Stabilizotóp-geokémia VIII. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

Átírás

1 Stabilizotóp-geokémia VIII Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

2 Kén izotópok 32 S=95,1% 33 S=0,74% 34 S=4,2% 36 S=0,016% Sztenderd: Canon Diablo Troilit, CDT Általában: δ 34 S szulfidok < δ 34 S szulfátok

3 Kén izotóp-frakcionáció Jelentéktelen (de vannak kivételek) Jelentıs Szulfidok oxidációja (abiogén) Szulfátok vízbe való beoldódása (abiogén) Biológiai tevékenység (pl.szulfát-redukció, S-oxidáció) Kicsapódás (pl. evaporitok, mészkı)

4 Szulfátok izotópos összetétele

5 Biológiai közbenjárás (baktériumok, moszatok) Az élılények mindig a kisebb energiájú kémiai kötéseket bontják szívesebben ( 32 S). Következmény: 1) Szulfid oxidációjakor a szulfát izotóposan könnyebb. 2) Szulfát redukciójakor a maradék szulfát izotóposan nehezedik, a redukált kén, pl. pirit, δ 34 S értéke negatívabb lesz.!! Ha az összes anyag átalakul, akkor nincs frakcionáció.

6 Bakteriális szulfát redukció Clark et al. 1996

7 Szulfát-víz oxigén izotópcsere Az izotópcsere feltételezett módja hidratáció/dehidratáció SO H + HSO 4- + H + H 2 SO 4 SO 3(aq) + H 2 O Az izotópcsere sebessége: Normál hımérsékleten: millió éves felezési idıvel 200 C fölött nagyon gyors (néhány nap). Mérem δ 18 O szulfát, δ 18 O víz talphımérséklet De! ph=3 alatt az izotópcsere nagyon fölgyorsul. Mintázásnál ezt figyelembe kell venni! Ha oldott szulfátot mintázunk izotópos mérésre, akkor ne savazzuk le a mintát!

8 A δ 34 S érték változása a biológiai aktivitáshoz köthetı. Az erıteljes szulfátredukálás megnöveli a 34 S- szegény üledékes szulfid mennyiségét, aminek következtében a tengervízben oldott szulfát (és az evaporitok) δ 34 S értéke megnövekszik. Ilyen esetekben jelentısen megnövekszik az üledékek szén-tartalma, pl. cambriai, devon idıszak. Vagy: erıteljes erózió (hegységképzıdés) csökkenti a δ 34 S értéket. Evaporitok

9 Baritok tengeri evaporitban A barit nagyon ellenálló fázis, az evaporitok beoldódása után gyakran megmaradnak. Sokkal finomabb fölböntást tesznek lehetıvé. Lásd pl. a Ma gyors változást, ami az óceánok kénizotópos változását tükrözi le!

10 Koegzisztens szulfidok, δ 34 S Pirit>szfalerit>galenit Hımérséklet meghatározásra nem pontos módszer. Kicsi a frakcionáció.

11 Fogalmak Asszimilációs szulfát redukció (pl. a redukció után a S beépül a szerves anyagba): Nincs frakcionáció Disszimilációs szulfát redukció: Jelentıs frakcionáció

12 Kén az óceánokban: tartózkodási idı szulfátként év, redukált kénként néhány perc 34 S = -40 Óceánok δ 34 S = 21,0 1, g 34 S = 0 34 S = 1-2 Agyagpala δ 34 S = -17 4, g 34 S = 0 Folyók, tavak δ 34 S változó 34 S = 0 1, g Evaporitok δ 34 S = 16,0 4, g

13 Következtetés A jelenleg képzıdı evaporitok és a jelenlegi tengervízben oldott szulfát δ 34 S értékei között 0-2 a különbség. A tengeri üledékek jól tükrözik a valamikori óceánokban oldott szulfát δ 34 S értékét.

14 Víz - növény - klíma kapcsolat stabilizotópos szempontból

15 δ 18 O fa évgyőrőben A fa anyagából legjobban a cellulóz marad meg hosszú távon, ezért ezt szokás vizsgálni. A cellulóz δ 18 O értékét a fatestben lévı víz δ 18 O értéke határozza meg. Nagyon érzékeny a változásokra.

16 δ 18 O fa évgyőrőben Homokos talajon gyors a beszivárgás. Kötött talajon lassú. Más-más hónapok δ 18 O csapadék értékével és relatív páratartalmával mutat a δ 18 O cellulóz korrelációt.

17 Fatestben lévı víz δ 18 O értéke függ A talajnedvesség δ 18 O értékétıl. A levegı relatív páratartalmától: minél kisebb a páratartalom, annál pozitívabb a fatestben lévı víz δ 18 O értéke. A párolgás idıtartamától. A testrésztıl: levél (párologtat), törzs és gyökér (nem párologtat). A gyökérzet térbeli eloszlásától.

18 δ 18 O fa évgyőrőben δ 18 O cell. = (1-f o )[δ 18 O víz + (ε e + ε k )(1-h) + ε o ] + f o (δ 18 O víz + ε o ), Ahol ε e, ε k, ε o egyensúlyi, kinetikus és biológiai frakcionációs tényezık, h relatív páratartalom, f o az O atomok azon hányada, ami részt vesz a xylem vízzel való izotópcseréjében. δ 18 O víz = 0,4*δ 18 O talajvíz + 0,6*δ 18 O csapadékvíz A csapadékvíz pl. május-júliusi.

19 δd fa évgyőrőben δd cell. = (1-f H )[δd víz + (ε e + ε k )(1-h) + ε a ] + f H (δd víz + ε h ), Ahol ε e, ε k, ε a, ε h egyensúlyi, kinetikus és biológiai frakcionációs tényezık, h relatív páratartalom, f H a H atomok azon hányada, ami részt vesz a xylem vízzel való izotópcseréjében. δd víz = 0,4*δD talajvíz + 0,6*δD csapadékvíz A csapadékvíz pl. május-júliusi.

20 δ 18 O fitolitban, növényi kovában A vízzel fölszívott kovasav SiO 2 alakban kicsapódik. δ 18 O értékét a testnedv δ 18 O értéke határozza meg. Melyik testrészben keletkezik: levél (párologtat), törzs és gyökér (nem párologtat).

21 δ 18 O fitolitban, növényi kovában t( C) = 5,8 2,8*( δ 18 O kova δ 18 O testnedv 40) A vegetációs idıszakban δ 18 O testnedv δ 18 O talajnedv δ 18 O csapadék

22 δ 18 O fa évgyőrőben

23 δ 18 O fa évgyőrőben