ГлавнаяСера состоит из четырех стабильных изотопов, характеризующихся следующей естественной распространенностью: 32S = 95,02%, 33S = 0,75%, 34S = 4,2% и 36S = 0,017%. Как правило, в большинстве исследований по изотопии серы в природных объектах геохимики изучают колебания отношений 34S/32S, хотя в отдельных случаях анализируется отношение 36S/32S.
Изотопный состав серы образцов обычно выражают в виде значений b34S, которые представляют собой отклонение величины отношения 34S/32S в промилле в образце от величины этого отношения в троилитовой фазе метеорита Каньон-Дьябло (34S/32S = 0,0450045):
Углерод состоит из двух стабильных изотопов, естественная распространенность которых характеризуется следующими значениями: 12C = 98,89% и 13C = 1,11%. Изотопный состав углерода образцов соответственно выражают в виде значений b13С, представляющих собой отклонение величины отношения 13С/12С в промилле в образце от величины этого отношения в чикагском стандарте PDB (13С/12С = 0,0112372).
Изменения изотопного состава серы и углерода в природных объектах сведены на рис. 10.1 и 10.2 соответственно. В целом сульфиды изверженных пород изотопически близки к сульфидам метеоритов, и их средний изотопный состав b34S близок к 0‰; с другой стороны, морские и осадочные сульфаты обогащены тяжелыми изотопами примерно от 10 до 30‰ в зависимости от их геологического возраста. Осадочные сульфиды характеризуются изменением в широких пределах значений b34S (от -70 до +70‰), однако в большинстве случаев они обеднены тяжелыми изотопами. Значения b13C углерода изверженных пород обычно близки к —5‰, тогда как b13C углерода осадочных морских карбонатов близко к 0‰; углерод биогенного происхождения, как правило, изотопически легче углерода изверженных пород, что соответственно выражается более отрицательными значениями b13C. Размах значений b34S и b13С в гидротермальных рудных месторождениях составляет примерно 100 и 50‰ соответственно. Даже в пределах одного рудного месторождения изменение значений b34S и b13С может достигать 50‰.
До недавнего времени цель изотопных исследований гидротермальных рудных месторождений сводилась к изучению колебаний значений b34S и b13С и их отклонений от «магматических» значений. Рудные месторождения, в которых сульфиды характеризуются значениями b34S, близкими к 0‰, считаются образовавшимися из магматических флюидов. С другой стороны, месторождения, в которых значения b34S сульфидов изменчивы (например, на величину более 10‰), интерпретируются как биогенные. Аналогичным образом принято считать, что гидротермальные карбонаты, значения b13C которых близки к —5‰, отлагались из магматических флюидов. Однако по мере познания механизмов изотопного фракционирования в различных природных системах с привлечением результатов современных теоретических и геохимических исследований и лабораторных экспериментов, в том числе детального изотопно-геохимического изучения большого количества рудных месторождений, такая простая интерпретация данных изотопного состава серы и углерода уже не отвечает современному уровню знаний.
Теперь осознали, что одних только данных по изотопному составу серы и углерода минералов рудных месторождений часто бывает недостаточно, чтобы можно было установить генезис того или иного месторождения. Ho в сочетании с детальными геологическими и геохимическими исследованиями изучение изотопного состава серы и углерода может дать информацию о температурах минералообразования, химических условиях и механизме рудоотложения и об источнике серы и углерода в рудообразующих флюидах. В этой главе излагаются принципы интерпретации такого рода данных применительно к рудным месторождениям, основанные на результатах изучения причин изменчивости изотопного состава серы и углерода в гидротермальных системах. Наибольшее внимание уделено сере, поскольку основные черты изотопной геохимии углерода и серы весьма близки и поскольку углерод не столь важный рудный компонент, как сера.