锶(Sr)同位素地球化学

锶元素有4种天然的稳定同位素：84Sr, 86Sr, 87Sr, 和 88Sr。其中只有 87Sr是放射成因的，由 87Rb 的β衰变产生的，其半衰期为488亿年。丰度最高的是 88Sr，约占天然锶的83%；其次是10%的 86Sr、7%的 87Sr 和＜1%的 84Sr。在地质调查和环境调查中，通常会用到 87Sr/86Sr 比值，因为它们丰度接近，分别为7%和10%。 

Strontium isotopes

锶的4种同位素， 87Sr/86Sr是地球化学研究中常用的比值

Strontium is a ubiquitous trace element present in rocks, soil, waters, plants, and animals. The 87Sr/86Sr 比值与地球化学成因、铷的浓度和烃源岩年龄呈函数关系。由于锶原子的质量很大，在岩石风化和随水循环、食物链的迁移中，该比值基本不变。因此，87Sr/86Sr r比值可用于地球化学指纹识别、来源追踪、污染源预测、石油的迁移和混合研究。因为海水的87Sr/86Sr比值随时间系统得变化，为海洋生物碳酸盐和磷酸盐的锶地层学和锶年代学提供了依据。

锶同位素测试的样品类型 (87Sr/86Sr)：骨头、有孔虫、岩浆岩、矿物粉尘、贝壳、珊瑚、碳酸盐、牙釉质、水和羊毛。 
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考古学

Strontium ratio human deciduous teeth

锶同位素比值（⁸⁷Sr/ ⁸⁶Sr）的数据来自于Gravettian和Epigravettian时期(32157-19097BP)意大利南部人类的乳牙，反应了末次盛冰期的一次人类迁徙，数据来自Lugli等人.2019。

世界上不同地区根据周围的地质和水源因素，有特定的 87Sr/86Sr 比值。地质环境和土壤也有与其物源相关的特定的 比值。人类、植物和其他动物会继承其栖息地的锶同位素特征，因为锶与其他元素（比如钙）一起进入生物的细胞中。 

当人类或动物从一个栖息地迁移到另一个栖息地时，他们可能会接触不同来源的水、植物性和动物性食物。测量人和动物的骨头和毛发中的 87Sr/86Sr比值对于追踪移动和迁移非常有用。例如，人类牙齿中的87Sr/86Sr比值可以反映其出生的地理位置信息，因为我们出生的时候既有恒牙也有乳牙。此外，不断长出的头发和指甲的87Sr/86Sr比值，可以提供人在死亡前最后的位置信息。 

延伸阅读： 

骨头的同位素分析：测年、环境分析和迁移

同位素分析与草食和杂食动物的饮食习惯研究 

地下水

Strontium ratio of groundwater

2009年迈阿密戴德县的水样中87Sr/86Sr 的比值表明Biscayne含水层遭遇了海水入侵，数据来自Prinos等人.2014。

风化等物理过程不会引起锶同位素的分馏。由于87Sr/86Sr比值不受风化作用的影响，因此它具有与围岩相似的特征，可以用来分析风化岩石的类型。

因此，地下水的87Sr/86Sr比值可以反映水源和流经岩层的同位素特征。因而水中锶同位素比值和锶元素的浓度，可用于研究地下水混合、污染和海水入侵。

例如，正如Nigro等人(2017)所证明的那样，锶浓度和同位素值可以用来追踪地下水剖面的来源和污染程度。

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地质年代学和地层学

Sr Isotope Seawater Curve

世界各地，各地质时期海水中的块状沉积物、未变化的腕足类、箭石、牙形石和有孔虫样本中的锶同位素比值（⁸⁷Sr/ ⁸⁶Sr）。红色区域表示95%置信区间，数据来自McArthur等人.2001。

海洋生物中碳酸盐和磷酸盐沉淀来自于海水，其 87Sr/86Sr 比值与当时海水中的比值一致。海水的 87Sr/86Sr比值随时间变化，形成可预测的海水曲线，可用于年代校准。上图中海水锶同位素比值的曲线是过去8.5亿年间，由方解石、箭石、鹦鹉螺纹石、环礁碳酸盐和海洋胶结物形成的(McArthur等人.2012)。

通过测量样品中的87Sr/86Sr比值，并结合标准海水的Sr曲线，可以测得海洋矿物样品的年龄。这种方法比较适用于87Sr/86Sr比值长期处于单向变化的时间段，例如第三纪，单就理论技术而言也适用于过去6亿年。这种方法的最大时间分辨率为100万年。

法医学

Geochemical fingerprinting food

意大利同一地质环境中不同地区的葡萄园（方框）和葡萄酒（实心方框）的87Sr/86Sr比值范围。数据来自于Marchionni et al., 2013

当谈到到生物体的同位素特征时，“吃什么就是什么”的说法是非常有科学依据的。人类、植物和其他动物的细胞可以反映栖息地的食物和水的同位素特征，包括锶同位素（87Sr/86Sr）特征。这一特性成功应用于法医学，比如毒品的地球化学指纹鉴定，以及研究社会生活中个体的种族背景、群体的迁移模式、查明死亡地点和追踪食品掺假，特别是葡萄酒行业。这个应用类似于考古研究人员在分析史前文明的人口迁移、商品贸易和生活方式特征时所用到的技术。  

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同位素分析在骨头中的应用

石油工业

挪威下侏罗统Tilje组油层中残留盐中锶同位素的比值表明页岩层将油藏分隔开了。某些地层比其他地层更有效地阻止石油混合。数据来自Peters et al., 2005。

锶地球化学指纹在石油工业中有广泛的应用。由于不同地质构造具有不同的锶同位素特征，因此 87Sr/86Sr 比值可用于研究地质单元之间油藏的迁移、混合及其划分效率。锶同位素比值也广泛用于追踪生产用水和同位素地层学的研究。

参考文献

Bentley, R.A., (2006). Strontium isotopes from the earth to the archaeological skeleton: a review. Journal of archaeological method and theory, 13(3), pp.135-187. DOI: 10.1007/s10816-006-9009-x

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Lugli, F., Cipriani, A., Capecchi, G., Ricci, S., Boschin, F., Boscato, P., Iacumin, P., Badino, F., Mannino, M.A., Talamo, S. and Richards, M.P., (2019). Strontium and stable isotope evidence of human mobility strategies across the Last Glacial Maximum in southern Italy. Nature ecology & evolution, 3(6), pp.905-911. DOI: 10.1038/s41559-019-0900-8

Marchionni, S., Braschi, E., Tommasini, S., Bollati, A., Cifelli, F., Mulinacci, N., Mattei, M. and Conticelli, S., (2013). High-precision 87Sr/86Sr analyses in wines and their use as a geological fingerprint for tracing geographic provenance. Journal of agricultural and food chemistry, 61(28), pp.6822-6831. DOI: 10.1021/jf4012592

McArthur, J.M., Howarth, R.J. and Bailey, T.R., (2001). Strontium isotope stratigraphy: LOWESS version 3: best fit to the marine Sr-isotope curve for 0–509 Ma and accompanying look-up table for deriving numerical age. The Journal of Geology, 109(2), pp.155-170. DOI: 10.1086/319243

McArthur, J.M., Howarth, R.J. and Shields, G.A., 2012. Strontium isotope stratigraphy. The geologic time scale, 1, pp.127-144.

Nigro, A., Sappa, G. and Barbieri, M., (2017). Strontium isotope as tracers of groundwater contamination. Procedia Earth and Planetary Science, 17, pp.352-355. DOI: 10.1016/j.proeps.2016.12.089

Peters, K.E., Walters, C.C. and Moldowan, J.M., (2007). The biomarker guide: Volume 1, Biomarkers and isotopes in the environment and human history. Cambridge university press.

Prinos, S.T., Wacker, M.A., Cunningham, K.J. and Fitterman, D.V., (2014). Origins and delineation of saltwater intrusion in the Biscayne aquifer and changes in the distribution of saltwater in Miami-Dade County, Florida (No. 2014-5025). US Geological Survey. DOI: 10.3133/sir20145025