鉛(Pb)地球化學總論

目前已知的鉛(Pb)同位素共有43個，包括極不穩定的人造同位素，其中地球化學研究上常用的有五種(圖 1 )。鉛有四種穩定同位素: 204Pb, 206Pb, 207Pb 與208Pb; 後三個是衰變序列的終點。 206Pb 是鈾衰變的終點; 207Pb 是錒衰變的終點; 而 208Pb 是釷衰變的終點。 210Pb 是一種短壽命的天然同位素，半衰期為22.6年，這樣的半衰期相當適合用於冰河時期、近期沉積物和泥炭沉積物的定年。

Pb isotopes

這五種鉛同位素廣泛地使用於地球化學研究。

鈾衰變序列中的鉛同位素比是現存的鈾和釷的函數。地質過程會影響鈾和釷的現存量，因此， 鉛同位素是了解這些演變和時間歷程的有用工具。由於地質材料中的鉛同位素組成是三個獨立衰變序列的函數，因此在礦物中可能出現較大的同位素變化。

可進行鉛同位素分析的樣品類型: 骨頭、火成岩、海洋沉積物、湖泊沉積物、金屬製品/錢幣、礦物塵埃、土壤、牙釉質與水。
更多關於可進行鉛分析的樣品類型與取樣資訊 。

固體地球化學 / 岩石學

鉛同位素比可用於火成岩、變質岩和熱液岩的年代測定和岩石成因追蹤。由於鈾、釷及其子元素之間的化學行為存在差異，因此許多地質過程會導致各種同位素的廣泛分餾。這種結果形成的獨特模式，可以用來確定岩石的歷史。例如，火山岩和深成岩的鉛同位素組成可用於追蹤源自不同構造環境的不同岩漿類型來源。

Lead isotopes sediments

太平洋沉積物和馬里亞納活動弧熔岩的鉛同位素分析，根據 Woodhead與Fraser，1985 年。

地球化學指紋圖譜: 灰塵 & 考古學

存在於不同岩性岩石（和上覆土壤）中的獨特鉛同位素模式使人們能夠將鉛同位素與地球表面的特定區域互相連結起來。由於不同的岩石呈現出不同的放射性母/子同位素比，所以這種特性大量地使用於風化和侵蝕材料（即灰塵）的來源研究。例如，塵埃來源具有顯著的鉛同位素特徵，因此可以將遠距離傳播的塵埃追溯到其源區。 

Lead isotopes dust

巴巴多斯收集的灰塵鉛同位素組成與非洲的各種潛在來源比較，修改自Bozlaker 等人，2018年。

地球化學指紋圖譜同樣可以用在考古學研究上。從早期的古代金屬研究開始，其中一個重要的目標就是確定用於製造特定金屬製品的礦藏產地，透過這種方式，可以直接解決貿易、貿易關係和物品移動等問題。由於鉛同位素的形態從地質源頭（或礦石形式）到人工製成品都不會改變，所以人工製成品保存了有關鉛開採地點的訊息。

污染源追蹤

鉛是一種非必需且有毒的金屬，它的生物地球化學循環明顯地受到人類活動的影響。鉛會在生產（包括採礦和冶煉）、使用（電池、顏料、陶瓷、塑料）、回收、鉛化合物處理、燃燒化石燃料（煤、以前使用含鉛汽油）、使用礦物肥料和污水污泥處置過程中，以及經由其他途徑排放至環境中。所以，特定類型的人類活動會產生的的獨特鉛同位素範圍，我們可以利用分析不同的鉛同位素，來衡量人類造成的影響。近年來，人們對使用鉛同位素追蹤污染的來源和起源（地質與人為）以及評估這些元素在環境中的持久性越來越感興趣。例如，汽油中的鉛同位素可用於分析汽油的來源地區以及汽油成分隨時間的變化。

Lead isotopic signature gasoline

不同大陸生產的汽油鉛同位素特徵(左圖，來自Larsen et al., 2012)以及美國汽油的鉛同位素特徵隨時間的變化(右圖，來自Dunlap et al., 2008)

法醫研究

在許多兇殺案中，往往缺乏物證來確定肇事者。假設每個批次中的子彈彈藥筒都具有相同的鉛同位素組成，那麼對子彈材料的小碎片進行鉛同位素分析通常可以做為識別罪魁禍首的有力證據。例如，不同品牌的子彈通常具有不同的鉛同位素特徵。透過這種方式，鉛同位素可用於將犯罪現場發現的子彈與潛在嫌疑人的子彈進行配對。當完整的子彈無法用於彈道測試時，就可以改採這種方式。

閱讀更多關於 法醫地理學中的同位素分析.

Isobar lead isotope analysis

全球不同製造商的子彈鉛同位素特徵 (來自Sjåstad et al., 2016)。

參考文獻

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