Цикл соотношения изотопов кислорода - Oxygen isotope ratio cycle

Циклы соотношения изотопов кислорода представляют собой циклические вариации соотношения содержания кислорода с атомная масса от 18 до содержания кислорода с атомной массой 16, присутствующего в некоторых веществах, таких как полярный лед или кальцит в океане образцы керна, измеренный с фракционирование изотопов. Это соотношение связано с температурой воды древних океанов, которая, в свою очередь, отражает древний климат. Циклы в соотношении отражают климатические изменения в геологической истории.

Концентрация O-18 в зависимости от времени

Изотопы кислорода

Кислород (химический символ O) имеет три встречающихся в природе изотопы: 16О, 17О, и 18О, где 16, 17 и 18 относятся к атомной массе. Самый распространенный - 16O, с небольшим процентом 18O и еще меньший процент 17О. Изотоп кислорода анализ учитывает только соотношение 18О, чтобы 16O присутствует в образце.

Рассчитанное соотношение масс каждого присутствующего в образце затем сравнивается со стандартом, что может дать информацию о температуре, при которой был сформирован образец - см. Прокси (климат) для подробностей.

Связь между изотопами и температурой / погодой

18О два нейтроны Тяжелее чем 16O и заставляет молекулу воды, в которой он находится, тяжелее на это количество. Дополнительная масса изменяет водородные связи, поэтому требуется больше энергии для испарять ЧАС218O, чем H216O и H218O высвобождает больше энергии, когда конденсируется. Кроме того, H216O имеет тенденцию к более быстрой диффузии.

Потому что H216O требует меньше энергии для испарения и с большей вероятностью диффундирует в жидкую фазу, первый водяной пар, образующийся при испарении жидкой воды, обогащен H216O, а остаточная жидкость обогащена H218О. Когда водяной пар конденсируется в жидкость, H218O преимущественно входит в жидкость, а H216O концентрируется в оставшемся паре.

Когда воздушная масса перемещается из теплого региона в холодный, водяной пар конденсируется и удаляется в виде осадков. Осадок удаляет H218O, оставляя все больше H216Водяной пар, богатый кислородом. Этот процесс дистилляции снижает осаждение. 18O /16O при понижении температуры. На эффективность перегонки могут влиять дополнительные факторы, такие как прямое осаждение кристаллов льда, а не жидкой воды при низких температурах.

Из-за обильных осадков, выпадающих во время ураганов, H218O исчерпывается относительно H216O, что приводит к относительно низкому 18O /16О соотношения. Последующее поглощение ураганных дождей деревьями создает запись прохождения ураганов, которую можно использовать для создания исторических записей в отсутствие записей людей.[1]

В лабораториях температура, влажность, вентиляция и т. д. влияют на точность измерений изотопов кислорода[2]. Твердые образцы (органические и неорганические) для измерения изотопов кислорода обычно хранятся в серебряных чашках и измеряются с помощью пиролиз и масс-спектрометрии. Исследователям необходимо избегать неправильного или длительного хранения образцов для точных измерений.[2].

Связь между температурой и климатом

В 18O /16Соотношение O обеспечивает запись древней температуры воды. Вода от 10 до 15° C (18–27° F ) круче, чем представляет оледенение. По мере того, как более низкие температуры распространяются к экватору, водяной пар, богатый 18О преимущественно идет дождь в более низких широтах. Оставшийся водяной пар, который конденсируется в более высоких широтах, впоследствии богат 16О.[3] Осадки и, следовательно, ледниковый лед содержат воду с низким 18О содержание. Поскольку большое количество 16О вода хранится в виде ледяного льда, 18Содержание O в океанической воде высокое. Вода на 5 ° C (9 ° F) теплее, чем сегодня, представляет собой межледниковый период, когда 18Содержание O в океанической воде ниже. График изменения температуры воды в древности с течением времени показывает, что климат менялся циклически, с большими циклами и гармоники, или меньшие циклы, наложенные на большие. Этот метод оказался особенно ценным для определения ледниковых максимумов и минимумов в Плейстоцен.

Связь кальцита с водой

Известняк депонируется из кальцит оболочки микроорганизмов. Кальцит, или карбонат кальция, химическая формула CaCO3, формируется из воды, H2O и углекислый газ, CO2, растворенный в воде. Двуокись углерода обеспечивает два атома кислорода в кальците. В кальций должен ограбить третьего из воды. Таким образом, соотношение изотопов в кальците после компенсации остается таким же, как соотношение в воде, из которой микроорганизмы данного слоя извлекали материал оболочки. Более высокое содержание 18Содержание O в кальците указывает на более низкую температуру воды, поскольку все более легкие изотопы хранятся в ледниковом льду. Наиболее часто упоминаемый микроорганизм: фораминиферы.[4]

Исследование

Динамическое развитие оксигенации Земли зафиксировано в древние отложения от Республика Габон примерно от 2150 до 2 080 миллионов лет назад. Ответственные за эти колебания оксигенации, вероятно, были вызваны Экскурсия по изотопу углерода Ломагунди.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Миллер, Дана Л .; Мора, Клаудия I .; Гриссино-Майер, Анри Д.; Mock, Кэри Дж .; Уле, Мария Э .; Шарп, Захари (31 июля - 19 сентября 2006 г.). "Древовидные изотопные записи активности тропических циклонов". Слушания Национальной академии наук, 2006 - Национальная академия наук. 103. Национальная академия наук. С. 14294–14297. Дои:10.1073 / pnas.0606549103. ЧВК  1570183. Получено 2009-11-11.
  2. ^ а б Цанг, Ман-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Чашки из оксидированного серебра могут исказить результаты измерения изотопов кислорода малых образцов». Результаты экспериментов. 1: e12. Дои:10.1017 / эксп.2020.15. ISSN  2516-712X.
  3. ^ "Палеоклиматология: Кислородный баланс ». Обсерватория Земли НАСА. Земная обсерватория НАСА. 2005-05-06. Получено 2012-02-27.
  4. ^ Зибе, Ричард Э. (1999). «Объяснение влияния концентрации карбоната морской воды на изотопы кислорода фораминифер». Geochimica et Cosmochimica Acta. 63 (13–14): 2001–2007. Bibcode:1999GeCoA..63.2001Z. Дои:10.1016 / S0016-7037 (99) 00091-5.
  5. ^ Тимоти В. Лайонс, Кристофер Т. Рейнхард и Ноа Дж. Планавски (2014). «Оксигенация атмосферы три миллиарда лет назад». Природа. 506 (7488): 307–315. Bibcode:2014Натура.506..307L. Дои:10.1038 / природа13068. PMID  24553238. Сложить резюме – Sciencedaily.

внешняя ссылка