stringtranslate.com

δ34S

Значение δ 34 S (произносится как «дельта 34 S ») — это стандартизированный метод измерения соотношения двух стабильных изотопов серы , 34 S: 32 S, в образце по сравнению с эквивалентным соотношением в известном эталонном стандарте. В настоящее время наиболее часто используемым стандартом является Vienna-Canyon Diablo Troilite (VCDT). Результаты сообщаются как отклонения от стандартного соотношения в частях на тысячу, на мил или на миллю с использованием символа ‰. Тяжелые и легкие изотопы серы фракционируются с разной скоростью, и полученные значения δ 34 S, зафиксированные в морских сульфатах или осадочных сульфидах , изучались и интерпретировались как записи изменения цикла серы на протяжении всей истории Земли.

Расчет

Из 25 известных изотопов серы четыре стабильны . [1] В порядке распространенности эти изотопы: 32 S (94,93%), 34 S (4,29%), 33 S (0,76%) и 36 S (0,02%). [2] Значение δ 34 S относится к показателю соотношения двух наиболее распространенных стабильных изотопов серы, 34 S: 32 S, измеренного в образце, по сравнению с тем же соотношением, измеренным в известном эталонном стандарте. Символ дельта в нижнем регистре используется по соглашению, чтобы соответствовать его использованию в других областях химии стабильных изотопов . [3] Это значение можно рассчитать в промилле (‰, частей на тысячу) следующим образом: [4]

‰

Реже, если измеряется содержание соответствующих изотопов, аналогичные формулы можно использовать для количественной оценки изменений соотношений между 33 S и 32 S, а также 36 S и 32 S, обозначаемых как δ 33 S и δ 36 S соответственно. [5]

Эталонный стандарт

Изношенный космический камень коричнево-красно-золотого цвета, покрытый сглаженными оспинами, установлен в музее.
Троилит из метеорита Каньон Диабло был первым эталоном для δ 34 S.

В начале 1950-х годов было установлено, что сера из метеоритов является адекватным эталонным стандартом, поскольку она демонстрирует небольшую изменчивость изотопных соотношений. [6] Также считалось, что из-за своего внеземного происхождения метеоры представляют собой первичные земные изотопные состояния. [7] Во время собрания Национального научного фонда в апреле 1962 года троилит из метеорита Каньон Диабло , найденного в Аризоне, США, был признан стандартом, с помощью которого можно было рассчитать значения δ 34 S (и другие отношения стабильных изотопов серы). [6] [8] Известный как Canyon Diablo Troilite (CDT), стандарт имел соотношение 32 S: 34 S, равное 22,220, и использовался около трех десятилетий. [6] В 1993 году Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) установило новый стандарт Vienna-CDT (VCDT), основанный на искусственно полученном сульфиде серебра (IAEA-S-1), который имел значение δ 34 S VCDT . -0,3‰. [8] В 1994 году было обнаружено, что исходный материал CDT не является изотопически однородным, с внутренними вариациями, достигающими 0,4 ‰, что подтверждает его непригодность в качестве эталонного стандарта. [6]

Причины вариаций

График со значениями δ34S от -50 до 40 ‰, метеоритами около 0 ‰, магматическими породами от -5 до 15 ‰, нефтью и углем от -10 до 20 ‰, современной сульфатной морской водой около 20 ‰, древними морскими эвапоритами от 10 до 35 ‰. , а также современный и древний осадочный пирит при температуре от -50 до 15 ‰.
Значения δ 34 S VCDT для нескольких геологических резервуаров

Происходят два механизма фракционирования , которые изменяют соотношение стабильных изотопов серы: кинетические эффекты, особенно из-за метаболизма сульфатредуцирующих бактерий , и реакции изотопного обмена, которые происходят между сульфидными фазами в зависимости от температуры. [9] При использовании VCDT в качестве эталонного стандарта были зарегистрированы естественные вариации значений δ 34 S в диапазоне от -72‰ до +147‰. [10] [11]

Наличие сульфатредуцирующих бактерий, восстанавливающих сульфат ( SO2−
4) до сероводорода (H 2 S), играл значительную роль в океаническом значении δ 34 S на протяжении всей истории Земли. Сульфатредуцирующие бактерии метаболизируют 32 S легче, чем 34 S, что приводит к увеличению значения δ 34 S в оставшемся сульфате в морской воде. [7] Архейский пирит , обнаруженный в барите в группе Варравуна , Западная Австралия, с фракцией серы, достигающей 21,1 ‰, намекает на присутствие сульфатредукторов еще 3470 миллионов лет назад . [12]

Теперь стало лучше известно, что степень фракционирования изотопов во время микробного восстановления сульфатов зависит от специфичной для клеток скорости восстановления сульфата сульфатредуцирующим микроорганизмом. [13] [14] Относительная степень активности фракционирования изотопов серы, включая восстановление сульфатов, повторное окисление сульфидов и диспропорционирование, определяет изотопный состав измеряемых минералов или флюидов. [15] Помимо микробной активности и условий окружающей среды, изотопный состав также меняется из-за диффузии, накопления и смешивания после захоронения. [16] [17] [15]

Значение δ 34 S, зафиксированное сульфатом в морских эвапоритах , можно использовать для составления диаграммы цикла серы на протяжении всей истории Земли. [7] [4] Великое событие оксигенации, произошедшее около 2400 миллионов лет назад , радикально изменило цикл серы, поскольку увеличение содержания кислорода в атмосфере позволило усилить механизмы фракционирования изотопов серы, что привело к увеличению значения δ 34 S от ~ 0. ‰ преоксигенация. Примерно 700 миллионов лет назад значения δ 34 S в сульфатах морской воды начали больше меняться, а значения в осадочных сульфатах стали более отрицательными. Исследователи интерпретировали это изменение как свидетельство увеличения оксигенации водного столба с продолжающимися периодами аноксии в самых глубоких водах. Значения δ 34 S современной морской воды постоянно составляют 21,0 ± 0,2 ‰ во всех мировых океанах, в то время как осадочные сульфиды сильно различаются. Значения δ 34 S и δ 18 O сульфатов морской воды демонстрируют аналогичные тенденции, не наблюдаемые в осадочных сульфидных минералах. [7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Audi G, Берсильон О, Блашо Дж, Вапстра АХ (декабрь 2003 г.). «Оценка NUBASE свойств ядра и распада». Ядерная физика А . 729 (1): 3–128. Бибкод : 2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX  10.1.1.692.8504 . doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Значок закрытого доступа
  2. ^ Хофс 2009, с. 71.
  3. ^ Кук П.Г., Герцег А.Л., ред. (2000). Экологические индикаторы в подземной гидрологии (PDF) . Нью-Йорк: Springer Science + Business Media. п. 511. дои : 10.1007/978-1-4615-4557-6. ISBN 978-1-4615-4557-6.
  4. ^ ab Canfield DE (2001). «Биогеохимия изотопов серы». Обзоры по минералогии и геохимии . 43 (1): 607–636. Бибкод : 2001RvMG...43..607C. дои : 10.2138/gsrmg.43.1.607. Значок закрытого доступа
  5. ^ Whitehouse MJ (март 2013 г.). «Определение множественных изотопов серы методом SIMS: оценка эталонных сульфидов для Δ 33 S с наблюдениями и практическим примером определения Δ 36 S». Геостандарты и геоаналитические исследования . 37 (1): 19–33. дои : 10.1111/j.1751-908X.2012.00188.x. S2CID  95283077. Значок закрытого доступа
  6. ^ abcd Бодуан Дж., Тейлор Б.Е., Рамбл III D, Тименс М. (октябрь 1994 г.). «Вариации изотопного состава серы троилита из железного метеорита Каньон Диабло». Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (19): 4253–4255. Бибкод : 1994GeCoA..58.4253B. дои : 10.1016/0016-7037(94)90277-1. Значок закрытого доступа
  7. ^ abcd Seal II RR (2006). «Изотопная геохимия серы сульфидных минералов». Обзоры по минералогии и геохимии . 61 (1): 633–677. Бибкод : 2006RvMG...61..633S. дои : 10.2138/rmg.2006.61.12. Значок закрытого доступа
  8. ^ ab Hoefs 2009, с. 72.
  9. ^ Хофс 2009, стр. 73, 77.
  10. ^ Левер М.А., Руксель О., Альт Дж.К., Симидзу Н., Оно С., Коггон Р.М. и др. (март 2013 г.). «Доказательства микробного круговорота углерода и серы в глубоко погребенных базальтовых склонах хребта». Наука . 339 (6125): 1305–1308. Бибкод : 2013Sci...339.1305L. дои : 10.1126/science.1229240. PMID  23493710. S2CID  10728606. Значок закрытого доступа
  11. ^ Дрейк Х., Робертс Н.М., Рейнхардт М., Уайтхаус М., Иварссон М., Карлссон А. и др. (июнь 2021 г.). «Биосигнатуры древней микробной жизни присутствуют в магматической коре Фенноскандинавского щита». Связь Земля и окружающая среда . 2 (1): 1–13. дои : 10.1038/s43247-021-00170-2 .
  12. ^ Шен Ю, Бьюик Р., Кэнфилд DE (март 2001 г.). «Изотопные доказательства восстановления микробных сульфатов в раннюю архейскую эпоху». Природа . 410 (6824): 77–81. Бибкод : 2001Natur.410...77S. дои : 10.1038/35065071. PMID  11242044. S2CID  25375808. Значок закрытого доступа
  13. ↑ Wing BA, Halevy I (декабрь 2014 г.). «Внутриклеточные уровни метаболитов формируют фракционирование изотопов серы во время микробного сульфатного дыхания». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (51): 18116–18125. Бибкод : 2014PNAS..11118116W. дои : 10.1073/pnas.1407502111 . ПМК 4280625 . ПМИД  25362045. 
  14. ^ Венк CB, Wing BA, Халеви I (октябрь 2017 г.). «Переносчики электронов при микробном восстановлении сульфатов, выявленные на основе экспериментального и экологического фракционирования изотопов серы». Журнал ISME . 12 (2): 495–507. дои : 10.1038/ismej.2017.185. ПМЦ 5776465 ​​. ПМИД  29087380. 
  15. ^ аб Цанг М.Ю., Вортманн У.Г. (июль 2022 г.). «Фракционирование изотопов серы, полученное на основе моделирования реакции-переноса в восточной экваториальной части Тихого океана». Журнал Геологического общества . 179 (5). Бибкод : 2022JGSoc.179...68T. дои : 10.1144/jgs2021-068. ISSN  0016-7649. S2CID  248647580.
  16. ^ Йоргенсен BB (январь 1978 г.). «Сравнение методов количественного определения бактериальной сульфатредукции в прибрежных морских отложениях: II. Расчет на основе математических моделей». Геомикробиологический журнал . 1 (1): 29–47. дои : 10.1080/01490457809377722. ISSN  0149-0451.
  17. ^ Бернер РА (2020). Ранний диагенез: теоретический подход. Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. дои : 10.1515/9780691209401. ISBN 978-0-691-20940-1. ОСЛК  1164642477.

Источники