Разделы презентаций


Общая геохимия

Содержание

Зачем нужна изотопная геохимия?

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Общая геохимия

Лекция 6
Изотопная геохимия. Общие вопросы
(изотопы, радиоактивный распад)

Общая геохимия Лекция 6Изотопная геохимия. Общие вопросы(изотопы, радиоактивный распад)

Слайд 2Зачем нужна изотопная геохимия?

Зачем нужна изотопная геохимия?

Слайд 3Литература
2006
1989
1986

Литература200619891986

Слайд 4Литература
2001
1993
2007

Литература200119932007

Слайд 5Литература
2010
2005
2012

Литература201020052012

Слайд 6Литература
2008
2005

Литература20082005

Слайд 7Литература
2015
2013

Литература20152013

Слайд 8Литература
1987
1984

Литература19871984

Слайд 9Литература
2006
2010

Литература20062010

Слайд 10Литература
1983
2007

Литература19832007

Слайд 11Периодика

Периодика

Слайд 12Периодика
geology.spbu.ru/oldsite «лекции on-line» http://ansatte.uit.no/kku000/webgeology/

Периодикаgeology.spbu.ru/oldsite «лекции on-line» http://ansatte.uit.no/kku000/webgeology/

Слайд 13Задачи изотопной геохронологии
Определение времени и длительности геологических событий
Основные задачи изотопной

геохимии
Оценка отношения материнского элемента к дочернему в источнике вещества по

изотопному составу и возрасту его производных;
Оценка химического состава источника исследуемого вещества;
Проверка генетической связи исследуемого вещества с известным источником (задачи геохимии, экологии);
Оценка пропорций смешения различных источников;
Оценка температур равновесия минералов и др.
Задачи изотопной геохронологииОпределение времени и длительности геологических событийОсновные задачи изотопной геохимииОценка отношения материнского элемента к дочернему в

Слайд 14
Атомы данного элемента могут отличаться массой ядра (число протонов Z

постоянно, число нейтронов N=А-Z может меняться); такие разновидности атома одного

и того же элемента называются изотопами.

Изотопы

Атомы данного элемента могут отличаться массой ядра (число протонов Z постоянно, число нейтронов N=А-Z может меняться); такие

Слайд 15Изотопы – атомы одного элемента, имеющие в ядрах одинаковое число

протонов, но различное число нейтронов.
Изотопы занимают одну и ту же

клетку в Периодической таблице. Следовательно, атомная масса элемента, имеющего несколько изотопов, не является целочисленной. Атомы имеют одинаковое строение электронных оболочек и одинаковое число электронов.
Поэтому химические и ряд физических свойств у различных изотопов практически тождественны, т.е. в химических реакциях они ведут себя одинаково.
Изотопы – атомы одного элемента, имеющие в ядрах одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.Изотопы занимают одну

Слайд 18Изобары – атомы различных элементов, ядра которых содержат одинаковое число

нуклонов (протонов и нейтронов в сумме), и, следовательно, имеющие одинаковые

массовые числа. 19K40 (Z=19, N=21) и 20Са40 (Z=20, N=20). Изотоны – атомы различных элементов, имеющие одинаковое число нейтронов, но разные массы A и числа протонов Z. Изомеры – атомы одного элемента, имеющие одинаковое число как протонов, так и нейтронов, но различную энергию ядер (и период полураспада). Обозначаются: m-метастабильное ядро.
Изобары – атомы различных элементов, ядра которых содержат одинаковое число нуклонов (протонов и нейтронов в сумме), и,

Слайд 20Моноизотопных элементов
(элементов-одиночек)
всего 20 (Be, F, Pr, I, Bi)
Sn

Моноизотопных элементов (элементов-одиночек) всего 20 (Be, F, Pr, I, Bi)Sn

Слайд 21Все известные изотопы могут быть распределены на четыре типа по

зависимости от четного или нечетного числа протонов и нейтронов в

их составе: четно-четный 8O16, четно-нечетный 4Be9, нечетно-четный 3Li7, нечетно-нечетный 5B10. Количественные соотношения ядер различного вида представлены в таблице:

Изотопы с четным Z и четным N резко преобладают над изотопами с нечетными соотношениями.

Все известные изотопы могут быть распределены на четыре типа по зависимости от четного или нечетного числа протонов

Слайд 22Большинство атомов стабильно, это означает, что они неизменны. Известно 282

стабильных изотопов. Для легких элементов (Z

равным числом протонов и нейтронов (2He4,6C12,8O16).
Но некоторые атомы неустойчивы – радиоизотопы.
Они самопроизвольно разрушаются и превращаются в другие элементы.

166/11

47/3

55/3

5/5

Стабильные нуклиды/долгоживущие нуклиды

Большинство атомов стабильно, это означает, что они неизменны. Известно 282 стабильных изотопов. Для легких элементов (Z

Слайд 23Радиоактивность (от лат. radio-излучаю, radius-луч и activus-действенный), самопроизвольное (спонтанное) превращение

неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно в изотоп

другого элемента). Все тяжелые изотопы с Z > 82 радиоактивны.
209Bi (Z=83, N=126) – наиболее тяжелый стабильный нуклид.

Радиоактивность (Э. Резерфорд 1903г., Ф. Содди)

Эффект открыл А. Беккерель в 1896г., установивший способность солей урана засвечивать фотопластинки, не подвергавшиеся предварительному освещению. Открытие было сделано после открытия В.К. Рентгеном Х-лучей в 1885г.

Радиоактивность (от лат. radio-излучаю, radius-луч и activus-действенный), самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп

Слайд 24Хронометр Э. Резерфорда
Настуран или U руда,
богатая UO2 (Африка)
U ~ 1.5x10-10

U 8
1 gram of UO2


Возраст настурана оказался ~500 Ma

Проблемы:
• Чувствительность и погрешность манометрических измерений
• Реакция не полностью описана. U весит ~238 g/mol; 8 He ядер
только 32 g/mol. Где «остаток» вещества?
• Гелий плохо удерживается кристаллами

Хронометр Э. РезерфордаНастуран или U руда,богатая UO2 (Африка)U ~ 1.5x10-10     U  81

Слайд 25Принципиальная схема радиоактивного распада
λ – константа распада (не зависит от

внешних условий !!! – температуры, давления и пр.).
Принципиальная схема радиоактивного

распада: радиоактивный (материнский) изотоп М превращается в радиогенный (дочерний) стабильный (иногда радиоактивный) изотоп D.
Принципиальная схема радиоактивного распадаλ – константа распада (не зависит от внешних условий !!! – температуры, давления и

Слайд 27Компоненты радиоактивного излучения в магнитном поле.
Основные виды самопроизвольных ядерных превращений


Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или более видов распада.

Например, 212Bi распадается с вероятностью 64% в 208Tl (посредством α-распада) и с вероятностью 36% в 212Po (посредством β-распада).
Компоненты радиоактивного излучения в магнитном поле.Основные виды самопроизвольных ядерных превращений Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или

Слайд 29α-распад
Ядро испускает α-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия

(4He) и состоит из двух протонов и двух нейтронов. При α-распаде

массовое число изотопа уменьшится на 4, а заряд ядра - на 2.

Радий испускает α-частицу и переходит в радон.
22688Ra→22286Rn + 42He

Скорость α-частиц ~16 000 км/с.
α-распад Ядро испускает α-частицу, которая представляет собой ядро атома гелия (4He) и состоит из двух протонов и

Слайд 31Фотография следов α-частиц, испускаемых при
α-распаде.
Известно более 200
α-радиоактивных ядер;

большая часть их тяжелее свинца (Z > 82).

Некоторое количество


α-радиоактивных изотопов имеется в области значений Z < 82 среди ядер с недостаточным количеством нейтронов, т.н. нейтронодефицитных ядер.
Фотография следов α-частиц, испускаемых при α-распаде.Известно более 200 α-радиоактивных ядер; большая часть их тяжелее свинца (Z >

Слайд 32Три типа β-распада:
1. β- электронный распад
В неустойчивом

ядре нейтрон превращается в протон, при этом ядро испускает «электрон»

(β-частицу - негатрон).
При β-распаде массовое число изотопа не изменяется, поскольку общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд ядра увеличивается на 1.

β-активность атомных ядер можно рассматривать как распад одного ядерного нейтрона на протон и электрон
(+ антинейтрино) ZMA  Z+1MA + 

Правило сдвига: образующийся при распаде атом занимает следующую клетку вправо от изначального (масса его практически не меняется, так как масса электрона в ~2000 раз меньше массы нейтрона). Скорость электрона 150-300 000 км/с.

Три типа β-распада:   1. β- электронный распадВ неустойчивом ядре нейтрон превращается в протон, при этом

Слайд 34Явление электронного захвата противоположно β-распаду: электрон с нижнего К-уровня поглощается

ядром, то есть протон в ядре реагирует с электроном, образуя

нейтрон (и испускается нейтрино). При этом атомный номер элемента уменьшается на 1, то есть перемещается в таблице Менделеева на одну клетку влево. Среди естественных радиоизотопов существуют такие, которые одновременно испытывают К-захват и β-распад (40К). Схема электронного захвата: ZMA + е-  Z-1MA

2. Е-захват – электронный захват
(K-захват, редко L-захват)

Явление электронного захвата противоположно  β-распаду: электрон с нижнего К-уровня поглощается ядром, то есть протон в ядре

Слайд 363. β+ распад (позитронный распад)

Приводит к тому же результату.

Протон испускает позитрон и превращается в нейтрон (также испускается нейтрино).


Схема β+ распада: 40K  40Ar
3. β+ распад (позитронный распад) Приводит к тому же результату. Протон испускает позитрон и превращается в нейтрон

Слайд 37Спонтанное деление (кластерная радиоактивность)
Наблюдается только у ядер тяжелых элементов с

Z≥90. При этом типе радиоактивности образуются два новых ядра с

массами с соотношением приблизительно 2:3. Часто сопровождается испусканием 2-3 нейтронов. Обозначается как f.
238U  144Ba + 92Kr + 2n
Спонтанное деление  (кластерная радиоактивность)Наблюдается только у ядер тяжелых элементов с Z≥90. При этом типе радиоактивности образуются

Слайд 39Таблица нуклидов
~280
~60 (238U,235U,232Th)
~1380
Всего ~1700 нуклидов
Элементов 118
Самопроизвольное деление
β- распад
β+ распад
K-захват
α- распад

Таблица нуклидов~280~60 (238U,235U,232Th)~1380Всего ~1700 нуклидовЭлементов 118Самопроизвольное делениеβ- распадβ+ распадK-захватα- распад

Слайд 40Valley of stability

Valley of stability

Слайд 41Механизм распада
α-распад
β- распад
В итоге получится стабильный нуклид 206Pb с испусканием

8 α-частиц и 6 β-частиц. Серии нуклидов: материнский нуклид, промежуточные

нестабильные дочерние нуклиды и стабильный дочерний нуклид называются цепочками распада.
Существует разветленный распад с образованием двух различных стабильных дочерних нуклидов:
Механизм распадаα-распадβ- распадВ итоге получится стабильный нуклид 206Pb с испусканием 8 α-частиц и 6 β-частиц. Серии нуклидов:

Слайд 43Закон радиоактивного распада
-dN/dt ~ N,
dN/dt – скорость изменения
числа атомов

родительского нуклида
“-” скорость распада уменьшается во времени
-dN/dt=λN, λ – константа

скорости распада
(доля от общего числа атомов, распадающаяся в единицу времени или вероятность того, что атом распадется за определенный промежуток времени)
λN – активность изотопа (число распадов в единицу времени). Чем больше константа, тем быстрее распадается изотоп
….. Интегрируем, вводим N0 при t=0…
Закон радиоактивного распада-dN/dt ~ N, dN/dt – скорость изменениячисла атомов родительского нуклида“-” скорость распада уменьшается во времени-dN/dt=λN,

Слайд 44Example of exponential decay….
Duration of race:

N riders
D crashes
λ = probability

of a crash

t = ln (D / N + 1)

/ λ

N
(# riders)

D
(# crashers)

Example of exponential decay….Duration of race:N ridersD crashesλ = probability of a crasht = ln (D /

Слайд 45
N – число радиоактивных родительских атомов, которое осталось к моменту

времени t от N0 - первоначального числа атомов, которое было

вначале при t = 0,
λ – константа распада
e – основание натурального логарифма (=2,718)

Основное уравнение, описывающее все виды радиоактивного распада

N – число радиоактивных родительских атомов, которое осталось к моменту времени t от N0 - первоначального числа

Слайд 46D*=N0-N => D*=N0-N0e –λt => D*= N0(1-e-λt),
где D* -

количество радиогенного изотопа.
Обычно удобнее сравнивать D* с количеством оставшихся

родительских изотопов, то есть
D*=N(eλt-1),
В общем случае число атомов дочернего продукта D, присутствующих в системе определяется как D = D0+D*, где D0 – первоначальное число атомов дочернего нуклида, уже имевшееся в системе при t=0, D* - число радиогенных атомов (образовавшихся в системе за счет распада родительского элемента), то есть
D=D0+N(eλt-1)
это основное уравнение, используемое для определения возраста пород и минералов.
D и N мы измеряем, D0 – выбираем либо из общих соображений, либо по сингенетичным минералам.
D*=N0-N => D*=N0-N0e –λt => D*= N0(1-e-λt), где D* - количество радиогенного изотопа. Обычно удобнее сравнивать D*

Слайд 48Это справедливо при соблюдении следующих условий:
Система должна быть закрытой, то

есть минерал или порода не должны терять ни родительский, ни

дочерний нуклиды.
D0 должны быть приписаны реальные значения
Константа распада должна быть точно известна
D и N должны быть измерены с достаточной точностью, а полученные значения представительными по отношению к породе или минералу

Мы всегда получаем датировку при решении уравнения, но возрастом она становится только при соблюдении этих условий и когда это имеет геологический смысл
Это справедливо при соблюдении следующих условий:Система должна быть закрытой, то есть минерал или порода не должны терять

Слайд 49Как вычислить возраст минерала (породы)?
Вычисленный возраст является истинным, только если

минерал (порода) представлял собой все это время закрытую химическую систему

(обмена атомами (естественная миграция элементов) материнского и дочернего нуклидов между кристаллом и окружающей средой после его образования не было) и не содержал атомов дочернего нуклида на время образования.

N – материнский радиоактивный нуклид
D – стабильный дочерний радиогенный нуклид
t – время с момента образования минерала
λ - константа распада
T ½ - период полураспада

Как вычислить возраст минерала (породы)?Вычисленный возраст является истинным, только если минерал (порода) представлял собой все это время

Слайд 50Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина

атомов данного изотопа (t ½)
235U t 1/2 = 704 Ma
Через

10 периодов полураспада материнского изотопа не остается!!!
Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина атомов данного изотопа (t ½)235U t 1/2

Слайд 54Цепочки радиоактивных превращений

Цепочки радиоактивных превращений

Слайд 56Изотопные системы, используемые в геохронологии

U-Th-Pb 238U 206Pb 235U

207Pb 232Th 208Pb
Rb-Sr 87Rb

87Sr+β-
Sm-Nd 147Sm 143Nd+α
Lu-Hf 176Lu 176Hf+β-
Re-Os 187Re 187Os+β-
K-Ar 40K 40Ar+β+
K-Ca 40K 40Ca+β-
Радиоуглерод
Pt-Os, U-Th-He и др.

Изотопные системы, используемые в геохронологииU-Th-Pb  238U  206Pb 235U  207Pb 232Th  208PbRb-Sr

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика