Все о геологии Геовикипедия 
wiki.web.ru 
   
 Все о геологии  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
Статьяnstab-mainСтатья ОбсуждениеtalkОбсуждение Просмотр  

Геологический факультет МГУ:Геохимия изотопов и геохронология

(Различия между версиями)
м (Задачи по курсу)
м (Задачи по курсу)
 
Строка 29: Строка 29:
* [[Media:Ex4.xlsx|Excel table - Задача № 4]]
* [[Media:Ex4.xlsx|Excel table - Задача № 4]]
* [[Media:Ex6.xlsx|Excel table - Задача № 6]]
* [[Media:Ex6.xlsx|Excel table - Задача № 6]]
-
<!--
 
* [[Media:Ex7.xlsx|Excel table - Задача № 7]]
* [[Media:Ex7.xlsx|Excel table - Задача № 7]]
 +
<!--
* [[Media:Ex8.xlsx|Excel table - Задача № 8]]
* [[Media:Ex8.xlsx|Excel table - Задача № 8]]
* [[Media:Ex9.xlsx|Excel table - Задача № 9]]
* [[Media:Ex9.xlsx|Excel table - Задача № 9]]

Текущая версия на 18:19, 7 ноября 2017

Геохимия изотопов и геохронология. Автор курса: Юрий Александрович Костицын.
Форма контроля: экзамен для специальности геохимия и минералогия. Для специальности петрология - зачет.

Содержание

Лекции по курсу

Чтобы загрузить файлы *.pptx, щёлкните правой кнопкой мыши на названии и выберите опцию "Save As..." ("Сохранить как...")

Перечень тем
PowerPoint presentation - Вводная лекция. Video
PowerPoint presentation - Оборудование для изотопного анализа. Video
PowerPoint presentation - Фракционирование изотопов. Video:Part-1 Video:Part-2
PowerPoint presentation - Закон радиоактивного распада. Video
PowerPoint presentation - K-Ar изотопная система. Video:Part-1 Video:Part-2

Задачи по курсу

Вопросы и примеры задач к зачёту/экзамену

Программа

  1. Причины вариаций изотопного состава элементов в природе
    Строение атома. Изотопы и изобары. Радиоактивный распад, спонтанное деление, фракционирование изотопов. Виды радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада как основа изотопной геохронологии. Физический смысл константы скорости радиоактивного распада, периода полураспада, среднего времени жизни атомов, зависимости между ними. Физический и геохимический методы определения констант скорости распада.
  2. Основы изотопной масс-спектрометрии.
    Основные системы масс-спектрометров: источник, анализатор и система регистрации.
    Типы и принципы действия источников ионов: газофазный, твердофазный, с индуктивно-связанной плазмой, с лазерной абляцией, вторично-ионные источники.
    Типы и принципы действия анализаторов: с секторным магнитом, времяпролетный и квадрупольный.
    Ускорительная масс-спектрометрия.
    Магнитный анализатор масс-спектрометра: две основные функции – дисперсия по массам и фокусировка расходящихся пучков ионов. Уравнения, определяющие закономерности движения ионов в электростатическом и магнитном полях. Соотношение радиусов траекторий движения ионов в магнитном поле масс-спектрометра.
    Системы регистрации. Два основных метода регистрации ионных токов в изотопных масс-спектрометрах: электрометрический усилитель и вторично-электронный умножитель. Одноколлекторные и многоколлекторные системы регистрации – особенности и области их применения.
    Блок-схема изотопного магнитного масс-спектрометра. Основные параметры масс-спектрометров: разрешающая способность, диапазон масс, чувствительность, вероятная погрешность изотопного анализа.
    Две основные задачи, решаемые с помощью масс-спектрометров в изотопной геохронологии: исследование изотопного состава и определение элементных концентраций. Метод изотопного разбавления.
    Локальные методы изотопного анализа - ионный микрозонд и лазерная абляция.
  3. K-Ar метод изотопной геохронологии
    Основы K-Ar метода изотопной геохронологии.
    Типы радиоактивного распада 40К. Изотопный состав калия и аргона. Расчет возраста с учетом двух типов радиоактивного распада 40К: к-захвата и β-распада. Распространенность калия в породах и минералах.
    Захваченный (избыточный) 40Ar в минералах. Датирование K-Ar методом минералов с захваченным аргоном неизвестного изотопного состава: поправка на атмосферный аргон, изохронные варианты.
    Сравнение устойчивости K-Ar изотопной системы при термических воздействиях на различные минералы (слюды, полевые шпаты, амфибол).
    Нейтронно-индукционный вариант калий-аргонового метода (метод 39Ar-40Ar): принцип, генерация радиоактивных изотопов аргона при облучении минералов быстрыми нейтронами в ядерном реакторе. Интерпретация спектров 39Ar-40Ar возрастов, преимущества, недостатки 39Ar-40Ar метода изотопного датирования.
    Применение K-Ar метода изотопной геохронологии.
    Минералы, пригодные и не пригодные для датирования K-Ar методом. Датирование магматических пород калий-аргоновым методом. K-Ar геохронология осадочных и метаморфических пород.
  4. Rb-Sr метод изотопной геохронологии
    Физические основы и принципы Rb-Sr метода изотопной геохронологии. Изотопный состав современных рубидия и стронция. Особенности геохимического поведения рубидия и стронция. Основные представления об изотопной эволюции стронция в Солнечной системе и на Земле.
    Понятие изохроны. Условия получения изохроны. Графическое представление Rb-Sr изохроны (по Николайсену, по Компстону-Джеффри). Датирование открытых и замкнутых изотопно-геохимических систем изохронным методом. Эрохроны.
    Изохроны и линии смешения в изотопной геохронологии.
    Особенности изотопного Rb-Sr датирования изверженных, метаморфических, осадочных пород, месторождений полезных ископаемых.
  5. Sm-Nd метод изотопной геохронологии
    Физические и геохимические основы Sm-Nd метода изотопной геохронологии.
    Тип и скорость радиоактивного распада, современный изотопный состав самария и неодима и его эволюция в прошлом. Особенности геохимии редкоземельных элементов. Скорости генерации радиогенного 143Nd, соответствующие требования к точности измерений, особенности масс-спектрометрического изотопного анализа неодима и самария (проблема изотопной масс-дискриминации). Эпсилон-обозначения.
    Изохронные Sm-Nd датировки.
    Геохимический смысл линейных зависимостей. Породы и минералы, пригодные для датирования Sm-Nd методом.
    Модельный возраст. Значение модельного мантийного источника при расчёте модельного возраста. Одностадийная и двухстадийная модели.
    Устойчивость Sm-Nd изотопной системы при метаморфических воздействиях. Минералы и породы, пригодные для Sm-Nd датирования.
  6. Lu-Hf метод изотопной геохронологии
    Изотопный состав лютеция и гафния, радиоактивные свойства лютеция. Особенности геохимии лютеция и гафния. Изохронный вариант датирования Lu-Hf методом. Требования к точности масс-спектрометрических измерений. Датирование докембрийских пород Lu-Hf методом.
    Изотопная эволюция Hf. "Мантийная последовательность" в координатах 176Hf/177Hf, 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd. Свидетельства изотопной гетерогенности мантии Земли, её связь с химической гетерогенностью мантии.
  7. Геохимия радиогенных изотопов Sr, Nd, Hf
    Радиогенные изотопы Sr и Nd в магматических породах. Сравнение геохимических свойств Sr, Rb, Sm, Nd. Первичный изотопный состав Sr и Nd; изотопы Sr и Nd в метеоритах – хондритах и ахондритах. Эволюция изотопного состава Sr и Nd метеоритов, Земли и Луны. Современный изотопный состав Sr и Nd в океанических и континентальных вулканических породах, возникших в различных геологических условиях. Применение первичного изотопного состава Sr и Nd для определения корового или мантийного генезиса пород, для установления единого или разного их источника. "Мантийная последовательность" для базальтовых пород срединно-океанических хребтов, континентальных базальтов, островных дуг и континентальных окраин, континентальной коры.
    Геохимия радиогенных изотопов Sr, Nd и Hf в осадочной оболочке.
    Изотопные характеристики Sr и Nd в глубоководных осадках, оценки времени пребывания осадочных пород в коре, изотопный состав Sr и Nd в водах континентальной коры - реках и озерах. Использование изотопного состава Sr и Nd при исследовании процессов смешения природных вод, взаимодействия вода-порода в океанах. Эволюция изотопного состава Sr и Nd морских карбонатов (мирового океана) в фанерозойское и докембрийское время. Изотопный состав Sr и Nd современных океанов, причины постоянства изотопного состава Sr и вариаций в разных океанах εNd.
  8. U-Th-Pb метод изотопной геохронологии
    Изотопный состав урана и тория, α-распад урана и тория, радиоактивные семейства. Принципы уран-торий-свинцового метода изотопной геохронологии. Два основные геохимические явления, приводящие к искажению рассчитываемых уран-торий-свинцовых возрастов: захват свинца при минералообразовании и миграция изотопов в ходе геологической истории.
    Способы внесения поправки на захваченный при минералообразовании свинец при датировании изотопным U-Pb методом геохронологии.
    Изохронные варианты U-Pb метода изотопного датирования для закрытых изотопно-геохимических систем. Датирование открытых изотопно-геохимических систем уран-свинцовым методом
    Понятие дискордантных U-Pb возрастов. Датирование открытых изотопно-геохимических систем уран-свинцовым методом при условии "эпизодического метаморфизма" (методы Везерилла и Вассербурга).
    Построение конкордии и дискордии, их взаимное расположение на диаграммах Везерилла и Вассербурга, положение экспериментальных точек в зависимости от вида миграции свинца и урана. Изотопная уран-свинцовая геохронология по цирконам и другим минералам, проблемы датирования по породам в целом.
    Эволюция земного свинца и определение модельного возраста сульфидных месторождений Pb-Pb методом: методы Герлинга-Холмса-Хоутерманса, нормальные и аномальные свинцы, одностадийная и многостадийные модели эволюции изотопного состава свинца. Методы Стэйси-Крамерса, Каммингса-Ричардса. Датирование полевого шпата и пород в целом свинец-свинцовым методом.
  9. Геохимия радиогенных изотопов свинца
    Первичный изотопный состав свинца Солнечной системы и Земли. Эволюция изотопного состава свинца Земли. Одностадийные модели. Понятие геохроны. Аномальные свинцы. Двустадийные модели Стейси и Крамерса, Камминга и Ричардса. Рудные свинцы. Корреляции между изотопным составом и величиной сульфидных месторождений. Многостадийная модель эволюции изотопного состава свинца. Особенности изотопного состава свинца молодых вулканических пород. Использование изотопного состава свинца в изучении техногенных загрязнений.
  10. Рений-осмиевый метод изотопной геохронологиии
    Изотопный состав рения и осмия, радиоактивные свойства рения. Особенности геохимии рения и осмия. Изохронный вариант рений-осмиевого метода изотопной геохронологии. Рений-осмиевое датирование молибденитов. Определение возраста метеоритов и земных мантийных пород. Эволюция изотопного состава земного осмия. Модельные возрасты пород. Метод рений-осмиевого датирования по обыкновенному осмию.
  11. Возраст Земли и шкала геологического времени
    Определение возраста Земли U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, Re/Os методами изотопной геохронологии. U/Pb и Rb/Sr изотопные системы в изучении аккреции и ранней дифференциации Земли. Применение 182Hf/182W и 146Sm/142Nd изотопных систем с вымершими короткоживущими радиоактивными изотопами в изучении первых 100 млн.лет истории Земли. Изотопно-геохронологические исследования дифференциации Земли, эволюции земной коры. Представления о глобальной стандартной стратиграфической, геохронометрической, магнитостратиграфической временной шкалах. Особенности докембрийской временной шкалы.
  12. Изотопная космохронология
    Принципы определения возраста Вселенной по долгоживущим изотопам. Нуклеосинтез и вымершие изотопы. Принцип определения "формационного интервала" метеоритов по вымершим изотопам (129I, 244Pu, 26Al, 107Pd, 60Fe, 53Mn и др.). Внутренние Hf/W изохроны метеоритов как доказательство существования вымершего 182Hf в ранней Солнечной системе. Исследование происхождения Луны с применением 182Hf/182W изотопной системы. Определения возраста Луны и метеоритов U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, Re/Os методами изотопной геохронологии.
  • Причины вариаций отношений стабильных изотопов в природе
    Способы выражения изотопных вариаций (величины δ, Δ, α, связь между ними). Изотопные стандарты. Масс-спектрометрические методы исследования малых изотопных вариаций. Термодинамический (равновесный) изотопный эффект. Термодинамика изотопного обмена, понятие β-фактора и его связь с равновесным коэффициентом разделения изотопов αe.
    Кинетический изотопный эффект. Природа кинетического изотопного эффекта.
    Сравнительный анализ влияния температуры и давления на термодинамический и кинетический изотопные эффекты. Зависимость коэффициентов изотопного фракционирования от разности масс изотопов, "правило плеяд", масс-независимые и нелинейные изотопные эффекты.
    Природа вариаций изотопного состава легких элементов во внеземном веществе (метеориты, Луна).
  • Геохимия изотопов водорода и кислорода
    Изотопы кислорода и водорода в гидросфере и атмосфере. Процессы разделения изотопов водорода и кислорода в воде и водяном паре. Уравнение и линия Крэйга, связывающие изотопный состав водорода и кислорода. Изотопы кислорода и водорода в геотермальных водах и рассолах, примеры генетических применений. Изотопы кислорода и водорода в литосфере: изотопное фракционирование кислорода в породообразующих минералах и магматических породах. Диапазон вариаций изотопного состава. Изотопные вариации кислорода при контаминации вулканических пород коровыми.
    Принципы геотермометрии по изотопам кислорода: температурная зависимость коэффициентов фракционирования в системе минерал-вода; функциональная зависимость между температурой и изотопным составом кислорода сингенетичных минералов. Примеры изотопно-кислородных геотермометров. Методы калибровки изотопных геотермометров, лабораторный, эмпирический (сравнение с минеральными геотермометрами), расчетный.
    Особенности изотопного состава кислорода и водорода в гидротермальных месторождениях. Вариации изотопного состава кислорода в метаморфизованных породах, связь со степенью метаморфизма, температурные измерения по изотопам кислорода. Изотопы кислорода и водорода в осадочных породах, изотопная гетерогенность минеральных фаз.
    Правило плеяд. Вариации изотопных отношений кислорода в метеоритах, на Луне, Марсе и Земле.
  • Геохимия изотопов углерода
    Изотопный состав углерода. Многообразие химических форм углерода - восстановленная, окисленная, нейтральная. Основные процессы изотопного фракционирования – фотосинтез и изотопный обмен с карбонат-ионом. Диапазон вариаций изотопного состава углерода на Земле. Изотопные вариации во внеземном веществе.
    Эндогенный углерод. Изотопный состав углерода карбонатитов и алмазов. Равновесие алмаз-графит. Вариации изотопного состава углерода в изверженных породах, ювенильных газах, в графите, мраморе.
    Фракционирование углерода в метаморфических процессах. Геотермометр кальцит-графит. Фракционирование изотопов углерода в процессах гидротермального рудообразования – роль окислительно-восстановительных условий, упругости кислорода и других параметров в рудонесущем флюиде.
  • Геохимия изотопов серы
    Изотопный состав серы. Диапазон вариаций изотопного состава сера на Земле и во внеземном веществе. Два основных типа изотопного фракционирования серы: восстановление сульфат-иона и реакции изотопного обмена. Многообразие окислительно-восстановительного состояния серы - условие изотопного фракционирования. Геохимия изотопов серы в осадочных породах докембрийского возраста - роль в исследовании биологической эволюции в архее. Изотопная эволюция морских сульфатов. Изотопный состав серы сульфидов месторождений (осадочных, изверженно-гидротермальных, стратиформных и др.). Изотопы серы в рудообразующих флюидах: фракционирование между различными химическими формами серы, связь с температурой, рН, fO2, возможности реконструкции условий рудообразования. Изотопный состав серы в магматических породах. Причины вариаций изотопного состава – сульфатредукция, контаминация серой морской воды, улетучивание SО2. Изотопный состав серы в атмосфере. Применения при изучении уровня загрязнения окружающей среды. Сульфиды как изотопные геотермометры.

Литература:

Основная:

  1. Арсланов Х.А. Радиоуглерод: геохимия и геохронология. Л., ЛГУ. 1987.
  2. Верховский А.Б., Шуколюков Ю.А. Элементное и изотопное фракционирование благородных газов в природе. М., "Наука". 1991.
  3. Галимов Э.М. Вариации изотопного состава алмазов и связь их с условиями алмазообразования. // Геохимия. 1984. № 8. С. 1091-1115.
  4. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М., "Недра". 1968.
  5. Галимов Э.М. и Кодина Л.А. Исследование органического вещества и газов в осадочных отложениях дна Мирового океана. М. Наука. 1984.
  6. Галимов Э.М. Природа биологического фракционирования изотопов углерода. М., "Наука". 1981.
  7. Глобальный биогеохимический цикл серы и влияние на него деятельности человека. М., "Наука". 1983.
  8. Горохов И.М. Рубидий-стронциевый метод изотопной геохронологии. М., "Энергоатомиздат". 1985.
  9. Гриненко В.А., Гриненко Л.Н. Геохимия изотопов серы. М., "Наука", 1974. ред. В.И.Смирнов.
  10. Мамырин Б.А., Толстихин И.Н. Изотопы гелия в природе. М., "Энергоиздат". 1981.
  11. Прасолов Э.М. Изотопная геохимия и происхождение природных газов. Л., "Недра". 1990.
  12. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. МГУ. 2000.
  13. Фор Г. Основы изотопной геологии. М., "Мир". 1989.
  14. Харланд У.Б. и др. Шкала геологического времени.М., "МИР". 1985.
  15. Хёфс Р. Геохимия стабильных изотопов. 1986.
  16. Шуколюков Ю.А. Продукты деления тяжелых элементов на Земле. М., "Энергоиздат". 1982.
  17. Galimov E.M. Isotope fractionation related to kimberlite magmatism and diamond formation. // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55. P. 1697 - 1708.
  18. Galimov E.M. Sources and mechanisms of formation of gaseous hydrocarbons in sedimentary rocks. // Chemical Geology. 1988. V.71 p. 77-95.
  19. Polyakov V.B., Kharlashina N.N. Effect of pressure on the equilibrium isotopic fractionation. // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. V. 58. P. 4739-4750.
  20. Stable Isotopes. Natural and Anthropogenic Sulphur in the Environment. (eds. Krouse H.R., Grinenko V.A.) 1990. SCOPE Publ. by John Wiley and Sons Ltd. 425 p.

Дополнительная:

  1. Бродский А.И. Химия изотопов М.: Наука. 1957. 645 с.
  2. Варшавский Я.М. и Вайсберг С.Э. Термодинамические и кинетические особенности реакций изотопного обмена. // Успехи химии. 1957 Т. 26. С. 1434 - 1468.
  3. Войткевич Г.В. Краткий справочник по геохимии. М., "Недра". 1977.
  4. Галимов Э.М. О концепции темодинамического распределения изотопов в биологических системах и ошибках, связанных с ее пониманием. // Геохимия. 1978. № 10 с.1570.
  5. Изотопная геохимия процессов рудообразования. Ред.Ю.А.Шуколюков, М., "Наука". 1988.
  6. Костицын Ю.А., Вагин С. Л. Экспериментальные исследования миграционной способности радиогенного стронция. // Геохимия. 1993. № 5. С. 47-57.
  7. Костицын Ю.А., Русинова С. В. Rb-Sr изохронное датирование калишпатового сферолита из вулканической толщи серебро-полиметаллического месторождения Канимансур (Ср. Азия). // #Изотопное датирование эндогенных рудных формаций. М. 1993. С. 103-111.
  8. Костицын Ю.А. Rb-Sr изотопные исследования месторождения Мурунтау. Датирование рудных жил Rb-Sr изохронным методом. // Геохимия. 1993. № 9. С. 1308-1318.
  9. Костицын Ю.А. Rb-Sr изотопные исследования месторождения Мурунтау. Рудоносные метасоматиты. // Геохимия. 1994. № 4. С. 486-497.
  10. Костицын Ю.А. Rb-Sr изотопные исследования месторождения Мурунтау. Магматизм, метаморфизм и рудообразование. // Геохимия. 1996. № 12. С. 1123-1138.
  11. Меландер Л., Сондерс У. Скорости реакций изотопных молекул. М.: Мир. 1983.
  12. Стабильные изотопы и проблемы рудообразования. М., "Мир", 1977. ред.М.В.Иванов, Дж.Р.Френей.
  13. Старик И.Е. Ядерная геохронология. М.-Л., "АН СССР". 1961.
  14. Тугаринов А.И., Войткевич Г.В. Докембрийская геохронология материков. М., "Недра". 1966.
  15. Флайшер Р.Л., Прайс П.Б., Уокер Р.М. Треки заряженных частиц в твердых телах. М., "Энергоиздат". 1981.
  16. Шуколюков Ю.А., Горохов И.М., Левченков О.А. Графические методы изотопной геологии. М., "Недра". 1974.
  17. Шуколюков Ю.А., Левский Л.К. Геохимия и космохимия изотопов благородных газов. М., "Атомиздат". 1972.
  18. Hofmann A.W. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism. // Nature. 1997. 385: 219-229.
  19. Tatsumoto M., Unruh D.M., Patchett P.J. U-Pb and Lu-Hf systematics of Antarctic meteorites. // Proc. 6th Symp. Antarctic Meteorites. Natl. Inst. Polar Res. Tokyo. 1981. P.237-249.
  20. Taylor S.R., McLennan S.M. The continental crust: its composition and evolution. #Blackwell. Oxford. 1985. 312 P.
  21. Zindler A., Hart S. Chemical Geodynamics. // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 1986. 14: 493-571.

Последнее изменение этой страницы: 18:19, 7 ноября 2017.
К этой странице обращались 64 112 раз.
Rambler's Top100