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邓晰,July 26, 2023
铷(Rb)是第五周期ⅠA族碱金属元素，按照地球化学性质分类是一种亲石强不相容元素。由于其不相容性，Rb在岩浆演化过程中逐渐富集。同时，Rb是一种流体活动性元素，在岩浆和流体相关过程中随流体运移。Rb的半凝聚温度为798K，其中等挥发性可以帮助我们认识行星形成过程以及地月系统的演化。Rb元素在地幔、上地壳中的丰度分别为0.6ppm、84ppm，二者丰度比为140。Rb有两种主要的天然同位素，87Rb(72.17%)和85Rb(27.83%)，其相对原子质量分别为84.911792和86.909184。87Rb具有放射性，它可以通过β衰变释放一个电子形成87Sr，由于其半衰期很长(T1/2=4.97×1010y)，因此87Rb通常被认为是稳定的同位素。目前Rb同位素的分析精度可达0.05‰ （Hu et al., 2021 JAAS）。
月球的Rb同位素组成较地球重0.16±0.04‰，反映了月球形成时的Vapor Drainage过程，Rb同位素可以制约挥发过程中星云气体的饱和度，从而估算星云气体的坠落速度。挥发/冷凝过程中的同位素分馏受控于饱和度/过饱和度： S=P/Pe。S=1：气相与固/液相平衡；S->0：动力学控制的挥发过程；S->∞：动力学控制的冷凝过程。（Nie et al., 2021 SA）研究发现不同碳质球粒陨石δ87Rb(‰)与1/Rb（g/μg）有很好的负相关关系，且Rb同位素与Te、Zn、K同位素有明显的相关关系，反映冷凝过程中等挥发性元素的分馏。火星的Rb同位素组成: +0.10±0.03‰；bulk ECs的Rb同位素组成：+0.02(+0.29-0.26‰)；bulk OCs的Rb同位素组成: -0.12(+0.15－0.24)‰。在化学风化时，Rb富集在风化产物中，河水较风化产物富集轻的Rb同位素。
图1 理论计算结果
总之，Rb同位素是行星起源、岩浆过程、俯冲过程、化学风化等过程的潜在指示剂。Rb同位素研究方兴未艾、未来可期，但目前对分馏系数的研究还不充分，需要理论研究帮助理解Rb同位素的分馏行为。肖子聪博士研究生利用第一性原理计算了不同含Rb矿物的简约配分函数，从而可以得到不同相之间的Rb同位素分馏系数。结果表明（图1）Rb同位素平衡分馏尺度很小（<0.04 at 1000K，K 替换），同时Rb同位素平衡分馏受力常数控制，和键长和配位数的影响。此外，Rb作为微量元素替换时，替换前后的力常数具有一定相关性。
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