铁同位素--何永胜

1、铁同位素地球化学何永胜2014.7.21主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启示非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学1. 铁同位素体系简介1.1 Fe元素元素铁，第八族原子序数：26质量数：561. 铁同位素体系简介1.1 Fe元素元素高丰度高丰度地核：铁、镍合金地幔：Si、O、 Mg、Fe地壳：丰度第四1. 铁同位素体系简介1.1 Fe元素元素变价元素：变价元素：+3：铁氧化物等+2：橄榄石等0

2、：铁合金等WikipediaPoulton and Canfield, Elements, 20111. 铁同位素体系简介生命元素：生命元素：1.1 Fe元素元素血红蛋白微生物作用异化还原异化还原生物氧化生物氧化WikipediaTaylor and Konhauser, Elments, 20111. 铁同位素体系简介1.1 Fe元素元素矿产资源：矿产资源：u钢铁，现代工业的基本材料u黄铁矿、铁的氧化物等是各类矿床的常见矿物 自1990s末迄今，有大量的国际文献发表u14 篇Science/Nature文献:Science 11; Nature 1; Nature GeoSci. 1u数百篇

3、一流期刊文献: 包括近10篇分析方法文献1.1 Fe元素元素1. 铁同位素体系简介1.1 Fe元素元素1. 铁同位素体系简介1. 铁同位素体系简介uFe有四个稳定同位素：54Fe，56Fe，57Fe，58Fe标准：标准：IRMM-014，欧洲标准局，欧洲标准局平均火成岩，平均火成岩，Beard et al., 2003Average igneous rocks by IRMM-014: 0.09 per mil1.2 铁同位素及组成表达方式铁同位素及组成表达方式1.3 Fe同位素平衡分馏的一般规律同位素平衡分馏的一般规律Fe的价态物相晶格、基团结构、化学键类型e.g., Johnson et

4、al., 2002; Heimann et al., CG, 20081. 铁同位素体系及分析技术简介显著铁同位素分馏与价态变化有关1.4 各种地质储库的铁同位素组成各种地质储库的铁同位素组成1. 铁同位素体系简介u平均球粒陨石的平均球粒陨石的56Fe在在0 0附近附近u上地幔的平均组成上地幔的平均组成和球粒陨石相近和球粒陨石相近u火成岩和大陆地壳火成岩和大陆地壳的铁同位素组成比上的铁同位素组成比上地幔略重地幔略重u水体可溶铁一般具水体可溶铁一般具有轻铁同位素组成有轻铁同位素组成u碎屑沉积物的铁同碎屑沉积物的铁同位素组成和火成岩相位素组成和火成岩相近近u化学沉积物具有高化学沉积物具有高度变化的

5、铁同位素组度变化的铁同位素组成成Dauphas et al., EPSL, 2009Schoenberg, EPSL, 2006-0.0150.020 (2SE)-0.0160.045 (2SE)地球地球1. 铁同位素体系简介橄榄岩包体橄榄岩包体/造山带橄榄岩造山带橄榄岩56Fe0.02 at Mg# = 89.4 Weyer and Inov, EPSL, 2007上地幔上地幔深海橄榄岩深海橄榄岩Mean 56Fe0.01Craddock et al., EPSL, 20071. 铁同位素体系简介 MORB具有均一的铁同位素组成， 56Fe0.105 OIB ， Mean 56Fe0.121

6、目前分析精度下相对不均一Teng et al., GCA, 2013洋中脊和洋岛玄武岩（洋中脊和洋岛玄武岩（MORB & OIBMORB & OIB）1. 铁同位素体系简介 岛弧玄武岩具有比MORB和OIB轻的铁同位素组成岛弧玄武岩岛弧玄武岩Dauphas et al., EPSL, 20091. 铁同位素体系简介下地壳的铁同位素组成不均一，下地壳的铁同位素组成不均一，Mean LCC 56Fe 0.05 He et al., unpublished大陆下地壳大陆下地壳1. 铁同位素体系简介大陆上地壳大陆上地壳上地壳的56Fe 0.11 e.g., Poitrasson et

7、al., 2004; Poitrasson and Freydier, 2005; Weyer and Ionov, 2007; Heimann et al., 2008; Teng et al., 2008b; Dauphas et al., 2009a; Schuessler et al., 2009; Sossi et al., 2012; Telus et al., 2012; Weyer and Seitz, 2012; Teng et al., 20131. 铁同位素体系简介碎屑沉积物相对火碎屑沉积物相对火成岩没有发生较大成岩没有发生较大分馏分馏56Fe by IRMM014Fer

8、h et al., 2008; Severman et al., 2006; Staubwasser, 2006Beard et al., 2003u河流水，海底热液，低温热泉，地下水中可溶解铁一般具有比硅酸盐地球轻Fe同位素组成Johnson et al., Annual review, 2008河水、海水、热液、地下水河水、海水、热液、地下水1. 铁同位素体系简介Anbar et al., Annual review, 2007区域区域DFe, C56FeDfePFe, C56FePFe西赤道太平洋0.451.46 nM0.060.454.6432.19 nM-0.020.29 中赤道太平

9、洋0.060.61 nM0.010.58 0.411.39 nM0.140.46 亚热带北大西洋0.9 nM0.30.7东南大西洋海盆-0.130.21 大西洋-0.490.19 北海，滨岸1025 nM-0.700.15 1030 nM-0.300.65 加州滨岸海盆-1.820.03 De Jong et al., 2007; John and Adkins, 2010; Lacan et al., 2008, 2010; Radic et al., 2011现代海洋现代海洋1. 铁同位素体系简介Iron FormationPlanavsky et al., GCA, 2012黄铁矿碳酸盐

10、碳酸盐化学沉积岩或沉积岩中化学沉淀组分具有高度分异的铁同位素组成Craddock et al., EPSL, 2011主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启示非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学 自然样品中的铁同位素分馏有限，例如：自然样品中的铁同位素分馏有限，例如：高温岩浆过程的铁同位素分馏尺度高温岩浆过程的铁同位素分馏尺度56Feug样品样品回收率回收率99.8%，平均值为平均值为: 99.9

11、50.13% (2SD, n = 5) After Dauphas et al., 2004; 2009He et al., GGR, in Revision1. 铁同位素体系及分析技术简介2.1 化学流程化学流程CUGB 热电离质谱（TIMS） Johnson and Beard, IJMS, 1999 多道等离子体质谱仪（MC-ICPMS）u 含含Ar基团干扰消除基团干扰消除 降低Ar基团信号膜去溶, 冷Plasma, 动态反应池Belshaw and Zhu, 2000; Beard et al., 2003; Kehm et al., 2003 提高质量分辨率Neptune, HR N

12、u instrumentWeyer et al., 2003; Millet et al., 2012u 3% per amu的仪器分馏校正的仪器分馏校正SSB + (Cu or Ni-doping, Double spike)2. 铁同位素分析技术要点2.2 质谱分析质谱分析高分辨+SSBCUGBNeptune Plus CUGBMR, 0.005质量质量数范围内可获得数范围内可获得精确的数据精确的数据分析方法简介分析方法简介： 基团干扰消除基团干扰消除理论斜率：理论斜率：平衡分馏，1.475动力学分馏，1.488Young et al., 2002分析方法简介分析方法简介： 仪器分馏校正仪

13、器分馏校正u影响仪器分馏的因素：基质元素溶液的浓度介质，酸度等等e.g., Belshaw and Zhu et al., 2000; Schoenberg and Blanckenburg, 2005; Dauphas et al., 2009基质元素效应基质元素效应u基质元素基质元素/Fe 王跃老师报告王跃老师报告FeFe同位素的研究现状同位素的研究现状主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启示非传统稳定同位素非传统稳定同位

14、素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学Poitrassion, EPSL, 2004; Weyer et al., 2005; Wang et al., 2012 火星、HED、Vesta具有近球粒陨石的铁同位素组成 地球和月球样品、Angrite具有显著重的铁同位素组成 大碰撞 VS 核幔分异Poitrasson，2004，2009Polyakov, et al., 20093. 行星间铁同位素差异 理论计算表明，在核幔边界条件下，金属相相对下地幔硅酸盐矿物富集轻铁同位素2000oC, CMB0.130.053 Polyakov, et al., 20093. 行星间铁同位素差异岩浆过程岩浆过

15、程橄榄岩包体橄榄岩包体/造山带橄榄岩造山带橄榄岩56Fe0.02 at Mg# = 89.4 Weyer and Inov, EPSL, 2007深海橄榄岩深海橄榄岩Mean 56Fe0.01Craddock et al., EPSL, 20073. 行星间铁同位素差异u岩浆过程有显著的铁同位素分馏，玄武岩样品不能代表地球的平均组成。地幔橄榄岩研究揭示地球可能也具有近球粒陨石的铁同位素组成主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启

16、示非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学u基性岩相对上地幔略重基性岩相对上地幔略重0.10.1左右左右u地幔橄榄岩的地幔橄榄岩的56Fe和和Mg#Mg#负相负相关关u地幔部分熔融过程中发生显地幔部分熔融过程中发生显著的铁同位素分馏著的铁同位素分馏4. 岩浆体系铁同位素分馏Weyer and Inov, EPSL, 2007;Teng et al., GCA, 20134.14.1部分熔融：地幔部分熔融：地幔p在地幔部分熔融时，Fe3+中度不相容，优先进入熔体p在硅酸盐体系， Fe3+一般相对Fe2+富集重铁同位素n熔体相对残留相和源区富集重铁同位素4. 岩浆体系铁同

17、位素分馏4.14.1部分熔融：地幔部分熔融：地幔Weyer and Inov, EPSL, 2007Dauphas et al., EPSL, 2009u混合岩中的淡色体比暗色体的铁同位素组成系统偏重，混合岩中的淡色体比暗色体的铁同位素组成系统偏重，表明地壳物质部分熔融过程中也可能发生显著的铁同位表明地壳物质部分熔融过程中也可能发生显著的铁同位素分馏素分馏4.14.1部分熔融：壳内部分熔融：壳内Telus et al., GCA, 20134. 岩浆体系铁同位素分馏夏威夷玄武岩：夏威夷玄武岩：u结晶分异过程中存在显著地Fe同位素分馏u 橄榄石分离结晶： 平衡分馏 Fe-Mg互扩散Teng et

18、 al., 2008; 2011Teng et al., 20084.24.2 岩浆分异岩浆分异4. 岩浆体系铁同位素分馏堆晶分离结晶 岩浆分异前期硅酸盐矿物分离结晶，残余熔体Fe同位素变重 岩浆分异后期磁铁矿分离结晶，残余熔体Fe同位素变轻Sossi et al., CMP, 2012斜方辉石等斜方辉石等磁铁矿磁铁矿4.24.2 岩浆分异岩浆分异斜方辉石等斜方辉石等磁铁矿磁铁矿4. 岩浆体系铁同位素分馏Sossi et al., CMP, 2012e.g., Poitrasson et al., 2004; Poitrasson and Freydier, 2005; Weyer and I

19、onov, 2007; Heimann et al., 2008; Teng et al., 2008b; Dauphas et al., 2009a; Schuessler et al., 2009; Sossi et al., 2012; Telus et al., 2012; Weyer and Seitz, 2012; Teng et al., 20134.24.2 岩浆分异岩浆分异4. 岩浆体系铁同位素分馏4.2 4.2 岩浆分异岩浆分异Heimann et al., CG, 2008u 56FeBulk mineral-melt 0.030.07，非分离结晶u 非氯流体相对磁铁矿和

20、硅酸盐矿物富轻铁同位素 流体出溶流体出溶4. 岩浆体系铁同位素分馏4.2 4.2 岩浆分异岩浆分异Schussler et al., CG, 2009u 锂（流体活动性强）同位素没有发生显著分馏 非流体出溶非流体出溶From Iceland4. 岩浆体系铁同位素分馏4.2 4.2 岩浆分异岩浆分异Telus et al., GCA, 2012u 锌（流体活动性强）同位素没有发生显著分馏 非流体出溶非流体出溶4. 岩浆体系铁同位素分馏 56Feol-cpx = -0.100.12% 56Feol-opx = -0.050.11% (2SD, n = 18)Huang et al., GCA, 2

21、0114.3 4.3 矿物间平衡分馏矿物间平衡分馏4. 岩浆体系铁同位素分馏 赤铁矿、磁铁矿、黑云母角闪石单斜辉石、斜方辉石、橄榄石、石榴子石 (次序：由重到轻)Beard et al., 2004Heimann et al., 2008；Sossi et al., 20124. 岩浆体系铁同位素分馏4.3 4.3 矿物间平衡分馏矿物间平衡分馏 矿物间、矿物/熔体的Fe-Mg交换可导致显著地Fe，Mg同位素分馏 Dauphas et al., GCA, 20104.44.4矿物熔体间非平衡分馏矿物熔体间非平衡分馏4. 岩浆体系铁同位素分馏 矿物间、矿物/熔体的Fe-Mg交换可导致显著地Fe，M

22、g同位素分馏 Teng et al., EPSL, 20114.44.4矿物熔体间非平衡分馏矿物熔体间非平衡分馏4. 岩浆体系铁同位素分馏Weyer et al., CG, 20124. 岩浆体系铁同位素分馏p橄榄石-熔体间分馏受橄受橄榄石同位素组成的控制榄石同位素组成的控制p锂同位素在岩浆过程中不分馏，反映橄榄石斑晶的同反映橄榄石斑晶的同位素变化可能是扩散的结果位素变化可能是扩散的结果Schussler et al., CG, 2009 磁铁矿一般磁铁矿一般比全岩重比全岩重 火山岩斑晶火山岩斑晶磁铁矿与全磁铁矿与全岩几乎无分岩几乎无分馏馏Heimann et al., 2008; Mille

23、t et al., 2012; Sossi et al., 2012; Telus et al., 20124.54.5 矿物与熔体间矿物与熔体间平衡分馏平衡分馏Weyer et al., CG, 20124.54.5 矿物与熔体间平衡分馏矿物与熔体间平衡分馏4. 岩浆体系铁同位素分馏p锂同位素显著分馏的橄榄石与熔体间Li含量不符合平衡分配，存在浓度梯度。含过量Li的橄榄石，具有轻的Li同位素，符合Li从熔体向橄榄石扩散的趋势p锂同位素处于平衡分馏状态的橄榄石斑晶和熔体间的铁同位素分馏系数为-0.1 ，橄榄石相对熔体富集轻铁同位素主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同

24、位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启示非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学5. 现代表生体系的铁同位素研究1. 常见分馏系数2. 风化3. 水圈4. 沉积/沉淀作用5. 成岩作用非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学Johnson et al., 2002, 2005; Weltch et al., 2003; Wiesli et al., 2004; Beard and Johnson, 2004; Balci et al.,

25、2006; Dauphas and Rouxel, 2006Fe2+(aq)Fe3+(aq)2.83.0 Fe2O3-0.14 (E)-0.1-0.8 (K)-0.4-1.7 (B)-0.9-0.2 (K)FeSFeS40.32(E)-1.20.32(K)FeCO3-0.48(E)-2.1(K)5.1 常见分馏系数5. 现代表生体系的铁同位素研究优先富集轻同位素优先富集重同位素PH=7，常温，常温, 水溶液为例水溶液为例 Fe3+： 2.097e-11 g/g, 0.374 nM 现今海水的溶解Fe含量：0.011 nM量级（Radic, EPSL, 2011） Fe2+: 5.255e-7

26、g/g, 9.38 uM FeSm: uM级（Rickard and Luther, Chem. Rev., 2007）溶解行为溶解行为5. 现代表生体系的铁同位素研究5.25.2 风化风化 在硅酸岩风化过程中，流体一般优先溶解轻Fe同位素 流体洗脱的铁有限，残留固相同位素组成变化不大Chapman et al., GCA, 2009酸淋洗试验5.25.2 风化风化The Nsimi lateritic profiles, South CameroonPoitrasson et al., CG, 20085. 现代表生体系的铁同位素研究剖面条件：剖面条件：赤道气候，年平均温度：24，降雨量：1

27、630mm红土，主要次生矿物：高岭石，伊利石，针铁矿，赤铁矿5.25.2 风化风化Poitrasson et al., CG, 20085. 现代表生体系的铁同位素研究p整个剖面的铁含量有巨大的变化，然而全岩铁同位素整个剖面的铁含量有巨大的变化，然而全岩铁同位素组成在分析误差范围内和平均大陆地壳一致组成在分析误差范围内和平均大陆地壳一致p解释：整个剖面以三价铁为主，溶解度有限，同位素解释：整个剖面以三价铁为主，溶解度有限，同位素分馏有限分馏有限风化风化NW, GermanySW, GermanyWiederhold et al., GCA, 2007灰土雏形土Dark Organic surf

28、ace layerGray depleted Eluvial horizonEnriched illuvial B hor. Fe, Al灰土一般形成于酸性基岩（石英砂岩、花岗岩等）、冷+潮湿、针叶林条件下，有机酸性物质向下淋滤（Fe、Al）形成剖面排水良好，干体系，氧化条件灰土基岩：砂沉积物，砂岩；雏形土基岩：火山岩PH4PH5.55.95. 现代表生体系的铁同位素研究 灰土：残积层(E)铁含量最低，淀积层(Bh,Bs)富集铁；淀积层(Bh,Bs)的铁同位素相对基层显著偏轻。铁富集的峰值位置为Bs,最轻的铁同位素组成出现于Bh，反映有机络合物富轻铁。 雏形土：铁含量和同位素组成均无变化风化风

29、化Wiederhold et al., GCA, 20075. 现代表生体系的铁同位素研究铁组分：0.5 M HCl（室温，24 h） 无定形铁1M NH2OH-HCl+1M HCl (90 , 4h) 氧化物残渣u单个土壤样品内不同库间的铁同位素存在显著分馏(57Fe = 3 )uBh层负57Fe的峰值反映轻铁富集和有机质富集间的关系u无定形铁相对于硅酸盐富轻铁，风化过程释放轻铁风化风化Wiederhold et al., GCA, 20075. 现代表生体系的铁同位素研究风化风化Poitrasson et al., CG, 2008喀麦隆喀麦隆和菲律宾风化剖面都贫有机质，风化产物以Fe3+

30、为主，反映氧化条件下，无生物作用参与时风化导致的全岩铁同位素分馏有限轻铁同位素组成土壤富含有机质；大的同位素分馏也可发生于还原条件下的化学风化；有生物参与或还原条件时，风化可以导致显著的铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究5.35.3 水圈水圈Fantle and DePalo, 2004低铁含量低铁含量河水河水（可（可溶铁端元）总体上溶铁端元）总体上同位素组成偏轻同位素组成偏轻5. 现代表生体系的铁同位素研究河水颗粒物河水颗粒物Bergquist and Boyle, EPSL, 2006Pinheiro et al., JSAES, 2013虽然单个河流携带的颗粒物铁同位素组成有差

31、异，但流域上总体携带的颗粒物铁同位素组成和平均陆壳相近5. 现代表生体系的铁同位素研究Negro river: 黑水河黑水河 流经雨林盆地，有机质高流经雨林盆地，有机质高Negro, dis. Feu海底热液，低温热泉，地下水中可溶解铁一般具有比硅酸盐地球轻Fe同位素组成Johnson et al., Annual review, 2008热液、地下水热液、地下水区域区域DFe, C56FeDfePFe, C56FePFe西赤道太平洋0.451.46 nM0.060.454.6432.19 nM-0.020.29 中赤道太平洋0.060.61 nM0.010.58 0.411.39 nM0.1

32、40.46 亚热带北大西洋0.9 nM0.30.7东南大西洋海盆-0.130.21 大西洋-0.490.19 北海，滨岸1025 nM-0.700.15 1030 nM-0.300.65 加州滨岸海盆-1.820.03 De Jong et al., 2007; John and Adkins, 2010; Lacan et al., 2008, 2010; Radic et al., 2011现代海洋现代海洋5.45.4 沉积沉积56Fe by IRMM014碎屑沉积物相对火成岩碎屑沉积物相对火成岩没有发生较大分馏没有发生较大分馏; ;总体上，全岩尺度风化总体上，全岩尺度风化残留物的分馏不显

33、著残留物的分馏不显著Beard et al., 2003; Fantle and Depalo, 20045. 现代表生体系的铁同位素研究化学沉积，亚铁溶液连续氧化（平衡分馏） 平衡分馏水铁矿与溶液始终平衡 瑞利分馏水铁矿一旦结晶，立即离开体系5. 现代表生体系的铁同位素研究沉淀水铁矿沉淀水铁矿残余溶液残余溶液u海底热液，低温热泉，地下水部分氧化时，随着富重铁同位素的氧化物沉淀，残余水体Fe含量越低，同位素组成越轻Johnson et al., Annual review, 2008实例实例1 1：热液、地下水：热液、地下水5. 现代表生体系的铁同位素研究p砂岩中的铁氧化物结核记录了热液沉淀氧

34、化物铁同位素从重到轻的演化序列，指示了流体运移的方向Busigny and Dauphas, EPSL, 2007实例实例2 2：美国犹他州砂岩美国犹他州砂岩5.55.5 成岩作用成岩作用( (diagenesis) )5. 现代表生体系的铁同位素研究Planavsky et al., GCA, 2012概念: 沉积物在它初始沉淀以后、岩化以后，经历的任何还没达到变质作用程度的化学、物理和生物的改变（不包括地表风化）利用铁同位素研究海洋-大气的氧化还原条件是通过沉积岩进行的u样品： 沿北太平洋California海岸(Monterey Bay, Santa Barbara Basin) San

35、ta Barbara Basin，California，水深498m，高生产力，富有机质，有区域最低的海底水O2浓度uFe同位素： Feporewater，Fepyrite ，Fetotal Fe0.5N HCl: 无定形Fe(3)氧化物，FeS, non-S Fe(2), 粘土矿物FeHR = Feaq + Fe(2)HCl + Fe(3)HCl + Fepy +Femagnetite5.55.5 成岩作用成岩作用5. 现代表生体系的铁同位素研究Severmann et al., GCA, 20065.55.5 早期成岩作用早期成岩作用5. 现代表生体系的铁同位素研究Severmann et

36、 al., GCA, 2006u总Fe的同位素组成和火成岩一致，活性Fe的同位素组成总体偏负，残余Fe略重Severmann et al., GCA, 2006:u总Fe的同位素组成和火成岩一致，活性Fe的同位素组成总体偏负，残余Fe略重，各个活性铁组分有非常大的铁同位素分馏u这些铁氧化物、黄铁矿能记录海水的信息吗？Severmann et al., GCA, 2006FeHCl中组分中组分的的Fe同位素同位素uFeS比黄铁矿显著重，FeSPy有分馏u水铁矿具有异常负的Fe同位素，指示非海水直接沉淀，多次循环HClSevermann et al., GCA, 2006:休息Question?非

37、传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启示非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学 氧化的海洋： （定量）铁氧化物 缺氧的海洋： 假设海水56Fe -0.2 O2输入： 铁氧化物 HS-输入： 硫化物原理原理6. 大气氧含量演化与铁同位素响应太古代BIF，贫氧海洋Li et al., GCA, 2013u澳大利亚西北部 Duffer for

38、mationu沉积时代：3.46 Ga6. 大气氧含量演化与铁同位素响应太古代BIF，贫氧海洋Li et al., GCA, 201356Fe从1.532.63，显著重于其他时代的BIF6. 大气氧含量演化与铁同位素响应太古代BIF，贫氧海洋Li et al., GCA, 20136. 大气氧含量演化与铁同位素响应太古代BIF，贫氧海洋Li et al., GCA, 2013这些BIF形成于低比例氧化，反映当时的海水透光层还存在大量过剩的Fe2+，水体含氧量很低。经估算，可能仅为现今透光层海水氧含量的0.0003%6. 大气氧含量演化与铁同位素响应 部分硫化海洋火成岩，海底热液火成岩，海底热液

39、结晶结晶Fe氧化物，氧化物，水体变轻水体变轻Rouxel et al., Science, 2005元古代海洋结晶黄铁矿，结晶黄铁矿，水体变重水体变重6. 大气氧含量演化与铁同位素响应主要内容1. 铁同位素体系简介2. 分析技术要点3. 行星间铁同位素差异4. 岩浆体系铁同位素分馏5. 现代表生体系的铁同位素研究6. 大气氧含量演化与铁同位素响应7. 铁同位素示踪生命活动遗迹8. 展望与启示非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学Iron isotope biosignatures?Beard et al., Science, 1999 火成岩：(56Fe=0.0+/

40、-0.3) Sediments: (+0.9-1.6) Fe还原菌可以产生1.3的分馏uFe同位素可以示踪生物作用非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学古老生命活动遗迹古老生命活动遗迹Anbar et al., Science, 2000生物氧化过程：Fe3+-Fe2+ +2.9 和无机过程测定的分馏系数无差别Balci et al., GCA, 2006Welch et al., GCA, 2003Johnson et al., EPSL, 2002Fe，C，S同位素协变？ Johnson et al., Ann Rev, 2008u沉积物中干酪根C同位素的负值越大，S的质量相关分馏开始增大，S的非质量分馏越明显，Fe同位素的分馏也越大uJohnson et al., 2008Fe同位素与同位素与C，S同位素协同位素协变变非传统稳定同位素非传统稳定同位素:铁同位素地球化学铁同位素地球化学古老生命活动遗迹古老生命活动遗迹Heimann and Johnson, 2010The 2.5