海洋中碳稳定同位素的生物地球化学
第四章 同位素在海洋地球化学研究中的意义和应用
E
例如：
226 88
Ra 86 Rn 2 He ( ) E
222 4
(镭) （氡） 由上式可见，新核的同位 素原子序数比母核少2， 质量数少4。自然界的重 同位素235U、238U、232Th等 以α 衰变为主。
电子捕获：原子核自发地从核外电子层（K层或L层） 捕获1个电子（e），通常在K层上吸取，与质子结合变 成中子，质子数减少1个（是β -衰变的逆向变化, β+粒 子）。
自然界中不稳定核素不断自发地放射出质点和能量、转变 成稳定的核素，称为核衰变或蜕变。通常我们将衰变前的 核素称为母体，衰变后的核素称为子体。不受任何物理化 学条件的影响。
β-衰变：原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电 子（即β-粒子），同时放出中微子 和能量E。
原子量 A A 原子序数 Z X Z 1Y
E
例如：
Rb 38 Sr E 37
87 87
K 20 Ca E 19
40 40
α衰变: 放射性母核放出α粒子（α粒子由两个质子和 4 两个中子组成，α粒子实际上是 ）而转变成稳定 He核 2 核。
A A 4 4 原子量 X Z 2Y 2 He( ) Z 原子序数
同位素标准样品：
同位素分析资料要能够进行世界范围内的比较，就必须 建立世界性的标准样品。世界标准样品的条件： ①在世界范围内居于该同位素成分变化的中间位置，可 以做为零点； ②标准样品的同位素成分要均一； ③标准样品要有足够的数量； ④标准样品易于进行化学处理和同位素测定。
元 素 标 准 样 缩 写
第二节 铀系测年法
铀系测年，或铀系不平衡测年法是海洋地球化学 研究中最常用的测年方法，其测年范围可从数十年到 数百万年。 自然界有三个衰变系列：
碳氧同位素地球化学与古环境研究
碳氧同位素地球化学与古环境研究一、引言地球是一个复杂而神奇的生命之舞台，岩石、海洋、大气、生物等相互作用，构成了一个完整的地球系统。
古环境研究旨在探索地球演化的历程，了解地球气候、海洋动力学、生态系统变迁等重要领域。
碳氧同位素地球化学作为一个重要的工具，在古环境研究中发挥着极其重要的作用。
二、碳氧同位素的基本原理碳氧同位素是指同一种元素中原子核中的中子数目不同，因此具有不同的质量数的同位素。
碳同位素主要分为碳-12和碳-13，氧同位素主要分为氧-16、氧-17和氧-18。
这些同位素的相对丰度可用δ表示。
对于碳同位素，δ^13C=（（R_sample/R_standard）-1）×1000‰；对于氧同位素，δ^18O=（（R_sample/R_standard）-1）×1000‰。
三、碳氧同位素在古环境研究中的应用1. 古气候研究古气候研究是古环境研究的一个重要方向，而碳氧同位素则成为重要的指示器。
通过对古生物化石中的碳、氧同位素进行测量，可以推断出古气候的变化情况。
例如，通过分析海洋沉积物中的有孔虫壳体的氧同位素组成，可以了解到过去海洋温度、冰期间气候、降水量等气候指标。
2. 古生态研究生态系统与环境的相互作用对地球的演化发挥着重要的作用。
碳氧同位素的测量也可以揭示古生态系统的演化。
通过对古代植物遗存中的碳同位素进行研究，可以了解到古植被类型、碳循环等信息。
例如，通过对古土壤中有机质的碳同位素组成的分析，可以推断古土壤的类型和古生态系统的复杂程度。
3. 古海洋研究海洋在地球系统中扮演着重要的角色，对全球的气候变化、碳循环等起着关键的调节作用。
碳氧同位素地球化学为研究古海洋提供了强有力的工具。
通过对海洋沉积物中的碳、氧同位素的测定，可以探究海洋生物活动、海洋循环变化等重要问题。
例如，通过对海洋生境中钙质硬壳生物化石中氧同位素的测量，可以了解到古海洋的盐度、温度等重要参数。
四、碳氧同位素在地球化学中的应用案例1. 现代生态学的碳同位素示踪利用碳同位素技术可以追踪生态过程中的碳来源和碳流动。
稳定同位素地球化学研究进展
稳定同位素地球化学研究进展随着科学技术的进步，稳定同位素地球化学研究日益受到重视。
稳定同位素是某种元素的同位素，其原子核中的中子和质子的数量均相同，但质子数不确定。
与放射性同位素不同，稳定同位素不会衰变，因此能够在地球化学和生物地球化学等领域中广泛应用。
本文将从研究意义、研究方法、应用领域等方面进行探讨。
一、研究意义稳定同位素研究在地球科学、环境科学、生物地球化学等学科领域中有着重要的作用。
其中，稳定同位素地球化学的主要研究内容是掌握地球化学过程和环境演化的规律及机制。
例如，在构造地质学中，稳定同位素可以用于推测岩浆源区的成分和动力学过程；在古环境学中，稳定同位素可以用于重现气候变化和环境演化过程；在地球化学污染评价中，稳定同位素可以用于追踪污染物来源和迁移路径。
另外，在生物地球化学中，稳定同位素也发挥着重要的作用。
例如，在动物和植物的生物地球化学循环中，利用稳定同位素可以探究其食物链和生长状态；在微生物地球化学中，通过稳定同位素的应用，可以研究氮、硫、铁、碳等元素的循环和代谢规律。
综上，稳定同位素地球化学研究的意义在于提高对地球化学过程和环境演变规律的认识，为生态保护和资源管理提供科学依据。
二、研究方法稳定同位素研究主要依靠仪器分析技术和数据统计方法。
目前，应用最广泛的稳定同位素测量仪器为质谱仪，在气体、液体和固体样品的分析中均有广泛应用。
根据不同的研究对象和分析场合，稳定同位素分析方法有以下几种：1. 气体-稳定同位素分析法：适用于大气、水体、土壤及生物样品中的小分子有机化合物、气态元素、气体分子等的同位素分析。
2. 液体-稳定同位素分析法：适用于水体、沉积物、岩石、矿物等大分子有机化合物和元素化合物的同位素分析。
3. 固体-稳定同位素分析法：适用于岩石、矿物、古生物化石等固体样品中的元素同位素分析。
另外，数据统计方法也是稳定同位素研究的重要手段之一，例如稳定同位素分馏和稳定同位素混合模型等。
中国近海生态环境变化的同位素示踪研究
中国近海生态环境变化的同位素示踪研究陈敏;曾健;杨伟锋【摘要】同位素在确定物质来源、指示生物地球化学循环路径、定量生物地球化学过程速率等方面具有独特的优势,本文以近海生态环境变化研究中常用的稳定同位素(13 C、15 N、18 O)和放射性核素(14 C、234 Th、232 Th、230 Th、228 Th、210 Po、210 Pb、137 Cs、226 Ra、228 Ra、224 Ra、223 Ra)为对象,介绍它们在揭示海洋有机质来源、食物网结构、水体缺氧机制、氮循环过程、颗粒动力学、海底地下水输入、有机地球化学过程、沉积年代学等方面的应用,侧重于总结我国近海生态环境研究中同位素示踪取得的进展.伴随着我国经济的发展,近百年来我国近海生态环境也发生了明显的变化,基于同位素示踪揭示的近海富营养化和沉积环境的演变规律表明,我国近海生态环境自20世纪50年代起经历持续的变化,特别是在过去20～30年时间里,近海生态环境的变化尤为剧烈,反映出人类活动是我国近海生态环境变化的主要驱动力.未来需要通过发展新的同位素技术及拓展更广泛的应用,围绕近海海洋生态环境变化的突出问题,重点揭示近海生态环境变化的响应特征、变化速率和作用机制,从而系统地掌握近海生态环境的时空变化规律.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2018(040)010【总页数】10页(P32-41)【关键词】近海生态环境;历史变化;同位素示踪【作者】陈敏;曾健;杨伟锋【作者单位】厦门大学海洋与地球学院,福建厦门 361102;厦门大学海洋与地球学院,福建厦门 361102;厦门大学海洋与地球学院,福建厦门 361102【正文语种】中文【中图分类】P736.4+41 引言同位素指具有相同质子数和不同中子数的原子，是自然界中元素组成的重要特征之一。
同位素广泛分布于地球各个圈层，并参与生态系统的物质流动和循环。
自然界中的同位素可分为放射性和稳定性两类。
海洋中碳稳定同位素生物地球化学
CO32- + Ca2+ = CaCO3 (4)
▪ 每个平衡反应都有同位素交换。
▪ 13C趋向富集在高价碳中，即CH4（13C最亏损） → CO → CO2 → CO3-（13C最富集）
▪ (4)式形成固体矿物，最常见的矿物是方解石和文 石。
（2）光合作用中的碳同位素分馏 （A）生物分馏
▪ 植物光合作用 CO2 （外部）↔CO2（内部） →有机分子
（C）影响植物碳同位素组成的外部因 素
（a）碳源： 陆生植物 (大气， δ13Cco2=-7‰ ) 海洋生物(HCO3- ,δ13CHCO3- =0 ‰ ) 所以海洋植物较陆地植物普遍富13C
大陆水一般富12C，所以淡水植物相对于海生 植物贫13C，特别是在细菌活动强烈、又与外界
混合不好的还原性盆地中的水中，溶解的δ13C更
b 溶解在细胞质中的12CO2通过酶的作用转移到磷
酸甘油酸中，使残余的CO2富集13C。
c 植物磷酸甘油酸合成各种有机物进一步分馏，总 趋势是蛋白质、果酸最重（-17‰），纤维素次 之（-23‰），类脂化合物最轻（-30‰），原因
可能是动力学分馏。
（B）影响植物碳同位素分馏的内在因素
循环名称 形成特点
低，燃烧时放出CO2，空气中CO2升高，而δ13C 逐渐减小。 ▪ 研究δ13C，了解大气与海洋的相互作用，海洋吸 收、储存、转移CO2的能力及大气中CO2变化倾 向，预测世界范围内的气候变化趋势。
（3）有孔虫δ13C在古海洋学中应用
有孔虫 CaCO3的δ13C与海水溶解碳酸盐的δ13C 相关，可用来研究： ▪ 底栖有孔虫δ13C 反映森林植被面积。 ▪ 指示冰期－间冰期过渡时期大量冰融水的注入。 ▪ 底栖与浮游有孔虫δ13C 的差值反映的古生产力 ▪ 底栖有孔虫碳同位素示踪深层水演化。
生物体中氨基酸单体碳稳定同位素测试方法研究
生物体中氨基酸单体碳稳定同位素测试方法研究梁建鑫;尹希杰;苏静;林锡煌;李玉红【期刊名称】《分析测试学报》【年(卷),期】2024(43)3【摘要】氨基酸作为蛋白质的基本组成单位,是重要的生命物质,其单体碳同位素研究在生物地球化学、生态学、生物体代谢和环境科学等领域具有重要意义。
该文优化了海参和海藻氨基酸提取和纯化流程,通过N新戊酰基-O-异丙酯(NPP)方法衍生化后,分别用气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(GC-C-IRMS)测试其浓度和碳同位素组成。
结果显示,15种氨基酸单体的分离效果较好,回收率为46.4%~96.3%,各氨基酸在1.0~16.0µmol/L范围内线性关系良好(r^(2)为0.987~0.999)。
15种氨基酸单体衍生物δ^(13)C值的标准偏差均小于0.30‰(n=10),在0.6~2.0 mmol/L浓度范围内δ^(13)C的平均误差为±0.24‰,方法检出限为0.6 nmol。
海参和海藻样品各氨基酸单体δ^(13)C值的范围分别为-31.10‰~-8.58‰和-30.53‰~-13.76‰,标准偏差均在0.33‰以内,可满足生物体氨基酸单体碳同位素的测试精度需求。
【总页数】8页(P447-454)【作者】梁建鑫;尹希杰;苏静;林锡煌;李玉红【作者单位】自然资源部第三海洋研究所分析测试中心;中国地质调查局舟山海洋地质灾害野外科学观测研究站【正文语种】中文【中图分类】O657.63;O629.7【相关文献】1.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定鳀鱼肌肉组织中单体氨基酸的碳稳定同位素组成2.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定单体氨基酸的碳稳定同位素组成3.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法分析氨基酸氮稳定同位素并初步评估水生生物体营养级4.类脂化合物单体碳稳定同位素在古气候环境研究中的意义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地球化学研究中的稳定同位素地球化学
地球化学研究中的稳定同位素地球化学地球化学研究旨在了解我们的行星是如何以及为什么形成的，包括地壳、大气、水体和生物。
地球化学家使用各种方法和技术来研究这些过程，而稳定同位素地球化学是其中之一。
本文将介绍稳定同位素地球化学的基本概念，以及它如何应用于了解地球化学过程的早期历史和现代系统。
稳定同位素是指具有相同原子核数的元素，但具有不同的中性子数。
同位素地球化学是研究这些同位素在地球化学中的分布和交换过程的学科。
由于同位素的数目非常相似，因此它们的化学性质也非常相似。
这使得它们在地球化学和生物学中的应用非常广泛。
稳定同位素地球化学的应用广泛，仅举几例。
首先，它可以用于了解过去的气候和环境条件。
例如，钋同位素比研究表明，过去的气候变化和气候区域变化对全球生态系统和人类社会造成了深远的影响。
其次，它可以用于研究物质循环和生态系统中的动态变化。
例如，地球上的水循环和生态系统中碳、氮、硫等元素的循环和利用，可以用稳定同位素技术进行研究和监测。
此外，它还可以用于了解矿床和石油等地下资源的形成和演化过程。
除了稳定同位素外，同位素地球化学也包括放射性同位素地球化学。
与稳定同位素不同，放射性同位素衰变会导致元素发生变化，而稳定同位素只涉及元素内部中性子数量的变化。
两类同位素地球化学研究可以相互补充。
稳定同位素地球化学的应用有赖于其具有高精度、多重标记和非破坏性等特点。
例如，一些同位素的比例测量可以用极高的精度实现，达到1/1000万或更高的精度。
这在研究少量物质的分布和交换过程时非常有用。
稳定同位素还可以用于多个化学物种的标记。
其中，氢、氧、碳、氮和硫等元素的同位素标记被广泛应用于研究生态系统和地壳环境中的物质循环。
最后，稳定同位素技术是一种非破坏性的分析方法。
这使得它能够在不影响样品的情况下分析地球化学系统的动态变化。
鉴于稳定同位素地球化学的广泛应用，地球科学家使用许多技术和方法来进行稳定同位素分析。
其中一种最常用的技术是质谱仪。
碳同位素地球化学
(4) 结晶岩石中碳来源的复杂性。
①富铝结晶片岩中石墨的 δ13C接近于生物碳， 是有机碳变质而成。 ②与伟晶岩伴生的石墨脉，其δ13C值与碳酸盐 矿物中比值相近，说明可能为无机碳酸盐还原而 成。 ③热液矿脉中大多数早期形成的碳酸盐矿物 δ13C值范围为 -6～-9‰，晚期沉淀的碳酸盐常富 集 13C ，甚至可能具有正的 δ13C 值，反映分馏受 温度、fO2和pH影响
海 洋 和 大 陆 有 机 质 淡 水 碳 酸 盐 海 水 碳 酸 盐 空 气 C O 2 碳 酸 盐 岩 ， 金 刚 石
陨 石
图6-20 自然体系碳同位素组
40
（据Jochen 1973） 0 30 20 Hoefs, 10
δ C ‰ ( )
13
－ 10
－ 20
－ 30
－
二 碳同位素的分馏
1.光合作用的动力学分馏效应
(25℃)
海水CO3-2和HCO3-比大气CO2富集13C
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
距今年龄×103
格陵兰和南极大陆冰盖δ18O值随 深度连续变化，冰盖上部δ18O约29‰，1.2万年前急剧减少到-40‰， 意味着1.2万年前平均气温低的多。 1.2-6万年前气温缓慢变化，δ18O 值在-35‰左右波动，6-7.5万年前 δ18O值急剧变化为--28‰左右。
南 极
格 陵 兰
稳定同位素小结： 理论依据：同位素的分馏原理 1、同位素交换反应（化学作用分馏） （1）轻同位素与重同位素化学键的强度差异导致 轻-重同位素发生分馏。 （2）生物作用（触媒作用，还原作用和生物化学 反应 ） （3）蒸发-凝聚和扩散等（物理作用分馏） 2、影响同位素分馏作用的主要因素： 温度、 fO2 、 pH值和生物作用(C.H.O.S) 。 地质作用分析：(1)同位素分馏效应, (2)体系初始 稳定同位素组成；(3)外来物质混入。
c13和c14同位素标记
c13和c14同位素标记
C13和C14是碳的同位素，它们的标记在科学研究中具有重要意义。
C13是碳的稳定同位素，它在自然界中存在的比例约为1%，通常用于研究碳循环、生物地球化学和食物链等方面。
C13标记通常通过将含有C13的化合物加入实验中，以便跟踪其在生物体内或环境中的行为。
C14是碳的放射性同位素，其半衰期约为5730年，常用于放射性碳定年和生物体内代谢路径的研究。
C14标记通常通过将含有C14的化合物加入实验中，利用其放射性衰变过程来追踪化合物在生物体内的代谢路径或者用于确定古代生物体的年龄。
在实验中，科学家们通常会选择合适的同位素标记来追踪物质在生物体内或环境中的行为，从而更好地理解生物体的代谢途径、环境中物质的迁移转化过程等。
因此，C13和C14同位素标记在生物、地球和环境科学研究中扮演着重要的角色。
同时，科学家们也需要谨慎使用这些同位素标记，以避免可能的放射性危害和环境污染。
总的来说，C13和C14同位素标记在科学研究中发挥着重要作用，为我们深入了解自然界和生命体系提供了有力的工具。
地球化学研究中的同位素分析技术
地球化学研究中的同位素分析技术地球化学研究是研究地球和行星体中的元素组成、地球历史演化以及地球的生命起源和演化等问题的学科。
同位素分析技术在地球化学研究领域中起着重要作用。
同位素是同一元素的不同质量核素，具有不同的原子质量，通过同位素的测量，可以揭示地球和宇宙中的一些重要物理、化学和生物过程。
本文将介绍地球化学研究中常用的同位素分析技术。
一、同位素分析技术的原理同位素分析技术是基于同位素的相对丰度差异进行的一种分析方法。
同位素相对丰度的测量可以通过质谱仪、质光谱仪、中子活化分析等手段进行。
这些方法通过测量同位素的质量、电荷、光谱峰位置等特性，从而确定样品中不同同位素的相对含量。
二、同位素分析技术的应用1. 放射性同位素分析放射性同位素是一种具有放射性衰变性质的同位素，通过测量放射性同位素的衰变速率，可以推断出地质历史、地球年龄以及地球内部的物质循环过程。
常用的放射性同位素分析技术包括铀系列、钍系列和钾系列等。
2. 稳定同位素分析稳定同位素是指不发生放射性衰变的同位素。
稳定同位素分析常用于研究地球系统中的元素循环、生物地球化学循环以及古气候变化等问题。
例如，氧同位素分析技术可以用于研究古气候变化、古海洋生物演化等；碳同位素分析技术可以用于研究碳循环、生物地球化学循环等。
3. 稳定同位素示踪技术稳定同位素示踪技术是通过测量示踪物中同位素的相对含量变化来研究地质过程和环境变化的方法。
例如，氧同位素示踪技术可以用于研究水循环、地下水补给和河流水源等；硫同位素示踪技术可以用于研究硫的来源、硫循环以及硫化物的形成和分解等。
三、同位素分析技术的挑战和发展趋势同位素分析技术在地球化学研究中起着重要作用，但也存在一些挑战。
首先，同位素分析技术需要高精度的仪器设备和实验条件，成本较高。
其次，样品准备和分析过程中存在一定的干扰因素，影响测量的准确性和可重复性。
此外，某些同位素的测量范围和准确性仍然有待提高。
为了克服这些挑战，同位素分析技术正在不断发展。
海洋储碳机制及相关生物地球化学过程研究策略
海洋储碳机制及相关生物地球化学过程研究策略海洋储碳机制是指海洋通过化学、生物和物理过程将二氧化碳转化为有机碳、无机碳和溶解态有机物质，从而将大气中的二氧化碳转移到海洋底层，实现碳储存和环境保护的重要过程。
相关的生物地球化学过程主要包括温室气体释放，海洋酸化，海洋生态系统变化以及生物生产等，这些过程对于全球碳循环及海洋生态环境的稳定性具有重要影响。
因此，对海洋储碳机制及相关生物地球化学过程的研究显得尤为重要。
针对上述问题，本文提出以下研究策略：1. 加强海洋生物生产的研究海洋生物生产是海洋储碳的重要机制之一，通过光合作用和贝类吞吃等生物活动可以将二氧化碳转换为有机碳物质，进而储存在海洋系统中。
因此，加强对海洋生物生产的研究，探究不同海洋生态系统和地域的生产能力和特征，对海洋储碳机制和全球碳循环的研究至关重要。
2. 深入探究海洋酸化机制海洋酸化是全球变暖的重要表现之一，也是海洋储碳机制的重要组成部分。
海洋酸化会导致海水pH值下降、离子强度增加，从而对海洋生态系统的稳定性和生物多样性构成威胁。
因此，深入探究海洋酸化机制，寻找有效的措施减缓海洋酸化过程，是海洋储碳和环境保护的关键。
3. 分析温室气体释放的动态变化温室气体主要指二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等，它们会在海洋的物理、化学和生物作用下转移和储存。
但随着全球气候变化和人类活动的影响，海洋温室气体排放量的动态变化是不可避免的。
因此，通过对海洋温室气体释放的动态变化进行分析和研究，探究温室气体释放的机制和影响因素，对减缓气候变化和实现碳储存都具有重要的作用。
海洋生态系统是海洋储碳的重要载体，但同时也面临着各种威胁和挑战，包括气候变化、污染、过渡捕捞等。
因此，加强对海洋生态系统变化的研究，探究其机制和影响因素，是保护海洋生态环境、实现碳储存的关键。
结论海洋储碳机制及相关生物地球化学过程是进行全球碳循环和海洋生态环境保护的重要过程。
因此，在研究策略方面，我们应该加强海洋生物生产、海洋酸化机制、温室气体排放和海洋生态系统变化等方面的研究，为保护海洋环境和实现碳储存提供新的科学依据。
稳定同位素在地球科学研究中的应用
稳定同位素在地球科学研究中的应用稳定同位素是指具有相同原子序数但不同中子数的同位素，其核外电子结构和化学性质相同，但物理和化学性质不同。
稳定同位素的应用已经广泛用于地球科学研究。
下面本文将介绍稳定同位素在地球科学研究中的应用以及其作用。
1. 碳同位素的地球科学应用稳定碳同位素研究可以帮助我们了解全球碳循环和碳贮存情况。
通过研究碳在不同业界中的分布和分异，科学家可以了解到生物碳和非生物碳的来源及其分布。
这样在研究地球的气候变化、环境污染及全球碳排放等方面就有巨大的作用。
例如，元素碳存在的三种形态是有机碳、无机碳和二氧化碳。
而地球上的有机和无机碳同位素的含量差异，可以通过稳定碳同位素比对，对碳循环过程的了解卓有成效。
同时，稳定碳同位素还可以被用来区分不同种类的碳质输出物，例如煤、石油和生物质等。
2. 氢同位素的研究稳定氢同位素被应用到气液固各领域的研究中。
例如，在全球水循环中，氢同位素可以追踪、区分和分析如同位素分布与水分布之类的关系，帮助地质学家研究出水文地质学和水文地球化学领域的一些重要问题。
其次，氢同位素也可以在农业和环境科学领域中应用。
例如，氢同位素可以追踪植物生长季节中的降水量。
还可以用于跟踪农药和肥料等土地污染物质的迁移。
3. 氮同位素的应用稳定氮同位素也是地球科学研究中经常使用的技术之一。
稳定氮同位素的分布常常会影响到自然界的物种结构，如合成有机物质的生物作用、水的化学性质等。
具体来说，稳定氮同位素是用于了解地球氮循环的东西。
通过比较样本中的氮同位素，科学家可以了解氮的化学和生物过程。
氮的自然变异通常与生物和自然过程相关。
最后，通过对稳定同位素研究的整理和分析，我们可以了解到，这是与地球科学研究密切相关的研究领域。
只有充分利用稳定同位素技术，我们才有可能更好地研究地球的环境问题、了解地球上生命的演变过程，以及科学预测自然灾害等，才能够更好更全面地了解地球生存的方式和方法。
稳定同位素示踪技术在地球科学中的应用
稳定同位素示踪技术在地球科学中的应用一、稳定同位素的基本概念稳定同位素是指具有相同原子序数但不同质量数的同一元素中，核外电子数量相同的同位素。
稳定同位素的存在除了对于化学元素的区分外，还有地球科学中的应用。
稳定同位素示踪技术则是指利用稳定同位素的不同相对丰度或者比值来追踪某种过程或者反应，从而研究地球科学领域中的物质循环、生物地球化学和地球化学等方面的问题。
二、稳定同位素的常见应用1. 奥氏体形成机制研究奥氏体是钢材中常见的一种组织形态，其性能优异，广泛应用于工业生产中。
稳定同位素技术可以用于研究其形成机制，例如，利用碳同位素比值分析不同原料在生产过程中的影响，从而寻找更加优化的工艺。
2. 生物地球化学研究稳定同位素示踪技术在生物地球化学中的应用也非常广泛，例如，稳定碳同位素比值和稳定氮同位素比值分析可用于研究海洋、湖泊和河流等水体中的有机物来源、生态系统功能和物质循环等问题。
3. 元素迁移研究稳定同位素示踪技术可以用于研究元素在地球内部的迁移过程，例如，使用氧同位素比值研究熔岩和地幔物质之间的交换过程，对了解地球内部物质循环和成因有着重要作用。
4. 水循环研究稳定同位素示踪技术还广泛应用于研究水循环过程中各个组成部分间的相互作用，例如，通过氢和氧的同位素比值分析降水和地下水之间的关系，来研究水的循环过程。
三、稳定同位素技术的优势稳定同位素技术相对于其他技术有其独特的优点，其中包括：1. 稳定性高。
由于稳定同位素的存在形式是核外电子的数量差异，因此不会产生放射性衰变产生的辐射，也不会发生自然衰变转化成其他元素。
2. 分析量少。
相对于其他同位素分析方法，稳定同位素分析的样品量一般只需要毫克或者微克级别，大大降低了分析成本。
3. 信息获取全面。
稳定同位素技术可以用于研究物质循环、成因、生态系统功能和水文循环等方面的问题，信息获取的范围非常广泛。
四、未来展望稳定同位素示踪技术的应用将会越来越广泛，未来的发展趋势也将更加高效、准确和多元化。
海洋生态系统中有机炭的生物地球化学循环
海洋生态系统中有机炭的生物地球化学循环随着全球工业化和城市化的快速发展，大量的化石燃料的燃烧释放的二氧化碳已经导致全球温度升高和气候变化。
在这个大背景下，了解海洋生态系统中有机炭的生物地球化学循环对于生态环境保护和气候变化应对有着极其重要的意义。
有机炭是指温泉、陆域和近海地区的沉积物中存留的大气和生物来源碳的不完全燃烧产物，通常是黑色的块状物质，有着高的比表面积和大量的孔隙结构。
在海洋中，有机炭可以通过微生物的代谢和分解进入生物地球化学循环，具有重要的生态功能和生态意义。
一、有机炭来源与分布海洋生态系统中的有机炭主要来源于陆源、沉积物压缩和烟囱、热液口等地热系统，以及深海环境中的生物体和遗骸等。
这些来源的有机炭随着水流、沉积等过程不断循环输送到海洋表层和深层。
在海洋中，有机碳主要分布在沉积物中，特别是在海底淤泥和深层沉积物中，其中沉积物孔隙结构和矿物质成分会影响有机碳的分布和循环。
二、有机炭分解与循环在海洋生态系统中，有机炭的分解是比较缓慢的过程，往往需要微生物的介入。
微生物通过产生酶类，分解有机炭中的碳和其他元素，将其释放到水体中，提供给其他微生物和生物体进行生长和代谢。
在这个过程中，微生物的代谢可以产生一定的能量和化学物质，支持生态系统的生态功能。
由于有机炭的分解速度较慢，往往需要较长的时间才能循环进入生态系统，但是一旦进入生态系统，就可以提供长期的碳供应和生态支持。
因此，了解有机炭的生物地球化学循环对于生态环境保护和气候变化应对有着重要的意义。
三、有机炭对生态系统的影响有机炭对海洋生态系统的影响比较复杂。
有机碳的分解可以提供能量和化学物质，支持生态系统的生态功能和生态多样性，但是同时也会释放大量的二氧化碳和甲烷等温室气体，导致海洋酸化和气候变化。
此外，有机炭也可以作为重要的底栖生物栖息环境和底栖生物的食物来源，对生态环境和海洋生物多样性有着积极的作用。
四、有机炭的环境管理和保护在气候变化和生态环境保护的背景下，加强对海洋生态系统中有机炭的环境管理和保护非常必要。
海相和陆相沉积物稳定碳同位素比的比较及意义
海相和陆相沉积物稳定碳同位素比的比较及意义地球是一个充满活力的星球，它不断经历着各种自然环境的变化。
这些环境变化导致地球上的生物种群、气候和岩石的形成发生变化。
而这些变化在地质历史上留下了不可磨灭的印迹。
在这些历史变迁中，沉积物起着关键性的作用。
沉积物记录了地球上很长一段时间的环境变化，而碳同位素比则是研究这种变化的关键指标之一。
本文将重点讨论海相和陆相沉积物稳定碳同位素比之间的比较及其意义。
一、海相和陆相沉积物的碳同位素组成碳同位素组成是地球化学研究中的一个重要内容。
如今，碳同位素比已经成为研究各种岩石、土壤和沉积物环境变化的利器。
在大自然中，碳元素有两个稳定的同位素：碳-12和碳-13。
它们的化学性质相同，但在原子核中的中子数不同。
海相沉积物中的有机质主要来源于浮游生物、植物和腐殖质。
在这些有机物中，碳-12的含量相对较高，而碳-13的含量相对较低。
这是由于这些生物在自身的代谢过程中对碳的选择性。
因此，海相沉积物的碳同位素组成通常以负数表示，即δ13C。
例如，生物组织的δ13C值通常在−20‰到−30‰之间。
陆相沉积物中的有机质主要来源于陆生植物、土壤和腐殖质。
这些有机物的碳同位素组成不同于海相沉积物。
由于光合作用中植物与大气CO2之间的交换，陆生植物中的δ13C值通常为−23‰到−29‰。
而土壤和腐殖质中的碳同位素比通常在−21‰到−27‰之间。
因此，陆相沉积物的δ13C值相对海相沉积物较正。
二、海相和陆相沉积物的δ13C变化及其意义海相和陆相沉积物的δ13C值不仅反映了有机来源的不同，还反映了各自环境的不同。
1. 环境因素对海相沉积物δ13C值的影响海相沉积物的δ13C值与海洋环境变化密切相关。
其中最重要的因素是CO2 浓度的变化、海水温度的变化和盐度的变化。
这些环境变化形成了不同的生态系统，导致水下生物的生长、分布和代谢方式的改变，从而影响了碳同位素比的δ13C值。
例如，在中新世末期，热带太平洋的海洋环境发生了显著变化，导致海相沉积物δ13C值逐渐降低。
稳定同位素在地球科学中的应用
稳定同位素在地球科学中的应用稳定同位素在地球科学中的应用稳定同位素是指具有相同原子序数但不同中子数的同一元素的同位素。
相比于放射性同位素，稳定同位素具有更长的半衰期，不会放射出有害辐射。
它们在地球科学研究中具有广泛的应用。
本文将就稳定同位素在地球科学领域中的应用进行探讨。
首先，稳定同位素可以用于地质年代学研究。
地质年代学是研究地球历史演化和地质过程的学科。
通过分析含有稳定同位素的岩石、土壤或化石样品，可以确定它们的形成时间和地质历史。
例如，稳定同位素碳-13和氮-15可以用于研究生态系统中不同生物群落的演化历史和营养链结构。
通过分析不同组织中稳定同位素的比例，可以推断生物的食物来源和环境条件的变化。
其次，稳定同位素可以用于研究水文地质学。
水文地质学是研究地下水运动和分布的学科。
稳定同位素的水分馏分异质性可以反映不同地下水水源之间的关系。
例如，稳定同位素氢-2和氧-18在地下水中的比例可以用于确定地下水的来源、补给途径和水文循环过程。
通过分析地下水中稳定同位素的组成，可以揭示地下水运动的路径和速率，指导地下水资源的管理和保护。
此外，稳定同位素也在气候变化研究中扮演重要角色。
稳定同位素氧-18在海洋和冰川中的沉积物中广泛存在，可以用于重建古气候变化。
由于氧-18的同位素分馏效应与温度和降水量有关，因此可以通过分析古代沉积物中氧-18的比例来推断古气候条件。
此外，稳定同位素碳-13和氧-18可以用于研究碳循环和海洋生态系统的变化，为预测气候变化和海洋生物多样性的响应提供重要依据。
最后，稳定同位素在地质资源勘探中也有重要应用。
矿产资源勘探需要探明矿体的成因和分布规律。
稳定同位素地球化学可以帮助确定成矿流体来源和作用过程。
稳定同位素铅-206和铅-207可以用于铅锌矿和铀矿的成矿年龄测定。
通过分析稳定同位素的比例，可以判断矿体的成因类型和矿床的形成机制，指导矿产勘探和开发。
总之，稳定同位素在地球科学中具有广泛的应用。
稳定碳同位素在海洋生态学上的应用
Ｃ ｉａＮｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｎ ｒｄ ｃ ｓ ｈｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ａ ｄ Ｐｏ ｕ ｔ ｓ
Ｑ：
高 新 技 ห้องสมุดไป่ตู้
稳 定碳 同位素在海 洋 生态学 上 的应用
高 全 贺 １ 高孟 春 ， ２ 彭艳 超 １ 吴斌 斌 １ ， ２ ， ２
（、 １ 中国海洋大学 ， 山东 青 岛 ２ ６０ ２ 珠 海海洋环境监测 中心站 ， ６００ 、 广东 珠海 ５９ １ ） １０ ５
一
４ ２经济 价值高 的顶 级捕食者对 具有生物 放大 与积累作用 的陆 源污染物 是十 分敏感 的。 利用这一特性 ，天然存在的碳 稳定同位 素可以 成为陆源污染物在食物链上传递 、放大 和积 累 的指示剂 ，是一种新的定量估计陆源 污染 物的 容： 现场生物放大作用 的方法 ，与常规的 污染 调查 ３ 动物的食性分析 。 ．１ １ 传统研究食性的方 相结合来研究陆源 污染物 的扩散 运移规律以及 于生态系 统 法是消化道 内含物分析法。有机碳的稳定 同位 在食 物网巾的生 物放大 与积累作 用 ，可为环境 研： 中。 究 素组成方法所取的样品是生物身体的一部分或 污染 的综合治理提供科学技术支持 。 １５ 年利用 １Ｃ标记测定初 级生 产力 的 是全部 ，通过其稳定同位素组成来确定其食性 ９２ ４ ４ 应用 双稳 定同位 素示 踪剂对 １ ３ 个特定 方法开始推广应用于海洋调查 。以稳定 同位 素 和食物来源 ，所得到的数据反映的是生物长期 海 洋生态系统中关 键种的研究 ，可以定量地计 有助于 弄清 该关键种 １Ｃ作为示踪技术 在海洋生态系研究食物链 网 生命活动的结果 ，较消化道内含物分析法稳定 算 不同食物来源的比例 ， ３ 在生态系统物质与能量流动中的作用 ，并在复 和能量流 ， 食物 链网的营养结构 ， 生态 准确 。 了解 揭示 ｔ ｐｉ ｒ ｃ 系 中营养物质的循环与能量转换 规律 ， 逐渐 受 ３ ２生态系统 的碳源。应用同位素方法研 杂的食 物网 中建 立起连续 的 营养位 置（ｏ ｈ — ． １ ｏｉｏ ， ｔｎ １ ｐｉ ｅ。 ｒ ｃ 到 国内外学者的重视。 究何种来源 的碳驱动 了食物 网，这类研究包括 ｐｓｉ ） 而不 只是离散 的营养级（ｏｈ ｌ Ｄ 近海生态系统 中水体生物事物网的营养结 了各种不 同的生态 系统 ， 诸如河 口区生态 系统 ， 在生态转换效率实验研究 中， 同时测定碳 、 同 氮 湖泊生态 系统。 位索组成 ， 立物质（ 总量 平衡方程式 之 除建 能量） 构 ，其物质和能量的流动过程也都是生 态学 家 海洋环境 ， 十分关注 的问题 ， 它不但有重要 的理 论意义 ， 而 ３ ３ 系统巾的能量流动。通过测定 生态系 外 ， ． １ 还可 以建立碳 、 同位素 质量平 衡方程式 ， 氮 且与生物资源的进—步开发密切相关。 但是 ， 传 统中各种属 的稳定碳 同位素组成 ，确定各种属 在这种联立方程式基础上求解 ，有助 于提 高研 统 的食性分析法极其繁杂 。 稳定 同位素 方法从 之间的相互关 系 ， 进一步分析确定 系统 的能量 究成果的可靠性 。 另一角度为研究营养关系提供了定量指标 。这 流动。 ４ ． ４在实验室受控条件下 ， 动物在 食性 测量 方法的基本前提是动物与其食物之间具有一 ３ ． ２生态系统各 生物种属所处 的营养位置 转换过程 中动物肌 肉组织碳 同位素组成 的相应 及营养结构 变 化过 程 ， 可能用于研究在更为复 杂的现场条 种 固定 的同位素关系。 Ｆｙ Ｑ ｉ ｎｓ 以粒度筛分 的浮游动物 件下动物 的食性转换过程。 ｒ 和 ｕ ｏｅ用 ｎ ２稳定碳同位素的测定方法 样品来验证 中型浮游动物群体生物量的减少是 ４ ． 用 Ｇ － －Ｒ 新技术 研 究有 机分 ５采 Ｃ Ｃ ＩＭＳ ２ 样 品的预处理过程 ｌ 常规 的有机碳 稳定 同位素 比值分析 主要包 否伴随有营养层次的增加 ，结果 表明除新陈代 子化合物系列 的稳定同位素组成在生物体 内的 进而 为 括３ 个过程：洧机物的氧化分解 烧过程）２ 谢 因素 以外 ，营养动力学对于控制浮游生物群 分布 ， 了解生 物对 营养 物质 的吸收过程 ， （ １ ，） （ Ｗａａ 个行 干扰 物质 的去除 ，贼 同位素 比值 的质谱分 析。 落生物量减 少的模式是重要的。 ｄ 等在用同 我们更好地了解生物新陈代谢过程提供 １ （ ３ 对碳稳定 同位素而言 ，就是要将样品 中的碳组 位素资料评价河 口区有机质 的传递与归宿 以及 之有效 的方法 。 参 考 文 献 分转化成 二氧化碳 。样品 的预处理过程也就 是 食物 网结构时 ，认为可以用陆源有机质和海洋 『洪阿实， ｌ １ 同位素海洋学的发 展 ： 与展 望叨。 回顾 将样 品转 化成可供 质谱仪测量 的纯净气体 的过 源有机质的混合而得 到清楚 的解释。 ３ ３生态系统稳定性变化的研究 海 洋环境科学，９ ４ １（ － － ６ １９ ，３ ）３ ５ １ ３ 程。样品中有机碳稳定同位素的测定预处理步 生态系统豫定性 变化的研究 天然或人 为造 【 ｒｙ Ｈ Ｃ ｈ ｈ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｐｏ ｅｔ ｓ ２ 】Ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｔｅｍ ｏ ｙ ａ ｃ ｒｐ ｒｉ ｅ 骤 主要包括样 品的采集 与保 存 、 干燥 、 、 粉碎 气 ｆｉ ｔｐｃｓ ｂｔ ｃｓ 忉 ｅ Ｓｃ ９ ７ ｐ ｓ ａ 化、 纯化过程等。 成 的生态系统结构 和功能 的变化是一 个广泛感 ｏ ｏｏｉ ｕ ｓ ｎｅ． ＪＣｈｍ ｏ，１４ ， Ｌ ６ ～ ８１ 目前常用的有两种方法 ：滇 空热解法。 （ １ 将 兴趣 的问题 。生态系统结构和功能 的变化可 以 ｈ ５ ２ ５ ３ 蔡德陵 、 张淑芳 、 张经 ， 稳定碳 、 氮同位素 在生 所 测样品装入石 英管 中，加 入适量 的 Ｃ Ｏ Ｃ 反映在其组分种属 的营养级 中。营养级 的变化 【Ｉ ｕ 、ｕ 以及 鲰 或 ｎ作 催化剂 ， 真空密封后 在 ８０ 表示 了生物摄 食能量学或从初级生产者 到消费 态系统研 究 中的应用 叨。青岛海 洋大学学报 ， 抽 ０￣ Ｃ 下反 应 ２ 。 后， ｊ ｈ最 采片 冷冻分离和冷冻吸附法提 者的能 流途径的改变 。 在某些特定 条件下 ， ２ ０ ３ （ ）２ ７ ２ ５ 同位 ０ ２，２２ ：ｇ — ９
同位素海洋化学
同位素海洋化学同位素海洋化学是研究海洋中同位素元素的分布、迁移和转化过程的学科。
同位素海洋化学的研究内容涉及同位素元素的生物地球化学循环、海洋生态系统的功能和稳定性，以及对人类活动的响应等方面。
同位素海洋化学的研究对于了解海洋环境变化、预测气候变化、评估环境污染以及海洋资源开发等具有重要意义。
同位素是指具有相同原子序数（即原子核中质子数相同）但质量数不同的原子核。
同位素的存在使得海洋中同种元素的不同同位素比例具有差异，这种差异可以通过同位素分析技术来进行测定。
同位素分析技术主要包括质谱仪、同位素比值质谱仪、同位素质谱仪等。
通过同位素分析技术，可以测定海洋中各种元素的同位素比例，从而揭示海洋中同位素元素的分布、迁移和转化过程。
同位素海洋化学研究中的一个重要方面是同位素元素的生物地球化学循环。
同位素元素在海洋中通过生物和非生物过程进行转化。
生物过程包括生物摄取、生物吸附、生物沉积等。
非生物过程包括化学反应、物理过程等。
同位素元素在海洋中的生物地球化学循环过程对于维持海洋生态系统的功能和稳定性具有重要影响。
同位素海洋化学研究中的另一个重要方面是海洋生态系统的功能和稳定性。
海洋生态系统是一个复杂的生态系统，其中包括多种生物、非生物过程以及它们之间的相互作用。
同位素海洋化学研究可以揭示海洋生态系统中物质的来源、迁移和转化过程，从而对海洋生态系统的功能和稳定性进行评估和预测。
同位素海洋化学研究对于人类活动的响应也具有重要意义。
人类活动对海洋环境的影响日益突出，如海洋污染、气候变化等。
同位素海洋化学研究可以通过分析海洋中同位素元素的分布变化，揭示人类活动对海洋环境的影响程度和方式，从而为环境保护和可持续发展提供科学依据。
同位素海洋化学是研究海洋中同位素元素的分布、迁移和转化过程的学科。
同位素海洋化学的研究内容涉及同位素元素的生物地球化学循环、海洋生态系统的功能和稳定性，以及对人类活动的响应等方面。
同位素海洋化学的研究对于了解海洋环境变化、预测气候变化、评估环境污染以及海洋资源开发等具有重要意义。
地球化学中的稳定同位素
地球化学中的稳定同位素稳定同位素是指在自然界中，核外电子数量相同，但质子数或中子数不同的同一元素的不同类型。
在地球化学中，稳定同位素可以用于探究地球和生命的起源和演化，研究大气、水体和岩石圈的物质循环和生态系统的结构与功能。
下面本文将探讨稳定同位素在地球化学中的应用和意义。
一、稳定同位素的定义和特征同一元素的同位素结构、化学性质近似，只有不同中子数的核能够区分它们。
一般地，同位素的质量数是它的质子数和中子数的和，所以同位素的质量通常都不是整数。
而稳定同位素是相对于不稳定同位素而言的。
稳定同位素相对不稳定同位素，在核的构成上有较高的稳定性以及质量数成正比增大。
在地球化学中，常用稳定同位素作为指示地球环境的工具。
其主要特征是原子核中的质子和中子的比值稳定，不会发生α、β、γ衰变。
二、稳定同位素在地球化学中的应用地球化学中的很多研究都需要利用稳定同位素进行探究。
如下是一些稳定同位素在地球化学中的应用：1.碳同位素碳由两种同位素构成，即碳-12和碳-13，其中碳-12占总碳的98.9%。
在生态系统中，生物体对不同碳同位素的利用、转换过程与环境变化密切相关，因此，研究碳同位素在生态系统中的地位和作用，可对生态学、环境保护和气候变化等问题提供重要的参考。
2.氧同位素氧同位素主要包括氧-16、氧-17和氧-18。
在水文地球化学中，氧同位素是水循环研究中的重要因素。
依据氧同位素的比例、分布可以判断水来源，搞清水的运移路径。
同时因为不同温度条件下氧同位素比例存在一定的差异，所以也可以在探究过去的气候变化时提供参考。
3.硫同位素硫同位素有三种，分别为硫-32、硫-33和硫-34。
硫有广泛的利用价值，包括石油和天然气、硫酸等化工品生产，和生物活性。
硫同位素对矿床研究也有很大的帮助。
4.氢同位素常见的氢同位素有氢-1、氘和氚。
氢同位素的存在可以反映一些重要环境参数，如降水来源、植物的水分来源等。
同时，氢同位素还可以用于考察化石水的来源和多层储层的性质等。
海洋生态系统中的生物地球化学循环
海洋生态系统中的生物地球化学循环生物地球化学循环是指通过生物和地球化学过程相互作用而形成的元素和化合物在地球系统中的循环过程。
而其中海洋生态系统作为地球表面最大的生物地球化学过程的交互场所之一，扮演着至关重要的角色。
一、海洋生态系统的重要性海洋占地球表面积的70%，是地球上最大的生态系统之一。
海水中蕴含着丰富的生物资源，并且对调节全球气候具有非常重要的作用。
此外，海洋中的生物群落是维持地球生态平衡的重要组成部分。
二、海洋生物对地球化学循环的贡献1. 海洋中的植物浮游生物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，并释放出氧气。
这个过程称为海洋生物固碳。
海洋生物固碳过程中所释放的氧气是地球上重要的氧源之一。
2. 海洋中的浮游生物和底栖生物在呼吸过程中释放出二氧化碳。
海洋生物呼吸作用释放的二氧化碳量与海洋生物固碳作用相近，维持了二氧化碳的平衡。
3. 海洋中的浮游生物通过死亡和下沉将固定在体内的有机碳逐渐下沉到深海，形成海洋沉积物。
这个过程被称为生物泵作用，对维持海洋中的碳循环具有重要影响。
4. 海洋中的生物也参与了氮、磷等元素的循环过程。
浮游生物通过摄取海洋中的无机氮和无机磷，将其转化为有机氮和有机磷，并通过食物链传递给其他生物。
这个过程中有机氮和有机磷有时会被底栖生物重复转化为无机氮和无机磷，从而形成了生物地球化学循环中的氮循环和磷循环。
三、海洋生物地球化学循环的意义1. 维持碳循环平衡：海洋中的生物固碳和生物呼吸作用的平衡维持了地球大气中二氧化碳的浓度，并影响全球气候变化。
2. 调节氮、磷循环：海洋中的生物参与了氮、磷等元素的循环，对地球上的生物多样性和生态系统的健康起到重要作用。
3. 影响海洋酸化：随着全球变暖和二氧化碳浓度的升高，海洋酸化成为了一个全球性问题。
海洋中的生物地球化学过程与海洋酸化之间存在着密切的关系。
综上所述，海洋生态系统中的生物地球化学循环是维持地球生态平衡的重要过程之一。
海洋中的生物通过固碳、呼吸、死亡和下沉等过程参与了碳、氮、磷等元素的循环，对全球气候变化和生态系统的健康起着重要作用。
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表层δ13C约为+2 ‰。随深度增加，贫13C的有机物和生物 碎屑不断氧化分解，导致δ13C减小，到达一定深度达到稳 定值。
表层水中的DIC的δ13C是与大气CO2同 位素平衡的。 由于光合作用优先摄取12C，真光层中 同位素平衡不易形成。 相对来说，生物钙一旦形成就很少分 馏，可以用生物CaCO3中的δ13C来估 计DIC来源，所以可用贝壳来估算储 藏处的水深和水量。
有孔虫的δ13C最接近表层水中HCO3-中的δ13C值。同位 素值的相似性表明所测定的这些有孔虫来自表层的生物， 它的钙源是来自表层碳酸氢根池。
（2）沉积物碳酸钙（孔隙水碳酸盐） 界面处孔隙水δ13C与海水一致 两过程：有机物分解生成轻CO2；CaCO3 分解成重CO2。 均可进入孔隙水，取决于两过程的相对 强度。总效应是上层孔隙水的δ13C比上覆 底层水小。
2丰度
稳定同位素 12C:98.89% 放射性同位素 14C
13C:1.11%
存在两大重要碳库： 海洋碳酸盐——重同位素多， δ13C平均值接近0 ‰ 有机碳——轻同位素多，-25 ‰左右变化
这两个沉积碳库存在同位素质量平衡： δ13C输入=f有机δ13C有机+（1- f有机） δ13C碳酸盐 f有机,即有机碳进入沉积物的比例 若已知特定时期的δ输入、δ有机和δ碳酸盐，可计 算得f有机，对重建地壳氧化还原平衡有重要意义。 注意： f有机以全球平衡为前提，与生物生产力无
3.1.3大气和水圈中的碳同位素
大气圈 （1）大气CO2 （2）大气CO2的δ13C记录 （3）CH4 水圈 （1）海水碳酸盐 （2）沉积物碳酸钙（孔隙水碳酸盐）
大气圈
（1）大气CO2 大气中CO2含量占0.03%，有正常的日变化、 季节变化和区域性变化。 日变化： 白天，光合作用，CO2下降，δ13C上升。 晚上，呼吸作用，呼出CO2，δ13C下降。
事实：监测结果比上述结果小的多。 原因：燃烧释放的CO2一部分留在大气圈，另 一部分被大洋和陆地植物吸收。
（2）大气CO2的δ13C记录
树木：生长层与大气保持同位素平衡，停止生长 即停止与外界的同位素交换，来保持原有的同 位素记录。 冰芯：保存着良好的CO2记录。对冰芯的包体 CO2研究表明，冰期比间冰期的CO2浓度低， δ13C低约0.3‰。 有孔虫：当浮游植物有更高的生产力，浮游有孔 虫壳体的δ13C必然偏重，而同期低栖有孔虫由 于大量有机质的降解而记录轻值。
低温处的浮游植物有更高的13C消耗量，所以温度 可能是分馏程度增强的主要原因。
动物：取决于食物
通过食物链吸收C合成有机物，此过程分馏并 不显著，所以动物的同位素组成与其食用物质的 同位素组成相似。基于这点，可用来估测其食物 的碳源。 这种方法要求所食用的所有食物种类都必须列 出，且彼此能够用同位素很好的区分。
可能是动力学分馏。
（B）影响植物碳同位素分馏的内在因素
循环名称 C3循环 (Calvin) 形成特点 特点
δ13C(‰) 范围
利用rubisco酶与 循环长， -23～-38 90%植 一个CO2生成3个 分馏大。 物 3-磷酸甘油酸，合 成三碳糖。
C4循环 用磷酸烯醇丙酮酸 短循环， -12～-14 少数： (Hatch and 羟基酶(PEF)固定 分馏小， 玉米、 Slack) 碳 甘蔗
（3）有孔虫δ13C在古海洋学中应用
有孔虫 CaCO3的δ13C与海水溶解碳酸盐的δ13C 相关，可用来研究： 底栖有孔虫δ13C 反映森林植被面积。 指示冰期－间冰期过渡时期大量冰融水的注入。 底栖与浮游有孔虫δ13C 的差值反映的古生产力 底栖有孔虫碳同位素示踪深层水演化。
(4)单体分子碳同位素在古海洋学中的应用 单体化合物的碳同位素是将色谱分离与稳定同 位素比值测定结合在一起的方法，在探索有机物 质来源、古环境信息等方面有着有机质整体的 δ13Corg和传统生物标志物不可替代的优点。突出 表现为： 不同生物有机体合成相同的生物标志物常常具有 不同的碳同位素分馏，因而单体碳同位素值有来 源方面的特异性； 只要该化合物碳骨架能完整保存，单体生物标志 化合物δ13Corg组成不像总有机质δ13Corg那样会 受降解作用影响。
（C）影响植物碳同位素组成的外部因 素
（a）碳源： 陆生植物 (大气， δ13Cco2=-7‰ ) 海洋生物(HCO3- ,δ13CHCO3- =0 ‰ ) 所以海洋植物较陆地植物普遍富13C 大陆水一般富12C，所以淡水植物相对于海生 植物贫13C，特别是在细菌活动强烈、又与外界 混合不好的还原性盆地中的水中，溶解的δ13C更 负。
第三章 海洋稳定同位素生物地球 化学
09海洋化学 李文君
3.1碳稳定同位素
3.1.1碳同位素概况 3.1.2分馏机理 3.1.3大气和水圈中的碳同位素 3.1.4生物圈中的碳同位素 3.1.5海洋碳稳定同位素研究示例
3.1.1碳同位素概况
1存在形式
自然碳（金刚石、石墨） 氧化碳（CO32- 、HCO3-、CO2 和CO） 还原碳（煤、甲烷、石油等合物） 多种氧化价态是同位素分馏的有利条件
3.1.5海洋碳稳定同位素研究示例
(1)研究长江口中POM的来源和运输（蔡德陵）
理论依据：陆源有机碳和海洋有机碳的δ13C值不 同，前者（ -24～-34 ‰）低，后者（ -6～-19 ‰） 高。是区分有机物来源的良好标志。 取样：长江口不同站位，两航次分别在径流量和 生产力高的夏季（1980.6）和低的冬季 （1981.11）进行。
图P164 上图
当CO2浓度最小时，δ13C最高，为-7‰。
季节变化、区域性变化：生物活动的结果。
现象：自北向南，季节性旋回变化幅 度减小。 原因：高纬度植物的生理活动有更强 的季节性。 陆地主要集中于北半球，所以季节 效应在南半球不明显。
现实：大气中CO2含量升高。监测资料表明， -6 大气中CO2浓度增加速率为1.5×10 / 13 12 年，同时 C/ C比值变小。 15 假设：燃烧石油和煤10 g/年，则大气CO2的 13 C减小速率为0.02‰/年。
（1）无机碳体系中的碳同位素交换 无机碳酸盐系统包括一系列化学平衡反应相互转 化的多种化学相： CO2(水溶) + H2O = H2CO3 (1) H2CO3 = H+ + HCO3(2) HCO3- = H+ + CO32(3) CO32- + Ca2+ = CaCO3 (4) 每个平衡反应都有同位素交换。 13C趋向富集在高价碳中，即CH4（13C最亏损） → CO → CO2 → CO3-（13C最富集） (4)式形成固体矿物，最常见的矿物是方解石和文 石。
（2）化石燃料
煤：取决于成煤植物的种类和它们的生长环 境，成煤过程中溢出的CH4和其他碳氢化合 物的量比总碳量是很少的，所以形成过程 中，分馏不明显，平均δ13C 值接近陆生植 物的值（约-25‰），与成煤过程和年龄无 明显关系。 石油：陆生和海生植物利用碳源不同，δ13C 范围显著不同。其δ13C为-17‰ ～ -33‰。
海洋浮游植物>陆生C3
C4和CAM：河口区>陆生
（b）呼吸作用 夜间，植物呼出的CO2的δ13C接近植物 组织（很负），与空气中CO2混合可改变 CO2的δ13C。 植物种类不同，则呼吸速率不同，对周 围CO2影响程度不同。 光照时间的长短，影响光合强度、CO2 同化速率及富13C的产生速率。
（c）大气CO2同位素组成变化 区域性变化：草原、森林比都市、工业区低 日变化（白天、晚上）、年变化（春季、秋 季） （d）温度效应：植物生长、CO2同化速率、 无机碳酸盐体系的平衡。但影响小，不超 过2‰～3‰。
（2）光合作用中的碳同位素分馏 （A）生物分馏
植物光合作用 CO2 （外部）↔CO2（内部） →有机分子
6CO2 +11H2O →C6H22O11 +6O2 单向反应
空气中12CO2键比13CO2易破裂，所以光合作用时 植物组织优先吸收12CO2，有机物中富集12C，而 空气则富集13C。
植物中碳同位素分馏分三步：
（1）天然有机物 陆生植物：大气CO2 ，δ13C（-24～-34）低 海生生物 ：HCO3-，δ13C（-6～-19）高 δ13C不同，代谢方式不同 动物 ： δ13C取决于食物 海生生物比陆生植物“重” ——判断海洋沉积物的来源 注意：不同的生物组织有不同的δ13C值 若海洋沉积物的δ13C介于其间，可能反应混合关 系。
长江口：洪水期POM的δ13C为-23.4～-19.7‰，在 两碳库值之间，河口区是河流有机碳和海洋有机 碳混合的结果。
长江口：枯水期，δ13C为-26.4～-23.7‰，表明陆 源有机碳占优势。
（2）大气和海洋中δ13C的研究（焦秀玲）
全球变暖与CO2浓度升高有关。 植物光合作用，优先12C，使化石燃料中δ13C值 低，燃烧时放出CO2，空气中CO2升高，而δ13C 逐渐减小。 研究δ13C，了解大气与海洋的相互作用，海洋吸 收、储存、转移CO2的能力及大气中CO2变化倾 向，预测世界范围内的气候变化趋势。
关。即与有机物合成无关，而与有机物埋藏有关。 f有机高，只能说明有高的平均埋藏水平，但生物 生产力可能高或低。
3.1.2分馏机理
主要的两个分馏机理：
（1）无机碳体系中的碳同位素交换：使碳酸 盐富集13C （2）光合作用过程中的动力学效应：有机物 富集12C，残余CO2富集13C 生物分馏的影响因素很多，但分馏程度主 要取决于：种类、代谢途径和温度。
a 优先吸收12C，溶解于细胞质中。分馏由动力学引 起，主要取决于大气中CO2的浓度，浓度越低分 馏越小。 b 溶解在细胞质中的12CO2通过酶的作用转移到磷 酸甘油酸中，使残余的CO2富集13C。
c 植物磷酸甘油酸合成各种有机物进一步分馏，总 趋势是蛋白质、果酸最重（-17‰），纤维素次 之（-23‰），类脂化合物最轻（-30‰），原因