客首页
网友评论0 条评论
