Stabilizotóp-geokémia Demény Attila MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet demeny@geochem.hu
Az izotóp születése Frederick Soddy Nobel Díj, 1921 "A radioaktív anyagok kémiájáról szerzett ismereteink bővítéséért, valamint az izotópok keletkezésének és természetének vizsgálataiért" 1913: Frederick Soddy, apósa glasgow-i házában látja vendégül Margaret Todd orvos- és írónőt. isos topos?
Hagyományos stabilizotóp-geokémia D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N, 18 O/ 16 O és 34 S/ 32 S arányok meghatározása H 2, CO 2, N 2 és SO 2 gázban tömegspektrométer segítségével, geológiai alkalmazások.
Hagyományos dual-inlet rendszer D/H: H 2 ; 3/2 13 C/ 12 C, 18 O/ 16 O: CO 2 ; 45/44, 46/44 15 N/ 14 N: N 2 ; 29/28 34 S/ 32 S: SO 2 ; 66/64
Mintaelőkészítési módszer acid to vacuum carbonate reaction vessels -80 C trap sam p le bottles Off-line reakció foszforsavval (vízmentes H 3 PO 4), majd a keletkező CO 2 vákuumdesztillációja. Mintamennyiség: >0.1 mmól Mintaszám: 25/nap
Vivőgázos rendszer GC CARB EA laser Legújabb: LC-IRMS Mintamennyiség: <1 μmól Mintaszám: 50-200/nap
Adatok: δ = R R minta standard 1 1000 ahol R = izotóparányok a mintában és a standardban. Standard: - V-PDB ( Pee Dee Belemnite, C,O) - V-SMOW (Standard Mean Ocean Water, O) -AIR (N) - CDT (Canon Diablo Troilite, S) Mértékegység:.
Frakcionáció: izotópmegoszlás különböző komponensek között α = R R 1 2 frakcionációs faktor Hőmérsékletfüggés: 1000 lnα = 2 A / T + B
Például: Kalcit-víz oxigénizotópfrakcionáció 1000 lnα (calcite-h 2 O) 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 1000 lnα = 2.78 10 / T 0 200 400 600 800 1000 Temperature ( C) Ha ismerjük a víz összetételét, a hőmérséklet számítható, és fordítva is igaz. Oxigén izotópos paleotermometria Fő probléma:a vízösszetételt ritkán tudjuk pontosan. 6 2 2.89
Izotóp-hidrológia
Ofiolitok stabilizotóp-geokémiája
KÖPENY 16 O óceáni kéreg D, 18 O szigetív vulkanizmus 18 O D, 16 O óceánközépi hátság vulkanizmus hot-spot vulkanizmus 16 O köpeny
Karbonatit Több mint 50% karbonátot tartalmazó, köpenyeredetű magmás kőzet Speciális nyomelemösszetétel (Sr, Ba, LREE) és izotóparányok jellemzik
δ 13 C (VPDB) 0-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 másodlagos folyamatok Keller és Hoefs (1995) Ol. Lengai köpenyheterogenitás primér karbonatitok Taylor et al. (1967) 4 6 8 10 12 δ 18 O (VSMOW)
Kola-félsziget Khibina Sokli Kovdor Sallanlatvi Vuoriyarvi Turiy Mys Tiksheozero
forráskontamináció asszimiláció átalakulás
Nyos-tó, Kamerun 1700 lakos Mi okozta? Mi várható?
M δ 13 C ~ -3,0 (biogén: ~ -20 ) CO 2 % Szellőztetés!
Globális szénkörforgás a stabilizotóp-összetételek tükrében
ÓCEÁN-ATMOSZFÉRA M O R B betemetődés (karbonát és szerves anyag) KÉREG mállás metánhidrát vulkanizmus metamorfózis Szubdukciós zónák Hot spot és trapbazalt vulkanizmus szubdukció KÖPENY
Izotópos tömegegyensúly-modell d dt ( M δ ) 0 karb = F mállás δ mállás + F vulk δ vulk F b, karb δ karb F b, org δ org + F? δ? [Kump és Arthur (1999) után)
60 40 20 0 P/Tr 500 400 300 200 100 0 Time (millions of years ago) Percentage of families that went extinct
Permian-Triassic extinction Possible causes: - impact of extraterrestrial body - continental flood basalt volcanism (Siberian traps) - lethal release of gases (CO 2, CH 4 ) Observation: The mass extinction event is associated with strong negative δ 13 C shift. Heydari et al., 2001
Bükk, Bálvány-észak, perm-triász szelvény cm 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100-6 -4-2 0 2 4 δ 13 C kihalási folyamat
A szibériai trappbazalt vulkanizmus és a perm-triász esemény kapcsolata Saunders & Reichow (2009): nagyon jó egyezés a szibériai trappbazaltok és a fő kihalási esemény között ( 40 Ar/ 39 Ar korok alapján).
Korte et al. (2010): jó egyezés a szibériai trappbazalt vulkanizmus, a kihalási események és a szénciklus között. Cirkon U- Pb korok (Mundil et al., 2004)
Payne et al 2004
Tengeri üledékes kőzetek Jégsapka hatása => víz δ 18 O változik Hőmérsékletszámítás: vízösszetételt ismernünk kell Raymo & Ruddiman (1992)
A Föld jelenlegi pályaparaméterei leginkább a MIS 11 interglaciálishoz hasonlítanak. Epica, 2004, Nature
A Föld jelenlegi pályaparaméterei leginkább a MIS 11 interglaciálishoz hasonlítanak. Epica, 2004, Nature
mbf 100 0-100 -200-300 -400-500 DNy Alkalmazás: pl. ivóvízbázis-védelem Holocén beszivárgási korú víz 10 20 δ 18 O>-9,8 Pleisztocén beszivárgási korú víz 30 K-ÉK -600-700 10 Na+K eé% izovonal 90 δ 18 O<-11,5 0 20 40 60 80 100 120 km
6 Márvány műtárgyak δ C 13 5 4 3 2 Pe nte liko n Pa ro s Carrara 1 Naxos Tha so s 0-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 δ 18 O
6 5 Pa ro s 4 13 δ C 3 2 Naxos Pe nte liko n Carrara 1 Thasos 0-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 δ 18 O
6 5 Pa ro s TEST 4 13 δ C 3 2 Naxos Pe nte liko n Carrara 1 Thasos FEJ 0-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 δ 18 O
Helicobacter pylori