铅 (Pb)地球化学

目前已知的铅(Pb)同位素共有43种，包括非常不稳定的合成同位素，但以下5种常用于地球化学的研究(图1)。铅有4种稳定同位素： 204Pb, 206Pb, 207Pb和208Pb。206Pb、207Pb和208Pb分别是铀、锕和钍衰变链的最终产物。210Pb的半衰期较短，仅为22.6年；因而广泛应用于冰期、近期沉积物和泥炭沉积物的测年。

Pb isotopes

地球化学研究中常用的5种铅同位素。

铀的衰变过程中，铅同位素比值是铀和钍含量的函数。地质过程会影响铀和钍的含量，因此 铅同位素可以用作了解这些过程的性质和时间的有效工具。由于地质物质中铅的同位素组成是三个独立衰变链的函数，因此矿物中的同位素变化具有很大的潜力。

铅同位素测试的样品类型：骨头、岩浆岩、海洋沉积物、湖泊沉积物、金属制品/硬币、矿物粉尘、土壤、牙釉质和水。
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固体地球化学/岩石学

铅同位素比值可用于岩浆岩、变质岩和热液岩的测年和追踪岩石成因。由于铀、钍及其子元素在化学行为上存在差异，许多地质过程可以导致各种同位素大量的分馏。造就了可以用于分析岩石历史的独特模式。例如，岩浆岩和深成岩的铅同位素组成，可用于寻找不同构造地质背景下的不同类型的岩浆的来源。

Lead isotopes sediments

太平洋沉积物和马里亚纳活动弧熔岩的铅同位素分析，Woodhead和Fraser.1985。

地球化学指纹：尘埃和考古

不同的岩石(和上覆土壤)中存在着其独特的铅同位素模式，使人们能够将铅同位素与地球表面的特定区域联系起来。由于不同岩石具有不同的母体/子体比值，这一性质被广泛应用于风化侵蚀的物源研究，即尘埃。例如，尘埃的来源具有明显的铅同位素特征，因此，经过长途跋涉的尘埃可以追溯到其起源区域。

Lead isotopes dust

Barbados与非洲各种来源的尘埃的铅同位素组成比较，数据修改自Bozlaker等人.2018。

地球化学指纹也可用于考古研究。从古代金属研究的早期开始，一个重要的目标就是确定用于制造特定金属工艺品的金属的地质来源，通过这种方式，直接解决了贸易、贸易关系和物品移动的问题。由于铅同位素特征从在开采地(或矿石形式)到人工制品，都不会改变，所以人工制品应该还保存着有关铅开采地点的信息。

污染源追踪

铅是一种非必需的有毒金属，其生物地球化学循环受到人类活动的显著影响。铅在生产(包括采矿和冶炼)、使用(电池、颜料、陶瓷、塑料)、回收、铅化合物处理、化石燃料燃烧(煤炭和以前使用的含铅汽油)、矿物肥料的使用和污水污泥应用等过程中进入环境。因此，通过研究与特定人群活动相关的铅同位素范围，就有可能得到不同的铅同位素组成，从而量化长期以来对人类的影响。近年来，人们对使用铅同位素追踪污染的来源和类型（地质成因和人为成因），以及评估这些元素在环境中的留存能力越来越感兴趣。例如，汽油中的铅同位素可以用来分析汽油的大陆来源以及汽油成分随时间的变化。

Lead isotopic signature gasoline

不同大陆（左图，Larsen等人.2012）以及美国（右图，Dunlap等人.2008）生产的汽油的铅同位素特征随时间的变化

法医研究

在许多杀人案中，往往缺乏指认犯罪者的物证。假设同一批次的子弹具有相同的同位素组成，那么子弹碎片的铅同位素分析通常可以提供识别罪犯有力证据。例如，不同品牌的子弹通常具有不同的铅同位素特征。同样，可以对犯罪现场发现的子弹与潜在的嫌疑人的子弹的铅同位素进行比对。当完整的子弹无法进行弹道测试时，这种方法是有效的。

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Isobar lead isotope analysis

世界各地不同弹药公司生产的子弹的铅同位素特征(Sjåstad等人.2016)。

参考文献

Bozlaker, A., Prospero, J.M., Price, J. and Chellam, S., (2018). Linking Barbados mineral dust aerosols to North African sources using elemental composition and radiogenic Sr, Nd, and Pb isotope signatures. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123(2), pp.1384-1400. DOI: 10.1002/2017JD027505

Dunlap, C.E., Alpers, C.N., Bouse, R., Taylor, H.E., Unruh, D.M. and Flegal, A.R., (2008). The persistence of lead from past gasoline emissions and mining drainage in a large riparian system: Evidence from lead isotopes in the Sacramento River, California. Geochimica et Cosmochimica Acta, 72(24), pp.5935-5948. DOI: 10.1016/j.gca.2008.10.006

Larsen, M.M., Blusztajn, J.S., Andersen, O. and Dahllöf, I., (2012). Lead isotopes in marine surface sediments reveal historical use of leaded fuel. Journal of Environmental Monitoring, 14(11), pp.2893-2901. DOI: 10.1039/c2em30579h

Sjåstad, K.E., Lucy, D. and Andersen, T., (2016). Lead isotope ratios for bullets, forensic evaluation in a Bayesian paradigm. Talanta, 146, pp.62-70. DOI: 10.1016/j.talanta.2015.07.070

Woodhead, J.D. and Fraser, D.G., (1985). Pb, Sr and 10Be isotopic studies of volcanic rocks from the Northern Mariana Islands. Implications for magma genesis and crustal recycling in the Western Pacific. Geochimica et Cosmochimica Acta, 49(9), pp.1925-1930. DOI: 10.1016/0016-7037(85)90087-0