C (radiogén, elhanyagolható mennyiség, bár a 12 C- 14 C frakcionáció a 12 C- 13 C kétszerese) kormeghatározás

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "C (radiogén, elhanyagolható mennyiség, bár a 12 C- 14 C frakcionáció a 12 C- 13 C kétszerese) kormeghatározás"

Oszkár Bogdán
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szén

2 C- stabil izotópok: 12 C (98.9%), 13 C (1.1%) 14 C (radiogén, elhanyagolható mennyiség, bár a 12 C- 14 C frakcionáció a 12 C- 13 C kétszerese) kormeghatározás szilárd, folyadék, gáz (bio-, lito-, hidro- és atmoszféra) Frakcionáció: szerves és szervetlen reakciók, ahol egyensúlyi és nem egyensúlyi folyamatok: - szerves szén: könnyű izotópban dúsul a fotoszintézis során lejátszódó reakció miatt (nem egyensúlyi frakcionáció!) és - szervetlen szén: a reakciók produktumjaiban nehéz izotópban dúsul (pl. kalcit kiválás CO 2 -vel egyensúlyban) Standard: PDB (SC); 12 C/ 13 C=88.99

(bio-, lito-, hidro- és atmoszféra) Frakcionáció: szerves és szervetlen reakciók, ahol egyensúlyi és nem egyensúlyi folyamatok: - szerves szén:

3 Fotoszintézis (δ 13 C) (kinetikus frakcionáció) -CO 2 (atmoszféra) CO 2 (sejtben 13 C szegény) - sejten belül a metabolizmus során további frakcionáció: C 3 C-fixáció (Benson-Calvin ciklus): δ 13 C: } irreverzibilis C 4 C-fixáció (Hatch-Slack ciklus): δ 13 C: (CAM: napszakosan változó metabolizmus: δ 13 C: Crassulacean acid metabolism, kaktuszfélék) C 3 (lipid): szárazföldi tengeri szerves anyag: CO 2 HCO 3 - (δ 13 C: ~ -28 ) (δ 13 C: ~ -23 ) (algák, autotróf baktériumok, erdőtársulások, búza, rizs; fosszilis üzemanyag, M-P) C 4 : δ 13 C: ~ -10 (fűfélék, cukornád, kukorica, cirok, köles) miközben az atmoszféra gazdagodik 13 C-ban! Felhasználás: fáciesek, behordódás (paleokörnyezet) és táplálkozás

metabolism, kaktuszfélék) C 3 (lipid): szárazföldi tengeri szerves anyag: CO 2 HCO 3 - (δ 13 C: ~ -28 ) (δ 13 C: ~ -23 ) (algák, autotróf baktériumok, erdőtársulások, búza, rizs;

4 A CO2-megkötés alapfolyamata a Calvin-ciklus. A folyamat kulcsenzime a ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz-oxigenáz (Rubisco), amely CO2-t dihidroxi-aceton-foszfát és glicerinsav-3- foszfát (3 szénatomosak) formájában köti meg, ezért nevezzük C3 fixációnak. Ez elsősorban mérsékelt és hideg égövi növényekre jellemző. A Rubisco azonban nem csak CO2-dal, hanem O2-nel is képes kölcsönhatni. Mérsékelt és hideg égövön a CO2-megkötés sebessége nagyobb az O2-megkötés sebességénél, de ez a hőmérséklet növekedésével megfordul. Ez a folyamat O2 felvétellel és CO2 leadással jár. Ennek kompenzálására egy CO2-koncentrációs mechanizmus játszódik le a növényekben, amelynek során 4 szénatomos molekulák keletkeznek (C4 fixáció). Ezekből a termékekből a CO2 később felszabadul, majd C3-mas úton kötődik meg. Ez elsősorban meleg égövi növényeknél jellemző.

fixációnak. Ez elsősorban mérsékelt és hideg égövi növényekre jellemző. A Rubisco azonban nem csak CO2-dal, hanem O2-nel is képes kölcsönhatni.

6 Szénizotóp-értékek mérése paleoökológiai-paleoklimatológiai vizsgálatokra: A különböző fűféléket zöme a C4 növények csoportjába tartozik. Bizonyos területeken pl. kizárólag C4 fűfélék fordulnak elő: az ezeket legelő állatok fogzománcába jellemző szénizotóp épül be. A vegyes táplálkozású állatok elterjedése, illetve a táplálkozásban, vagy a növényvilágban beállt változások jól nyomon követhetők. Ezek segítségével közvetlenül a klímaváltozásokra is következtetni lehet (sőt: a hiányzó információ is jelezheti, hogy azok az állatok, amelyek fogai nem mutatnak változást, tehát nem váltottak étrendet, kihaltak, vagy elvándoroltak) Egyetlen faj eltérő területeken is megközelítően ugyanazt a táplálékot fogyasztja: azonos C4 növényből azonos értékű szénizotóp épül be a fogaikba, de a paleoszélességnek megfelelően, azaz a paleoklímának (leginkább: T, csapadék, közvetve biológiai produktivitás) szerint ez az érték változhat! Állatok szövetében mindössze 1 -kel kisebb a δ 13 C értéke, mint a tápláléké, amit megeszik ( You Are What You Eat ). Ez egy 3 lépcsős táplálékláncban mindössze 3 változást jelent.

A vegyes táplálkozású állatok elterjedése, illetve a táplálkozásban, vagy a növényvilágban beállt változások jól nyomon követhetők.

7 You Are What You Eat I a

8 Barlangi karbonátok (szpeleotémák, cseppkövek, etc.) képződésük: a barlangba belépő, a talajrétegből kioldott CO 2 -ben gazdag víz kigázosodása után. A cseppkövek karbonátján mért δ 13 C értéke alkalmas a múltbéli környezeti viszonyok jellemzésére. A szénizotóp értékek jelzik a felszín felől beszivárgó víz összetételét, amelyben a talaj CO 2 tartalma oldódott, a C3/C4 arányból a felszínt egykor borító növényzetre lehet következtetni. A C4 és C3 növények eloszlása klímafüggő, így a mért δ 13 C érték tükrözi a múltbéli környezeti körülményeket (együtt vizsgálni a δ 18 O-val!).

A cseppkövek karbonátján mért δ 13 C értéke alkalmas a múltbéli környezeti viszonyok jellemzésére.

9 Cseppkövön δ 13 C értékében megmutatkozó időbeli változások nyomon követése alkalmas paleoklimatológiai paleoökológiai következetésekre (nem az egy pontban mért adat az informatív). (a szénizotóp értékek nem kizárólag a talaj CO 2 -összetételétől függenek, a beoldódó karbonát jelentős puffer) Pl. dél-afrikai terület, ahol ma a növényzet jellemzően C4 növényekből áll: A δ 13 C-ből kimutatható C3/C4 arány változása, ami nyomon követhető a δ 18 O hőmérséklet-változásban.

(a szénizotóp értékek nem kizárólag a talaj CO 2 -összetételétől függenek, a beoldódó karbonát jelentős puffer) Pl.

10 Kalcit kiválás tengervízből (egyensúlyi reakció; CO 2 a légkörből) C-izotóp frakcionáció az oldatban CO 2 oldódás és a kalcitban kicsapódás során a CO 2 -hoz képest Paleogeotermométer O Alkalmazás: Hideg vizű planktonokban nagyobb a frakcionáció, mint a meleg vizűekben: meleg vízben a CO 2 oldhatósága kisebb a CO 2 -nek egy jelentősebb részaránya használódik fel HCO 3- -ként a planktonok vázában, tehát kisebb lesz az izotópos frakcionáció. Faure, 1998

nagyobb a frakcionáció, mint a meleg vizűekben: meleg vízben a CO 2 oldhatósága kisebb a CO 2 -nek egy

11 Faure, 1986

12 Két fontos földtörténeti esemény meghatározása a szervesanyag stabil C izotóp vizsgálatával prekambriumi kőzetekben: - a biológiai működés kezdete erős frakcionáció: szervesanyag <-> karbonát, és - az oxigén megjelenése a légkörben fotoszintézis erős frakcionáció a szerves anyagban Eredmények recens és fosszilis szerves és szervetlen anyagok vizsgálata betemetődés és diagenezis csekélyebb izotópos változást okoz, mint a szervetlen-szerves folyamat és a metamorfózis: - ~ 3.5 milliárd évtől a szerves szén és a karbonát között az izotóp frakcionáció ugyanaz a szén megkötése (fixáció) autotróf szervezetekben (növények és bizonyos algák) az élet kezdete - ~ 2.8 milliárd évnél az üledékes kőzetek szervesanyagának 13 C relatív mennyiségében jelentős változás jelenik meg a fotoszintézis kezdete

izotópos változást okoz, mint a szervetlen-szerves folyamat és a metamorfózis: - ~ 3.

13 Mi okozza a 13Cban való gazdagodást? Faure, 1986 A δ13c változása prekambriumi-kambriumi üledékes kőzetekben a szervesanyag H/C arányának függvényében Faure, 1986

14 Recens üledékek és óceánok, tengerek és tavak geokémiai tanulmányozása: - a szervesanyag oxidációja a totál oldott szervetlen szén δ 13 C csökkenését eredményezi a vízben a felszíntől lefelé (Fig. 9.15, 6.10), - különösen erős a korreláció a mélytengerek oldott oxigéntartalma és a teljes oldott szervetlen szén δ 13 C értéke között (milyen?), - kapcsolat az óceánvíz kora és az oldott szervetlen szén δ 13 C értéke között: Csendes-óceán északi része: legkisebb a δ 13 C érték legidősebb víz, É-Atlanti-óceán: legnagyobb a δ 13 C érték legfiatalabb víz, - a tengeri mészkövek és a szervezetek karbonátos vázelemei a víz teljes, oldott szervetlen szénjének a δ 13 C értékéhez tendál, amelyben keletkeztek (pl. pelágikus mészkövek a felszíni tengervíz δ 13 C értékét mutathatja, a bentosz szervezetek (fosszíliák) inkább a mélytenger δ 13 C értékét jelzik), - foraminiferák (nagy elterjedés) vázainak a vizsgálata: paleo-óceánográfiai kutatás (biogeokémiai redszer!): recens plankton ~ -22 júra ~ -30 prekambrium ~

), - kapcsolat az óceánvíz kora és az oldott szervetlen szén δ 13 C értéke között: Csendes-óceán északi része: legkisebb a δ 13 C érték legidősebb víz, É-Atlanti-óceán: legnagyobb a δ 13 C érték

15 A biológiai aktivitás: felszíni víz 13 C-ban gazdagított. A biológiai aktivitás 12 C-ben gazdagítja a mélytengerek vizét: a szervesanyag lebomlik szervetlenné baktériumok közreműködésével. White, 2003

16 Albarede, 2003

17 Oldott CO 2 C izotóp változása tóban az évszak függvényében Brownlow, 1996

18 Faure, 1986

19 Szén a bázisos olvadékban CO ként, ill. alig oldódó CO 2 -ként, ami eltávozik. Szubmarin bazaltok azonban őrizhetik a köpeny C izotópos összetételét, bár frakcionáció és kontamináció előfordul. A bazaltban oldott CO 2 kevésbe gazdag 13 C-ban, mint a gáz CO 2. MORB, OIB, karbonatit és peridotit (diopszid) többsége a fentieknek megfelel. BABB következetesen könnyű C izotópban gazdagabb, valószínűleg a jelentős kigázosodás miatt. Egyes peridotitok 12 C-ban való gazdagsága még vitatott, de lehet, hogy a köpeny metaszomatózis az oka. A gyémánt peridotitos (δ 13 C~-5%o) és eklogitos (változó és erősen negatív δ 13 C ), sok izotóposan zónás komplex genetika. Erősen negatív izotóp érték felszíni szerves szén, szubdukciós szállítás, metamorfózis. White, 2003

MORB, OIB, karbonatit és peridotit (diopszid) többsége a fentieknek megfelel. BABB következetesen könnyű C izotópban gazdagabb, valószínűleg a jelentős kigázosodás miatt.

20 5 0 kontaktus mészkövek karbonatitok trachitok 13 C (VPDB) bazalttelérek tefritek vastag lávafolyás O (VSMOW) Demény-Harangi, 1996

21 5 izotópcsere 0 13 C (VPDB) karbonatitok átalakulás kigázosodás asszimiláció O (VSMOW) Demény-Harangi, 1996

23 C stabil izotópok változása a természetben köpeny (szárazföldi szerves szén oxidációja) kőszén (főleg C3 növényekből) -40 metán>etán>propán>bután, stb. (gyakoriság) - izotópos összetétel? Brownlow, 1996

24 Megfigyelés: A CO 2 mennyiségének folyamatos növekedése. - ipari forradalom előtt: ~ 280 ppm - ma: ~ 400 ppm Okok: - antropogén forrás (fosszilis tüzelőanyag felhasználása, erdőirtás) - természetes forrás (pl. vulkanizmus)

Hasonló dokumentumok

Oxigén és hidrogén stabil izotópjai

Oxigén és hidrogén stabil izotópjai Stabil: H ( 1 H=99.985; 2 H/D/=0.015) Radioaktív: T= Oxigén és hidrogén stabil izotópjai Jól ismert, széles körben használt T becslésre és a szilárd, folyadék és gáz