同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同數(shù)目的質(zhì)子，但中子數(shù)目卻不同。自然界中許多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的，有的有放射性，有的沒有放射性。許多同位素有重要的用途，例如C-12是作為確定原子量標準的原子；兩種H原子是制造氫彈的材料；某些氣體（如氮氣、氧氣等）的同位素也能為科學家提供古代環(huán)境研究的幫助，可以追蹤古代遺跡的線索。今天小編就為大家介紹一下氣體同位素在古代環(huán)境研究中的作用。

  為了瞭解地球在漫長時代的氣候變遷歷史，除了分析文史記載外，科學家也發(fā)展了各種化學分析及統(tǒng)計方法，希望透過生物性或非生物性的地質(zhì)材料，獲知古環(huán)境的訊息。在各種地質(zhì)材料中，海洋生物的化石證據(jù)著實成為一個非常重要的紀錄來源，除了開放大洋可連續(xù)沉積的特性外，沉積在海床上的化石，也較陸地上的地層（無論是陸上沉積或抬升至地表的地層）而言，較不受到構(gòu)造運動的影響，這些材料中又以具備碳酸鈣質(zhì)殼體的生物化石最為重要。除了可使用肉眼或顯微鏡觀 察組成分層外，若想進一步瞭解其中所含各種元素比例，就得藉助儀器分析，質(zhì)譜儀在同位素分析化學中便是一個很重要的工具，利用外加磁場的作用，使得不同質(zhì) 荷比的帶電粒子，在飛行過程中，產(chǎn)生路徑偏轉(zhuǎn)差異，進而偵測其含量。   

  現(xiàn)行的元素周期表中的元素，化學性質(zhì)各自不同，但即使屬于同一種元素，當原子核中具有不同數(shù)目的中子時，質(zhì)量數(shù)就會存在差異，這些原子稱為「同位素」。目前存在自然界中的元素，很多以不同比例的同位素混合而成，原子量則由各自的同位素質(zhì)量加權(quán)平均而得。同位素可分為兩類，一為放射性同位素，另一為穩(wěn)定同位素；當原子核內(nèi)部的束縛能不足 以維持質(zhì)子與中子結(jié)構(gòu)時，表現(xiàn)出來的就是一種不安定的狀態(tài)，原子可能會進行分裂衰變，放出電子、質(zhì)子或其他高能的粒子，同時也放出能量，具有這種性質(zhì)的同位素稱為「放射性同位素」。在古環(huán)境的研究上，放射性同位素則可作為定年之用，如14C、238U－230Th 等。另外，當同位素的原子衰變時間遠大于偵測極限，而無法得知其半衰期的，相對于放射性同位素屬于長時間穩(wěn)定的，即稱為「穩(wěn)定同位素」，如18O、13C等。

  同位素表示法一般有兩種形式，一種為顯示某元素的兩種同位素比例，如大氣的氮氣中 15N/14N=0.0036765，但想精確測量某一同位素的絕對含量 時，常常面臨含量極少而不易測量的情形；因此另一種表示法則是利用待測標本與某種國際通用標準試樣的數(shù)值比較而得，如δ（‰）=(Rx/Rstd- 1)*1000，以千分比（‰、permil）為單位，Rx表示待測標本的同位素比值，Rstd 則為國際通用標準試樣的同位素比值。這樣的表示法有兩個主要的優(yōu)點：一、解析度較好，且不用計算絕對數(shù)值；二、比較好記，且可以隨著分析技術(shù)進步，修正前人數(shù)據(jù)資料。