风化和吸附是低温表生环境中两个非常重要的过程,尤其对Cu和Zn等过渡族金属元素,风化和吸附作用对它们在自然界中(如沉积岩、海水等)的分布至关重要。因此,研究风化和吸附过程中Cu-Zn同位素分馏过程及分馏机理对于理解Cu-Zn的生物地球化学循环过程至关重要。本论文以“低温Cu-Zn同位素分馏体系”为主题,主要研究内容和成果如下:(1)建立了高精度Cu-Fe-Zn分析方法(精度分别为±0.05‰、±0.05‰、±0.06‰),通过提高精度,精确测定硅酸岩的Cu同位素组成是不均一的;(2)高岭土吸附过程会发生显著的Cu同位素分馏,轻Cu同位素优先被吸附,使溶液相对富集重Cu同位素;反应时间、起始Cu浓度和背景电解质浓度对吸附过程Cu同位素分馏影响较大,可有效解释河口同位素组成变化和示踪金属离子来源等问题;反应温度、溶液p H对吸附过程Cu同位素分馏基本无影响,这对于解释地质时间尺度及温度范围内海洋沉积物及水体的Cu同位素组成提供了依据;由XRD数据和瑞利分馏模拟可知,高岭土吸附过程产生显著Cu同位素分馏的机理是由于溶液中的Cu络合形式不同,高岭土优先吸附富集轻Cu同位素的Cu(H2O)62+;(3)在不同的实验条件下,高岭土吸附过程不会产生Zn同位素分馏,这主要是由于溶液中的Zn仅以Zn(H2O)62+形式存在,不存在同位素组成不同的络合形式;(4)玄武岩和硫化物淋滤过程会产生显著的Cu同位素分馏;在酸性较弱时,淋滤液相对固体残渣始终富集重Cu同位素,该结果可有效解释自然环境中,水体为何普遍富集重Cu同位素的现象;在酸性较强时,淋滤液与固体残渣Cu同位素分馏呈现先富集重Cu同位素再富集轻Cu同位素最后又富集重Cu同位素的变化趋势,这为解释在酸性地区为何会产生富集轻Cu同位素流体的现象提供了依据;根据同位素及XRD结果可知,玄武岩风化过程Cu同位素分馏主要是受矿物相的淋滤速率影响,而黄铜矿Cu同位素分馏主要受矿物中65Cu及63Cu的扩散速率影响;(5)对自然界花岗岩风化剖面研究表明:风化过程中,Cu-Zn同位素会出现完全相反的变化趋势。但还原环境下Cu和Zn的再沉淀会进一步改变Cu-Zn同位素组成。本论文在建立高精度Cu-Fe-Zn分析方法的基础上,首次实验测定吸附过程及淋滤过程Cu/Zn同位素分馏情况,该研究为示踪Cu/Zn地球化学循环过程及解释自然界水体及土壤Cu/Zn同位素组成提供了重要理论依据。