[科普中國]-海洋同位素化學

海洋同位素化學，是以海洋中的同位素為研究對象的學科。尤以同位素的應(yīng)用更為重要。

簡介海洋同位素化學，是 以海洋中的同位素為研究對象的學科。主要內(nèi)容是同位素量的測定，同位素在海洋中的分布、性質(zhì)和對其分析、分離及應(yīng)用。其中尤以同位素的應(yīng)用更為重要。海洋同位素化學包括海洋中穩(wěn)定同位素，如16O、18O；放射性同位素，如地殼本來存在的鈾系、釷系放射性同位素、40K，還有宇宙射線作用產(chǎn)生的和核爆炸產(chǎn)生的一系列放射性同位素。18O/16O比值可用來研究古氣候和分辨海中陸源礦物、自生礦物；有些放射性同位素還可用來測定沉積年齡和沉積速率；有的同位素可用來鑒別水團、研究元素的地球化學循環(huán)、研究地震、研究生物過程(如測定初級生產(chǎn)力)等。1

主要應(yīng)用海洋同位素化學的主要應(yīng)用是海洋同位素示蹤。海洋同位素示蹤是指利用海洋中固有的或外加的各種同位素作為示蹤劑，揭示各種海洋學過程的機制與速率。

穩(wěn)定性同位素示蹤法水團示蹤在海洋環(huán)境科學研究中，追溯水團的起源，劃分水團的性質(zhì)，探討水團的運動與混合規(guī)律，是環(huán)境海洋學的重要課題。在大洋環(huán)流研究中，示蹤物的應(yīng)用越來越受到重視。

海水古溫度測定海洋中鈣質(zhì)生物中的CaCO3與海水處于平衡狀態(tài)， CaCO3生成時與海水中的氧同位素發(fā)生交換反應(yīng)，其平衡常數(shù)K與平衡時的溫度有確定關(guān)系。當溫度升高時，相對較輕的16O由于有較高的活性，易于遷移，在同位素交換反應(yīng)中將優(yōu)先被吸收進入生物殼體中，致使18O含量相對減少，δ18O值隨溫度的上升而下降。

古環(huán)境記錄和物質(zhì)來源已知淡水和海水中HCO3－中碳的同位素比值因大氣－海洋間的分餾而有差別，故在沉淀形成的石灰?guī)r中，碳穩(wěn)定同位素比值也不一樣。在陸生生物和海生生物之間，有機碳的同位素比值也不同。根據(jù)沉積物的碳酸鹽或生物有機碳中碳同位素組成的變化，可幫助確定古海岸線和古三角洲的位置，古盆地的形狀，海進或海退的變遷和沉積物的來源等有關(guān)問題。

生物生產(chǎn)過程與營養(yǎng)級（食物鏈）指示其它應(yīng)用1、利用3He作為水團的示蹤劑；

2、根據(jù)海水中硫酸鹽δ34S變化的趨勢，判斷蒸發(fā)巖的沉積年代；

3、利用δ13C和δ18O測定古海水的鹽度等。2

放射性同位素示蹤法由于放射性核素不斷發(fā)出輻射，無論它運動到哪里，都很容易用探測器探知它的下落，因此可以用作示蹤物來辨別其他物質(zhì)的運動情況和變化規(guī)律。這種放射性示蹤物稱為示蹤原子或標記原子。

優(yōu)點1、靈敏度高，可測到10-14－10-18克水平，即可以從1015個非放射性原子中檢出一個放射性原子。

2、方法簡便，放射性測定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復(fù)雜的物質(zhì)分離步驟。

3、定位定量準確，放射性同位素示蹤法能準確定量地測定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變。

4、符合生理條件，在放射性同位素試驗中，所引用的放射性標記化合物的化學量是極微量的，它對體內(nèi)原有的相應(yīng)物質(zhì)和狀態(tài)的改變是微不足道的，獲得結(jié)果符合生理條件，更能客觀地反映事物的本質(zhì)。

應(yīng)用領(lǐng)域1、海洋水體運動；

2、顆粒動力學；

3、海洋生物生產(chǎn)力；

4、海洋沉積學；

5、古海洋學。3

意義海洋在很大程度上控制著地球環(huán)境演變的趨勢，用各種手段和方法研究海洋變化顯然已成為海洋科學界關(guān)注的焦點。海洋中固有的各種同位素在示蹤海洋物質(zhì)來源及其時空分布規(guī)律和轉(zhuǎn)移過程，追索海洋環(huán)境演變等海洋環(huán)境研究中具有重要意義。海洋同位素示蹤體系已成為海洋地球化學研究的有效方法，并廣泛應(yīng)用到了海洋科學研究的諸多領(lǐng)域，在許多大型的國際合作研究計劃，如GEOSECS（海洋斷面地球化學研究）、TTO（海洋瞬間示蹤劑）、WOCE（世界大洋環(huán)流實驗）、JGOFS（全球海洋通量聯(lián)合研究計劃）、GLOBEC（全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學研究計劃）等相關(guān)問題研究中，發(fā)揮了獨特而重要的作用。3

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學