六六六异构体稳定碳同位素组成分析
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动审批稿
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 摘要：随着科学技术发展，稳定性同位素已经广泛应用在生态学研究的诸多领域。在研究食物网中能量流动关系时，稳定性同位素能提供更迅速、客观的分析。此次实验利用碳稳定性同位素技术对受到人类破坏或其他因素影响的选定区域分析其食物网中的能量流动，旨在研究该区域生物之间的能量流动关系，从而对该区域采取合理的保护措施。 关键词：碳稳定性同位素；食物网；能量流动；δ13C值 Carbon Stable Isotopeanalyzes Studies Energy Flux in Food Web ABSTRACT: Stable isotopehas been widely used in various fields in ecology studieswith the development of science and isotope can provide rapider and more objective analysis when researching energy flux relationship in the food web. In the process of this experiment, we analyze the energy flux relationship in the food web of the chosen areas that are destroyed by human beings or affected by other factors by means of carbon stable isotope technology, with the aim of researching the energy flux relationship among population in this area, consequently we can adopt reasonable protective measures in this areas. KEY WORDS: Carbon stable isotope；food web；energy flux；δ13C 一．研究背景 随着世界人口的持续增长和人类活动范围与强度的扩展和增加，地球上的生物多样性逐渐降低。例如，持续不断地砍伐树木已经导致世界上大量树木物种面临灭种的危险；环境污染使得动植物的栖息地环境遭到严重的破坏，致使物种数量锐减[1]。在某一区域中，动植物数量的减少还有一个很重要的原因，即某些因素（例如栖息地减少和改变、滥捕乱猎、外来物种的引入、污染等[2]）导致该区域部分动植物数量的减少，而这进一步通过该区域的食物网影响到区域中其他动植物的种类和数量，进而对整个区域各种生物体造成影响。 食物网是在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，直接反映生态系统的结构和功能[3]。生产者制造有机物，各级消费者消耗这些有机物，生产者和消费者之间相互矛盾，又相互依存。不论是生产者还是消费者，其中某一种群数量突然发生变化，必然牵动整个食物网。食物网是生态系统长期发展的进化过程中形成的。人类活动使生态系统中某一生物体种群数量遭到破坏，将使生态平衡失调，甚至是生态系统崩溃[2]。因此，研究食物网中生物的能量流动关系，对于维持生态系统的稳定、利用动物间的相互制约来减缓人类活动对生态系统的破坏具有重要的意义。
第十讲稳定同位素地球化学
第十讲 地质常用主要稳定同位素简介 18O Full atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.
内容提要 ●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素
10.1. 传统稳定同位素基本特征 ?只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40； ?多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集； ?生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。
10.2. 氢(hydrogen) ?直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成： 1H：99.9844% 2H(D)：0.0156% ?在SMOW中D/H=155.8 10-6 ?氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。
10.2.1 氢同位素基本特征 ?与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间； ?1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围； ?从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以H O、OH-， 2 H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用； ?氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。
封管法制备有机碳稳定同位素样品存在的问题和改进
第7卷 第2期2016年4月 地球环境学报 Journal of Earth Environment V ol.7 No.2Apr. 2016 doi:10.7515/JEE201602010 收稿日期：2015-11-17；录用日期：2015-12-07Received Date: 2015-11-17; Accepted Date: 2015-12-07基金项目：国家自然科学基金项目（41303010） Foundation Item: National Natural Science Foundation of China (41303010)通信作者：刘卫国，E-mail: liuwg@https://www.wendangku.net/doc/3b9113036.html, Corresponding Author: LIU Weiguo, E-mail: liuwg@https://www.wendangku.net/doc/3b9113036.html, 封管法制备有机碳稳定同位素样品 存在的问题和改进 曹蕴宁1，刘卫国1, 2 （1. 中国科学院地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室，西安 710061； 2. 西安交通大学 人居环境与建筑工程学院，西安 710049） 摘?要：有机碳稳定同位素的高精度测定是利用地质样品有机碳同位素研究气候和植被变化等的基础。通过实验发现低有机碳含量样品同位素测定误差相对较大，其中样品收集过程是主要的影响因素之一。本文针对这个问题，主要从杂质气体干扰入手，在一步冷冻分离CO 2和H 2O ，或分步冷冻分离CO 2和H 2O 的收集方法，以及改变收样管体积三方面进行条件实验研究，讨论了封管法制备有机碳稳定同位素样品气体收集过程对有机碳稳定同位素组成的影响。结果表明：（1）CO 2气体的纯化收集是封管法制备有机碳稳定同位素样品的一个重要步骤，收集时杂质气体含量越高，对样品有机碳稳定同位素组成的影响越大；（2）在相同的杂质气体背景条件下，与一步冷冻分离CO 2和H 2O 的方法相比，分步冷冻CO 2和H 2O 的方法能够显著减小杂质气体对有机碳稳定同位素测定的影响；（3）小体积收样管能够显著提高有机碳稳定同位素样品的离子流强度，进而提高低有机碳含量样品的稳定碳同位素测定精度。关键词：有机碳稳定同位素；样品制备；封管法 Problems and improvements of preparing organic carbon stable isotope samples by sealing tube method CAO Yunning 1, LIU Weiguo 1, 2 （1. State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences , Xi’an 710061, China; 2. School of Human Settlement and Civil Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China ） Abstract: Background, aim, and scope High precision measurement of organic carbon stable isotope (δ13C) is the basis for its application in the reconstruction of past changes in climate and vegetation types. It has been observed that the measurement error of δ13C for samples with low organic carbon content was relatively large, partly due to the problem in the CO 2 collecting process. To solve this problem, the effect of CO 2 gas collecting process on the δ13C of organic carbon was investigated from three aspects: impurity gas on the process of CO 2 freezing, freezing CO 2 and H 2O by one step and freezing CO 2 and H 2O step by step, and the effect of collection tubes with different volumes. Materials and methods The national standard material (GBW04407) and different types of natural samples were analyzed using sealed tube method to study the effect of CO 2 gas collecting process on the δ13C of
碳同位素组成特征
塔中地区晚寒武—奥陶世碳酸盐岩δ13C同位素组成特征 朱金富于炳松黄文辉初广震吕国 （中国地质大学北京100083） 摘要通过研究、分析塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系海相碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征，分析和探讨了影响塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩碳同位素变化的原因。结果表明，寒武-奥陶系海相碳酸盐岩的碳同位素的变化可能与海平面变化有密切联系，在晚寒武世至早奥陶世晚期为一海退期，有机质产率及有机碳埋藏速率的下降导致了碳酸盐岩δ13C 值的降低；而在早奥陶晚期-中奥陶世为一海侵期，有机质产率及有机碳埋藏速率的增加导致了碳酸盐岩δ13C值的增高；晚寒武世至早奥陶世海水中的硫酸盐含量高,硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化,从而导致碳酸盐岩δ13C值降低。 关键词寒武-奥陶系碳酸盐岩碳同位素海平面变化硫酸盐 第一作者简介：朱金富，男，1978年生，中国地质大学（北京）在读博士，研究方向：含油气盆地沉积学 碳氧稳定同位素是解释碳酸盐岩成因的一种重要的地球化学标志。同时，碳、氧同位素分析是古环境研究中常用的一种手段，它在恢复水体的古温度、古盐度和研究沉积物成岩作用等方面已得到了广泛的应用。近年来，有关碳氧同位素与海平面变换的关系的研究备受关 注（彭苏萍等，2002年；邵龙义，1999年；李儒峰,刘本培，1996年；刘传联，1998年等）。本文通过对塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩中碳同位素的分析，探讨了 碳同位素与沉积环境、相对海平面变化及硫酸盐含量的关系。 塔中低凸起位于塔里木盆地中部，北与满加尔凹陷、南与塘古孜巴斯凹陷、西与巴楚低凸起、东与塔东低凸起相接。东西长约300km，南北宽约160km，面积约4.8ⅹ104km2(图1所示)。它分为塔中?号断裂构造带、塔中北坡及中央垄断垒带三个构造单元。塔中地区地层发育比较齐全，除了缺失侏罗系和大面积缺失震旦系外，寒武系至古-新近系均有分布。
稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的含量变化
稳定碳同位素示踪农林生态转换系统中土壤有机质的含量变化 刘启明1,2,王世杰1,朴河春1,欧阳自远1(1.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验 室,贵阳 550002;2.中国科学院研究生院,北京 100039) 摘要:为了观察生态系统的转变对土壤有机质的影响,在贵州茂兰喀斯特原始森林保护区内农林生态系统发生转变的地域,分析了土壤有机质含量和土壤有机质的δ13C 值.森林点土壤有机碳含量普遍较高(1181%～ 16100%),而农田点土壤有机碳含量在0143%～2122%之间,表明毁林造田加速了土壤有机质的降解,使土壤有 机质总量减少;利用C 3植物与C 4植物δ13C 值的显著差异,对比森林点与农田点的δ13C 值(森林点:-23186‰ ～-27112‰;农田点:-19166‰～-23126‰ ),计算表明,毁林造田同时也降低了土壤有机质中活性大的组分的比例,使土壤肥力下降. 关键词:生态系统;土壤有机质;δ13C 值 中图分类号:S15316 文献标识码:A 文章编号:025023301(2002)0320420075 基金项目:国家自然科学基金项目(49833002,49772175);中 科院知识创新工程项目(KZCX22105);环境地球化学国家重点实验室创新领域项目 作者简介:刘启明(1973～),男,江西瑞金人,博士生,主要研 究方向为环境地球化学. 收稿日期:2001203216;修订日期:2001206211 Soil Organic Matter Changes of Turnover Ecosystems T raced by Stable C arbon Isotopes Liu Qiming 1,2,Wang Shijie 1,Piao Hechun 1,Ouyang Ziyuan 1(1.State K ey Laboratory of Environmental G eochemistry ,Institute of G eochemistry ,Chinese Academy of Sciences ,Guiyang 550002,China ;2.Graduate School ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100039,China ) Abstract :On the basis of different photosynthetic pathway ,there ’s obvious difference in δ13C values between C 3plants and C 4plants .Use this characteristic ,the organic carbon content (forest lands :1181%～16100%;farms :0143%～ 2122%)and δ13C values (forest lands :-23186‰～-27112‰;farms :-19166‰～-23126‰ )of three profile soil samples either in farms and forest lands near Maolan K arst virgin forest was analyzed ,there plant C 3plants previous 2ly and plant C 4plants now.Results show that clearing forest have accelerated the decompose rate of soil organic matter and decreased the proportion of active 2component in soil organic matter ,reducing of soil fertility.K eyw ords :ecosystem ;soil organic matter ;δ13C values 生态转换系统中土壤有机质的变化,与土壤的初级生产力和温室气体的释放有着紧密的关系.同时,它们也是目前持续农业的发展和全球环境变化的研究内容之一[1,2].过去,在毁林(草)造田等生态系统发生转变的地域,相关的研究工作仅侧重于从土壤有机质的总量上考虑,这存在一定的片面性,因为耕作影响了土壤有机质输入与输出的量[3].自Balesdent (1987)等[4]在法国西南部Auzeville 和Doazit 两地在长期观测积累的数据基础上开展工作后,应用δ13C 值来研究土壤有机质的实验研究工作才逐渐开展.不同的地理背景、不同的土地利用方 式,导致生态系统转变时土壤的肥力减少方式不同,有的几十年后土壤的有机质还可以为庄稼提供所需的营养物,如北美草地系统转变为农田系统[5]与法国西北部温带林地系统转变为 农田系统[6];有的经过农业开垦利用几年后,土壤有机质几乎被利用完,如巴西热带生态系统中的氧化土[7].在我国西部地区,过去为了解决 第23卷第3期2002年5月 环 境 科 学ENV IRONM EN TAL SCIENCE Vol.23,No.3May ,2002
川东南-湘西志留系砂岩胶结物碳、氧同位素特征
2015年3月第35卷第1期 四川地质学报 Vol.35 No.1 Mar.，2015 157 川东南-湘西志留系砂岩胶结物碳、氧同位素特征 安 倩，黄 迪，朱志军，贾永斌，魏志崇，方鸿飞 （东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013） 摘要：测试分析结果表明：川东南-湘西地区氧稳定同位素相对较轻，而碳同位素变化相较于氧同位素变化大，这种变化与水介质性质、古气候及沉积有机质来源量有关；研究区志留系小河坝组砂岩形成胶结物的孔隙流体与海相环境中保存下来的底水密切相关；碳酸盐胶结物中的碳来源于与甲烷细菌作用生成生物气有关的碳酸盐。 关键字：志留系；小河坝组；胶结物；碳氧同位素 中图分类号：P597 文献标识码：A 文章编号：1006-0995（2015）01-0157-04 DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.037 砂岩储层中碳酸盐胶结和溶解是影响储集层物性的重要因素之一。碳酸盐胶结物在碎屑岩储层中既是最常见的成岩产物，又是重要的自生矿物，具有成因多样性、分布普遍性、形成多期性等重要特点。不同期次的碳酸盐胶结物的形成可以有效的记录流体组分特征在成岩过程中的变化，尤其是胶结物中碳稳定同位素组成可以用来指示成岩流体中碳的来源，而氧稳定同位素可以用来估算其结晶时的温度和流体成分。碳酸盐胶结物中碳氧稳定同位素组成可以为判断其形成时的物质来源和地球化学特征等提供重要信息，进而有利于阐明成岩过程中孔隙流体演化史、次生孔隙形成机理和流体-岩石相互作用机制等基本的地质问题。因此，通过运用岩石学、矿物学和地球化学等多学科交叉渗透的方法来分析砂岩储集 层中碳酸盐胶结物的氧、碳同位素组成特 征，对研究碳酸盐胶结物的来源和成因具有一定的理论意义和实践意义，进而正确的评价砂岩储层的储集性能。本文对川东南-湘西志留系小河坝组砂岩中碳酸盐胶结物的碳、氧同位素特征进行研究，来探讨其形成环境及碳的来源。 1 地质背景 川东南-湘西地区主要位于四川盆地东南部油气地质条件优越的有利天然气富 收稿日期：2014-05-23 基金项目：国家自然科学基金项目（41362008）和江西省教育厅科技项目（GJJ14475）联合资助 作者简介: 安倩（1990－），女，江西九江人，硕士研究生，主要从事沉积地球化学研究工作 通讯作者：朱志军（1976－） ，男，博士，主要从事沉积学研究工作 图2 采样位置分布图 图1 研究区位置图(据王根海,2001）
碳同位素组成特征及其在地质中的应用
同位素地球化学
目录 一、碳的同位素组成及其特征 (1) 1.碳同位素组成 (1) Ⅰ、碳的同位素丰度 (1) Ⅱ、碳的同位素比值（R） (1) Ⅲ、δ值 (2) 2.碳同位素组成的特征 (2) Ⅰ.交换平衡分馏 (2) Ⅱ.动力分馏 (3) Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征 (3) 二、碳同位素在地质科学研究中的应用 (8) 1. 碳同位素地温计 (8) 2．有机矿产的分类对比及其性质的确定 (9) Ⅰ.煤 (9) Ⅱ.石油 (9) Ⅲ. 天然气 (11)
碳同位素组成特征及其在地质科研中的应用 一、碳的同位素组成及其特征 1.碳同位素组成 碳在地球上是作为一种微量元素出现的，但分布广泛，在地质历史中有着重要作用。碳的原子序数为6 ，原子量为12.011，属元素周期表第二周期ⅣA族。碳在地壳中的丰度为2000×10-6，是一个比较次要的微量元素。在地球表面的大气圈、生物圈和水圈中，碳是最常见的元素之一，是地球上各种生命物质的基本成分馏。碳既可以呈固态形式存在，又能以液态和气态形式出现。它既广泛分馏布于地球表面的各层圈中，也能在地壳甚至地幔中存在。总之，碳可呈多种形式存在于自然界中。在有机物质和煤、石油中，以还原碳的形式存在，在二氧化碳气体和水溶液中，以氧化碳形式出现。碳还可呈自然元素形式出现在某些岩石中（如金刚石和石墨）。一般用同位素丰度、同位素比值和δ值来表示同位素的组成。 Ⅰ、碳的同位素丰度 同位素丰度指同位素原子在元素总原子数中所占的百分比，自然界中的碳有2个稳定同位素：12C和13C。习惯采用的平均丰度值分别为98.90%和1.10%。由此可见，在自然界中碳原子主要主要是以12C的形式存在。另外碳还有一个放射性同位素14C，半衰期为5730a。放射性14C的研究，目前已发展成为一种独立的同位素地质年代学测定方法，主要应用于考古学和近代沉积物的年龄测定。适合用于作碳稳定同位素分馏析的样品包括：石墨、金刚石等自然碳矿物，方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等碳酸盐矿物；石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品；各种矿物包裹体中的C O2和CH4气体以及石油、天然气及有机物质中的含碳组分馏等。 Ⅱ、碳的同位素比值（R） 同位素比值R=一种同位素丰度/另一种同位素丰度 对于非放射性成因稳定同位素比值： R=重同位素丰度/轻同位素丰度 由此可见，碳的同位素比值R=1.1%/98.9%=0.011
单体烃稳定碳同位素
单体烃稳定碳同位素在沉积和油气地质中的应用 摘要随着科学技术的进步，人们已不满足测定原油总体的δ13C值及原油族组分碳同位素值，而是着眼于研究原油中单体烃分子的碳同位素特征，以便获得更多、更详细烃分子系列碳同位素信息。因此，单体烃碳同位素分析技术应用而生，原油单体烃碳同位素分析技术主要用于油源对比。由于碳同位素仪比较复杂，包括的设备多，操作繁琐，国内同行业有这样大型仪器的单位不多，因而对此项技术的开发有很重要的意义。原油单体烃碳同位素分析技术在油源对比等地质应用方面具有可行性,同时体现出有效的实际应用价值。 关键词单体烃碳同位素油气地质原油分类油源对比 单体烃碳同位素能从分子级别反映单个化合物的来源，较之于全油和族组成分同位素，具有更明显的优越性，已广泛应用于油气成因类型、油源识别、混源定量等油气勘探实践中。其数据的精度在相当程度上取决于单体化合物分离的纯度、仪器检测的稳定性及标样的界定。原油单体烃碳同位素的分布形式主要取决于样品的性质，特别是母源岩原始沉积环境与生源输人，受成熟度等其他因素的影响相对较小。我国西部叠合盆地由于存在多套有效烃源岩，不同成因类型原油混源现象普遍，如塔里木盆地可能包含海相与陆相各自不同层位烃源岩，甚至海相与陆相成因原油的混源，因此单体烃碳同位素在油源识别中至关重要。为了更好地应用单体烃碳同位素技术，需要建立不同地质模式下不同成因类型原油的单体烃碳同位素模型，并对可能的影响因素进行评价。 1单体正构烷烃碳同位素的古植被与古气候意义 近年来,由于气相色谱-燃烧-同位素比质谱联用仪(GC/C/IRMS)新技术的成功运用,使得单体分子标志化合物碳同位素的研究已在生物源识别、C3与C4植被类型确定、全球碳循环等方面得到了应用。单体分子标志物碳同位素的研究使稳定同位素在古气候学中的应用达到分子级水平,不但为局部或全球古气候研究而且为控制全球碳循环的机制探讨提供了新的更加准确的证据。因而,分子标志物的分布与单体碳同位素组成特征的联合应用,可以大大增强追踪古环境中有机质来源和重建古生物地球化学过程及古环境的能力。 1.1 溯源 正构烷烃分子标志化合物在古气候研究中得到了广泛应用，但是它们本身存在一些不可避免的缺陷：一是不同类型生物体中可能存在相同或相似的正构烷烃组成，使来自众多生物源的正构烷烃混合输入难以区分；二是正构烷烃分子标志物在埋藏中可能会或多或少地受到降解演化的破坏，使得其相应的生物源辨认模糊。然而，单体正构烷烃的碳同位素
碳、氧同位素含量偏移的地质意义研究
碳、氧同位素含量偏移的地质意义研究在学习地球化学之前，我曾加入一个科研立项小组的科研工作中。这个科研项目的主题是“晚泥盆世弗拉斯—法门期之交( Fr/ Fa 界线) 所发生的全球性生物大绝灭事件”，我们对此项工作主要从牙形石分带，微球粒的基础研究及对碳酸盐含量，碳、氧同位素的含量偏移等方向展开。在加入到这个工作开始到学习完地球化学这门课止，我阅读了关于“碳、氧同位素含量偏移在重大地质事件中的指示意义”这一知识点的文献约十余篇。这些文献除了有部分对F—F事件的碳、氧同位素的规律总结之外，更有一部分是对其他重大地质事件诸如中元古代海平面变化、河南地区震旦系碳酸盐沉积、早寒武世黑色页岩、奥陶系—三叠系古环境变化、白垩纪缺氧事件等的系统归纳。本文即是对这些重大地质事件运用同位素含量分析的方法，对以往做过此方面工作的文献进行一次系统的梳理。 碳酸盐和有机物碳同位素组成的分析已成为推断全球碳循环变化的有力工具，碳循环的变化通常与生物集群灭绝事件有关。碳同位素的正偏移，在一些地质学家看来被认为是有机碳埋藏速率增强的结果。而这种变化被许多科学家认为是由于海平面的变化或者海水温度的变化导致大量暖盐水体的形成，诱导海水缺氧，使得海水中有机物氧化速率降低，有机碳埋藏速率增加，导致CO2浓度降低，全球变冷，这一系列变化又导致了生物的大量灭绝。 在对北京十三陵地区中元古代雾迷山组海平面变化的分析中，李任伟等人对白云岩进行了取样，分析以及检验发现：北京十三陵地区雾迷山组(1310～1207 Ma) 白云岩的δ13C 数值范围-1.5 ‰～1. 5 ‰(PDB) ，δ18O 数值范围一般为- 4 ‰～- 5 ‰(PDB) 。它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征。δ13C 从地层层序的边界发生正偏移，至1. 5 ‰(PDB) ，然后发生负偏移至- 1. 5 ‰(PDB) 。有时，在δ13C 为负值的层段δ18O 数值较高，约为- 4. 0 ‰(PDB) 。 中元古代雾迷山时期碳酸盐岩相对具有重碳同位素组成的层段与海侵相关。可以在新元古代，也可以在显生宙找到类似的例子。在白垩纪森诺曼阶-土仓阶、早侏罗世、中奥陶世晚期以及晚寒武世，人们都可以在海侵时期沉积的碳酸盐岩地层中发现δ13C数值的正偏移。原因在于此时的海洋有较高的有机产率和高的有机碳埋藏速率，由于沉积有机质从海洋中选择地吸收了轻碳同位素(12C)，结果造成海洋碳酸盐库对重碳同位素(13C) 的相对富集。雾迷山组这种碳、氧同位素组成特征可以反映海平面的变化。在海侵体系域时期海水有相对高的有机产率和有机碳埋藏速率，在高位体系域时期的碳酸盐台地可能为滞流和蒸发环境，海水中微生物因呼吸而消耗有机质的作用比较强烈。 河南汝州、鲁山一带罗圈组冰积层之上的东坡组以页岩、粉砂质页岩及粉砂岩为主。而在对河南汝州一鲁山一带震旦系东坡组碳酸盐沉积的研究中，杜远生及张良等人发现了白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩。白云质粉砂岩具有与东坡组页岩不协调的软沉积变形。白云岩透镜体和白云质粉砂岩具有明显的δ13C 负偏。白云岩透镜体的δ13C为一4．19‰～一6．18‰。白云质粉砂岩的占δ13C 大部分为一2‰～一4‰之间。因此认为，东坡组的白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩与华南震旦纪盖帽白云岩及南华纪Sturtian冰期冰积层之上的碳酸盐丘和菱锰矿类似，为冰积层中的天然气水合物泄漏释放的CO2和海水中的Mg+发生快速反应快速沉淀而成的，即东坡组的白云岩、白云质粉砂岩、砂岩为冷泉成因。 而陈兰等人对扬子地台湘黔地区旱寒武世黑色页岩有机碳同位素的组成变化进行野外地质观察与室内分析研究表明：研究区灯影组白云岩主要为碳酸盐台
稳定碳同位素
稳定碳同位素 自然界有六种碳同位素：10C、11C、12C、13C、14C*和15C*。主要有三种，它们的丰度是：12C－98.9％；13C－1.08％；14C－1.2×10-10％。其中12C、13C是稳定同位素，14C是放射性同位素。碳有两种稳定同位素：12C和13C，由于它们的质量不同，在自然界中的物理、化学和生物作用下产生分馏。一般来说，在碳的有机循环中，轻同位素容易摄入有机质（例如烃、石油中富含12C，-30～-20‰）中；而在无机循环中，重同位素倾向于富集在无机盐（例如碳酸盐富含13C，海相灰岩约0‰）中。 碳同位素分馏包括动力学分馏（如光合作用、有机物的生物降解等）和平衡 分馏（如大气CO 2－溶解的HCO 3 -－固体CaCO 3 系统）。(1) 光合作用中的碳同位素 动力分馏（6CO 2+6H 2 O→C 6 H 12 O 6 +O 2 ）：由于轻同位素分子的化学键比重同位素分子的 化学键易于破坏，因而光合作用的结果使有机体相对富集轻同位素（12C），而残 留CO 2中则相对富集重同位素（13C）。叶子表面对两种二氧化碳（12CO 2 、13CO 2 ）同 位素分子吸收速度上的差异是造成这一分馏的主要原因。光合作用中碳同位素分馏程度与光合碳循环途径密切相关。根据CO 2 被固定的最初产物的不同，光合碳循环可分为C3、C4和CAM三种方式。C3循环长，分馏大，δ13C=-23‰~-38‰；C4循环为短循环，分馏小，δ13C=- 12‰~-14‰；CAM循环介于C3与C4间，其13C的亏损程度也介于C3与C4植物间。（2）生物氧化－还原作用过程中的碳同位素分馏：一方面，微生物通过氧化还原反应获取能量，加速氧化还原反应的进行。另一方面，微生物在参与反应的过程中，对于同位素的利用具有选择性，优先选择利用化学能较弱的轻同位素化学键，使得轻同位素较重同位素更易被微生物所利用，进而产生显著的同位素分馏。 大气CO 2－溶解的HCO 3 -－固体CaCO 3 系统中的化学交换平衡反应：同位素平 衡分馏只与温度有关，碳同位素分馏的结果是使固体碳酸盐中富集重同位素13C 从大气中的CO 2 到生物圈中有机碳化合物再到生物燃料和生物成因的甲烷，其碳同位素呈现出递减趋势，总体变化规律是氧化态的碳富集13C，还原态的碳 富集12C。海洋上空大气CO 2很少受到其它来源的CO 2 的影响，其δ13C值变化范 围很窄，平均δ13C＝-7.0‰；沙漠和山区大气的CO 2 的δ13C值接近-7.0‰；而在
碳同位素分析
二里头遗址出土陶容器内残余物的碳同位素分析 赵春燕赵海涛陈国梁许宏 （北京，王府井大街27号，中国社会科学院考古研究所，100710） 摘要：考古出土陶容器内残余物的分析与鉴别对于探讨古代人类饮食结构、生存状况及周围环境等问题具有特别重要的意义.依据残余物的碳同位素分析可以区分食物的种类，因而碳同位素分析是最重要的方法之一. 对二里头遗址出土的11份陶容器内残余物进行的碳同位素分析结果表明，二里头遗址居民食物中兼具C3类和C4类植物，而且，C4类植物也就是粟的比例可能更高一些。 关键词：二里头遗址，残余物，碳同位素 考古出土陶容器内残物的分析与鉴别对于探讨古代人类饮食结构、生存状况及周围环境等问题具有特别重要的意义。人类在学会制作陶器以后,生活方式发生了质的改变。蒸煮等烹调方式的使用改善了古人类的生活,使得人类对动植物的利用更加充分,吸收更多的营养,身体更加健康。因而,了解古代人类烹饪方式的发生、发展的历史也就是了解人类自身文明发展的历史。一般而言,了解古代人类饮食结构及生存状况所涉及的研究对象主要可以分为两个方面：一是被研究的主体-人类本身，包括对人类骨骼和牙齿遗存的研究；二是人类食用的对象，包括考古遗址中发现的动植物的遗存研究等等。但出土器物中发现的残余物的分析研究，可以帮助考古学家获得更多的不可见的动植物利用信息。 残余物的分析方法比较多, 根据残余物的状态不同相应有不同的方法.其中,碳、氮同位素分析是最重要的方法之一。依据残余物的碳同位素分析可以区分食物的种类。其原理并不复杂: 植物是通过光合作用将空气中的二氧化碳转化为植物组织。到目前为止所发现的光合作用的途径主要三种。一是卡尔文途径。因为它的最初产物是3-磷酸酰甘油酸（3-PGA），这是一种含三个碳原子的化合物，所以又称为C3途径,遵循 C3光合作用途径的一类植物称为C3植物。温和湿润环境下生长的大部分植物都属于C3植物,例如各种乔木、灌木和大部分禾本科的植物。二是哈-斯途径。这种途径的最初产物是含四个碳原子的化合物-草酰乙酸,所以遵循哈-斯光合作用途径的一类植物称为C4植物。 C4植物包括玉米、粟、甘蔗等旱暖开放环境中生长的某些草类。三是少数多汁植物如菠箩、甜菜等所遵循的称为CAM的光合作用途径[1、2]。 自然界的植物因光合作用的途径不同，而导致了最初产物的不同。而不同的最初产物的植物间碳同位素组成是有差别的,可以用δ13C值定量表示。通过对自然界数百种不同科、属、种的植物的研究发现，C3类植物如稻米、小麦、豆类等，其δ13C值范围为 -23‰～-30‰，平均值为-26‰。C4类植物，如玉米、小米、高粱、甘蔗等，δ13C值范围为–8～-14‰，平均值为-11‰。CAM类植物如菠萝、甜菜等，δ13C值范围为–12‰～-23‰，平均值为-17‰。豆科植物可以直接从空气固氮，其δ15N值约为0~1‰；非豆科植物利用土壤中的氮，δ15N 值平均为3~4‰。这些研究结果给后来的研究提供了直接的对比标准。对于出土残余物而言，因炭化过的植物残骸不会再受土壤微生物的影响而改变，一般认为碳氮同位素不会发生分
碳氢氧氮稳定同位素在生态学中的研究案例
碳氮氢氧稳定同位素示踪技术在生态系统研究案例稳定同位素作为示踪剂广泛应用于生态循环和大气循环中的相关研究。研究人员通过测量空气、植物和土壤中的稳定性同位素组成，进而研究传统生态学无法解释的复杂生态学过程，例如：碳同位素用于分析生态系统CO2循环，区分碳通量研究中各组分的贡献率，确定不同物种对全球生产力的分配和贡献；氢氧同位素用于分析植物对土壤水分的利用效率，进而区分土壤水分的蒸腾与蒸散；氮同位素用于分析植物及生态系统的氮素循环，通过反硝化细菌转化成N2O，根据15N在N2O分子的不同位置，可以示踪N素循环的不同化学反应过程。在这些生态研究中，要求使用的设备同时具备高环境耐受性、高精度、高测量速度及宽量程等特点。 美国Los Gatos公司采用专利的OA-ICOS技术（第4代CRDS技术）设计的一系列稳定同位素分析仪，具有操作温度范围宽、量程宽、高速、高精度的优点。能够满足实验室野外多点长期同步监测、不同高度长期同步监测等研究的需要。其与其他传统测量方法相比，改进了对外界温度、压力变化比较敏感的缺陷，具备无法比拟的优势，适用范围也大大得到扩展。 一、测量原理 LGR：采用OA-ICOAS技术，符合Beer-Lambert定律，通过测量光损失来确定未知物质的浓度；通过改变入射激光的波长，一次扫描测量需要的全部光谱，每秒300次测量，做平均，从而保证了多点连续监测的同步性以及高精度性。 特点：1、测量速度非常快，每秒300次全光谱扫描取平均，测量速度及精度远超传统质谱仪； 2、一次扫描测量全光谱，实时显示光谱曲线，即使温度压力的变化引起峰漂移 也不会影响到峰面积的变化； 3、离轴的光腔设计，避免反射光与入射光直接的相互干扰，信噪比低； 4、通过峰面积来计算位置物质的浓度，所以测量范围很宽； 二、 试验方案 1、碳氧稳定同位素示踪设计方案 1.1土壤-植物根系呼吸的区分 利用土壤、植物根系呼吸产生的CO2中13C同位素信息，可以区分它们各自在总呼吸中所占的比例，同时对18O同位素进行监测，使得多混合源的同位素区分成为可能。
石笋记录、氧同位素记录、遥感技术
石笋记录 一、定义： 石笋（Stalagmite），为碳酸钙石灰岩，位于溶洞洞底的尖锥体，是喀斯特地形的一种自然现象。 二、石笋发育与形成： 饱含着碳酸钙的水通过洞顶的裂隙或从钟乳石上滴至洞底。一方面由于水分蒸发，另一方面，由于在洞穴里有时温度较高，水溶解二氧化碳的量减小，所以，钙质析出，沉积在洞底。自下向上生长的是石笋，从上往下生长的是石钟乳。 三、石笋记录用于气候、环境变化等研究的条件（原因）： 洞穴石笋是由滴水带来碳酸盐矿物沉积形成的，而洞穴滴水是雨水通过石灰岩从地表渗透下来的，必然经过土壤层。由于植物的根呼吸和微生物活动，土壤中的空气含有大量二氧化碳。一方面，土壤二氧化碳的多少受温度的控制；另一方面，土壤二氧化碳的多少又能决定岩石被溶解的多少:二氧化碳含量高，水的酸度就大，被溶蚀的石灰岩就多，沉积到洞里的物质也就多；反之也成立。由此可见，水不但是运输物质的载体，而且也是传递信号的媒介。在从地表向地下传递的过程中，水流不但带有大气温度或降水变化的信号，而且还加入了许多地质、土壤环境变化的信号。当水最后到达洞里，从滴水沉积出来的石笋也就成了一个环境气候变化的记录器。 四、石笋记录用于气候、环境变化等的优势 太阳辐射的变化、海平面的变化及气候系统内部循环的变化都是可能与影响季风的因素。黄土虽然可以清晰地反映季风的变化,但是古环境重建的分辨率难以提高。碳酸盐沉积物具有明显的优势,总结其优势如下：
1.石笋分辨率高，可以达到年际分辨率； 2.石笋代用指标丰富，Th/U比值适合与铀系精确定年，可以进行高精度采样分析； 3.石笋样品分别广泛且时间跨度较大 4.石笋受外界干扰较少，洞穴内部相对封闭的环境是石笋生长受到的影响较小，生长机制对环境敏感、记录比较连续完整； 这对古气候古环境的研究至关重要。因此石笋成为综合研究最近几十万年以来气候与生态环境变化的理想载体。 五、石笋古气候研究中常用代用指标 1.氧同位素 2.碳同位素 3.微量元素 4.灰度 5.微层厚度 6.有机物与分子化石 氧同位素记录 一、定义：自然界中氧以氧-16、氧-17、氧-18三种同位素的形式存在，相对丰度分别为99.756%、0.039%、0.205% ，天然物质的氧同位素组成通常用由18O/16O比值确定的δ(18O)来描述，一般采用标准平均海洋水(SMOW)作为标准品。 二、用途：氧同位素在地球科学中广泛用于确定成岩成矿物质来源及成岩成矿温度。在生物学和医学上有广泛应用前景。氧同位素在地理学中被用作年代确定的参考，常用于冰川的断代。 三、氧同位素的应用原理与部分应用领域
应用稳定碳同位素组成特征研究环境空气颗粒物中多环芳烃的来源
应用稳定碳同位素组成特征研究环境空气颗粒物中多环芳烃的来源 彭林1,白志鹏1,朱坦1,徐永昌2,李剑3,冯银厂1 (1.南开大学环境科学与工程学院,天津 300071;2.中国科学院兰州地质研究所,兰州 730000;3.中国石油勘探开发研究 院廊坊分院,廊坊 065007) 摘要:采集了乌鲁木齐市与郑州市非采暖季的环境空气颗粒物, 用二氯甲烷做溶剂提取、硅胶柱层分离出多环芳烃样品.用气相色谱/燃烧系统/同位素质谱测定了多环芳烃单化合物的稳定碳同位素组成.结果表明:这2个城市的TSP 与PM 10中多环芳烃单化合物稳定碳同位素组成相比较没有明显的区别;两城市的颗粒物样品中,分子量较小菲、蒽、荧蒽、芘和苯并(e )芘的稳定碳同位素组成没有明显的区别,平均值范围为-2314‰～-2418‰,分子量较大的多环芳烃的δ13C 出现了明显差异,乌鲁木齐市环境空气颗粒物中多环芳烃单化合物的δ13C 随着其分子量的增大比郑州市更贫13C ,乌鲁木齐市的环境空气颗粒物中的苯并(a )芘、茚并(1,2,32cd )芘、苯并(ghi ) 的δ13C 值分别为-2813‰、-3118‰和-3012‰,郑州市为-2414‰、 -2914‰和-2613‰.结合对两城市燃煤量和机动车拥有量的对比分析,本研究认为:在非采暖季,这两个城市环境空气颗粒 物中多环芳烃的污染主要是以煤的炭化、气化、燃烧以及机动车尾气为主的复合型污染,而机动车尾气对郑州市环境空气颗粒物中分子量较高的多环芳烃的贡献高于乌鲁木齐市,煤的燃烧对乌鲁木齐市环境空气颗粒物中分子量较高的多环芳烃的贡献高于郑州市. 关键词:稳定碳同位素;多环芳烃;TSP ;PM 10;郑州;乌鲁木齐 中图分类号:X131.1 文献标识码:A 文章编号:025023301(2004)增刊20016205 基金项目:国家自然基金资助项目(20307006)教育部“跨世纪优秀人 才培养计划”基金项目(2002248) 作者简介:彭林(1966～),女,南开大学博士生,副教授,主要从事环 境中有机污染物来源与环境空气颗粒物来源方面的研究.E 2mail :plin123@https://www.wendangku.net/doc/3b9113036.html, Origin of Atmospheric Polycyclic Aromatic H ydrocarbons (PAH s)in Two Chinese Cities Using Compound 2Specif ic Stable C arbon Isotopic Analysis PEN G Lin 1,BAI Zhi 2peng 1,ZHU Tan 1,XU Y ong 2chang 2,L I Jian 3,FEN G Y in 2chang 1 (1.College of Environmental Sciences and Engineering ,Nankai University ,Tianjin 300071,China ;2.K ey Laboratory of G as G eochemisstry ,Lanzhou Institute of G eology ,Chinese Academy of Sciences ,Lanzhou 730000,China ;https://www.wendangku.net/doc/3b9113036.html,ngfang ,Research In 2stitute of Petroleum Exploration &Development ,Langfang 065007,China ) Abstract :Origin of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs )in total sus pended particulate (TSP )and particulate matter ten (PM 10)collected in non 2heating seasons in urban areas of Urumchi and Zhengzhou ,China were discussed on the base of carbon isotopic compositions of individual compounds.Carbon isotope ratios were measured with type of GC 2C 2MS and uncertainty is less than 016‰.δ13C values of atmospheric PAHs in Urumchi range from -2316‰to -3211‰and from -2215‰to -3110‰in Zhengzhou.δ13C values of PAHs in TSP are similar to those in PM 10in the two urban areas.δ13C values of low 2weight molecules (pyrene ,fluoranthene ,benzo [e]pyrene etc.)in PAHs from the two cities are similar ,and the mean value of δ13 C ranged from -2314‰to -2418‰.However ,δ13 C values of high 2weight molecules in PAHs evidently differentiate each other.The individual compounds of atmos pheric PAHs in Urumchi are more depleted in 13C with increasing molecular weight in PAH than those in Zhengzhou.δ13C values of benzo [a ]pyrene ,indeno (1,2,32cd )pyrene and benzo (ghi )perylene in Urumchi were -2813‰,-3118‰and -3012‰,respectively ,which are similar to those of the corresponding molecules in coal combustion particles.The val 2ues of those three compounds in Zhengzhou ,however ,were -2414‰,-2914‰and -2613‰,res pectively ,being similar to those from coal carbonization and automobile exhausts.Our data ,incorporated with the analysis upon the consumption of coal and amount of motor vehicles ,indicate that PAHs were controlled by coal carbonization ,coal combustion and automobile exhausts in two cities ,and contribution of automobile exhausts to PAHs of weight molecular in Zhengzhou is larger than that in Urumchi in no 2heating sea 2son ,while contribution of coal combustion to PAHs of weight molecular in Urumchi is larger than that in Zhengzhou in no 2heating season. K ey w ords :carbon isotope ;polycyclic aromatic hydrocarbons ;TSP ;PM 10;Urumchi ;Zhengzhou 空气颗粒物中存在的多环芳烃(PAHs )主要来源于化石燃料的不完全燃烧,还有少量的PAHs 来源于植物和微生物的内源性合成、森林及草原自然起火、火山活动和一些矿物成分[1].判别空气颗粒 第25卷增刊2004年6月 环 境 科 学ENV IRONM EN TAL SCIENCE Vol.25,Sup.J une ,2004