自然界中氧以16O、17O、18O三種同位素的形式存在，相對豐度分別為99.756%、0.039%、0.205%，氧同位素在地理學中被用作年代確定的參考，常用于冰川的斷代，也在地球科學中廣泛用于確定成巖成礦物質(zhì)來源及成巖成礦溫度。今天紐瑞德特氣小編月月就為大家介紹一下氧氣同位素在探索海洋以及古前研究中的作用。

  在了解具體作用之前，大家首先要知道一個概念：經(jīng)由質(zhì)譜儀分析而得的同位素數(shù)值要運用在古環(huán)境研究的解釋上，必須先瞭解自然界的同位素在反應過程中如何交換。雖然同位素有著相似化學性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)，但在物理性質(zhì)上仍表現(xiàn)出質(zhì)量數(shù)與比重的不同，因此在物理或化學反應過程中，會存在微量的變化，稱為同位素分異作用。

  通常在快速或不完全的反應過程，如擴散、蒸發(fā)、溶解時，容易出現(xiàn)分異現(xiàn)象。以水體蒸發(fā)為例，自然界中以16O所組成的水分子，在蒸發(fā)作用進行時，因為比18O所組成的水分子質(zhì)量輕，因此容易脫離水表面，此時形成的水汽在氧同位素組成上，就會比原始水體要輕。配合全球大氣循環(huán)路徑輸送水汽，在低緯度地區(qū)蒸發(fā)的水分子，將會隨著大氣環(huán)流往高緯地區(qū)輸送，輸送途中經(jīng)過海洋及其他水體，也會不斷加入沿途蒸發(fā)而來具有較輕氧同位素數(shù)值的水分子。于此同時，帶有較重氧同位素數(shù)值的水汽分子，則容易先凝結(jié)成為小水滴，降回地表。在過程中重複進行的結(jié)果，造成愈往輸送路徑的末端（高緯度地區(qū)），大氣中的水將帶有愈輕的氧同位素數(shù)值，同時降水也會有氧同位素數(shù)值越來越輕的趨勢。最終累積在高緯度地區(qū)，如北極附近的格陵蘭及南極大陸冰川，分別取樣進行氧同位素數(shù)值分析結(jié)果，都較開放大洋的數(shù)值輕許多。

  由于同位素的質(zhì)量及物理性質(zhì)差異，在不同條件下進行物理、化學或生物體的反應時，反應物和產(chǎn)物之間的同位素含量分配都會有所不同，這個過程可以由動力學或熱力學平衡計算反應式兩端的同位素差異。美國芝加哥大學化學系教授H. C. Urey于1951證實，相同水體中沉淀出的碳酸鈣結(jié)晶，氧同位素數(shù)值會隨著溫度的不同而與周圍水體呈現(xiàn)函數(shù)關系，且碳酸鈣沉淀的氧同位素數(shù)值，會隨著周圍水體溫度升高而有變輕的趨勢。將這樣的溫度關系應用于生物形成殼體過程，碳酸鈣質(zhì)殼體的生物分泌殼質(zhì)時，若與周圍水體達成同位素平衡，分析其殼體的氧同位素數(shù)值，就可以換算出殼體形成時的周圍水體溫度，只要採取合適且保存良好的化石殼體，也可以使用相同方式獲得古海洋的溫度，氧同位素自此開始成為古環(huán)境研究的一大利器。

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