आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री

आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री भूविज्ञान का एक पहलू है जो विभिन्न रासायनिक तत्व स्थिर आइसोटोप के सापेक्ष बहुतायत में प्राकृतिक विविधताओं के अध्ययन पर आधारित है। समस्थानिक बहुतायत में भिन्नता को समस्थानिक अनुपात द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा मापा जाता है, और यह चट्टान, वायु या जल निकायों की आयु और उत्पत्ति या उनके बीच मिश्रण की प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी प्रकट कर सकता है।

स्थिर समस्थानिक भू-रसायन बड़े पैमाने पर निर्भर समस्थानिक विभाजन से उत्पन्न समस्थानिक विविधताओं से संबंधित है, जबकि रेडियम-धर्मी समस्थानिक भू-रसायन प्राकृतिक रेडियोधर्मिता के उत्पादों से संबंधित है।

स्थिर आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री

अधिकांश स्थिर समस्थानिकों के लिए, गतिज प्रभाजन और संतुलन प्रभाजन से प्रभाजन बहुत छोटा होता है; इस कारण से, संवर्धन सामान्यतः प्रति मील (‰, भाग प्रति हजार) में रिपोर्ट किया जाता है। ये संवर्द्धन (δ) स्थिर आइसोटोप विश्लेषण के लिए संदर्भ सामग्री के अनुपात में नमूने में भारी आइसोटोप से हल्के आइसोटोप के अनुपात का प्रतिनिधित्व करते हैं। वह है,

$\delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{sample}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{standard}}}-1\right)\times 1000$ ‰

हाइड्रोजन

Main article: हाइड्रोजन समस्थानिक जैवभूरसायन

कार्बन

Main article: δ13C

कार्बन के दो स्थिर समस्थानिक होते हैं, ¹²सी और ¹³सी, और एक रेडियोधर्मी समस्थानिक, कार्बन-14|¹⁴सी.

स्थिर कार्बन समस्थानिक अनुपात, d13C|δ¹³सी, वियना पी डी बेलेमनाइट (वीपीडीबी) के खिलाफ मापा जाता है। स्थिर कार्बन समस्थानिक मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण द्वारा विभाजित होते हैं (Faure, 2004)। ¹²C अनुपात भी पुराजलवायु का संकेतक है: पौधों के अवशेषों में अनुपात में बदलाव प्रकाश संश्लेषक गतिविधि की मात्रा में बदलाव का संकेत देता है, और इस प्रकार पौधों के लिए पर्यावरण कितना अनुकूल था। प्रकाश संश्लेषण के दौरान जीव C3 मार्ग का उपयोग करते हैं|C₃ पाथवे C4 पाथवे का उपयोग करने वालों की तुलना में विभिन्न संवर्धन दिखाते हैं। सी₄ मार्ग, वैज्ञानिकों को न केवल कार्बनिक पदार्थों को अजैविक कार्बन से अलग करने की अनुमति देता है, बल्कि यह भी कि कार्बनिक पदार्थ किस प्रकार के प्रकाश संश्लेषक मार्ग का उपयोग कर रहा था। वैश्विक में समसामयिक स्पाइक्स ¹³सी/¹²C अनुपात विशेष रूप से पैलियोज़ोइक के दौरान, कीमोस्ट्रेटिग्राफी के लिए स्तरीकृत चिह्नकों के रूप में भी उपयोगी रहा है। रेडियोकार्बन ¹⁴C अनुपात का उपयोग अन्य बातों के साथ-साथ समुद्र परिसंचरण को ट्रैक करने के लिए किया गया है।

नाइट्रोजन

नाइट्रोजन के दो स्थिर समस्थानिक होते हैं, ¹⁴एन और ¹⁵एन. इनके बीच के अनुपात को हवा में नाइट्रोजन के सापेक्ष मापा जाता है। नाइट्रोजन अनुपात अक्सर कृषि गतिविधियों से जुड़ा होता है। ग्रीनहाउस गैस नाइट्रस ऑक्साइड से डेटा का उपयोग करके समताप मंडल और क्षोभमंडल के बीच हवा के आदान-प्रदान की मात्रा को मापने के लिए नाइट्रोजन आइसोटोप डेटा का भी उपयोग किया गया है।₂ओ

ऑक्सीजन

ऑक्सीजन के तीन स्थिर समस्थानिक होते हैं, ¹⁶हे, ¹⁷हे, और ¹⁸ओ. ऑक्सीजन अनुपात को वियना स्टैंडर्ड मीन ओशन वाटर (VSMOW) या वियना पी डी बेलेमनाइट (VPDB) के सापेक्ष मापा जाता है। ऑक्सीजन आइसोटोप अनुपात में भिन्नता का उपयोग पानी की गति, पुराजलवायु, दोनों को ट्रैक करने के लिए किया जाता है।और वायुमंडलीय गैसें जैसे ओजोन और कार्बन डाईऑक्साइड । विशिष्ट रूप से, VPDB ऑक्सीजन संदर्भ का उपयोग पेलियोक्लाइमेट के लिए किया जाता है, जबकि VSMOW का उपयोग अधिकांश अन्य अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। ऑक्सीजन समस्थानिक वायुमंडलीय ओजोन में विषम अनुपात में दिखाई देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप द्रव्यमान-स्वतंत्र विभाजन होता है। जीवाश्म फोरामिनिफेरा में आइसोटोप अनुपात का उपयोग प्राचीन समुद्रों के तापमान को कम करने के लिए किया गया है।

गंधक

सल्फर में चार स्थिर समस्थानिक होते हैं, जिनमें निम्नलिखित प्रचुरता होती है: ³²S (0.9502), ³³S (0.0075), ³⁴S (0.0421) and ³⁶S (0.0002). इन बहुतायत की तुलना कैन्यन डियाब्लो (उल्कापिंड) कैनन डियाब्लो ट्राइलाइट में पाए जाने वाले लोगों से की जाती है।सल्फर आइसोटोप अनुपात में भिन्नता का उपयोग अयस्क में सल्फर की उत्पत्ति और सल्फर युक्त खनिजों के निर्माण के तापमान के साथ-साथ बायोसिग्नेचर का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो सल्फेट को कम करने वाले रोगाणुओं की उपस्थिति को प्रकट कर सकता है।

रेडियोजेनिक आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री

Main article: रेडियोमेट्रिक डेटिंग

रेडियोजेनिक समस्थानिक पृथ्वी प्रणालियों की आयु और उत्पत्ति का अध्ययन करने के लिए शक्तिशाली अनुरेखक प्रदान करते हैं। वे विभिन्न घटकों के बीच मिश्रण प्रक्रियाओं को समझने के लिए विशेष रूप से उपयोगी होते हैं, क्योंकि (भारी) रेडियोजेनिक आइसोटोप अनुपात सामान्यतःरासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा विभाजित नहीं होते हैं।

रेडियोजेनिक आइसोटोप ट्रेसर अन्य ट्रैसर के साथ एक साथ उपयोग किए जाने पर सबसे शक्तिशाली होते हैं: जितने अधिक ट्रैसर का उपयोग किया जाता है, मिक्सिंग प्रक्रियाओं पर उतना ही अधिक नियंत्रण होता है। इस अनुप्रयोग का एक उदाहरण भूवैज्ञानिक समय के माध्यम से पृथ्वी की पपड़ी और पृथ्वी के आवरण के विकास के लिए है।

सीसा-सीसा समस्थानिक भू-रसायन

Main article: लेड–लेड डेटिंग

नेतृत्व करना के चार स्थिर समस्थानिक हैं: ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, and ²⁰⁸Pb.

लीड एक्टिनाइड तत्वों, मुख्य रूप से यूरेनियम और थोरियम के क्षय के माध्यम से पृथ्वी में बनाई गई है।

विभिन्न सामग्रियों पर रेडियोमेट्रिक डेटिंग प्रदान करने के लिए लीड आइसोटोप भू-रसायन उपयोगी है। क्योंकि लेड आइसोटोप विभिन्न ट्रांसयूरानिक तत्वों के क्षय द्वारा बनाए जाते हैं, चार लीड आइसोटोप का एक दूसरे से अनुपात आग्नेय चट्टान में पिघलने के स्रोत, तलछट के स्रोत और यहां तक ​​​​कि समस्थानिक फिंगरप्रिंट िंग के माध्यम से लोगों की उत्पत्ति को ट्रैक करने में बहुत उपयोगी हो सकता है। उनके दांत, त्वचा और हड्डियां।

इसका उपयोग आर्कटिक शेल्फ से हिम तत्व की तारीख के लिए किया गया है, और वायुमंडलीय सीसा वायु प्रदूषण के स्रोत के बारे में जानकारी प्रदान करता है।

फोरेंसिक विज्ञान में फ़िंगरप्रिंट गोलियों के लिए लीड-लेड आइसोटोप का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है, क्योंकि गोला-बारूद के प्रत्येक बैच की अपनी ख़ासियत है ²⁰⁴पंजाब/²⁰⁶पंजाब बनाम ²⁰⁷पंजाब/²⁰⁸पंजाब अनुपात।

समैरियम-नियोडिमियम

Main article: समैरियम-नियोडिमियम डेटिंग

समैरियम-नियोडिमियम एक आइसोटोप प्रणाली है जिसका उपयोग भूगर्भीय सामग्रियों के दिनांक के साथ-साथ समस्थानिक उंगलियों के निशान और पुरातात्विक खोज (बर्तन, चीनी मिट्टी की चीज़ें) सहित विभिन्न अन्य सामग्रियों के लिए किया जा सकता है।

¹⁴⁷Sm उत्पादन करने का निर्णय लेता है ¹⁴³1.06x10 के आधे जीवन के साथ एनडी¹¹ वर्ष।

डेटिंग सामान्यतःएक रॉक नमूने के भीतर कई खनिजों के आइसोक्रोन डेटिंग का उत्पादन करने की कोशिश करके हासिल की जाती है। प्रारंभिक ¹⁴³एनडी/¹⁴⁴एनडी अनुपात निर्धारित किया गया है।

यह प्रारंभिक अनुपात CHUR (चोंड्रिटिक यूनिफ़ॉर्म जलाशय) के सापेक्ष तैयार किया गया है, जो कि चोंड्राइटिक सामग्री का एक अनुमान है जिसने सौर मंडल का गठन किया था। चूर को कॉन्ड्राइट और एकोंड्राइट उल्कापिंडों का विश्लेषण करके निर्धारित किया गया था।

CHUR के सापेक्ष नमूने के अनुपात में अंतर मेंटल से निष्कर्षण की एक मॉडल उम्र के बारे में जानकारी दे सकता है (जिसके लिए CHUR के सापेक्ष एक अनुमानित विकास की गणना की गई है) और क्या यह एक ग्रेनाइटिक स्रोत से निकाला गया था (रेडियोजेनिक में कम) एनडी), मेंटल, या एक समृद्ध स्रोत।

रेनियम–आज़मियम

Main article: रेनियम-ऑस्मियम डेटिंग

रेनीयाम और आज़मियम साइडरोफाइल तत्व हैं जो क्रस्ट में बहुत कम मात्रा में मौजूद होते हैं। ऑस्मियम का उत्पादन करने के लिए रेनियम रेडियोधर्मी क्षय से गुजरता है। पूरे समय में गैर-रेडियोजनिक ऑस्मियम से रेडियोजेनिक ऑस्मियम का अनुपात बदलता रहता है।

रेनियम ऑस्मियम की तुलना में अधिक आसानी से सल्फाइड में प्रवेश करना पसंद करता है। इसलिए, मेंटल के पिघलने के दौरान, रेनियम को बाहर निकाल दिया जाता है, और ऑस्मियम-ऑस्मियम अनुपात को उल्लेखनीय रूप से बदलने से रोकता है। यह पिघलने की घटना के समय नमूने के प्रारंभिक ऑस्मियम अनुपात में बंद हो जाता है। ऑस्मियम-ऑस्मियम प्रारंभिक अनुपात का उपयोग स्रोत की विशेषता और मेंटल पिघलने की घटनाओं की उम्र निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

नोबल गैस समस्थानिक

नोबल गैसों के बीच प्राकृतिक समस्थानिक विविधताएं रेडियोजेनिक और न्यूक्लियोजेनिक दोनों उत्पादन प्रक्रियाओं से उत्पन्न होती हैं। उनके अद्वितीय गुणों के कारण, उन्हें ऊपर वर्णित पारंपरिक रेडियोजेनिक आइसोटोप सिस्टम से अलग करना उपयोगी होता है।

हीलियम -3

हीलियम-3 ग्रह के बनने के समय उसमें फंस गया था। कुछ ³उसे उल्कापिंड की धूल से जोड़ा जा रहा है, जो मुख्य रूप से महासागरों के तल पर एकत्रित हो रहा है (हालांकि सबडक्शन के कारण, सभी महासागरीय विवर्तनिक प्लेटें महाद्वीपीय प्लेटों से छोटी हैं)। हालाँकि, ³सबडक्शन के दौरान समुद्री तलछट से गैस निकल जाएगी, इसलिए यह ब्रह्मांडीय है ³वह मेंटल (भूविज्ञान) की सघनता या नोबल गैस अनुपात को प्रभावित नहीं कर रहा है।

हीलियम-3 का निर्माण ब्रह्मांड किरण बमबारी और लिथियम स्पेलेशन प्रतिक्रियाओं द्वारा किया जाता है जो आम तौर पर क्रस्ट में होती हैं। लिथियम स्पेलेशन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक तेज़ न्यूट्रॉन | उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन एक लिथियम परमाणु पर बमबारी करता है, जिससे एक ³वह और ए ⁴वह आयन। इसे प्रतिकूल रूप से प्रभावित करने के लिए महत्वपूर्ण लिथियम की आवश्यकता होती है ³वह/⁴वह अनुपात।

हीलियम की औसत गति पृथ्वी के लिए पलायन वेग से अधिक होने के कारण अंततः सभी विघटित हीलियम अंतरिक्ष में खो जाती है। इस प्रकार, यह माना जाता है कि पृथ्वी के वायुमंडल की हीलियम सामग्री और अनुपात अनिवार्य रूप से स्थिर रहे हैं।

ऐसा देखा गया है ³वह ज्वालामुखी उत्सर्जन और महासागरीय कटक के नमूनों में मौजूद है। कैसे ³यह जांच के अधीन ग्रह में संग्रहीत है, लेकिन यह मेंटल (भूविज्ञान) से जुड़ा हुआ है और इसका उपयोग गहरे मूल की सामग्री के मार्कर के रूप में किया जाता है।

मेग्मा रसायन विज्ञान में हीलियम और कार्बन में समानता के कारण, हीलियम से बाहर निकलने के लिए मेंटल से वाष्पशील (ज्योतिष विज्ञान) (पानी, कार्बन डाइऑक्साइड) की हानि की आवश्यकता होती है, जो 60 किमी से कम की गहराई पर होता है। हालाँकि, उसे मुख्य रूप से द्रव समावेशन के भीतर खनिजों के क्रिस्टल जाली में फंसे सतह पर ले जाया जाता है।

हीलियम -4 रेडियोजेनिक उत्पादन (यूरेनियम/थोरियम-श्रृंखला रासायनिक तत्व के क्षय द्वारा) द्वारा बनाया गया है। महाद्वीपीय क्रस्ट मेंटल के सापेक्ष उन तत्वों से समृद्ध हो गया है और इस प्रकार अधिक हे⁴ मेंटल की तुलना में क्रस्ट में उत्पन्न होता है।

का अनुपात (आर)। ³वह करने के लिए ⁴वह अक्सर प्रतिनिधित्व करने के लिए प्रयोग किया जाता है ³वह संतुष्ट है। आर सामान्यतःवर्तमान वायुमंडलीय अनुपात (रा) के गुणक के रूप में दिया जाता है।

आर/रा के लिए सामान्य मूल्य:

• पुराना महाद्वीपीय क्रस्ट: 1 से कम
• महासागरीय रिज | मध्य-महासागर रिज बाजालत (MORB): 7 से 9
• फैली हुई रिज चट्टानें: 9.1 प्लस या माइनस 3.6
• हॉटस्पॉट (भूविज्ञान) चट्टानें: 5 से 42
• महासागर और स्थलीय जल: 1
• तलछटी गठन पानी: 1 से कम
• थर्मल वसंत पानी: 3 से 11

³वह/⁴ही आइसोटोप रसायन का उपयोग भूजल की तारीख, भूजल प्रवाह दर का अनुमान लगाने, जल प्रदूषण को ट्रैक करने और जलतापीय प्रक्रियाओं, आग्नेय भूविज्ञान और अयस्क उत्पत्ति में अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए किया जा रहा है।

• (U-Th)/He डेटिंग ऑफ़ एपेटाइट एक थर्मल हिस्ट्री टूल के रूप में
• यूएसजीएस: मैमथ माउंटेन फ्यूमरोल (एमएमएफ) में हीलियम डिस्चार्ज

एक्टिनाइड क्षय श्रृंखलाओं में समस्थानिक

क्षय श्रृंखला में आइसोटोप#एक्टिनाइड्स की एक्टिनाइड अल्फा क्षय श्रृंखलाएं रेडियोजेनिक आइसोटोप के बीच अद्वितीय हैं क्योंकि वे रेडियोजेनिक और रेडियोधर्मी दोनों हैं। क्योंकि उनकी बहुतायत को आम तौर पर परमाणु अनुपात के बजाय गतिविधि अनुपात के रूप में उद्धृत किया जाता है, उन्हें अन्य रेडियोजेनिक आइसोटोप सिस्टम से अलग माना जाता है।

प्रोटैक्टीनियम/थोरियम - ²³¹पा / ²³⁰ठ

यूरेनियम समुद्र में अच्छी तरह से मिल जाता है, और उसका क्षय पैदा करता है ²³¹पीए और ²³⁰थ एक स्थिर गतिविधि अनुपात (0.093) पर। क्षय उत्पादों को व्यवस्थित कणों पर अधिशोषण द्वारा तेजी से हटा दिया जाता है, लेकिन समान दरों पर नहीं। ²³¹Pa का निवास अटलांटिक बेसिन (लगभग 1000 वर्ष) में रसातल क्षेत्र के निवास समय के बराबर है लेकिन ²³⁰Th को और तेजी से (सदियों) हटा दिया गया है। Thermohaline परिसंचरण प्रभावी रूप से निर्यात करता है ²³¹पा अटलांटिक से दक्षिणी महासागर में, जबकि अधिकांश ²³⁰थ अटलांटिक तलछट में रहता है। परिणामस्वरूप, के बीच एक संबंध है ²³¹पीए/²³⁰अटलांटिक तलछट में गु और पलटने की दर: तेजी से पलटने से कम तलछट पैदा होती है ²³¹पीए/²³⁰थ अनुपात, जबकि धीमी गति से पलटने से यह अनुपात बढ़ जाता है। δ13C|δ का संयोजन¹³सी और ²³¹पीए/²³⁰थ इसलिए पिछले संचलन परिवर्तनों में अधिक संपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है।

मानवजनित समस्थानिक

ट्रिटियम/हीलियम-3

ट्रिटियम को परमाणु बमों के वायुमंडलीय परीक्षण के दौरान वातावरण में छोड़ा गया था। ट्रिटियम का रेडियोधर्मी क्षय महान गैस हीलियम -3 का उत्पादन करता है। ट्रिटियम के हीलियम -3 के अनुपात की तुलना (³एच/³वह) हाल के भूजल की आयु का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। प्राकृतिक यूरेनियम और थोरियम में ब्रह्मांडीय किरण स्पेलेशन और सहज विखंडन त्रिगुट विखंडन द्वारा ट्रिटियम की एक छोटी मात्रा भी स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होती है, लेकिन ट्रिटियम के अपेक्षाकृत कम आधे जीवन और अपेक्षाकृत कम मात्रा (मानव निर्मित स्रोतों की तुलना में) के कारण उन स्रोतों ट्रिटियम सामान्यतःभूजल के विश्लेषण में केवल एक द्वितीयक भूमिका निभाते हैं।

• USGS ट्रिटियम/हीलियम-3 डेटिंग
• हाइड्रोलॉजिक आइसोटोप ट्रैसर - हीलियम

यह भी देखें

• कॉस्मोजेनिक आइसोटोप
• पर्यावरण समस्थानिक
• भू-रसायन
• समस्थानिक हस्ताक्षर
• रेडियोमेट्रिक डेटिंग
• आइसोटोप-अनुपात मास स्पेक्ट्रोमेट्री
• सल्फर आइसोटोप बायोगेकेमिस्ट्री
• यूरे-बिगलेइसेन-मेयर समीकरण

संदर्भ

सामान्य

• क्लाउड एलेग्रे | एलेग्रे सी.जे., 2008। आइसोटोप जियोलॉजी (कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस)।
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• गुंटर फॉरे|फौरे जी., मेंसिंग टी.एम. (2004), आइसोटोप्स: प्रिंसिपल्स एंड एप्लीकेशन्स (जॉन विले एंड संस)।
• होफ्स जे., 2004. स्थिर आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री (स्प्रिंगर वेरलाग)।
• शार्प जेड, 2006. स्थिर आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री के सिद्धांत (प्रेंटिस हॉल)।

स्थिर समस्थानिक

• पर्यावरणीय समस्थानिक  (ओटावा विश्वविद्यालय)
• आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री के फंडामेंटल  (सी. केंडल और ई.ए. कैलडवेल, आइसोटोप ट्रैसर इन कैचमेंट हाइड्रोलॉजी में अध्याय 2 [सी. केंडल और द्वारा संपादित] जे जे मैकडॉनेल], 1998)
• संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थिर आइसोटोप और खनिज संसाधन जांच  (USGS)

³वह/⁴वह

• Burnard P. G., Farley K. A., Turner G. (1998). "सामोन हार्ज़बर्गाइट में एकाधिक द्रव स्पंदन". Chemical Geology. 147 (1–2): 99–114. Bibcode:1998ChGeo.147...99B. doi:10.1016/s0009-2541(97)00175-7.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
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रे-ओएस

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बाहरी संबंध

• National Isotope Development Center Reference information on isotopes, and coordination and management of isotope production, availability, and distribution
• Isotope Development & Production for Research and Applications (IDPRA) U.S. Department of Energy program for isotope production and production research and development