碳同位素地球化学.ppt

关于碳同位素地球化学碳同位素地球化学一碳同位素组成与分布碳有两种稳定同位素：12C占98.89%13C占1.11%放射性14C由大气上层14N核反应（n,p）生成。第2页,共18页，星期六，2024年，5月图6-20自然体系碳同位素组（据JochenHoefs,1973）碳质球粒陨石δ13C变化范围很大指示碳同位素可能没有经历过高温平衡阶段第3页,共18页，星期六，2024年，5月二碳同位素的分馏1.光合作用的动力学分馏效应光合作用：12CO2键较13CO2键易被破坏，光合作用使植物富集12C陆生植物δ13C值为-24～-34‰海生植物（浮游植物除外）δ13C比陆生植物大10‰±6CO2＋6H2O→C6H12O6+6O2第4页,共18页，星期六，2024年，5月煤平均δ13C值约为-25‰海相石油δ13C值为-22～-29.4‰陆相石油δ13C值为-29.7～-32.8‰甲烷更富集12C天然气δ13C值更负变化范围更大第5页,共18页，星期六，2024年，5月2.CO2与HCO-3和CO3-2的碳同位素分馏海水CO3-2和HCO3-比大气CO2富集13C反应(1)α=1.014反应(2)α=1.012(25℃)第6页,共18页，星期六，2024年，5月海相碳酸盐岩石δ13C为-6.39～5.2‰平均为-1.16‰陆地土壤中有机物产生的CO2富含12C贫13C.淡水碳酸盐富集δ13C和δ18O,δ13C为-18.5～8.5‰深成或平均地壳来源的碳δ13C≈-7‰生物成因的有机化合物δ13C≈-25‰不同成因碳的δ13C差异明显第7页,共18页，星期六，2024年，5月CO2---CH4CO2---CH4金刚石-石墨CO2–金刚石方解石-石墨CO2–方解石106T-21000lnα温度℃方解石-CO2–金刚石-石墨-CH4-体系分馏系数计算值理论分馏系数：1.CO2-CH4间13C富集于CO2相内，随温度降低分馏系数快速增大。方解石-石墨和金刚石-石墨分馏系数依次减小，温度效应减弱。CO2-方解石和CO2-金刚石在低温区分馏出现反向富集第8页,共18页，星期六，2024年，5月基本结论：1.无机盐（碳酸盐沉积）富集δ13C，但分馏程度不大。2.有机碳（植物体和生物还原产生的CH4）高度富集12C，δ13C为大的负值。与之平衡的CO2气相将高度富集δ13C。3.温度大于600℃，碳分馏系数快速衰减理论上地幔碳应有小的变化范围。第9页,共18页，星期六，2024年，5月(三)地幔碳同位素组成：（1）金刚石的碳同位素组成根据相平衡资料，金刚石形成深度大于100公里，温度为1000-1200℃左右，金刚石的δ13C值变化于-2.0～-10.0‰，根据石墨-金刚石-CO2体系，它比CO2减少了13C，比石墨富集了13C，这个现象说明在1000-1200℃高温条件下，碳同位素仍可存在分馏。第10页,共18页，星期六，2024年，5月（2）地幔碳同位素组成变化的原因：东西伯利亚雅库梯矿床中彩色金刚石的δ13C值为-5.0-32.3‰。平均δ13C值为-11.8‰，比无色金刚石的平均δ13C（-7.2）小，它与生物成因的碳同位素组成重叠。金刚石δ13C值的较大可变性与米切尔和克罗克特（1971）的假说相一致，他们认为自然界金刚石可能在比它的稳定域更浅的深度与更低的温度下亚稳地形成(为什么)。第11页,共18页，星期六，2024年，5月（四）火成岩中碳的同位素组成火成岩中碳的存在形式包括：①碳酸盐矿物和C○2流体包裹体；②石墨或金刚石；③碳的化和物。其中：还原碳明显富集12C，它们的δ13C值在-20～-28‰之间，与生物成因碳相重叠。氧化态碳的δ13C值2.9～18.2‰，明显超出了火成碳酸岩δ13C值的范围。这表明大部分氧化态的碳是次生成因的，是由循环的热液或地下水引进的。第12页,共18页，星期六，2024