Stabilizotóp-geokémia II Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet forizs@geokemia.hu

Adatok delta értékben: ahol R = izotóparányok a mintában és a standardban.

Izotóp frakcionáció (megoszlás) A és B fázis között Definíció: frakcionációs tényező (A és B fázisok, d<<1) Pl. A = víz, B = vízgőz; vagy A = oldott karbonát, B = kalcit; vagy A = kalcit, B = dolomit Következmény A + 1000 AB = —————— B + 1000

Nagy delta, szeparációs tényező AB = A - B  1000×lnAB mivel ln(1+x) ≈ x, ha x<<1 Dúsítási tényező: eAB = (RA/RB-1)×1000 [‰]

Rayleigh frakcionáció (Szekvenciális kiválás) Csapadékhullás, kigázosodás, stb. R=R0*f(a-1) R = izotóparány, pl. 18O/16O R0 = kezdeti izotóparány a = frakcionációs tényező f = maradék anyag Rayleigh, J.W.S. (1896) Theoretical considerations respecting the separation of gases by diffusion and similar processes. Philos. Mag., 42:493-498

Párolgás nyílt rend-szerben (Kendall, McDonell 1998) Maradék víz Pára

Frakcionáció: izotópmegoszlás különböző komponensek között „frakcionációs tényező (faktor)” Hőmérsékletfüggés Hőmérsékletfüggés: (ha T<500 ºC, B= sokszor 0)

Izotópos termometria Feltételek - a két komponens összetétele ismert - fennállt az egyensúly - utólagos izotópcsere nem történt - frakcionációs faktorok jól meghatározottak (kisérleti, elméleti, természetes analógia)

Kezdetek 1947, ETH (Svájc). Paul Niggli megkérdezte az amerikai vendégelőadótól, Harold Ureytól, hogy a kalcit-víz O-izotóp frakcionációs tényező hőmérséklet függése van-e olyan érzékeny, hogy segítségével rekonstruálható lenne a tengerek hőmérsékletváltozása. Hazatérése után Urey számításokat végzett, amivel kezdetét vette a stabilizotóp-geokémia.

Például: Kalcit-víz oxigénizotóp- frakcionáció 1000·lnα (calcite-H2O) Temperature (°C)  Ha ismerjük a víz összetételét, a hőmérséklet számítható, és fordítva is igaz. Oxigénizotópos paleotermometria Fő probléma: a vízösszetételt ritkán tudjuk pontosan.

Új módszer, új geohőmérő Társult izotópok (clumped isotopes) módszer. 13C-18O együttes előfordulásának gyakorisága, ∆47 13C16O18O

= whiterit

Számítási feladat 1 (10 perc) A minta d18O vs. VSMOW? A minta d18O vs. VPDB? d18OVPDB=0,970017d18OVSMOW -29,98

→ (1) → (2) Az (1) egyenletet megszorzom (2)-vel: Definíció:

Megoldás 1 Átszámítás ‘A’ sztd-ről ‘B’ sztd -re dX-B = dX-A + dA-B + 0,001 dX-A dA-B d18Ominta-VSMOW = 38,72 + (-14,57) + 0,001×38,72×(-14,57) = 23,59 [‰]VSMOW d18Ominta-VPDB = -7,10‰ d18OVPDB=0,970017d18OVSMOW -29,98

Számítási feladat 2 Yucca-hegység, radioaktív-hulladék tárolóhely Kvarc d18O = 24,4 [‰]VSMOW 103 ln akvarc-víz = 4,1×106/T2-3,70 (≈dkvarc-dvíz) Helyi rétegvíz d18O = -11,6 [‰]VSMOW Milyen hőmérsékleten vált ki a kvarc a vízből izotóp- egyensúly esetén? Mekkora a hőmérséklet-különbség ha a-val, vagy ha d- ákkal számolunk? Ha 300 °C-on vált volna ki a kvarc, akkor mi lenne a d18Ovíz érték?

dvíz ≈ dkvarc - 4,1×106/T2 + 3,70 = 15,6‰ (valószínűtlen érték) Megoldás 2 → vagy 300 °C = 573 °K dkvarc-dvíz ≈ 4,1×106/T2 - 3,70 dvíz ≈ dkvarc - 4,1×106/T2 + 3,70 = 15,6‰ (valószínűtlen érték)