研究中心

同位素前沿科学研究中心

同位素分为稳定同位素和放射性同位素。放射性同位素的历史可以追溯到卢瑟福和居里夫人一百年前对放射性物质的研究,由此逐步诞生了放射成因同位素地球化学。放射同位素主要用于对环境地质样品进行准确定年。稳定同位素的历史可以追溯到尤里Urey最先对氧同位素的研究,由此诞生了稳定同位素地球化学。到目前为止,包括碳、氢、氧、氮、硫为代表的轻质量同位素的基本理论已经发展的相当完善,他们在地球演化、生命起源等重要领域取得了许多突破性的成果。20世纪末-21世纪初,随着质谱技术的飞速发展,非传统稳定同位素(主要是金属稳定同位素)的高精度测试也成为可能,使得金属稳定同位素地球化学成为近20年的研究热点。时至今日,尽管有些金属元素的分馏理论还不够完善,但其在大气化学、地球化学、宇宙化学等方面的应用正在不断拓展,表现出极大的发展潜力。与此同时,更为精细的clumped同位素(同一分子中同时有两个或两个以上的原子被其同位素替换如18O13C16O、15N15N)、分子内位置特异性(position-specific)同位素(同一分子中不同功能位上的原子被其同位素所取代;如15Nα15NβO)、多/亲联(multiple/tangled)同位素(同一分子中不同元素的同位素如SO42-的S和O同位素、CH3Hg中的C和Hg同位素)测试技术也在古温度反演、地球化学反应途径追踪等方面方向表现出先天的优势。

同位素前沿科学研究中心目前主要立足于金属稳定同位素地球化学:一方面通过完善现有的金属稳定同位素(如Hg、Cu、Zn、Fe)理论体系,拓展其在表层地球系统科学研究的应用领域;另一方面通过开发新的金属稳定同位素(如Ga、Sn、Sb)测试体系,解决表层地球系统研究面临的突出科学难题。同位素前沿科学研究中心的设立除了为表层地球系统研究的各个领域提供最基本的技术保障,还旨在同位素基本理论、测试方法和应用方面有所突破和创新。

发展定位

通过实验、观测、模型、理论相结合的手段,系统研究表层地球系统主要圈层在不同时间(过去-现在-未来)和空间(分子水平-流域尺度-全球框架)尺度上的物质循环及其与人类可持续发展的关系,力争解决当前表层地球系统研究中的一些基础性、挑战性和前瞻性的科学难题。中心将致力于完善或建立同位素地球化学新方法,探索和发展地球系统科学同位素分馏新理论,开拓同位素应用研究新领域,培养同位素地球化学前沿科学研究优秀人才,推动表层地球系统科学学科发展

组织结构

中心的基本行政构架如下图所示,每位老师各司其职:陈玖斌为中心主任,负责整个中心的有序运行;孟梅负责中心实验室的安全与卫生;郑旺负责中心所有仪器的运转与维护;袁玮负责中心的综合事务;孙若愚负责中心本科生和研究生的学习和科研工作;Chetelat B.负责同位素理论的基础研究;蔡虹明负责中心的对外联络和学术交流事宜。



研究方向

1. 同位素地球化学新理论研究

    基于物理、化学、数学和生物学理论基础,通过理论模型、实验观测等研究手段,重点研究非传统(金属)同位素的分馏规律、变化特征及其内在的控制机理,完善现有的同位素分馏理论框架体系并发展新的同位素分馏理论。

2. 同位素地球化学新方法和新技术研究

    基于当今先进的质谱测试平台,瞄准同位素分析方法的前沿趋势,针对不同类型、不同基质的样品,创新和开发样品的前处理流程以及同位素仪器分析方法;发展痕量样品分析、在线原位分析和多元同位素分析等高精度同位素测试技术,推动同位素体系分析方法变革。

3. 同位素地球化学应用的新前沿领域研究

    针对全球变化和人为活动共同影响下的元素生物地球化学循环及其生态和环境效应,利用同位素的新理论、新技术和新方法,拓展同位素地球化学在表层地球系统动力学研究中的应用,使其成为贯穿地球各圈层的物质循环的全链条示踪手段,促进人类的可持续发展;针对地球和生命协同演化的突出问题以及地球历史上的重大气候和环境事件,发挥同位素的全证据链示踪优势,揭示表层地球演化的内在驱动力。力争在重金属同位素新体系开发、同位素非质量分馏理论、稳定同位素动力学分馏机制、气候环境演化和人类健康医学等前沿领域同位素研究等方面取得新突破。




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