自然界中氧以16O、17O、18O三種同位素的形式存在，相對(duì)豐度分別為99.756%、0.039%、0.205%，氧同位素在地理學(xué)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(xué)中廣泛用于確定成巖成礦物質(zhì)來(lái)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(gè)概念：經(jīng)由質(zhì)譜儀分析而得的同位素?cái)?shù)值要運(yùn)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(yīng)過(guò)程中如何交換。雖然同位素有著相似化學(xué)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(xué)反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)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(yīng)過(guò)程，如擴(kuò)散、蒸發(fā)、溶解時(shí)，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(jìn)行時(shí)，因?yàn)楸?/span>18O所組成的水分子質(zhì)量輕，因此容易脫離水表面，此時(shí)形成的水汽在氧同位素組成上，就會(huì)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(huì)隨著大氣環(huán)流往高緯地區(qū)輸送，輸送途中經(jīng)過(guò)海洋及其他水體，也會(huì)不斷加入沿途蒸發(fā)而來(lái)具有較輕氧同位素?cái)?shù)值的水分子。于此同時(shí)，帶有較重氧同位素?cái)?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(guò)程中重複進(jìn)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?cái)?shù)值，同時(shí)降水也會(huì)有氧同位素?cái)?shù)值越來(lái)越輕的趨勢(shì)。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(jìn)行氧同位素?cái)?shù)值分析結(jié)果，都較開(kāi)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(jìn)行物理、化學(xué)或生物體的反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的同位素含量分配都會(huì)有所不同，這個(gè)過(guò)程可以由動(dòng)力學(xué)或熱力學(xué)平衡計(jì)算反應(yīng)式兩端的同位素差異。美國(guó)芝加哥大學(xué)化學(xué)系教授H. C. Urey于1951證實(shí)，相同水體中沉淀出的碳酸鈣結(jié)晶，氧同位素?cái)?shù)值會(huì)隨著溫度的不同而與周圍水體呈現(xiàn)函數(shù)關(guān)系，且碳酸鈣沉淀的氧同位素?cái)?shù)值，會(huì)隨著周圍水體溫度升高而有變輕的趨勢(shì)。將這樣的溫度關(guān)系應(yīng)用于生物形成殼體過(guò)程，碳酸鈣質(zhì)殼體的生物分泌殼質(zhì)時(shí)，若與周圍水體達(dá)成同位素平衡，分析其殼體的氧同位素?cái)?shù)值，就可以換算出殼體形成時(shí)的周圍水體溫度，只要採(cǎi)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(kāi)始成為古環(huán)境研究的一大利器。

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