地化所研究對穩定同位素平衡分餾核心基礎理論進行修正

　　穩定同位素的比率（如18O/16O、13C/12C等）在不同礦物或分子中不一樣，之間的差別稱為同位素分餾。平衡態下的礦物或分子之間的同位素分餾，可以用來指示物質形成溫度和過程的一些信息，是地球化學最重要的基本研究工具之一。有關同位素平衡分餾的核心基礎理論，即所謂的“Bigeleisen-Mayer公式”或者“Urey模型”（Bigeleisen and Mayer, 1947; Urey, 1947），是穩定同位素地球化學的基石。Urey（1947）一文開創了“穩定同位素地球化學”，并被認為是二十世紀最重要的科學貢獻之一，因為它引發了至少幾萬項科學研究。目前歐洲地球化學學會最高獎項――地球化學終身成就獎，就被命名為“Urey獎章”。

　　隨著質譜儀等分析儀器技術的進一步發展，對穩定同位素分餾的測定越來越精確，基于簡諧振動和剛性轉動近似的Urey模型或Bigeleisen-Mayer公式已逐漸無法滿足新的需要，對該理論進行超越簡諧近似的修正，就是非常必要和緊迫的工作。在Bigeleisen、Wolfsberg和Richet等前人工作基礎上，中科院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室博士生劉琪及其導師劉耘研究員，對這一核心基礎理論進行了四年多的詳細研究和修正，最近取得突破性進展，成果發表在地球化學權威雜志Geochimica et Cosmochimica Acta上（Liu et al. 2010, GCA, 6965–6983）。

　　劉琪等人重新推導了幾十個高級校正公式，他們首先在文章中明確指出了存在的幾種不恰當使用Urey模型的方式，發現其中一些具有重要貢獻的（如振動激發態的非諧校正項、內轉子校正項等）存在較大數值誤差，他們不僅推導出了更精確的公式，還提供了簡單的近似計算方式。他們將重新推導的大量公式編寫成一個計算軟件，并關聯到著名量子化學計算軟件中，通過使用量子化學方法獲取體系的一些高級光譜能量項，然后用于穩定同位素平衡分餾計算。這種計算比前人使用實驗光譜分析的計算更精確，而且可以應用于大分子體系（真實體系），為地學領域廣泛提高穩定同位素分餾理論計算精度提供了一個目前最精確的方式。

　　劉琪等人的工作發表后獲得很多贊賞，已收到來自美國、法國很多國際同行的祝賀電子郵件，被認為是為穩定同位素分餾計算樹立了一個新標桿。比如，計算地球化學權威專家、美國加州大學戴維斯分校地質系James Rustad教授，來信說道：“這會是一篇高引用的文章，…我很長時間以來一直想寫一篇這樣的文章，但是一直沒能辦到，所以我必須承認我有一點失望，因為你們（在這個研究項目上）擊敗了我。”