04第四章(碳同位素).pptVIP

第四章 稳定碳同位素;Outline;碳元素在地球上广泛分布于地壳、地慢、水圈以及大气圈中。此外，碳更是地球上生命赖以存在的基础，有机体中碳含量很高，是生物圈中最重要的元素之一。氧化形式的碳包括CO2、CO，H2CO3，HCO3-以及碳酸盐矿物。还原形式的碳，主要存在于有机物和化石燃料中。此外，它还以石墨和金刚石等自然元素形式存在。;Carbon 14 is formed when cosmic radiation in the upper atmosphere excites a neutron, causing the neutron to impact a Nitrogen 14 atom and dislodges a proton forming carbon 14. This is an ongoing process, generating a relatively stable percentage of Carbon 14 atoms in the atmosphere. All living things are composed of this same fraction of the isotopes of carbon. When an organism dies, it is no longer taking in the carbon and the decay clock on the radiocarbon begins. The longer the time that has past since an organism has died, the smaller the percentage of radioactive carbon will remain in whatever is left of the organism. The half-life of Carbon 14 is 5730 years, therefore when there is half of the atmospheric percentage of carbon 14 remaining, the organism died 5730 years ago. We are able to measure the relative quantity of Carbon 14 very precisely.;碳同位素的主要地球化学性质 ;碳同位素及其丰度;The isotopes of H, O, C and S are ubiquitous in natural ground water and are useful in studying biogeochemical processes.;2 碳同位素分馏;(1) 光合作用中的碳同位素动力分馏;Photosynthesis:Kinetic Isotope Effect;－－帕克（Park，1960）和爱泼斯坦（Epstein，1960，1961） ;(2) 生物或细菌氧化－还原作用过程中的碳同位素分馏 ;(3) 水溶液中CaCO3的沉淀速度对碳同位素分馏的影响;(5) 扩散作用引起的碳同位素分馏;大气CO2－溶解的HCO3-－固体CaCO3系统中的化学交换平衡反应。 ;第一阶段：大气CO2溶解阶段。研究表明，在20℃时，大气CO2的溶解作用是在无明显分馏的情况下进行的，与大气CO2相比，溶解的CO2大约贫乏1‰的13C。即：;3 自然界稳定碳同位素分布特征;大气圈;生物圈;(1) 近代大陆沉积 ;(3) 岩石和矿物;(1) 海水;(2) 湖泊水;;Sedimentary organics, Petroleum, Coral;4 稳定碳同位素应用简介;推算地下水热水的基础温度;应用稳定碳同位素校正地下水14C年龄;判断地下水中HCO3、CO2的来源和碳酸盐岩石的沉积环境;图2 1928－1999年北京地区白皮松纤维素稳定碳同位素与温度变化趋势;陆生植物的光合作用有三种途径：C3途径、C4途径和CAM途径，相对应的植物被称为C3植物、C4植物和CAM植物。绝大多数陆生植物为C3植物，C4植物相对很少，CAM植物更少。 植物发生光合作用时，CO2的固定过程要产生碳同位素分馏，结果表明，植物合成的有机物中普遍富集碳的轻同位素（δ12C）。植物的13C组成受气候环境因子的影响，其中温度是影响植物δ13C组成的一个重要气候因子，因此，可以利用植物δ13C组成作为温度的替代指标来追索过去气候变化。 这方面的研究进行得很多，主要集中在对C3植物δ13C组成之上，尤其是对树木年轮的δ13C与温度关系进行过很多的研究。;冰芯;图4 雨季草地系统与林地系统土壤呼吸及其碳