Stabilizotóp-geokémia II Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet forizs@geokemia.hu
MÉÉSI MÓDSZEEK, HIBÁJUK Stabilizotópok: mérés tömegspektrométerrel Hidrogén: mérés H 2 gázon vízbıl: (1) H 2 O + Zn ZnO + H 2 Zn helyett lehet U, Cr, Mn (2) H 2 O + H 2 egyensúlyi izotópcsere (Pt) OH-tartalmú ásványok: főtés (1200 C) + O 2 H 2 O utána lásd fönt Hiba ±0,5-3 ezrelék
MÉÉSI MÓDSZEEK, HIBÁJUK Stabilizotópok: mérés tömegspektrométerrel Szén: mérés CO 2 v. CO gázon karbonát + foszforsav CO 2 szerves anyag + O 2 CO 2 Hiba: ±0,1 ezrelék
MÉÉSI MÓDSZEEK, HIBÁJUK Stabilizotópok: mérés tömegspektrométerrel Oxigén: mérés CO 2, CO vagy O 2 gázon vízbıl: H 2 O + CO 2 egyensúlyi izotópcsere karbonát + foszforsav - CO 2 szilikát + BrF 5 v. ClF 3 v. F gáz és/vagy C lézer + BrF 5 v. ClF 3 v. F gáz Hiba: ± 0,1-0,2 ezrelék CO 2 (v. O 2 )
MÉÉSI MÓDSZEEK, HIBÁJUK Stabilizotópok: újabban terjedı technika a molekulaspecifikus mérés Oxigén, szén, hidrogén: Gázkromatográf-égetı egység-tömegspektrométer különbözı összeállításban Vivıgázas tömegspektrometria Hiba: nagyobb, mint a hagyományos Elıny: kis anyagmennyiség, nagy szám
MÉÉSI MÓDSZEEK, HIBÁJUK SIMS (másodlagos ion tömegspektrométer vagy ion mikroszonda): Mind stabil- mind radioaktív izotópokra jó módszer elınye: pontszerő mérés hátránya: drága pontossága csak újabban éri el a hagyományos gáz izotóparány tömegspektrométerét
Egyéb mérési módszerek NM (mag mágneses rezonancia, nyomjelzés) Infravörös dióda-lézeres abszorpciós spektroszkópia Los Gatos esearch Inc., PICAO: CDS Cavity ing Down Spectroscopy Nova Wave Technologies Inc.
Adatok delta értékben: standard 1 ahol izotóparányok a mintában és a standardban.
α Izotóp frakcionáció (megoszlás) A és B fázis között Definíció: frakcionációs tényezı ( 1 ) Α ΑΒ + (A és B fázisok, <<1) Pl. A víz, B vízgız; vagy A oldott karbonát, B kalcit; vagy A kalcit, B dolomit Következmény A + α AB B + Β
Nagy delta, szeparációs tényezı AB A - B *lnα AB mivel ln(1+x) x, ha x<<1 Dúsítási tényezı: ε AB ( A / B -1) [ ]
ayleigh frakcionáció (Szekvenciális kiválás) Csapadékhullás, kigázosodás, stb. 0 *f (α-1) izotóparány, pl. 18 O/ 16 O 0 kezdeti izotóparány α frakcionációs tényezı f maradék anyag
Maradék víz Párolgás nyílt rendszerben Pára
Frakcionáció: izotópmegoszlás különbözı komponensek között α 12 1 2 frakcionációs tényezı (faktor) Hımérsékletfüggés: (ha T>500 ºC, B0) lnα 2 A / T + B
Izotópos termometria Feltételek - a két komponens összetétele ismert - fennállt az egyensúly - utólagos izotópcsere nem történt - frakcionációs faktorok jól meghatározottak (kisérleti, elméleti, természetes analógia)
Például: Kalcit-víz oxigénizotópfrakcionáció lnα (calcite-h 2 O) 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 lnα 2.78 10 / T 0 200 400 600 800 Temperature ( C) Ha ismerjük a víz összetételét, a hımérséklet számítható, és fordítva is igaz. Oxigénizotópos paleotermometria Fı probléma: a vízösszetételt ritkán tudjuk pontosan. 6 2 2.89
dolomit kalcit BaCO 3
Számítási feladat 1 (10 perc) munkasztenderd 14,57 min ta munkasztenderd 38,72 A 18 O vs.? A 18 O vs. VPDB? 18 O VPDB 0,970017 18 O -29,98
Megoldás 1 Átszámítás A sztd-rıl B sztd -re X-B X-A + A-B + 0,001 X-A A-B 18 O - 38,72 + (-14,57) + 0,001 38,72 (-14,57) 23,59 [ ] 18 O -VPDB -7,10 18 O VPDB 0,970017 18 O -29,98
(1) Az (1) egyenletet megszorzom (2)-vel: Definíció: (2) 0,001 + + ( ) + + + 10 6 + + + + 1 1 1 1 1 + 1 + 1 1 + + 1 1
Számítási feladat 2 Yucca-hegység, radioaktív-hulladék tárolóhely Kvarc 18 O 24,4 [ ] 10 3 ln α kvarc-víz 4,1 10 6 /T 2-3,70 ( kvarc - víz ) Helyi rétegvíz 18 O -11,6 [ ] Milyen hımérsékleten vált ki a kvarc a vízbıl izotópegyensúly esetén? Mekkora a hımérséklet-különbség ha α-val, vagy ha - ákkal számolunk?
Megoldás 2 α + + kv v kv v 1,0364 400 322,28 K 49, 28 C 10 lnα + 3,7 T 3 vagy T 400 + 3,7 kv v 321,36 K 48,36 C 300 C 573 K kvarc - víz 4,1 10 6 /T 2-3,70 víz kvarc - 4,1 10 6 /T 2 + 3,70 15,6 (valószínőtlen érték)