我们先从测温说起。在某一地质过程中，如果两相之间同位素交换达到平衡（例如海水中缓慢沉淀碳酸钙），而平衡分馏系数是温度的函数，所以只需要测定两相之间的同位素比值差异就可以求得平衡时的温度。

【知识链接：平衡分馏系数】

两相间的同位素比值之商称为同位素分馏系数，而两相之间的达到同位素交换平衡时，对于同一温度，这一分馏系数是一个常数，称为平衡分馏系数。

例如，在古气候研究中，通常会出现海洋沉积物的氧-18同位素对时间的图，这种图其实就是海水温度对时间的图。因为一般而言，我们常常假设认为海水的氧同位素比值氧-18/氧-16为定值，且沉积物与沉积时的海水达到了氧同位素平衡。所以沉积物中的氧同位素比值的变化就可以表示温度的变化。

该图是Paleocene以来海洋沉积物中O同位素随时间变化和C同位素随时间变化的图，意在讨论全球气候变化与当时全球C循环、C同位素变化之间的关系。

要想准确定出温度，会期望该同位素体系容易发生很大的分馏，这样会方便对分馏的测量，定出的温度也会更准。所以，同位素测温就是利用了同位素化学性质有细小差异的特点，而示源，则更多地利用了化学性质相似的特点。

所谓示源，就是通过某一特征指标来指示样品的来源。我们期望这一指标在不同的源区具有很大差异的同时，在迁移过程中最好还能保持不变。例如，我们可以通过一位同学的口音来判断他的家乡在哪里。如果他的发音儿化音较重，则可能来自北方，如果平、翘舌不分，则多数来自南方，这就是示源。我们选取的指标是口音，因为一方面不同地域口音不同，另一方面“乡音未改鬓毛衰”。

而同位素示源的原理也与之相似。例如，不同地方的水土中Sr同位素组成都略有差异，同时Sr同位素在风化、生物过程中一般不发生显著的分馏，这样Sr同位素就可以用来示踪源区。

一项正在进行的研究表明，不同水体中的Sr同位素组成具有一定差异，而水体中生长的螃蟹的壳中的Sr同位素组成与水体中的比较接近，且同一螃蟹不同部位的Sr同位素组成也比较一致。所以Sr同位素具有指示大闸蟹产地的潜力。而中国科大金属稳定同位素地球化学实验室（www.metalisotopes.cn）也正尝试开发一种利用Sr同位素鉴定大闸蟹产地的方法。

而所谓示踪，就是利用不同过程中同位素分馏的特征不同的性质，来推测样品所经历的过程。因为不同过程所导致的同位素分馏特征具有差异，通过测量这些差异，就可以反过来制约形成、迁移过程中所经历的地质过程。例如，可以通过研究水稻土中的Fe同位素，来推测水稻土中Fe元素的迁移规律，为农业活动提供一些指导。

水稻土剖面

当然，上述仅是一个十分粗浅且不完整的概括和分类，同位素手段在地球化学领域中的应用十分广泛，更为系统和全面的介绍还要阅读相关书籍。

（三）同位素地球化学的研究方向

既然同位素具有这么多神奇的应用，那么要怎样进行同位素地球化学的研究呢？

对于这个问题，每个人都有自己的理解。这里仅根据金属稳定同位素领域（既Cu、V、Zn、Ba、Si、Cd等金属元素的稳定同位素体系）为例，对这个问题进行一些简单的说明。