同位素地球化学 34
地球化学中的同位素研究及其应用
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地球化学中的同位素研究及其应用地球化学是研究地球上各种化学现象和过程的科学学科。
同位素是元素具有相同的原子序数和化学性质,但质量数不同的不同种类的原子,其在地球化学研究中发挥着重要的作用。
本文将探讨地球化学中的同位素研究以及其在不同领域的应用。
一、同位素的定义和分类同位素是指具有相同原子序数(即原子核中质子的数量相同)但质量数(即原子核中质子和中子的数量之和)不同的原子。
同位素的存在使得地球化学研究可以根据元素的同位素组成来分析物质起源、演化和地球系统中的各种过程。
同位素一般可以分为稳定同位素和放射性同位素两类。
稳定同位素是指在地球化学研究中具有稳定存在状态的同位素,如氢的两种同位素氢-1和氢-2,氧的三种同位素氧-16、氧-17和氧-18。
放射性同位素是指具有不稳定存在状态的同位素,如铀系列的235U和238U以及镭系列的226Ra等。
二、地球化学中的同位素研究方法1. 同位素质谱法同位素质谱法是地球化学研究中常用的分析技术,它可以通过测量元素的同位素比例来获取有关地球物质起源和演化的信息。
该技术基于同位素质量分析仪器,可以对地球系统中的各种物质样品进行同位素组成的测定。
2. 同位素示踪法同位素示踪法是地球化学研究中常用的实验手段,它通过采集含有某种同位素标记的物质,并追踪其在地球系统中的传输和转化过程。
该方法可以帮助科学家们了解物质的迁移路径、生物地球化学循环等过程,为地球系统模型的构建和预测提供重要依据。
三、地球化学中的同位素研究应用1. 地质探测地球化学中的同位素研究可以用于地质探测,例如利用同位素示踪法可以追踪岩石中的放射性同位素衰变过程,从而确定岩石的年代和形成过程。
这对于研究地质构造、地壳运动以及矿床形成等具有重要意义。
2. 古气候研究同位素的组成可以反映地球气候变化的过程。
通过对冰川和海洋沉积物中的同位素比例进行分析,可以了解过去气候变化的规律和机制。
这对于预测未来气候变化趋势以及制定环境保护政策有重要意义。
同位素地球化学精选全文完整版
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可编辑修改精选全文完整版同位素地球化学同位素地球化学是以同位素的分布特征为研究对象,研究地球内部和表面形成过程和变化的一门重要的地学分支。
它利用稳定同位素的比值来研究地球的演化及其在时空尺度上的变化。
同位素地球化学既是一门独立的学科,也是地球科学中的多学科交叉学科。
它将地球科学、核物理学、化学和生物学等多学科有机地结合在一起,研究地球中某种物质的原始成分,以及它们在地球内部、大气中等不同环境中的运动、改变和转化过程,以及由此引起的地球演化过程。
同位素地球化学的研究方法有多种,其中最重要的是测量和分析地球表面、地壳、地幔和地球内部的同位素比例。
它的研究重点是地球作为一个整体的演化过程,以及地球内部物质的原始成分、流动性和转化过程,以及它们如何影响地球表面和大气环境的演变。
一般而言,同位素地球化学的研究不仅要研究地球表面和内部的同位素含量,还要研究其分布特征。
通常情况下,同位素的分布特征受到地壳、地幔和地球内核的影响,它们的分布特征各不相同。
在同位素地球化学的研究中,要根据地球的特定环境对同位素的分布特征进行分析,可以深入地理解地球的演化过程、结构特征以及其影响因素。
在实际应用中,同位素地球化学已经成为地质勘查、矿物开采、矿产评价以及环境保护等领域的重要手段之一。
人们可以利用同位素地球化学的结果,对潜在的矿产资源进行定量评估,进而提高地质勘查的准确性和效率。
此外,同位素地球化学还可以用来研究地表微生物的活动、空气污染的源头和扩散趋势,以及地表水的污染特征等。
总之,同位素地球化学是地球科学研究的一个重要分支,它结合了多学科的知识,为地质勘查、矿产开发、环境保护和其他领域的实践活动提供了有效的技术支持。
S同位素地球化学
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角砾岩的d34S值稍高,为+3.3‰ ~ +3.6‰;
而月壤的d34S值最高,为+4.4‰ ~ +8.8‰。
对于从玄武岩 → 角砾岩 →月壤34S富集的趋势,目前还无很有
说服力的解释。一种理论认为,在太阳风的影响下,粒子轰
击使32S以H2S形式逸失(Des Marais, 1983)。
三. 各类地球岩石的硫同位素组成
34S值为 34S值为
-1.3‰~-1.6‰, +1.5‰~+1.8‰,
34S值为
–而硫化物(FeS)δ
+2.6‰~+3.0‰。
2. 二 . 地外物质的硫同位素组成 地外物质的硫同位素组成
碳质球粒陨石不同含硫相间存在明显的硫同位素分馏, 硫酸盐δ 元素硫δ
34S值为-1.3‰~-1.6‰, 34S值为+1.5‰~+1.8‰, 34S值为+2.6‰~+3.0‰。
这一反应过程产生的同位素动力 分 馏 K1/K2=1.000~1.025 。 即 d34S 值为 +20‰ 的海水与玄武岩反应 生 成 的 硫 化 物 d34S 值 为 +20‰~5‰(图6.5.1d)。
2. 硫同位素的热力学平衡分馏
• 在热力学平衡状态下,不同价态的硫的同位素分
馏具有如下特征:
第四章、硫同位素地球化学
对于H2S封闭的体系,即
生成的H2S未形成金属硫 化物而离开体系 ,那么 硫化物的d34S值也是由低 变高 。 在还原作用接近 结束时 ,硫化物的值接 近于海水硫酸盐的初始
值。
硫酸盐细菌还原过程产生的同位素分馏大小,与还 原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭 程度等因素有关。
地球化学中的同位素地球化学研究
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地球化学中的同位素地球化学研究同位素地球化学研究作为地球化学的一个重要分支,已经成为了地球科学领域的一个重要组成部分。
同位素地球化学研究的历史可以追溯到上世纪四十年代,当时科学家在分析地球中的不同元素时发现了这些元素存在着同位素的现象。
这些同位素具有与其它元素不同的质量,因而可以用来对自然界和人造体系中不同的地理化学过程进行精确的追踪、探究和解释。
同位素地球化学研究的应用范围非常广泛,包括了地质学、气象学、海洋学、生物学、环境科学和矿物学等多个领域,并且已经被证明是一种非常有力的工具。
而可以被用来研究的同位素也非常的丰富,可以包括氢、碳、氮、氧、硫、铅、锶等几乎所有的元素。
同位素地球化学研究的主要优势在于其可以检测地球环境中非常低的含量元素,这些元素往往难以用其它手段进行检测,但是却是准确推断地球化学过程的关键。
此外,同位素地球化学研究可以提供非常准确的时间信息,这对于研究地球历史上的重大事件,如气候变化、环境演变和地球内部动力学的活动,都是非常重要的。
同位素地球化学研究的一个重要方面是利用同位素比例来研究元素的循环、转换和分配。
在地球化学的过程中,元素的比例和同位素的分布往往扮演着非常重要的角色。
相反,另外一个常用的方法是以研究大气中的同位素比例为基础来研究地球历史上的气候变化和环境演变。
以氢、碳、氧同位素为例,我们可以利用它们之间的比例来进行一系列的研究。
氢同位素的变化可以反映出水的来源和循环,如研究降水中氢同位素的变化可以推断季风气候的演变。
碳同位素的变化可以反映出生物和地球化学条件的变化,如气候条件、极端环境的来源、生物地位变化等,我们可以利用其在环境恶化过程 ("酸雨"和温室气体排放)中的反应和修复过程 ("碳汇"和吸收)中的变化来分析全球碳循环的变化趋势。
氧同位素可以反映出水的循环和气候变化趋势,我们可以在深海沉积中通过氧同位素来进行气候的变化。
百科知识精选同位素地球化学
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分馏系数分馏系数表示同位素的分馏程度,反映了两种物质或两种物相之间同位素相对富集或亏损程度。
在自然界,分馏系数是指两种矿物或两种物相之间的同位素比值之商。
其表达式为:□ A-B=RA/RB式中A和B表示两种物质(物相),R代表重同位素对轻同位素的比值,如18O/16O,13C/12C等。
□ 值偏离1愈大,说明两种物质之间的同位素分馏程度也就愈大;□=1时,物质间没有同位素分馏。
δ值稳定同位素组成常用δ值表示,δ值指样品中某元素的稳定同位素比值相对标准(标样)相应比值的千分偏差。
其公式为□δ值能清楚地反映同位素组成的变化,样品的δ值愈高,反映重同位素愈富集。
样品的δ值总是相对于某个标准而言的,同一个样品,对比的标准不同得出的δ值各异。
所以必须采用同一标准;或者将各实验室的数据换算成国际公认的统一标准,这样获得的δ值才有实际应用价值。
比较普遍的国际公认标准为:①SMOW,即标准平均海洋水,作为氢和氧的同位素的国际统一标准;② PDB,是美国南卡罗来纳州白垩系皮狄组地层内的似箭石,一种碳酸钙样品,用作碳同位素的国际统一标准,有时也作为沉积碳酸盐氧同位素的标准;③CDT,是美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁,用作硫同位素的国际统一标准。
稳定同位素实验研究表明,大多数矿物对体系(矿物-矿物)或矿物-水体系,在有地质意义的温度范围内,103ln□ 值与T 2成反比,T为绝对温度。
103ln□ 值可以近似地用两种物质的δ差值表示,即δ-δB=ΔA-B≈103ln□A-B。
因此,只要测得样品的δ值,就可直接计算出103ln□值。
它同样表示物质间同位素分馏程度的大小,利用它可绘制同位素分馏曲线,拟合同位素分馏方程式和计算同位素平衡温度(见地质温度计)。
在稳定同位素地球化学研究中,H、C、O、S等研究较深入。
它们在天然物质中分布广泛,可形成多种化合物,由于它们的同位素质量数都比较小,相对质量差别大,因而同位素分馏更明显,这对确定地质体的成因及其物质来源和判明地质作用特征具有重要意义。
09 硫同位素地球化学
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• 实验资料证明,fO2-pH-δ34S-δ13C图解对 许多形成温度高于150℃的热液体系矿床是 合适的。但在低温热液条件下,或者当热 液的T、P、fO2、pH突然发生改变,引起 矿物快速沉淀而来不及达到平衡,或者对 于多少是处于封闭体系中形成的硫化物沉 淀,使用这种图解就必须谨慎,或许就不 可靠了。
一、同位素平衡交换作用
• 岩浆环境和250℃以上热液流体中的硫酸 盐和溶解的硫化氢、火山喷气口的二氧 化硫和硫化氢气体、热液流体中溶解的 硫化氢和沉淀的硫化物等是同位素平衡 交换的典型体系。
• 平衡条件下硫的重同位素倾向于富集在具 有较强硫键的化合物中,由高价到低价, δ34S依次降低,因此各种含硫原子团富集 34S的顺序是: • SO42-≥HSO41->SO32- >SO2>S> H2S≥HS1-≥S2• 下图表示了一些含硫化合物和H2S之间的 同位素分馏曲线。
• Ohmoto提出的这种相图方法,可以称为 “大本模式”,它告诉我们,矿物的硫同位 素组成不仅反映了热液中硫同位素组成, 而且受制于热液体系的各种物理化学环 境,也就是说矿物的δ34S值并不等于热液 中的δ34S值。
• 当我们测定了同一矿区不同矿物或同种 矿物的δ34S值时,不能简单地进行算术 平均,它可能代表了不同期次热液的产 物、或者不同物化条件下的晶出。用大 本模式可以得到更准确的解释,它把矿 物稳定场和稳定同位素资料二者结合起 来了。
第九章 硫同位素地球化学
• 硫有四种稳定同位素:32S,33S,34S, 36S,其大致丰度为95.02%,0.75%,4.21 %,0.02%。以S34S/32S来表示硫同位素的 分馏。 • 自然界硫同位素组成范围大,最重的硫酸 盐的δ34S为95‰,最轻的硫化物为-65‰。 • 硫同位素标准是CDT。
【国家自然科学基金】_同位素地球化学_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729
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壳幔相互作用 基质效应 地质特征 地质应用 地质学 地幔源区 地下水 喀斯特石漠化 喀斯特 呋喃 同位素组成 古环境 古亚洲洋 单体碳同位素 华夏地 东天山 δ 13c值 δ 13c sr-nd-hf同位素 nd同位素 mis 3 mg同位素 mc-icp-ms iodp 311航次 40ar/39ar年龄 14c年龄 龙泉群 黄龙组 黄骅坳陷 黄骅北部地区 黄河三角洲平原 黄土-古土壤 麻粒岩捕虏体 麦拉山口 麦地坪组 麦哲伦 鲁西 高钛玄武岩 高演化花岗岩 高放废物处置库 高分异ⅰ型花岗岩 高nb玄武岩 高mg闪长岩 马面山群 香泉铊矿床 风化速率 颗粒物
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106
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地球化学第六章 同位素地球化学-稳定同位素
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第六章同位素地球化学——稳定同位素第一节基本概念一、同位素的定义核素:是由一定数量的质子(P)和中子(N)构成的原子核。
核素具有质量、电荷、能量、放射性和丰度5中主要性质。
元素:具有相同质子数和中子数的核素.同位素:原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子叫做同位素(isotope),他们处在周期表上的同一位置二、同位素的分类– 放射性同位素(radioactive isotope):原子核是不稳定的,它们能够白发地衰变成其他的同位素。
最终衰变为稳定的放射性成因同位素。
目前已知的放射性同位素达1200种左右,由于大部分放射性同位素的半衰期较短,目前已知自然界中存在的天然放射性同位素只有60种左右。
放射性同位素例子:238U→234Th+4He(α)+Q→206Pb;235U→207Pb;232Th→208Pb– 稳定同位素(stable isotope):原子核是稳定的,迄今还未发现它们能够自发衰变形成其他的同位素。
自然界中共有1700余种同位素,其中稳定同位素有260余种。
z轻稳定同位素,又称天然的稳定同位素,是核合成以来就保持稳定。
其特点是①原子量小,同—元素的各同位素间的相对质量差异较大;②轻稳定同位素变化主要原因是同位素分馏作用所造成的,其反应是可逆的。
如氢同位素(1H和2H)、氧同位素(16O和18O)、碳同位素(12C和13C)等。
z重稳定同位素,又称放射成因同位素(radiogenic isotope):稳定同位素中部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物。
其特点是①原子量大,同—元素的各同位素间的相对质量差异小(0.7%~1.2%)环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变;②重稳定同位素变化主要原因是放射性同位素衰败引起,这种变化是单向的不可逆的。
如87Sr是由放射性同位素87Rb衰变而来的;三、同位素的丰度和原子量1.同位素丰度(isotope abundance) :可分为绝对丰度和相对丰度绝对丰度是指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额,常以该同位素与1H(取1H=1012)或28Si(取28Si=106)的比值表示。
应用地球化学-4同位素地球化学
![应用地球化学-4同位素地球化学](https://img.taocdn.com/s3/m/d2a8a74114791711cd791714.png)
2020年7月22日星期三
中南大学彭建堂制作
1
同位素地球化学是研究自然体系中同位素的形成、丰度及 在自然作用中分馏和衰变的科学
研究思路:在地球系统作用过程形成宏观地质体的同时, 还发生了同位素成分的变异,这种变异记录了地球物质发 生的时间和形成条件。
同位素地球化学为研究地球或宇宙体的成因与演化,主要 包括地质时钟、地球热源、大气-海洋的相互作用、壳幔相 互作用及壳幔演化、成岩成矿作用、构造作用、古气候和 古环境记录等提供了重要的有价值的信息。
D2O更多残留于水体中。经过多次物理分馏,在一些地区 (如高纬度区),大气降水将形成最轻的水。
2020年7月22日星期三
中南大学彭建堂制作
17
e.g. 由于地球重力作用导致N同位素的扩散分异,大气高 空富集14N,而低层15N富集。 单向多次反复的物理过程中,同位素质量分馏效应 最明显。
2020年7月22日星期三
C+16O16O→C16O2 平衡常数为K1
C+16O18O→C16O18O 平衡常数为K2
实验测定:K1/K2=1.17
2020年7月22日星期三
中南大学彭建堂制作
19
③平衡分馏:在化学反应中,反应物和生成物之间由 于物态、相态、价态和化学键性质的变化,使轻、重 同位素分别富集于不同分子中而导致发生的分异。亦 称同位素交换反应。如:
中南大学彭建堂制作
21
若取某一给定样品的R值做标准,则可测定各地质样 品中R值与标准的绝对变差(δ):
δ(‰)=(R样-R标)/R标 × 1000 =( R样/ R标-1) × 1000
δ>0,样品比标准更富集;δ<0,比标准更贫化; δ=0,与标准具相同的同位素比值。
同位素地球化学基础
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衰变定律
母体和子体概念: 母体:放射性核素 子体:衰变产物
同位素地球化学基础
01
卢瑟福(1902)实验结果:
03
衰变的母体、子体原子数只与时间有关,与体系T,P等物理化学条件无关。
02
单位时间内衰变的原子数正比于放射性母体原子数。
同位素地球化学基础
同位素地球化学基础
衰变定律表达式: dN/dt = N (原子数目与时间的关系) dN / N = - dt, 左边由No积分到N, 右边由0积分到 t, 得: ln N - ln No = - t N/No = e - t 或 N = No e - t
04
例如:蒸发-凝聚:蒸汽富H2O,水体富D2O
05
扩散:高层富14N,低层富15N
06
等。
07
同位素地球化学基础
同位素地球化学基础
化学分馏
01
在化学反应过程中引起轻重同位素的分异称为化学分馏 分子振动频率 化学键强度 反应速率(K) = > 产物中富集轻同位素
02
同位素地球化学基础
同位素地球化学基础
同位素地球化学基础
01
偏差值:与国际通用标准样品之间的偏 差
03
R(样品) - R(标准样品)
05
(%o)= [(R样品- R标准)/ R标准]1000
02
绝对比值差:
04
相对比值差:
同位素地球化学基础
同位素地球化学基础
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
18O(%o)= [(18O / 16O )样品- (18O / 16O )标准]/ (18O / 16O )标准}1000
硫的四种稳定同位素的丰度
![硫的四种稳定同位素的丰度](https://img.taocdn.com/s3/m/a315622a1fb91a37f111f18583d049649b660ecc.png)
硫的四种稳定同位素的丰度
硫是一种重要的化学元素,它在地球上存在着四种稳定同位素,分别是硫-32、硫-33、硫-34和硫-36。
这四种同位素的丰度对地球科学和地质学研究具有重要意义。
首先,硫同位素的丰度与地质过程密切相关。
硫同位素在地壳和地幔中的分布和丰度变化可以揭示地球内部物质循环和地质过程。
例如,硫同位素可以用来研究火山喷发活动、地质沉积过程和地质构造演化等地质事件。
同时,硫同位素的丰度也可以作为环境污染和资源勘探的重要指标,对于矿产资源的勘探和环境保护具有重要意义。
其次,硫同位素的丰度变化还可以用来追溯古地球的气候变化和生态系统演化。
地球历史上的气候变化和生态系统演化对于人类文明和生存环境都具有重要影响。
硫同位素可以记录古地球大气和海洋的化学组成和气候变化,研究古地球的气候和环境演化,为当今地球气候变化和环境保护提供重要参考。
此外,硫同位素的丰度还可以应用于生物地球化学研究。
硫同位素在生物体内的丰度变化可以揭示生物体的生态位和生物地球化学循环过程,为生态学和生物地球化学研究提供了重要工具和依据。
总之,硫的四种稳定同位素的丰度在地球科学和地质学研究中发挥着重要作用。
它们不仅可以用来研究地质过程和环境变化,还可以用来追溯古地球的气候变化和生态系统演化,为人类文明和生存环境提供重要参考。
因此,加强对硫同位素丰度的研究和应用具有重要意义。
地球化学中的稳定同位素
![地球化学中的稳定同位素](https://img.taocdn.com/s3/m/303ad77ef6ec4afe04a1b0717fd5360cbb1a8d60.png)
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。
地球化学中的同位素地球化学研究
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地球化学中的同位素地球化学研究同位素地球化学研究是当今地球化学领域最为活跃的研究方向之一。
这项研究是通过对同一元素不同同位素的丰度和比例分析,揭示地球物质的起源、演化以及各种地质过程的发生机制。
同位素地球化学已经成为理解地球内部构造、大气环境变化和生物进化等领域中不可或缺的工具。
本文将从同位素基础知识、同位素地球化学在地球内部、生物地球化学和环境地球化学中的应用等角度进行探讨。
一、同位素基础知识同位素是指在原子核中具有相同原子序数(即相同的元素)但质量数却不同的原子。
例如,氧元素有三种同位素,分别是氧-16、氧-17和氧-18。
因为同位素中的质子数相等,所以它们的化学性质是相同的,但由于中子数不同,所以它们的原子质量不同,它们之间的物理、化学性质也存在一定的差异。
同位素的相对丰度与比例是通过同位素质谱仪等仪器测定的。
同位素质谱仪是用来对同一元素的不同同位素进行分析的强大工具。
它利用质点分析法,即利用质量分析仪或光谱仪分析并测量样品中同位素的相对比例。
同位素的测定对于地球化学的研究是至关重要的。
例如,在确定元素的起源、演化历史、地质过程中的作用以及环境变化等问题中,同位素贡献了很大的帮助。
二、同位素地球化学在地球内部的应用同位素地球化学在地球内部的应用主要是通过元素同位素的分析研究地球内部的演化进程以及地质过程的发生机制。
例如,在板块构造和地幔对流机制的研究中,同位素地球化学成为了一个非常重要的工具。
同位素地球化学的一个应用在于研究地球内部物质的来源及其演化历史。
地幔是地球内部最丰富的化学元素储存区之一,它的成分对于地球的演化、板块构造、火山喷发等一系列地质过程至关重要。
地幔中的同位素丰度和比例可以揭示地球的起源、演化进程、地热流体的循环、岩浆的形成和演化等群体过程。
另一个同位素地球化学在地球内部的应用在于板块构造的研究。
例如,钯、钌、铂、铱等铂系元素在地球内部广泛存在,在板块构造过程中扮演着极为重要的角色。
同位素地球化学第五章 同位素地球化学
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放射性衰变
自然界中部分核素在能量上处于不稳定状 态,自发地从某一核素衰变成为另一核素, 并伴随各种粒子形式的能量释放的过程称为 放射性衰变。
发生放射性衰变的同位素称放射性同位素, 或母体同位素(radioactive parent nucleus )。
放射性衰变过程中及最终形成的稳定同位 素称为放射成因同位素或子体同位素 (radiogenic daughter nuclei) 。
放射性同位素丰度的变异记载着地质作用 的时间,同时它们又是地质过程有效的示踪剂, 而对于稳定同位素丰度的变异或分镏除了示踪 地质过程外,还可指示地质过程中的物理化学 条件等。
同位素地球化学在研究地球或宇宙体的成 因与演化,主要包括地质时钟、地球热源、壳 幔相互作用及壳幔演化、成岩成矿作用、构造 作用及古气候和古环境记录等方面提供了重要 有价值的信息,为地球科学从定性到定量的发 展作出了重要贡献。
t1/2=0.693/
•母体(N)和子体同位素(D)存在如下关系: N0=N+D
D N
D N (et 1)
Evolution of daughter isotopes
No/ So
*
Daughter D/S
Concentration ratios
Parent N/S
0 0
t 1/2
2 3 time
变质砾岩中花岗岩质砾石中的锆石年龄,其地 质含义是花岗岩的形成年龄,应该早于砾岩的地 层年龄。
谐和线年龄,上交点年龄为 2573±52Ma。 表面加权年龄,2580Ma。 谐和线年龄和表面加权年龄结果很相近,结果 是可信的。 综合来说:花岗岩的形成时代为2573±52Ma是 可信的。砾岩的地层年龄应晚于2573Ma。根据目 前的年龄结果,不支持砾岩比郭家窑组老的认识。
硫同位素地球化学简介
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34S 34S 34S 34S为20‰;
34S值;晚期硫化物矿物的低温氧化作用导致了硫化物中S从岩
3.1 地外物质中的硫同位素
3.1.1陨石
陨石中含有相当多的硫,球粒陨石和铁陨石含硫高,可达百 分之几;而无球粒陨石硫含量较低,为0.02~0.7%。早期工作表 明,陨石的δ34S相当稳定,铁陨石中陨硫铁δ34S=0.0‰~ +0.6‰。 但在碳质球粒陨石中却发现了硫同位素分馏。
3.1.2.月岩
月球岩石中的硫主要是陨硫铁, 月球玄武岩的δ34S值为-0.2‰ ~ +1.4,而角砾岩和月壤的δ34S 值较高,为+3.5‰ ~ +10‰
对于H2S封闭的体系, 即生成的H2S未形成金 属硫化物而离开体系, 那么硫化物的d34S值也 是由低变高。在还原作 用接近结束时,硫化物 的值接近于海水硫酸盐 馏大小,与还 原细菌的种类、还原反应速度及体系的开放与封闭程度 等因素有关。
• 在温度 >50℃时,含硫有机
34S
34S为-
为-20‰~20‰) ; 为-30‰~20‰);
为10‰~30‰);
(4)石油精炼放出的含S气体; (5)汽车废气;天然硫矿石的粉尘等。
4.硫同位素应用
4.硫同位素的应用
硫同位素作示踪剂在化学、地球化学、农业科学和环境科 学研究中都有广泛的应用。
主要应用:
4.1地质温度计 4.2示踪成矿物质来源 4.3指示成矿物化条件
地球化学中的同位素分析技术
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地球化学中的同位素分析技术地球化学是研究地球物质成分、构成和演化规律的一门学科。
同位素分析技术作为地球化学研究的重要手段,可以用于各种矿物的研究,例如岩石、水和大气等自然物质。
同位素是同一元素但原子核中质子数不同的不同种态形式,它们所属的元素拥有相同的原子序。
同位素具有相同的化学性质和电子结构,但是由于核外电子数量的不同会导致不同的物理性质。
有些同位素还会发生不稳定性衰变,因此也被称为放射性同位素。
同位素分析技术就是利用这种同位素的特性进行研究的。
同位素的分析方法主要有质谱法和放射性测定法。
其中,质谱法是利用同位素在不同质谱分子间互相转化的特性,进行同位素分离和分析的方法。
其实质是在质谱分析仪中,将样品中的同位素分子通过不同的方法分离出来,然后进行计数和分析。
这种方法特别适合分析矿物、岩石和水等地质样品中的稳定同位素和放射性同位素。
放射性测定法则是利用同位素自然放射性衰变所释放出来的放射性粒子信息作为分析元素的依据。
利用同位素放射性的特性,可以用气流计数仪或液体闪烁计数器等装置对样品进行测量,测定其放射性活度。
这种方法常用来测定重要地球元素的同位素含量,例如铀、钍和钾等元素,以及它们在地球物质中的分布规律。
同位素分析技术在地球化学研究中应用广泛,例如:1. 在水文地球化学中,通过同位素分析技术,可以测定各种水体中的同位素含量,进而推断各种水体的成因、运动和分布等信息。
2. 在矿床地球化学中,同位素分析技术可以研究矿物的成因和变质作用,帮助提高矿集区的勘查效率。
3. 在环境地球化学中,同位素分析技术可以探究大气、水体、土壤和生物等介质中的物质交换过程,以及其对环境变化的响应等。
总的来说,同位素分析技术在地球化学研究中具有不可替代的作用,可以为研究人员提供高精度、高分辨率的实验数据,进而深入理解地球物质的成分和演化规律。
地球化学解析地球岩石中的同位素组成
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地球化学解析地球岩石中的同位素组成地球岩石是地球上最庞大的自然资源之一,通过对其同位素组成的分析,可以深入了解地球历史、地质构造、岩石形成过程等方面的信息。
同位素是具有相同质子数,但中子数不同的同一元素的不同形式,其稳定性和放射性在地球化学中发挥重要作用。
本文将介绍地球化学中解析地球岩石中的同位素组成的方法和应用。
一、同位素的基本概念同位素是指同一元素中,质子数相同而中子数不同的核。
同位素的质量数等于其质子数与中子数之和。
同位素在化学性质上具有相似性,但在物理性质上存在差异,其中最常见的性质就是其放射性。
同位素按照其放射性可分为稳定同位素和放射性同位素两类。
二、同位素分析方法在地球化学研究中,常用的同位素分析方法包括质谱法和同位素地球化学方法。
1. 质谱法质谱法是一种利用质谱仪对元素、化合物或物质所含的同位素进行分析的方法。
常见的质谱法包括质谱质谱法(MS-MS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等。
2. 同位素地球化学方法同位素地球化学方法主要利用同位素的物理性质,通过对岩石、矿物或水样品中同位素组成的测定,解析地球系统中的物质循环、地质历史和地球环境等。
常见的同位素地球化学方法包括稳定同位素地球化学和放射性同位素地球化学。
三、同位素地球化学的应用1. 稳定同位素地球化学的应用稳定同位素地球化学广泛应用于水文地球化学、岩石地球化学、大气环境等领域。
例如,利用氢氧同位素可以探究地球水循环过程、水源区的划分和水资源的管理。
利用碳同位素可以追踪地球上的碳循环和生物地球化学循环过程。
利用氧同位素可以研究古气候变化和古环境演化等。
2. 放射性同位素地球化学的应用放射性同位素地球化学主要应用于地质年代学和地下水资源勘探等领域。
例如,利用铀-铅同位素测年方法可以确定岩石和矿石的年龄。
利用钾-氩同位素方法可以测定火山岩的年龄。
利用同位素示踪技术可以研究地下水流动路径和补给来源等。
综上所述,地球岩石中的同位素组成是地球化学研究的重要内容之一,通过同位素的分析可以获取丰富的地质、地质历史和地球环境信息。
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S TABLE I SOTOPES IN P ALEONTOLOGY ANDA RCHEOLOGYI NTRODUCTIONThe isotopic composition of a given element in living tissue depends on: (1) the source of that ele-ment (e.g., atmospheric CO2 versus dissolved CO2; seawater O2 vs. meteoric water O2), (2) the proc-esses involved in initially fixing the element in organic matter (e.g., C3vs. C4photosynthesis), (3) subsequent fractionations as the organic matter passes up the food web. Besides these factors, the iso-topic composition of fossil material will depend on any isotopic changes associated with diagenesis, including microbial decomposition. In this lecture, we will see how this may be inverted to provide insights into the food sources of fossil organisms, including man. This, in turn, provides evidence about the environment in which these organisms lived.I SOTOPES AND D IET: Y OU ARE WHAT YOU EATIn Lecture 28 we saw that isotope ratios of carbon and nitrogen are fractionated during primary pro-duction of organic matter. Terrestrial C3 plants have d13C values between -23 and -34‰, with an av-erage of about -27‰. The C4 pathway involves a much smaller fractionation, so that C4 plants have d13C between -9 and -17‰, with an average of about -13‰. Marine plants, which are all C3, can util-ize dissolved bicarbonate as well as dissolved CO2. Seawater bicarbonate is about 8.5‰ heavier than atmospheric CO2; as a result, marine plants average about 7.5‰ heavier than terrestrial C3 plants. In contrast to the relatively (but not perfectly) uniform isotopic composition of atmospheric CO2, the carbon isotopic composition of seawater carbonate varies due to biological processes. Because the source of the carbon they fix is more variable, the isotopic composition of marine plants is also more variable. Finally, marine cyanobacteria (blue-green algae) tend to fractionate carbon isotopes less during photosynthesis than do true marine plants, so they tend to average 2 to 3 ‰ higher in d13C.Nitrogen isotopes are, as we saw, also fractionated during primary uptake. Based on their source of nitrogen, plants may also be divided into two types: those that can utilized N2directly, and those utilize only “fixed” nitrogen as ammoniaand nitrate. The former include the legumes (e.g., beans, peas, etc.) and marine cyanobac-teria. The legumes, which are exclusively C3 plants, utilize both N2 and fixed nitrogen (though symbiotic bacteria), and have an average d15N of +1‰, whereas modern non-leguminous plants average about +3‰. However, it seems likely that prehistoric nonleguminous plants were more positive, averaging perhaps +9‰, because the iso-topic composition of present soil nitrogen has been affected by the use of chemical fer-tilizers. For both groups, there was proba-bly a range in d15N of ±4 or 5‰, because the isotopic composition of soil nitrogen varies and there is some fractionation involved in uptake. Marine plants have d15N of +7±5‰, whereas marine cyanobacteria have d15N of –1±3‰. Figure 34.1 summarizes the15105--5d13C PDB ‰d15N ATM ‰Figure 34.1. Relationship between d13C and d15N among the principal classes of autotrophs.isotopic composition of nitrogen and carbon in thevarious classes of photosynthetic organisms (autot-rophs).DeNiro and Epstein (1978) studied the relation-ship between the carbon isotopic composition ofanimals and their diet. (Most of the animals in thisstudy were perhaps of little direct paleontologicalinterest, being small and soft-bodied. DeNiro andEpstein studied small animals for a practical rea-son: they are easier to analyze than a large animalsuch as a horse.) Figure 34.2 shows that there is lit-tle further fractionation of carbon by animals andthus the carbon isotopic composition of animal tis-sue closely reflects that of their diet. Typically,carbon in animal tissue is about 1‰ heavier thantheir diet. Mice, although not analyzed whole andnot shown in Figure 34.2, were also included in thestudy. Various tissues from mice had d 13C within±2‰ of their diet, so the relationships in Figure 34.2 extend to vertebrates as well. DeNiro and Ep-stein found that the same species has a different isotopic composition when fed a different diet.Conversely, different species had similar isotopic compositions when fed the same diet. Thus dietseems to be the primary control on the isotopic com-position of animals.The small fractionation between animal tissue and diet is a result of the slightly weaker bond formed by 12C compared to d 13C. The weaker bonds are more readily broken during respiration, and, not surprisingly, the CO 2 respired by most animals in-vestigated was slightly lighter than their diet.Thus only a small fractionation in carbon isotopes occurs as organic carbon passes up the food chain,about +1‰ at each step in the chain. Terrestrial food chains are usually not more than 3 trophic lev-els long, implying a maximum further fractionation of +3‰; marine food chains can have up to 7 trophiclevels, implying a maximum carbon isotope differ-ence between primary producers and top predators of7‰. These differences are smaller than the range observed in primary producers. In a similar study,DeNiro and Epstein (1981) found that d 15N of ani-mal tissue is related to the d 15N of the animal’s diet, but is typically 3 to 4‰ higher than that of the diet (Figure 34.3). Thus in contrast to carbon,significant fractionation of nitrogen isotopes will occur as nitrogen passes up the food chain.Schoeninger and DeNiro (1984) studied the carbon and nitrogen isotopic composition of bone collagen in animals. Their findings reflected just the relation-ships expected from the work of DeNiro and Epstein (1978, 1981): in primary herbivores,carbon in Figure 34.2. Relationship between d 13C in an-imals and that of their diets. When a species was given more than one diet, that diet is shown in parentheses. After DeNiro and Ep-stein (1978).+10+50-5-10Diet d 15N ATM ‰A n i m a l d 15N A T M ‰Figure 34.3. Relationship between d 15N in an-imals and that of their diet. Animals typi-cally have 3-4‰ heavier nitrogen that their diet. Dashed line is the isotopic composition plus 3.5‰. When a species was given more than one diet, that diet is shown in parenthe-ses. After DeNiro and Epstein (1981).bone collagen was a few per mil heavier than the isotopic composition of plants, and d 15N increased by about 3‰ at each trophic level. Marine vertebrates tend to have more positive d 15N than do their terrestrial counterparts because they generally feed at a higher tropic level. The primary produces in the ocean are generally microscopic algae. Most marine herbivores are also microscopic (zooplank-ton); there are very few marine vertebrate herbivores (anchovies are an example). Most terrestrial food chains have only three levels: primary producers, herbivores, and predators. Marine food chains, by contrast, can have up to seven levels. Since nitrogen isotope fractionation occurs at each level, the top marine predators have more positive d 15N. These relationships are summarized in Fig-ure 34.4.Apatite in bone appears to undergo isotopic exchange with meteoric water once it is buried, but bone collagen and tooth enamel appear to be robust and retain their original isotopic compositions. Tooth enamel, in which carbon is present as carbonate, however, is systematically 12 to 15‰ heavier than carbon in organic tissue. (Such a fractionation is, of course, expected, and consistent with the observa-tion that carbonate is always heavier than organic carbon.) Collagen typically has carbon about 4‰heavier than diet. These results mean that the nitrogen and carbon isotopic composition of fossil bones and teeth can be used to reconstruct the diet of fossil animals.C ARBON I SOTOPES AND THE E VOLUTION OF H ORSES ANDG RASSLANDS Horses (Family Equidae) have been around for 58 million years. Beginning in the early Miocene, a major radiation took place and the number of genera in North America increased from three at 25 Ma to twelve at 10 Ma. It subsequently fell at the end of the Miocene, and the last North American spe-cies became extinct in the Holocene. A major change in dental morphology, from low-crowned to high crowned, accompanied the Miocene radiation. For nearly 100 years, the standard textbook explana-tion of this dental change was that associated with a change in feeding from leaf browsing to grass grazing. Grasses contain enough silica to make them quite abrasive, thus a high crowned tooth would last longer in a grazing animal and would therefore be favored in horse’s evolution as it switched food sources. The change in horse diet was thought to reflect the evolution of grassland ecosystems (or biomes). This line of reasoning led to the conclusion that grasslands first became important biomes in the Miocene.Carbon isotope ratios provide the first opportunity to test this hypothesis. Grasses of tropical and temperate regions are almost exclusively C 4 plants. C 3 grasslands occur only in high latitude regions.In the North American prairie, for example, C 4 grasslands become important only north of theUS--20-25-30d 13C PDB ‰Secondary CarnivoresHerbivoresPrimary CarnivoresTerrestrialMarine +20+10+50+15d 15N ATM ‰Terrestrial MarineFigure 34.4. Values of d 13C and d 15N in various marine and terrestrial organisms. From Schoeninger and DeNiro (1984).Canadian border (Figure 34.5). The appearance of grasslands inferred from the evolution of horse teeth implies a change from a predominantly C 3 to a predominantly C 4 photosynthetic pathway and a corresponding shift in the d 13C of the biomass in these regions. Since the carbon isotopic composition of animals reflects that of their diet, and since the d 13C of dental enamel appears to record the d 13C of the animal, the change in horse dentition should also be reflected in a change in the carbon isotopic composition of those teeth if the change in dentition were related to a change in diet.Wang et al. (1994) carried out such a test by analyzing the carbon isotopic composition of dental enamel from fossil horse teeth of Eocene through Pleistocene age. The found a sharp shift in the iso-topic composition of the teeth consistent with a change in diet from C 3 to C 4 vegetation, but it occurred later than the change in dental morphology (Figure 34.6). The change in dental morphology begins in the mid-Miocene (about 18 Ma), while shift in d 13C occurs at around 7 Ma. This leads to an interesting dilemma. Which change, that in morphology or that in carbon isotopic composition, actually reflects the appearance of the grassland biome? It is possible that the change in dental morphology is unre-lated to the evolution of grasslands? If that is the case, it is difficult to understand the change in dental morphology. Alternatively, grasslands may have appeared in mid-Miocene and only subse-quently become dominated by C 4 grasses.If the latter interpretation is correct, it raises the question of what evolutionary pressure caused the change from C 3 to C 4 photosynthesis in tropical and temperate grasses. An important observation in that respect is that C 4 grasslands appear to have become important in both North America and Asia at about the same time (7 Ma). Indeed, the first evidence for a shift from C 3 dominant to C 4dominant ecosystems came from an observed change in the d 13C of soil carbonate in Pakistan (Quade et al., 1989). Quade et al. (1989) first interpreted this as a response to the uplift of the TibetanPlateauTropical/T emperate Desert Tropical/T emperate GrasslandSemi-Desert, Dry Steppe,Mixed C 3/C4Tropical Srub/Woodland Dominantly C 4Figure 34.5. Present global distribution of C 3 and C 4 vegetation. FromCerling and Quade (1993).and the development of the Monsoon. However, other evidence, including oxygen isotope data from Pakistani soil carbonates, suggests the Monsoons developed about a million years earlier (about 8Ma). The synchronicity of the dominance of C 4 grasslands in Asia and North America (Figure 34.7)suggests a global cause, while the Monsoons are a regional phenomenon.Though there has been some speculation that the C 4 photosynthetic pathway may have evolved as early as the Cretaceous, the oldest direct fossil evidence for C 4 plants (plants with enlarged bundle-sheath cells) is late Miocene; i.e., the same age as the observed d 13C increase. Thus the isotopic shift may date the evolution of C 4 photosynthesis. C 4 photosynthesis involves only relatively minor modification of plant enzymes and structures and it occurs in diverse, distantly related families. It may, therefore, have evolved independently in many families (Ehlerginer, et al. 1991). This also suggests some global environmental change that favored C 4 photosynthesis.Several groups have now suggested that the appearance of C 4 grasses reflects a drop in the concen-tration of atmospheric CO 2 in the Miocene. In the C 3 photosynthetic pathway, Rubisco can catalyze not only the fixation of carbon in phosphoglycerate, but also the reverse reaction where CO 2 is re-leased, a process called photorespiration. When concentrations of CO 2 are high, the forward reaction is favored and the C 3 pathway is more efficient overall than the C 4 pathway. At low CO 2 con-centrations, however, the C 4 pathway, in which CO 2 is first transported into bundle-sheath cells, is more effi-cient, as the concentration in bundle-sheath cells is main-tained at around 1000 ppm (Figure 34.8). Thus under pre-sent conditions, C 4 plants have a competitive advantage.At higher CO 2 conditions, C 3 plants are more efficient.There is some evidence that Eocene CO 2 concentrations were much higher than present (perhaps 800 ppm as op-posed to 250 ppm pre-Industrial Revolution), and t h a t concentrations dropped dramatically during the Miocene.Such a drop would give C 4 plants a competitive advan-tage. This would be particularly true in the warm cli-mates where C 4 plants dominate because the rate of pho-torespiration is temperature dependent.I SOTOPES AND P ALEODIETS The differences in nitrogen and carbon isotopic compo-J J J J J J J J J J J J JJJ J J J J J J J J JJ J J J J J J J J J J J JJ J J J J J J J J J J O 0102030405005-10-15d 13C O O OO O OO O OO O O O O OO O O O O O O O O O O O O O O O 2040608010001020304050Tooth Enamel Crown Height Tooth Height (mm)Age, Ma Figure 34.6. d 13C and crown height in North American fossil horses as a function of age. From Wang et al. (1994).E E E E E E E E E EE E E -120-4-8+4024681012141618d 13C Pedogenic Carbonate H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H B B B B J J J J J J J J J J J J J J J J JJ J J J J J J J J J J J J G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G Age, Ma Figure 34.7. d 13C in carbonates from pa-leosols of the Potwar Plateauin Paki-stan. The change in d 13C may reflect the evolution of C 4 plants. From Quade et al. (1989).sition of various foodstuffs and the preservation of these isotope ratios in bone collagen provides a means of determining what ancient peoples ate. In the first investigation of bone collagen in human remains,DeNiro and Epstein (1981) concluded that Indians of the Tehuacan Valley in Mexico probably depended heavily on maize (a C 4 plant) as early as 4000 BC,whereas archeological investigations had concluded maize did not become important in their diet until perhaps 1500 BC (Figure 34.9a). In addition, there seemed to be steady increase in the dependence on leg-umes (probably beans) from 6000 BC to 1000 AD and amore marked increase in legumes in the diet after 1000AD (Figure 34.9b). Mashed grain and vegetable charred onto pot sherds provides an additional record of the diets of ancient peoples. DeNiro and Hasdorf (1985) found that vegetable matter subjected to conditions similar to burial in soil underwent large shifts in d 15N and d 13C but that vegetable matter that was burned or charred did not. The carbonization (charring, burning) process itself produced only small (2 or 3‰) fractionations.Since these fractionations are smaller than the range of isotopic compositions in various plant groups, theyare of little significance. In the process of cooking,plant remains can become charred onto the pots in which they are cooked. Since pot sherds are among the most common artifacts recovered in archeological sites, this provides a second value means of re-constructing the diets of ancient peoples.Figure 34.10 summarizes the results obtained in a number of studies of bone collagen and pot sherds (DeNiro, 1987). Studies of several historical populations, including Eskimos and the Tlinglit Indians C B G G G G G G G G G G G B B B B B B B B-15-10Ajuerado El Riego Coxcotlan Abejas Purron Ajalpan Santa Maria Polo Bianco Verta Saiaco Phase 4d 13C PDB , ‰a HH H CC C C C C C C C C C H H H H H +10H C +6+7+8+9d 15N ATM, ‰-5AD BC Phase AjueradoEl Riego Coxcotlan Abejas Purron Ajalpan Santa Maria Polo Bianco Verta Saiaco b 100001000200030004000500060007000Legumes Non-Legumes 100001000200030004000500060007000AD BC Figure 34.9. d 13C and d 15N in human bone collagen (open symbols) and calculated values in the diet (closed symbols) of the Tehuacan Indians as a function of age. The d 13C data indicate a pre-dominance of C 4 plants (probably maize) in all phases after the El Riego period. The d 15N data indicate the importance of legumes (beans?) in the diet became increasingly important with time. After DeNiro and Epstein (1981).60402010Intercellular CO 2, ml/l R a t e o f p h o t o s y n t h e s i s (m m o l /m 2s )Figure 34.8. Rate of photosynthesis as a function of intercellular CO 2 concentrations in C 4 and C 3 plants. At concentrations of a t -mospheric CO 2 that prevailed before the Industrial Revolution, C 4plants would have had a competitive advantage. At concentrations above the present level, C 3plants are more efficient. From Ehleringer et al. (1991).of the Northwest US, were made as acontrol. The isotope data show that thediet of Neolithic Europeans consistedentirely of C 3 plants and herbivoresfeeding on C 3 plants, in contrast to theTehuacan Indians, who dependedmainly on C 4 plants. Prehistoric peoplesof the Bahamas and Denmark dependedboth on fish and on agriculture. In thecase of Mesolithic Denmark, other evi-dence indicates the crops were C 3, andthe isotope data bear this out. Al-though there is no corroborating evi-dence, the isotope data suggest the B a -hamains also depended on C 3 ratherthan C 4 plants. The Bahamains hadlower d 15N because the marine compo-nent of their diet came mainly fromcoral reefs. Nitrogen fixation is particu-larly intense on coral reefs, which leadsto 15N depletion of the water, and conse-quently, of reef organisms.R EFERENCES AND S UGGESTIONS FOR F URTHER R EADING Cerling, T. E. and J. Quade, Stable car-bon and oxygen isotopes in soil carbon-ates, in Climate Change in Continen-tal Isotopic Records, Geophysical Monographs 78, edited by P. K. Swart, K. C. Lohmann, J. McKenzie and S. Savin, p. 217-231, AGU,Washington, D. C., 1993.Cerling, T. E., Y. Wang and J. Quade, Expansion of C 4 ecosystems as an indicator of global ecological change in the late Miocene, Nature , 361, 344-345, 1993.Ehleringer, J. R., R. F. Sage, L. B. Flanagan and R. W. Pearcy, Climate change and the evolution of C 4photosynthesis, Trends Ecol. 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