Студопедія
рос | укр

Головна сторінка Випадкова сторінка


КАТЕГОРІЇ:

АвтомобіліБіологіяБудівництвоВідпочинок і туризмГеографіяДім і садЕкологіяЕкономікаЕлектронікаІноземні мовиІнформатикаІншеІсторіяКультураЛітератураМатематикаМедицинаМеталлургіяМеханікаОсвітаОхорона праціПедагогікаПолітикаПравоПсихологіяРелігіяСоціологіяСпортФізикаФілософіяФінансиХімія






Організація як об’єкт управління


Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 716



 

Изотопы водорода

Водород в условиях Земли представлен тремя природными изотопами: 1Н (протий), 2Н (дейтерий D) и 3Н (тритий). Протий и дейтерий относятся к стабильным изотопам, тритий – радиоактивный, возникающий в атмосфере Земли в результате ядерных реакций с космическими лучами. Значительное различие масс 1Н и D определяет возможность их существенного фракционирования в условиях биосферы. Колебания изотопного состава водорода превышают колебания изотопных отношений всех других известных стабильных химических элементов. Самые незначительные колебания плотности (dD) отмечаются в земных горных породах, наибольшие колебания характерны для летучих веществ – различных природных вод и органического вещества.

Основная часть водорода Земли связана с кислородом в воде, поэтому колебания его изотопного состава связаны с естественным круговоротом воды. Природная вода состоит из трех стабильных изотопов кислорода и двух стабильных изотопов водорода. Это определяет существование девяти изотопных разновидностей молекул воды, которые встречаются в следующей молекулярной концентрации (%): H216О – 99.73, HD16O – 0.03, D216O – 2.3 10-6, H217O – 0.04, HD17O – 1.2 10-15 , D217O – 0.9 10-9, H218O – 0.20, HD18O – 5.7*10-15, D218O – 4.4*10-9 . Изотопные виды HD18O, D216O и D218O представляют собой «тяжелую воду».

При характеристике изотопного состава водорода применяют изотопную плотность dD, ‰ по отношению к стандарту SMOW, принятому за нуль (dD SMOW=0 ‰):

 

dD, ‰ = 1000[(Rобразца / Rстандарта ) – 1],

где R = D/H

Величина dD служит отличным индикатором генезиса вод. Наиболее значительны колебания величины dD в термальных водах и вулканических газах (Н и СН4), которые могут быть и сильно обеднены, и довольно сильно обогащены дейтерием. Но больше всего дейтерия в морской воде; поскольку она выбрана как стандарт, то все значения dD получаются отрицательными.

В условиях равновесия между жидкой и парообразной водой между величинами dD и d18O наблюдается линейная зависимость:

dD = 8d18O + 10.

Как правило пар обогащается легкими изотопами кислорода и водорода, а остающаяся вода соответственно – тяжелыми. Поэтому, в частности, очень соленые воды, образовавшиеся путем выпаривания морской воды – самые изотопно-тяжелые, как по водороду, так и по кислороду. Это можно использовать для диагностических целей. А именно, если мы имеем дело с рассолом, но его изотопный состав почему-то оказывается близким к таковому для морской воды, то это означает, что данный рассол произошел не путем выпаривания! В частности, есть альтернативный механизм – фильтрация вод через заряженные глинистые мембраны [Дегенс, 1967, c. 181].

 

Изотопы углерода

Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов 12С и 13С (распространенность 98.89% и 1.11%). Изотопный состав углерода выражается отношением 13С/12С или относительной плотностью d13C, которая равна:

d13C, ‰ = 1000[(Rобразца / Rстандарта ) – 1], где

R = 13С/12С

В качестве стандарта принят углерод ископаемого моллюска Belemnitella americana из слоев формации PD (Пи Ди) в Южной Калифорнии (обозначается PDB). Для стандарта PDB 13С/12С = 0.01125, а величина d13C (PDB) = 0.

Фракционирование изотопов углерода происходит в процессе его геохимического круговорота. За начало этого круговорота можно принять выделение СО2 из мантийных глубин во время вулканических процессов, а также при термическом разложении известняков и доломитов в условиях метаморфизма. Затем СО2 распределяется между атмосферой и гидросферой. В морской воде СО2 связывается с Са и Mg, образуя известняки и доломиты преимущественно биогенного происхождения. Другая часть СО2 атмосферы и гидросферы поглощается зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Подавляющая часть биомассы (около 99.95%) в современной биосфере после гибели растений и животных окисляется с образованием СО2, и лишь небольшая доля (около 0.05%) фоссилизируется в осадках в составе ОВ.

Для того, чтобы ориентироваться в геохимической литературе, где используются изотопные отношения карбонатного и органического углерода, полезно знать характерные изотопные метки природных веществ, участвующих в круговороте углерода (табл. 2 )

значения величины d13C, ‰

 

Материал d13C, ‰
Атмосферный СО2 – (5–8)
Бикарбонаты морской воды (Скарб) от –3 до +1
Карбонаты, осаждающиеся в морской воде (Скарб) 0 ± 2
Биогенный (метаболический) СО2 от – 25 до –30
Морские карбонаты в равновесии с биогенным СО2 карб) – 12
Пресноводные карбонаты (Скарб) – (5–15)
Наземные растения и угли (Сорг) – (23–27)
Морские водоросли (Сорг) – (13–17)
Нефти (Сорг) – (22–33)
Метан (Сорг) – (50–70)

 

Фракционирование изотопов углерода в биосфере определяют два основных процесса.

Первый – это изотопный обмен в карбонатной системе2О + СО2 + НСО3- + СО32-); он приводит к накоплению в бикарбонате и карбонате тяжелого изотопа 13С:

 

13СО2 + Н12СО3- Þ 12СО2 + Н13СО3-

При 25оС коэффициент фракционирования a ~1.014.

 

13СО2 + 12СО32- Þ 12СО2 + 13СО32-

При 25оС коэффициент фракционирования a = 1.012.

Карбонат, осаждающийся из морской воды, находящейся в равновесии с атмосферным углекислым газом, оказывается примерно на 8‰ богаче изотопом 13С, чем атмосферный СО2. Когда морские карбонаты попадают при погружении в зону метаморфизма, седиментогенный карбонат разлагается и выделяет СО2 с той же плотностью, как и в исходном карбонате, т.е. d13C = 0±2‰. Если теперь этот углекислый газ растворится в воде и затем снова даст карбонатный осадок (который называется травертином и часто наблюдается на выходах горячих источников), то этот Скарб окажется уже более изотопно-тяжелым, нежели исходный (значение d13C травертинов достигает + 10‰). Этот пример хорошо показывает, что такое геохимический цикл.

Второй процесс – фотосинтез.

Он протекает неодинаково для наземных и для водных растений. В наземных растениях фотосинтез имеет две стадии: кинетическую (столкновение молекул атмосферного СО2 с поверхностью зеленого листа) и ферментативную, во время которой растворенный в клеточной жидкости бикарбонат превращается в «органический углерод» с помощью фермента карбокси-дисмутазы. На первой стадии изотопный эффект может достигать 14‰, а на второй к нему добавляется еще около 4–5‰, так что в итоге складывается тот средний изотопный состав Сорг, который характерен для ЖВ и ОВ – продуктов наземного фотосинтеза, т.е. около –25‰ (PDB). Водные же фотосинтетики поглощают углерод непосредственно из растворенного бикарбоната и карбоната. В итоге Сорг водных растений оказывается примерно на 10‰ изотопно тяжелее, чем наземных.

Важнейшая изотопная метка органического углерода – его легкий изотопный состав – используется для суждения о генезисе карбонатов.

Если карбонат седиментогенный, образовавшийся в морской воде, то его изотопный состав будет близок к стандарту PDB, обычно разброс значений d13Cкарб не превышает ±2–3‰. Если же карбонат диагенетический, то в его формировании могут участвовать уже три компонента с разным изотопным составом. Один – это растворенный в поровых водах осадка бикарбонат морской воды, он поступает в осадок из наддонных вод путем диффузии, а его изотопный состав близок к стандартному. Такой же изотопный состав будет иметь и бикарбонат, образовавшийся в результате растворения седиментогенного карбоната. Однако в поровые воды в процессе диагенеза поступает и третий компонент – бикарбонат, образовавшийся при окислении углекислого газа, выделенного бактериями-редуцентами, которые питаются захороненным в осадке биогенным ОВ. От соотношения карбонат-ионов с тяжелым (d13Cкарб = 0 ±2–3‰) и легким (d13Cкарб = от –10 до –15‰, иногда еще более легкий) углеродом и будет зависеть в итоге изотопный состав получающихся диагенетических карбонатных конкреций.

Изотопы серы

Природная сера состоит из четырех стабильных изотопов: 32S (95.1%), 33S (0.74%), 34S (4.3%), 36S (0.016%).

Масс-спектрометрические определения обнаружили колебания изотопного состава серы различных природных объектов. Изотопный состав серы характеризуется относительным уплотнением d34S:

 

d34S, ‰ = 1000[(Rобразца / Rстандарта ) – 1],

где R = 34S/32S

 

За нулевой стандарт (d34S = 0) принят изотопный состав серы из троилита (FeS) железного метеорита (каньон Дьяболо в Аризоне, США).

Сера – подвижный и химически активный элемент в условиях биосферы. Она образует свыше 400 минеральных видов. В естественных условиях она проявляет себя в нескольких валентных состояниях, из которых главное значение имеют S(II), представленная в сульфидах, и S(VI) в сульфатах. Небольшую роль играет самородная сера S0; S(IV) встречается редко.

Высокая геохимическая подвижность серы приводит к разделению её изотопов в природных условиях. Главный процесс, приводящий к фракционировании изотопов серы, заключается в обменной изотопной реакции в морской воде в разных окислительно-восстановительных условиях:

H234S (газ) + 32SO42- (раствор) = H232S (газ) + 34SO42- (раствор)


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ТЕМА 1. Поняття і сутність менеджменту | Менеджмент як вид професійної діяльності
1 | <== 2 ==> | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 |
Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.191 сек.) російська версія | українська версія

Генерация страницы за: 0.191 сек.
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7