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【地球化学科普】稀有气体地球化学:揭示地球内部奥秘的钥匙 精选

已有 4478 次阅读 2023-3-26 09:52 |系统分类:科普集锦

   稀有气体,即氦 (He)、氖 (Ne)、氩 (Ar)、氪 (Kr) 、氙 (Xe)和氡 (Rn),又称惰性气体,系指化学元素周期表中的零族元素,以化学性质不活泼和在地球中含量稀少为特征。 稀有气体地球化学是地球化学的一个分支,主要研究自然界特别是地球和类地行星稀有气体元素性状、分布特点,了解稀有气体性状、分布的因素,以此为基础来解决地质问题的地球化学学科。稀有气体同位素地球化学是一门研究稀有气体元素在地球化学中应用的学科。这些元素在太阳系起源、行星演化、地球形成、地幔演化及其动力学、矿床成因、流体来源及演化等方面被广泛应用。


图1. 不同稀有气体光谱颜色

   例如,稀有气体可以用来研究地球内部的物质循环。例如,氦同位素比值3He/4He它可以用来研究地球内部的物质循环,帮助我们了解地球的构造和演化历史。氦-3和氦-4两种同位素具有不同的来源。地球上的氦-3是地球形成时最初被困住的残余物,而主要由铀和钍衰变产生的氦-4,这意味着两种同位素的比率可以用作地球化学中强大的示踪剂。氦气可以通过研究其在地球内部的来源和运移过程,帮助我们了解地球的构造和演化历史。稀有气体还可以用于地下水资源勘探。例如,氡气可以作为地下水中放射性元素的指标,帮助我们评估地下水的安全性和可持续性。此外,稀有气体还被广泛用于天文学和宇宙学研究中。

     稀有气体同位素测试技术主要用于测量稀有气体同位素组成。测试方法主要有分阶段加热熔融、真空压碎、激光微区熔蚀等气体采集方式,获得的气体经多级纯化后在静态稀有气体同位素质谱中进行测试。稀有气体同位素在地球科学、宇宙成因和核方面的研究中都有重要应用。例如,它可以用来研究地球内部的物质循环,帮助我们了解地球的构造和演化历史。此外,稀有气体同位素测试技术还可以用于天文学和宇宙学研究中。


图2. 用于稀有气体同位素组成测试的稀有气体静态质谱计(型号:Nobleless  SFT)

(图片来源:中国科学院西北生态环境资源研究院地区化学分析测试中心网站)

    近年来,稀有气体同位素在矿床学中的应用主要集中在成矿流体的示踪和年代学两个方面。由于人们对大气、地壳、上、下地幔等不同来源物质的He、Ar同位素组成有了较为清晰的认识,因此,在矿床学研究中,作为灵敏示踪剂的稀有气体同位素大多用于判别成矿流体的来源,特别是幔源物质的贡献大小及壳幔相互作用与成矿的关系。它们还用于揭示矿床在成矿各阶段(期)中的物质和流体源区差异,以及追踪和揭示成矿流体的演化、反演成矿过程。此外,由于4He、40Ar具有年代积累效应,因此,它们常被用于同位素测年。尤其是近年来人们对矿床形成后的改造-保存过程的关注,低温热年代学比如裂变径迹、(U-Th)/He、含钾矿物K-Ar、40Ar-39Ar等定年方法被用于厘定表生矿物年龄、探讨矿床的隆升、剥蚀速率和剥蚀量等,揭示矿床的保存条件及预测隐伏矿床。

  总之,稀有气体同位素地球化学在矿床学研究中取得了重要进展,为我们提供了更多关于成矿流体来源和演化过程的信息。未来,随着技术的发展和对稀有气体同位素地球化学理解的深入,这一领域能够为我们提供更多关于地球内部奥秘的钥匙。





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3 崔锦华 曾荣昌 guest39265369

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