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前言 1

绪论 1

第一章 同位素的有关基本概念 5

第一节 同位素的定义 5

一、同位素的定义 5

二、同位素的分类 5

第二节 核内性质与核外性质 6

一、核内性质 6

二、核外性质 6

第三节 自然界同位素变化的原因 6

二、放射成因稳定同位素 7

一、稳定同位素的分类 7

第四节 稳定同位素的分类 7

三、核聚变 7

二、放射性同位素裂变 7

一、放射性同位素衰变 7

三、非放射成因稳定同位素 8

第五节 同位素组成表示的术语 9

一、同位素丰度 9

二、同位素比值 9

三、δ值 9

第六节 同位素标准物质 10

一、水样的氢和氧同位素 10

二、固体样品的氧同位素 11

三、碳同位素 11

四、氮同位素 11

第七节 同位素分馏 11

一、同位素效应 11

三、同位素分馏的分类 13

二、同位素分馏定义 13

四、同位素分馏系数 14

五、分子能量 14

第八节 同位素实验 16

一、同位素质谱仪 16

二、样品处理方法 17

第二章 地球形成各阶段的铀-铅、铷-锶和钐-钕体系 20

第一节 放射性衰变公式 20

第二节 影响放射成因稳定同位素比值变化的因素 21

第三节 元素与同位素的形成 21

一、太阳系形成的过程 21

二、元素和同位素的形成 21

三、太阳系内引起同位素发生变化的过程 21

一、从太阳星云到地球形成之初阶段 22

第四节 在地球形成各阶段铀-铅、铷-锶和钐-钕体系 22

二、地核形成阶段 23

三、壳幔分异阶段 23

第五节 同位素的均一化及母／子体元素分异的同时性 24

第六节 ε值 24

第三章 氢、氧、碳和氮同位素在自然界的分布 27

第一节 自然界中的氢和氧同位素 27

一、自然界中的氢和氧同位素 27

二、沉积岩中的氢和氧同位素 28

第二节 自然界中的碳库 28

一、自然界中的碳库 28

二、沉积岩中的碳同位素 31

三、化石燃料中的碳同位素 32

第三节 有机物碳同位素在成岩阶段的转变 33

第四节 自然界中的氮库 34

一、大气圈 34

三、湖泊、河流和地下水 35

二、海洋 35

四、陆地生物圈和土壤 36

第四章 大气圈的同位素 38

第一节 蒸发与凝结过程中氢和氧同位素 38

第二节 雨水线方程 38

第三节 氚（3H） 40

第四节 大气中二氧化碳的温室效应 40

第五节 大气圈二氧化碳含量和δ13C变化 42

第六节 大气碳库中14C/12C和太阳活动强度 46

第五章 水圈中的氢和氧同位素 48

第一节 水圈中的氢和氧同位素 48

一、大气降水 48

三、湖泊水 49

四、地下水 49

二、河水 49

五、海水 50

六、岩浆水 51

七、地热水 51

第二节 氧同位素古海水温度的测定 52

一、生物成因碳酸盐-海水 52

二、其他海洋自生矿物-海水 53

第三节 第四纪冰期-间冰期旋回 54

第四节 第四纪海水氧同位素组成的演化 54

第五节 第四纪冰期-间冰期旋回的驱动力 57

第六章 水圈中的碳同位素 60

第一节 陆地水中的碳同位素 60

第二节 海洋中的碳同位素 60

一、海洋中无机碳 60

二、海洋有机碳及生物泵作用 61

三、海水δ13C剖面 62

四、海洋碳酸盐的δ13C值与海洋生物总量 63

五、孔隙水的碳同位素组成 64

第三节 大气与海洋碳库间的交换 65

第七章 水圈中的钕和锶同位素 66

第一节 河水中的钕和锶同位素 66

一、河水中的锶同位素 66

二、河水中的钕同位素 66

三、河水中锶和钕同位素反相关关系 66

四、河水中的锶可以看做是两个端元的混合 67

第二节 海洋锶的来源 67

第三节 锶同位素地层学原理 68

一、锶同位素地层学基础 68

二、锶同位素地层学优缺点 68

第四节 古海水锶同位素组成的演化 69

一、海水钕的来源 71

二、现代各大洋钕同位素比值的差异 71

第五节 海水钕同位素 71

三、同一海盆的不同水体钕同位素组成的差别 72

四、海水剖面εNd值的变化 72

第六节 海水钕同位素组成的演化 73

一、显生宙太平洋和大西洋钕同位素组成的演化 73

二、距今700～500Ma中国海水钕同位素组成的演化 73

第七节 钕、铅同位素和14C在海洋环流中的应用 74

一、洋流与钕同位素 75

二、洋流与铅同位素 78

三、14C和深水洋流速率 79

第八节 铈、铪和锇同位素在海洋方面的应用 80

一、铈同位素 80

二、铪同位素 80

三、锇同位素 80

二、黑云母和白云母的风化 82

一、全岩体系的风化 82

第一节 风化过程中的铷-锶同位素体系 82

第八章 地表环境中的钕、锶和铅同位素 82

三、长石的风化 83

四、粘土矿物 83

第二节 地表环境中的铀-铅、钐-钕和铷-锶体系的差别 83

一、铀-铅与钐-钕体系比较 84

二、铷-锶与钐-钕体系比较 85

第九章 生物作用与同位素 86

第一节 陆地植物的光合作用和呼吸作用 86

第二节 依据光合作用的路径对陆地植物的分类 87

第三节 植物的δ13C值 88

一、植物的δ13C值分布 88

二、植物不同构成部分的δ13C值差别 88

第四节 人类食物中碳同位素的差别 89

二、氧同位素 90

一、氢同位素 90

第五节 光合作用中氢和氧同位素的分馏 90

第六节 光合作用和呼吸作用对大气圈二氧化碳含量和碳、氧同位素的影响 91

一、植物光合作用影响大气二氧化碳的碳同位素组成的因素 91

二、北半球北方森林生态系统呼吸作用二氧化碳的13C/12C的变化 91

三、影响大气二氧化碳的氧同位素组成的因素 92

四、陆地生态系统对大气二氧化碳的氧同位素组成的影响 93

第七节 植物δ13C和δ18O与环境相对湿度的关系 94

第八节 生物成因碳酸盐形成中的碳同位素非平衡分馏 96

第九节 植物对NH？和NO？的提取和同化机理 97

第十节 有机物固氮作用、矿化降解作用、硝化作用和反硝化作用中的氮同位素 98

一、固氮作用 98

二、矿化作用 98

三、硝化作用 98

四、反硝化作用 99

第一节 化石燃料的燃烧对大气碳含量和碳同位素组成的影响 101

第十章 碳和氮循环 101

第二节 构造作用与大气碳循环 103

第三节 大陆碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化作用对大气碳循环的影响 103

一、碳酸盐岩风化作用 104

二、硅酸盐岩风化作用 104

第四节 碳循环 105

一、碳的生物循环 105

二、碳的地球化学循环 106

第五节 碳循环中的反馈 106

第六节 太阳的演化与地球地表温度的稳定 107

第七节 碳源和碳汇 107

一、碳源和碳汇表达式 108

二、“漏失汇”问题 109

三、陆地生态系统 109

四、森林 109

五、土壤 110

六、湿地 111

七、计算 111

八、目前存在的问题 112

九、可能引起气候变暖的主要因素 114

第八节 氮循环 115

一、生态系统中氮循环 115

二、早期的大气 117

三、古代地壳氮对现代生态系统的影响 117

四、氮在一个现代大陆架海的循环 117

第九节 人类活动对氮循环的影响 122

第十一章 冰心同位素 123

第一节 冰心参数 123

第二节 冰心同位素记录和末次冰期以来气候的高频变化 126

第三节 冰心同位素记录和全新世气候变化 128

第十二章 树轮同位素 131

第一节 树轮氢和氧同位素组成和古降雨、古温度 132

第二节 树轮碳同位素组成和古温度 133

第三节 树轮14C/12C和太阳活动强度 134

第十三章 洞穴碳酸盐稳定同位素 135

第一节 洞穴碳酸盐氧同位素的来源 135

第二节 在洞穴碳酸盐形成过程中同位素动力学分馏 136

第三节 洞穴碳酸盐的年层 136

第四节 洞穴碳酸盐碳同位素对植物类型和生态系统的意义 137

第五节 洞穴碳酸盐氧同位素对降雨量、季风和厄尔尼诺的意义 137

第六节 洞穴碳酸盐锶同位素对风化强度的意义 139

第十四章 土壤碳酸盐的碳和氧同位素 141

第一节 土壤碳酸盐的碳同位素 141

第二节 土壤中二氧化碳的来源 142

第三节 土壤二氧化碳释放量与土壤呼吸速率 142

第四节 土壤碳同位素模式 143

第五节 影响土壤碳酸盐碳同位素组成的因素 144

第六节 土壤碳酸盐δ13C值与C3/C4植物比 144

第七节 从土壤碳酸盐得到C3和C4植物的分布 145

第八节 土壤碳酸盐氧同位素与古温度 146

第十五章 稳定同位素对古人类和动物食物再造 148

第一节 碳和氮同位素食物再造的基础 148

第二节 稳定同位素食物再造的简略历史 149

第三节 食物链网（food web）的稳定同位素组成 150

一、在不同植物类别中氮同位素的分馏 150

二、陆地生态系统氮同位素组成的变化 150

三、陆地生态系统碳同位素组成的变化 150

四、在水环境中碳同位素组成的变化 152

五、动物对氮同位素的分馏 152

六、动物对碳同位素的分馏 153

第四节 食物链网稳定同位素组成的天然变化 155

第一节 新生代气候的变化 157

第十六章 大陆风化与全球气候变化 157

第二节 新生代气候变化的原因 158

第三节 海洋87Sr/86Sr比值变化——大陆风化速率的指示 159

第四节 大陆风化与气候变化的成因联系 159

第五节 青藏高原的隆起与大陆风化速率的增强 160

第六节 新的研究进展 161

一、硅酸盐风化还是碳酸盐风化之争 161

二、有机碳的风化与埋藏 162

三、大陆化学风化与气温的关系 162

四、大气二氧化碳浓度与温度的反相关关系 163

一、珊瑚氧同位素温度计 164

二、珊瑚碳和氧同位素波动与厄尔尼诺现象 164

第一节 珊瑚 164

第十七章 生物碳酸盐同位素的环境意义 164

第二节 有孔虫 166

一、有孔虫氧和钕同位素与全球大陆冰体积的变化 166

二、有孔虫碳同位素的环境意义 167

第三节 介形虫锶同位素与海侵-海退环境变化的指示 168

第四节 蜗牛 168

一、蜗牛氧同位素与古降雨、大气环流模式变化 169

二、蜗牛碳同位素与古植物再造、古温度变化 171

第五节 脊椎动物 173

一、鲑鱼锶同位素与生长环境 173

二、大象碳、氮和锶同位素及其环境意义 174

第十八章 生物绝灭事件与同位素异常 176

第一节 白垩系／第三系界限 176

第二节 二叠系／三叠系界限 180

第三节 前寒武系／寒武系界限 182

参考文献 185