铁同位素--何永胜

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,铁同位素地球化学,何永胜,2014.7.21,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,铁同位素体系简介,1.1,Fe,元素,铁，第八族,原子序数：,26,质量数：,56,铁同位素体系简介,1.1,Fe,元素,高丰度,地核：铁、镍合金,地幔,：,Si,、,O,、,Mg,、,Fe,地壳,：丰度第四,铁同位素体系简介,1.1,Fe,元素,变价元素：,+3,：铁氧化物等,+2,：橄榄石等,0,：铁合金等,Wikipedia,Poulton and Canfield, Elements, 2011,铁同位素体系简介,生命元素：,1.1,Fe,元素,血红蛋白,微生物作用,异化还原,生物氧化,Wikipedia,Taylor and Konhauser, Elments, 2011,铁同位素体系简介,1.1,Fe,元素,矿产资源：,钢铁，现代工业的基本材料,黄铁矿、铁的氧化物等是各类矿床的常见矿物,自,1990s,末迄今，有大量的国际文献发表,14,篇,Science/Nature,文献,:,Science 11; Nature 1; Nature GeoSci. 1,数百篇一流期刊文献,:,包括近,10,篇分析方法文献,1.1,Fe,元素,铁同位素体系简介,1.1,Fe,元素,铁同位素体系简介,铁同位素体系简介,Fe,有四个稳定同位素：,54,Fe,，,56,Fe,，,57,Fe,，,58,Fe,标准：,IRMM-014,，欧洲标准局,平均火成岩，,Beard et al., 2003,Average igneous rocks by IRMM-014: 0.09 per mil,1.2,铁同位素及组成表达方式,1.3,Fe,同位素平衡分馏的一般规律,Fe,的价态,物相晶格、基团结构、化学键类型,e.g., Johnson et al., 2002; Heimann et al., CG, 2008,铁同位素体系及分析技术简介,显著铁同位素分馏与价态变化有关,1.4,各种地质储库的铁同位素组成,铁同位素体系简介,平均球粒陨石的,56,Fe,在,0,附近,上地幔的平均组成和球粒陨石相近,火成岩和大陆地壳的铁同位素组成比上地幔略重,水体可溶铁一般具有轻铁同位素组成,碎屑沉积物的铁同位素组成和火成岩相近,化学沉积物具有高度变化的铁同位素组成,Dauphas et al., EPSL, 2009,Schoenberg, EPSL, 2006,-0.015,0.020 (2SE),-0.016,0.045 (2SE),地球,铁同位素体系简介,橄榄岩包体,/,造山带橄榄岩,56,Fe0.02 at Mg# = 89.4,Weyer and Inov, EPSL, 2007,上地幔,深海橄榄岩,Mean,56,Fe0.01,Craddock et al., EPSL, 2007,铁同位素体系简介,MORB,具有均一的铁同位素组成,，,56,Fe0.105,OIB,，,Mean,56,Fe0.121,目前分析精度下相对不均一,Teng et al., GCA, 2013,洋中脊和洋岛玄武岩（,MORB & OIB,）,铁同位素体系简介,岛弧玄武岩具有比,MORB,和,OIB,轻的铁同位素组成,岛弧玄武岩,Dauphas et al., EPSL, 2009,铁同位素体系简介,下地壳的铁同位素组成不均一，,Mean LCC,56,Fe 0.05 ,He et al., unpublished,大陆下地壳,铁同位素体系简介,大陆上地壳,上地壳的,56,Fe 0.11 ,e.g., Poitrasson et al., 2004; Poitrasson and Freydier, 2005; Weyer and Ionov, 2007; Heimann et al., 2008; Teng et al., 2008b; Dauphas et al., 2009a; Schuessler et al., 2009; Sossi et al., 2012; Telus et al., 2012; Weyer and Seitz, 2012; Teng et al., 2013,铁同位素体系简介,碎屑沉积物相对火成岩没有发生较大分馏,56,Fe by IRMM014,Ferh et al., 2008; Severman et al., 2006; Staubwasser, 2006,Beard et al., 2003,河流水，海底热液，低温热泉，地下水中,可溶解铁,一般,具有比硅酸盐地球轻,Fe,同位素组成,Johnson et al., Annual review, 2008,河水、海水、热液、地下水,铁同位素体系简介,Anbar et al., Annual review, 2007,区域,DFe, C,56,FeDfe,PFe, C,56,FePFe,西赤道太平洋,0.451.46 nM,0.060.45,4.6432.19 nM,-0.020.29 ,中赤道太平洋,0.060.61 nM,0.010.58 ,0.411.39 nM,0.140.46 ,亚热带北大西洋,0.9 nM,0.30.7,东南大西洋海盆,-0.130.21 ,大西洋,-0.490.19 ,北海，滨岸,1025 nM,-0.700.15 ,1030 nM,-0.300.65 ,加州滨岸海盆,-1.820.03 ,De Jong et al., 2007; John and Adkins, 2010; Lacan et al., 2008, 2010; Radic et al., 2011,现代海洋,铁同位素体系简介,Iron,Formation,Planavsky et al., GCA, 2012,黄铁矿,碳酸盐,化学沉积岩,或,沉积岩中化学沉淀组分,具有高度分异的铁同位素组成,Craddock et al., EPSL, 2011,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,自然样品中的铁同位素分馏有限，例如：,高温岩浆过程的铁同位素分馏尺度,56,Feug,样品,回收率,99.8%,，平均值为,:,99.95,0.13%,(2SD, n = 5),After Dauphas et al., 2004; 2009,He et al., GGR, in Revision,铁同位素体系及分析技术简介,2.1,化学流程,CUGB,热电离质谱,（,TIMS,）,Johnson and Beard, IJMS, 1999,多道等离子体质谱仪,（,MC-ICPMS,）,含,Ar,基团干扰消除,降低,Ar,基团信号,膜去溶,冷,Plasma,动态反应池,Belshaw and Zhu, 2000; Beard et al., 2003; Kehm et al., 2003,提高质量分辨率,Neptune, HR Nu instrument,Weyer et al., 2003; Millet et al., 2012,3% per amu,的仪器分馏校正,SSB + (Cu or Ni-doping, Double spike),铁同位素分析技术要点,2.2,质谱分析,高分辨,+,SSBCUGB,Neptune Plus CUGB,MR, 0.005,质量数范围内可获得精确的数据,分析方法简介,：,基团干扰消除,理论斜率：,平衡分馏，,1.475,动力学分馏，,1.488,Young et al., 2002,分析方法简介,：,仪器分馏校正,影响仪器分馏的因素：,基质元素,溶液的浓度,介质，酸度,等等,e.g.,Belshaw and Zhu et al., 2000; Schoenberg and Blanckenburg, 2005; Dauphas et al., 2009,基质元素效应,基质元素,/Fe ,王跃老师报告,Fe,同位素的研究现状,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,Poitrassion, EPSL, 2004; Weyer,et,al.,2005;,Wang,et,al.,2012,火星、,HED,、,Vesta,具有近球粒陨石的铁同位素组成,地球和月球样品、,Angrite,具有显著重的铁同位素组成,大碰撞,VS,核幔分异,Poitrasson,，,2004,，,2009,Polyakov, et al., 2009,行星间铁同位素差异,理论计算表明，在核幔边界条件下，金属相相对下地幔硅酸盐矿物富集轻铁同位素,2000,o,C, CMB,0.130.053 ,Polyakov, et al., 2009,行星间铁同位素差异,岩浆过程,橄榄岩包体,/,造山带橄榄岩,56,Fe0.02 at Mg# = 89.4,Weyer and Inov, EPSL, 2007,深海橄榄岩,Mean,56,Fe0.01,Craddock et al., EPSL, 2007,行星间铁同位素差异,岩浆过程有显著的铁同位素分馏，玄武岩样品不能代表地球的平均组成。,地幔橄榄岩研究揭示,地球可能也具有近球粒陨石的铁同位素组成,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,基性岩相对上地幔略重,0.1,左右,地幔橄榄岩的,56,Fe,和,Mg#,负相关,地幔部分熔融过程中发生显著的铁同位素分馏,岩浆体系铁同位素分馏,Weyer and Inov, EPSL, 2007;,Teng et al., GCA, 2013,4.1,部分熔融：地幔,在地幔部分熔融时，,Fe,3+,中度不相容，优先进入熔体,在硅酸盐体系，,Fe,3+,一般相对,Fe,2+,富集重铁同位素,熔体相对残留相和源区富集重铁同位素,岩浆体系铁同位素分馏,4.1,部分熔融：地幔,Weyer and Inov, EPSL, 2007,Dauphas et al., EPSL, 2009,混合岩中的淡色体比暗色体的铁同位素组成系统偏重，,表明地壳物质部分熔融过程中也可能发生显著的铁同位素分馏,4.1,部分熔融：壳内,Telus et al., GCA, 2013,岩浆体系铁同位素分馏,夏威夷玄武岩：,结晶分异过程中存在显著地,Fe,同位素分馏,橄榄石分离结晶：,平衡分馏,Fe-Mg,互扩散,Teng et al., 2008; 2011,Teng et al., 2008,4.2,岩浆分异,岩浆体系铁同位素分馏,堆晶,分离结晶,岩浆分异前期硅酸盐矿物分离结晶，残余熔体,Fe,同位素变重,岩浆分异后期磁铁矿分离结晶，残余熔体,Fe,同位素变轻,Sossi et al., CMP, 2012,斜方辉石等,磁铁矿,4.2,岩浆分异,斜方辉石等,磁铁矿,岩浆体系铁同位素分馏,Sossi et al., CMP, 2012,e.g., Poitrasson et al., 2004; Poitrasson and Freydier, 2005; Weyer and Ionov, 2007; Heimann et al., 2008; Teng et al., 2008b; Dauphas et al., 2009a; Schuessler et al., 2009; Sossi et al., 2012; Telus et al., 2012; Weyer and Seitz, 2012; Teng et al., 2013,4.2,岩浆分异,岩浆体系铁同位素分馏,4.2,岩浆分异,Heimann et al., CG, 2008,56,Fe,Bulk mineral-melt, 0.030.07,，,非分离结晶,非氯流体相对磁铁矿和硅酸盐矿物富轻铁同位素,流体出溶,岩浆体系铁同位素分馏,4.2,岩浆分异,Schussler et al., CG, 2009,锂（流体活动性强）同位素没有发生显著分馏,非流体出溶,From Iceland,岩浆体系铁同位素分馏,4.2,岩浆分异,Telus et al., GCA, 2012,锌（流体活动性强）同位素没有发生显著分馏,非流体出溶,岩浆体系铁同位素分馏,56,Fe,ol-cpx,= -0.100.12%,56,Fe,ol-opx,= -0.050.11%,(2SD, n = 18),Huang et al., GCA, 2011,4.3,矿物间平衡分馏,岩浆体系铁同位素分馏,赤铁矿、磁铁矿、黑云母角闪石单斜辉石、斜方辉石、橄榄石、石榴子石,(,次序：,由重到轻,),Beard et al., 2004,Heimann et al., 2008,；,Sossi et al., 2012,岩浆体系铁同位素分馏,4.3,矿物间平衡分馏,矿物间、矿物,/,熔体的,Fe-Mg,交换可导致显著地,Fe,，,Mg,同位素分馏,Dauphas et al., GCA, 2010,4.4,矿物熔体间非平衡分馏,岩浆体系铁同位素分馏,矿物间、矿物,/,熔体的,Fe-Mg,交换可导致显著地,Fe,，,Mg,同位素分馏,Teng et al., EPSL, 2011,4.4,矿物熔体间非平衡分馏,岩浆体系铁同位素分馏,Weyer et al., CG, 2012,岩浆体系铁同位素分馏,橄榄石,-,熔体间分馏,受橄榄石同位素组成的控制,锂同位素在岩浆过程中不分馏，,反映橄榄石斑晶的同位素变化可能是扩散的结果,Schussler,et al., CG, 2009,磁铁矿一般比全岩重,火山岩斑晶磁铁矿与全岩几乎无分馏,Heimann et al., 2008; Millet et al., 2012; Sossi et al., 2012; Telus et al., 2012,4.5,矿物与熔体间平衡分馏,Weyer et al., CG, 2012,4.5,矿物与熔体间平衡分馏,岩浆体系铁同位素分馏,锂同位素显著分馏的橄榄石与熔体间,Li,含量不符合平衡分配，存在浓度梯度。含过量,Li,的橄榄石，具有轻的,Li,同位素，符合,Li,从熔体向橄榄石扩散的趋势,锂同位素处于平衡分馏状态的橄榄石斑晶,和熔体间的铁同位素,分馏系数为,-0.1 ,，橄榄石相对熔体富集轻铁同位素,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,现代表生体系的铁同位素研究,常见分馏系数,风化,水圈,沉积,/,沉淀作用,成岩作用,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,Johnson et al., 2002, 2005; Weltch et al., 2003; Wiesli et al., 2004; Beard and Johnson, 2004; Balci et al., 2006; Dauphas and Rouxel, 2006,Fe,2+,(aq),Fe,3+,(aq),2.83.0 ,Fe,2,O,3,-0.14 (E),-0.1-0.8 (K),-0.4-1.7 (B),-0.9-0.2 (K),FeS,FeS,4,0.32(E),-1.20.32(K),FeCO,3,-0.48(E),-2.1(K),5.1,常见分馏系数,现代表生体系的铁同位素研究,优先富集,轻同位素,优先富集,重同位素,PH=7,，常温,水溶液为例,Fe,3+,：,2.097e-11 g/g, 0.374 nM,现今海水的溶解,Fe,含量：,0.011 nM,量级（,Radic, EPSL, 2011,）,Fe,2+,:,5.255e-7 g/g, 9.38 uM,FeS,m,:,uM,级,（,Rickard and Luther, Chem. Rev., 2007,）,溶解行为,现代表生体系的铁同位素研究,5.2,风化,在硅酸岩风化过程中，,流体一般优先溶解轻,Fe,同位素,流体洗脱的铁有限，,残留固相同位素组成变化不大,Chapman et al., GCA, 2009,酸淋洗试验,5.2,风化,The Nsimi lateritic profiles, South Cameroon,Poitrasson et al., CG, 2008,现代表生体系的铁同位素研究,剖面条件：,赤道气候，年平均温度：,24,，降雨量：,1630mm,红土,，主要次生矿物：高岭石，伊利石，,针铁矿，赤铁矿,5.2,风化,Poitrasson et al., CG, 2008,现代表生体系的铁同位素研究,整个剖面的铁含量有巨大的变化，然而全岩铁同位素组成在分析误差范围内和平均大陆地壳一致,解释：整个剖面以三价铁为主，溶解度有限，同位素分馏有限,风化,NW, Germany,SW, Germany,Wiederhold et al., GCA, 2007,灰土,雏形土,Dark,O,rganic surface layer,Gray depleted,E,luvial horizon,Enriched illuvial,B,hor.,Fe, Al,灰土一般形成于酸性基岩（石英砂岩、花岗岩等）、冷,+,潮湿、针叶林条件下，有机酸性物质向下淋滤（,Fe,、,Al,）形成,剖面排水良好，干体系，氧化条件,灰土基岩：砂沉积物，砂岩；雏形土基岩：火山岩,PH4,PH5.55.9,现代表生体系的铁同位素研究,灰土：残积层,(E),铁含量最低，淀积层,(Bh,Bs),富集铁；,淀积层,(Bh,Bs),的铁同位素相对基层显著偏轻。,铁富集的峰值位置为,Bs,最轻的铁同位素组成出现于,Bh,，反映有机络合物富轻铁。,雏形土：铁含量和同位素组成均无变化,风化,Wiederhold et al., GCA, 2007,现代表生体系的铁同位素研究,铁组分：,0.5 M HCl,（室温，,24 h,）,无定形铁,1M NH,2,OH-HCl+1M HCl (90 ,4h),氧化物,残渣,单个土壤样品内不同库间的铁同位素存在显著分馏,(,57,Fe = 3 ,),Bh,层负,57,Fe,的峰值反映轻铁富集和有机质富集间的关系,无定形铁相对于硅酸盐富轻铁，风化过程释放轻铁,风化,Wiederhold et al., GCA, 2007,现代表生体系的铁同位素研究,风化,Poitrasson et al., CG, 2008,菲律宾,苏里高,喀麦隆,喀麦隆和菲律宾风化剖面都贫有机质，风化产物以,Fe,3+,为主，反映,氧化条件下，无生物作用参与时风化导致的全岩铁同位素分馏有限,轻铁同位素组成土壤富含有机质；大的同位素分馏也可发生于还原条件下的化学风化；,有生物参与或还原条件时，风化可以导致显著的铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,5.3,水圈,Fantle and DePalo, 2004,低铁含量,河水,（可溶铁端元）总体上同位素组成偏轻,现代表生体系的铁同位素研究,河水颗粒物,Bergquist and Boyle, EPSL, 2006,Pinheiro et al., JSAES, 2013,虽然单个河流携带的颗粒物铁同位素组成有差异，,但流域上总体携带的颗粒物铁同位素组成和平均陆壳相近,现代表生体系的铁同位素研究,Negro river:,黑水河,流经雨林盆地，有机质高,Negro,dis. Fe,海底热液，低温热泉，地下水中,可溶解铁,一般,具有比硅酸盐地球轻,Fe,同位素组成,Johnson et al., Annual review, 2008,热液、地下水,区域,DFe, C,56,FeDfe,PFe, C,56,FePFe,西赤道太平洋,0.451.46 nM,0.060.45,4.6432.19 nM,-0.020.29 ,中赤道太平洋,0.060.61 nM,0.010.58 ,0.411.39 nM,0.140.46 ,亚热带北大西洋,0.9 nM,0.30.7,东南大西洋海盆,-0.130.21 ,大西洋,-0.490.19 ,北海，滨岸,1025 nM,-0.700.15 ,1030 nM,-0.300.65 ,加州滨岸海盆,-1.820.03 ,De Jong et al., 2007; John and Adkins, 2010; Lacan et al., 2008, 2010; Radic et al., 2011,现代海洋,5.4,沉积,56,Fe by IRMM014,碎屑沉积物相对火成岩没有发生较大分馏,;,总体上，全岩尺度风化残留物的分馏不显著,Beard et al., 2003; Fantle and Depalo, 2004,现代表生体系的铁同位素研究,化学沉积，,亚铁溶液连续氧化（平衡分馏）,平衡分馏,水铁矿与溶液始终平衡,瑞利分馏,水铁矿一旦结晶，立即离开体系,现代表生体系的铁同位素研究,沉淀水铁矿,残余溶液,海底热液，低温热泉，地下水部分氧化时，,随着富重铁同位素的氧化物沉淀,，残余水体,Fe,含量越低，同位素组成越轻,Johnson et al., Annual review, 2008,实例,1,：热液、地下水,现代表生体系的铁同位素研究,砂岩中的铁氧化物结核记录了,热液沉淀氧化物铁同位素从重到轻的演化序列，,指示了流体运移的方向,Busigny and Dauphas, EPSL, 2007,实例,2,：,美国犹他州砂岩,5.5,成岩作用,(,diagenesis,),现代表生体系的铁同位素研究,Planavsky et al., GCA, 2012,概念,:,沉积物在它初始沉淀以后、岩化以后，经历的任何还没达到变质作用程度的化学、物理和生物的改变（不包括地表风化）,利用铁同位素研究海洋,-,大气的氧化还原条件是通过,沉积岩,进行的,样品：,沿北太平洋,California,海岸,(Monterey Bay, Santa Barbara Basin),Santa Barbara Basin,，,California,，水深,498m,，高生产力，富有机质，有区域最低的海底水,O,2,浓度,Fe,同位素：,Feporewater,，,Fepyrite,，,Fetotal,Fe0.5N HCl:,无定形,Fe(3),氧化物，,FeS, non-S Fe(2),粘土矿物,FeHR = Feaq + Fe(2)HCl + Fe(3)HCl + Fepy +Femagnetite,5.5,成岩作用,现代表生体系的铁同位素研究,Severmann et al., GCA, 2006,5.5,早期成岩作用,现代表生体系的铁同位素研究,Severmann et al., GCA, 2006,总,Fe,的同位素组成和火成岩一致，活性,Fe,的同位素组成总体偏负，残余,Fe,略重,Severmann et al., GCA, 2006:,总,Fe,的同位素组成和火成岩一致，活性,Fe,的同位素组成总体偏负，残余,Fe,略重，各个活性铁组分有非常大的铁同位素分馏,这些铁氧化物、黄铁矿能记录海水的信息吗？,Severmann et al., GCA, 2006,FeHCl,中组分的,Fe,同位素,FeS,比黄铁矿显著重，,FeS,Py,有分馏,水铁矿具有异常负的,Fe,同位素，指示非海水直接沉淀，多次循环,HCl,Severmann et al., GCA, 2006:,休息,Question?,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,氧化的海洋：,（定量）铁氧化物,缺氧的海洋：,假设海水,56,Fe,-0.2 ,O,2,输入：,铁氧化物,HS,-,输入：,硫化物,原理,大气氧含量演化与铁同位素响应,太古代,BIF,，贫氧海洋,Li et al., GCA, 2013,澳大利亚西北部,Duffer formation,沉积时代：,3.46 Ga,大气氧含量演化与铁同位素响应,太古代,BIF,，贫氧海洋,Li et al., GCA, 2013,56,Fe,从,1.532.63,，显著重于其他时代的,BIF,大气氧含量演化与铁同位素响应,太古代,BIF,，贫氧海洋,Li et al., GCA, 2013,大气氧含量演化与铁同位素响应,太古代,BIF,，贫氧海洋,Li et al., GCA, 2013,这些,BIF,形成于低比例氧化，反映当时的海水透光层还存在大量过剩的,Fe,2+,，水体含氧量很低。,经估算，可能仅为现今透光层海水氧含量的,0.0003%,大气氧含量演化与铁同位素响应,部分硫化海洋,火成岩，海底热液,结晶,Fe,氧化物，,水体变轻,Rouxel et al., Science, 2005,元古代海洋,结晶黄铁矿，,水体变重,大气氧含量演化与铁同位素响应,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,Iron isotope biosignatures?,Beard et al., Science, 1999,火成岩：,(,56,Fe=0.0+/-0.3),Sediments:,(+0.9-1.6),Fe,还原菌可以产生,1.3,的分馏,Fe,同位素可以示踪生物作用,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,古老生命活动遗迹,Anbar et al., Science, 2000,生物氧化过程：,Fe,3+,-Fe,2+,+2.9 ,和无机过程测定的分馏系数无差别,Balci et al., GCA, 2006,Welch et al., GCA, 2003,Johnson et al., EPSL, 2002,Fe,，,C,，,S,同位素协变？,Johnson et al., Ann Rev, 2008,沉积物中干酪根,C,同位素的负值越大，,S,的质量相关分馏开始增大，,S,的非质量分馏越明显，,Fe,同位素的分馏也越大,Johnson et al., 2008,Fe,同位素与,C,，,S,同位素协变,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,古老生命活动遗迹,Heimann and Johnson, 2010,The 2.5 Ga Kuruman and Gamohaan BIFs, South Africa,IF,中碳酸盐的,Fe-C,同位素,与推测海水直接沉淀物的预测值相比较：,贫,Fe,碳酸盐同位素组成相近,富,Fe,碳酸盐富集重,Fe,，轻,C,Fe(3),氧化物近乎完全的生物还原，伴随生物,C,转化的,CO,2,，形成碳酸盐,Heimann and Johnson, 2010,高放射成因,Sr,同位素支持早期成岩作用中的生物活化,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,古老生命活动遗迹,Johnson et al., Geology, 2013,Craddock and Dauphas, EPSL, 2011,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,古老生命活动遗迹,太古代早期存在微生物作用,主要内容,铁同位素体系简介,分析技术要点,行星间铁同位素差异,岩浆体系铁同位素分馏,现代表生体系的铁同位素研究,大气氧含量演化与铁同位素响应,铁同位素示踪生命活动遗迹,展望与启示,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,和其他同位素（如,C, O, Sr,等）可以用来,还有很多问题值得深入研究（比如，矿物与熔体的分馏系数；利用铁同位素示踪大气氧水平波动等）,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,8.1,铁同位素高温体系,岩浆过程中矿物,-,矿物间，矿物,-,熔体间的铁同位素分馏系数及分馏机理,8.2,大气,-,海洋,-,沉积物体系的氧逸度演化,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,Poulton and Canfield, Elements, 2011,原理：,地层样品,-,海水铁循环模式,-,海洋含氧量变化,-,大气,研究对象：,沉积岩,=,化学沉淀,+,硅酸盐碎屑（成岩作用）,沉岩作用、矿物沉淀自身产生的分馏,、海水的同位素梯度,总,Fe,的同位素组成和火成岩一致，活性,Fe,的同位素组成总体偏负，残余,Fe,略重,孔隙水中,56,Fe,的最低值出现在低,Fe(2)aq,，表层,Severmann et al., GCA, 2006:,C,早期成岩作用,Recorder,vs. contributor?,Pyrite:,Fe,2+,(aq) + S,2-,FeS,FeS FeS,0,(aq),+ S,2-,FeS,2,K,E,pyrite,Guilbaud, Science, 2011,不同深度的样品,or,考虑水深变化的影响,Lake Nyos, Cameroon,Teutsch, EPLS, 2009,各种现代环境的样品研究,地层剖面的工作,铁的物相分析和全岩、物相铁同位素的结合,不同水深样品的对比研究,8.3,铁同位素示踪古老生命活动,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,Johnson et al., Geology, 2013,Craddock and Dauphas, EPSL, 2011,Question?,非传统稳定同位素,:,铁同位素地球化学,