富有机物流体中一些重要Ge同位素的平衡分馏参数

摘要

锗(Ge)同位素在地球化学领域有着潜在的应用意义,但是Ge同位素平衡分馏参数的缺乏,严重制约了其在相关研究中的应用.本研究提供了富有机物流体中物种Ge(OH)4、GeO(OH)3-以及Ge的一些亲有机质络合物(Ge与邻苯二酚、柠檬酸以及草酸配合形成的络合物)之间的Ge同位素平衡分馏参数.用基于Urey模型(或称Bigeleisen-Mayer公式)理论,结合量子化学计算的方法,在B3LYP/6-311+G(d,p)理论水平下计算了这些Ge同位素平衡分馏系数,其中,溶液效应用精确的"水滴法"来处理.预测这些基本分馏参数的误差约为±0.2‰.纯水溶液中,△Ge(OH)4-GeO(OH);约为0.6‰,海水中稍小,约为0.3‰;而△Ge(OH)4-Ge-邻苯二酚、△Ge(OH)4-Ge-草酸、△Ge(OH)4-Ge-柠檬酸(c)和△Ge(OH)4-Ge-柠檬酸(d)非常大,分别约为4.4‰、3.5‰、3.8‰和3.9‰.这些大的分馏或许可以用来示踪生物作用参与过程.结果表明,轻的Ge同位素将富集在富有机质的环境,如煤系、黑色页岩及一些缺氧的条件下,因此这些环境可能存在一个轻Ge同位素的"汇".