钾稳定同位素研究综述  

Stable potassium isotope geochemistry and cosmochemistry

作　　者：王昆 李伟强 李石磊[2] WANG Kun;LI Weiqiang;LI Shilei(Department of Earth and Planetary Sciences,Washington University in St.Louis,MO 63130,USA;School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University,Nanjing 210023,China)

机构地区：[1]华盛顿大学地球与行星科学系,密苏里圣路易斯63130 [2]南京大学地球科学与工程学院,江苏南京210023

出　　处：《地学前缘》2020年第3期104-122,共19页Earth Science Frontiers

基　　金：国家自然科学基金面上项目(41873004)。

摘　　要：钾稳定同位素是重要的非传统稳定同位素体系,也是近年来迅速发展的热门研究课题。对钾同位素研究历史和现状进行综述,具体包括以下内容:(1)总结了钾元素的地球化学和宇宙化学性质,包括钾在主要地质储库(地幔、地壳、海洋)中的丰度及其分配,钾在岩浆演化中的不相容大离子亲石性,常见含钾火成岩/沉积岩矿物以及钾在表生过程中的循环,也包括主要行星物质(球粒陨石、非球粒陨石、火星和灶神星陨石以及月球样品)中钾的含量、赋存状态、主要矿物,钾在太阳星云冷凝、行星积聚以及岩浆海过程中的中等挥发性质;(2)介绍了钾同位素的研究历史,从1922年Dempster利用最早的质谱仪测量钾同位素在自然界的丰度,到Taylor和Urey在1938发表的经典的钾同位素分馏实验,再到Humayun和Clayton在1995年发表的钾同位素领域的经典研究,最后到近几年的进展;(3)介绍了对钾的前处理(离子交换柱法)以及钾同位素的主要测量方法,包括早期热电离质谱仪法(TIMS),二次离子质谱仪法(SIMS)和近十几年以来高速发展的多接收电感耦合等离子体质谱仪法(MC-ICP-MS)及其不同的技术路线;(4)介绍了高精度钾同位素比值在低温地球化学和生物地球化学中的应用,包括钾同位素在地表的风化过程中、海水洋壳的反向风化作用中的分馏及其在示踪全球钾元素循环和洋壳俯冲等过程中的应用;(5)介绍了高精度钾同位素比值在高温地球化学中的应用,包括钾同位素在岩浆分异和矿物结晶过程中的分馏;(6)介绍了高精度钾同位素比值在宇宙化学中的应用,包括在太阳星云冷凝、行星凝聚、月球形成大碰撞、岩浆海、火山喷发去气过程中的分馏作用。The high-precision potassium(K)stable isotope system is one of the emerging non-traditional isotope systems enabled in recent years by the advance of Multi-Collector Inductively-Coupled-Plasma MassSpectrometry(MC-ICP-MS).Here we provide a brief overview on 1)the geochemical and cosmochemical properties of potassium and its major reservoirs,and the abundances of K on earth and in the rest of the Solar System;2)the history of K isotope studies from 1922 to 2019;3)the analytical methods of studying K isotopes including column chromatography and mass spectrometry(Thermal Ionization Mass Spectrometry-TIMS,Secondary Ion Mass Spectrometry-SIMS,and MC-ICP-MS);4)the applications of K stable isotopes in low-temperature geochemistry and biogeochemistry,such as understanding processes of continental weathering,hydrothermal alteration,and reverse weathering;5)the applications of K stable isotopes in high-temperature geochemistry,such as studying subduction dehydration/metamorphism,tracing subducted oceanic crustal materials and evaluating mantle heterogeneity;and 6)the applications of K stable isotopes on cosmochemistry,such as understanding solar nebular condensation,parent-body processing,planetary formation and magma ocean evolution.

关 键 词：钾稳定同位素 同位素分馏 大陆风化 热液蚀变 洋壳示踪 全球钾循环 行星形成 

分 类 号：P597.2[天文地球—地球化学]