碳同位素地球化學(xué)

1、關(guān)于碳同位素地球化學(xué)第一張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月碳同位素地球化學(xué)一 碳同位素組成與分布碳有兩種穩(wěn)定同位素：12C占98.89% 13C 占1.11%放射性14C由大氣上層14N核反應(yīng)（n, p）生成。第二張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月圖6-20 自然體系碳同位素組（據(jù)Jochen Hoefs, 1973）碳質(zhì)球粒隕石13C 變化范圍很大 指示碳同位素可能沒有經(jīng)歷過高溫平衡階段第三張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二 碳同位素的分餾1.光合作用的動力學(xué)分餾效應(yīng)光合作用： 12CO2鍵較13CO2 鍵易被破壞，光合作用使植物富集12C 陸生植物13C值為-24-34

2、海生植物（浮游植物除外）13C比陸生植物大106CO26H2OC6H12O6+6O2第四張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月煤平均13C值約為-25海相石油13C值為-22-29.4陸相石油13C值為-29.7-32.8甲烷更富集12C天然氣13C值更負(fù) 變化范圍更大第五張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. CO2與HCO-3和CO3-2 的 碳同位素分餾 海水CO3-2和HCO3-比大氣CO2富集13C 反應(yīng)(1) =1.014 反應(yīng)(2) =1.012 (25)第六張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 海相碳酸鹽巖石13C為 -6.395.2 平均為 -1.16 陸地土壤中

3、有機物產(chǎn)生的CO2富含12C貧13C. 淡水碳酸鹽富集13C和18O, 13C為 -18.58.5 深成或平均地殼來源的碳13C-7 生物成因的有機化合物13C-25 不同成因碳的13C差異明顯 第七張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月CO2-CH4CO2-CH4金剛石-石墨CO2 金剛石方解石-石墨CO2 方解石106T-21000ln溫度方解石- CO2 金剛石-石墨-CH4-體系分餾系數(shù)計算值理論分餾系數(shù)：1. CO2-CH4間13C富集于CO2相內(nèi)，隨溫度降低分餾系數(shù)快速增大。方解石-石墨和金剛石-石墨分餾系數(shù)依次減小，溫度效應(yīng)減弱。CO2-方解石和CO2-金剛石在低溫區(qū)分餾出現(xiàn)反

4、向富集第八張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基本結(jié)論：1. 無機鹽（碳酸鹽沉積）富集13C，但分餾程度不大。2. 有機碳（植物體和生物還原產(chǎn)生的CH4）高度富集12C，13C為大的負(fù)值。與之平衡的 CO2氣相將高度富集13C。3. 溫度大于600，碳分餾系數(shù)快速衰減理論上地幔碳應(yīng)有小的變化范圍。第九張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(三) 地幔碳同位素組成：（1）金剛石的碳同位素組成根據(jù)相平衡資料，金剛石形成深度大于100公里，溫度為1000-1200左右， 金剛石的13C值變化于-2.0-10.0，根據(jù)石墨-金剛石-CO2體系，它比CO2減少了13C ，比石墨富集了13C ，這個

5、現(xiàn)象說明在1000-1200高溫條件下，碳同位素仍可存在分餾。第十張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）地幔碳同位素組成變化的原因：東西伯利亞雅庫梯礦床中彩色金剛石的13C值為-5.0-32.3。平均13C值為-11.8 ，比無色金剛石的平均13C（-7.2）小，它與生物成因的碳同位素組成重疊。 金剛石13C值的較大可變性與米切爾和克羅克特（1971）的假說相一致，他們認(rèn)為自然界金剛石可能在比它的穩(wěn)定域更淺的深度與更低的溫度下亞穩(wěn)地形成(為什么)。第十一張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）火成巖中碳的同位素組成火成巖中碳的存在形式包括：碳酸鹽礦物和C2流體包裹體； 石墨或金剛

6、石； 碳的化和物。 其中：還原碳明顯富集12C，它們的13C值在-20 -28 之間，與生物成因碳相重疊。氧化態(tài)碳的13C值2.9 18.2 ，明顯超出了火成碳酸巖13C值的范圍。這表明大部分氧化態(tài)的碳是次生成因的，是由循環(huán)的熱液或地下水引進的。第十二張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 結(jié)晶巖石中碳來源的復(fù)雜性。富鋁結(jié)晶片巖中石墨的13C接近于生物碳，是有機碳變質(zhì)而成。與偉晶巖伴生的石墨脈，其13C值與碳酸鹽礦物中比值相近，說明可能為無機碳酸鹽還原而成。熱液礦脈中大多數(shù)早期形成的碳酸鹽礦物13C值范圍為-6-9，晚期沉淀的碳酸鹽常富集13C，甚至可能具有正的13C值，反映分餾受溫度

7、、fO2和pH影響第十三張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月在應(yīng)用碳同位素探討成礦物質(zhì)來源時，必須考慮到溫度、fO2和pH值對流體中碳同位素的分餾作用影響，以恢復(fù)成礦熱液總的碳同位素組成，只有搞清分餾過程才能得到正確的結(jié)論。第十四張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月南極格陵蘭伯德觀察站世紀(jì)營季節(jié)變化與氫氧同位素組成第十五張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月伯德觀察站世紀(jì)營距今年齡103南極格陵蘭格陵蘭和南極大陸冰蓋18O值隨深度連續(xù)變化，冰蓋上部18O約-29，1.2萬年前急劇減少到-40，意味著1.2萬年前平均氣溫低的多。1.2-6萬年前氣溫緩慢變化，18O值在-35左右波動，6-7.5萬年前18O值急劇變化為-28左右。冰蓋底部10萬年為-26，即自10萬年前氣候一直處于緩慢降溫，7.5有一次快速降溫，之后緩慢降溫之1.2萬年前的最低點。1.2萬年后在間冰期不到2000年時間，18O值便迅速上升到-29。第十六張，PPT共十八頁，創(chuàng)作于2022年6月穩(wěn)定同位素小結(jié)：理論依據(jù)：同位素的分餾原理1、同位素交換反應(yīng)（化學(xué)作用分餾）（1）輕同位素與重同位素化學(xué)鍵的強度差異導(dǎo)致輕-重同位素發(fā)生分餾。（2）生物作用（觸媒作用，還原作用和生物化學(xué)反應(yīng) ） （3）蒸發(fā)-凝聚和擴散等（物理作用分餾）2、影響同位素分餾作用的主要因素：溫