stringtranslate.com

δ34S

Значение δ 34 S (произносится как дельта 34 S ) является стандартизированным методом для представления измерений соотношения двух стабильных изотопов серы , 34 S: 32 S, в образце по сравнению с эквивалентным соотношением в известном эталонном стандарте. Наиболее часто используемым стандартом является троилит Вена-Каньон Диабло (VCDT). Результаты представляются как отклонения от стандартного соотношения в частях на тысячу, на мил или на миллион , с использованием символа ‰. Тяжелые и легкие изотопы серы фракционируют с разной скоростью, и полученные значения δ 34 S, зарегистрированные в морских сульфатах или осадочных сульфидах , были изучены и интерпретированы как записи изменяющегося цикла серы на протяжении всей истории Земли.

Расчет

Из 25 известных изотопов серы , четыре являются стабильными . [1] В порядке их распространенности эти изотопы следующие: 32 S (94,93%), 34 S (4,29%), 33 S (0,76%) и 36 S (0,02%). [2] Значение δ 34 S относится к мере 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 использованию в других областях химии стабильных изотопов . [3] Это значение можно рассчитать в промилле (‰, частей на тысячу) как: [4]

‰

Реже, если измеряется соответствующее содержание изотопов, можно использовать аналогичные формулы 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]

Справочный стандарт

Изношенный коричнево-красно-золотистый космический камень, покрытый сглаженными оспинами, выставлен в музее.
Троилит из метеорита Каньон Дьябло стал первым эталонным стандартом для δ 34 S.

Сера из метеоритов была определена в начале 1950-х годов как адекватный эталонный стандарт, поскольку она демонстрировала небольшую изменчивость изотопных отношений. [6] Также считалось, что из-за своего внеземного происхождения метеоры представляли собой изначальные земные изотопные условия. [7] Во время заседания Национального научного фонда в апреле 1962 года троилит из метеорита Каньон Дьябло, найденного в Аризоне, США, был установлен в качестве стандарта, с помощью которого можно было рассчитать значения δ 34 S (и другие стабильные изотопные отношения серы). [6] [8] Известный как троилит Каньон Дьябло (CDT), стандарт был установлен как имеющий соотношение 32 S: 34 S 22,220 и использовался в течение примерно трех десятилетий. [6] В 1993 году Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) установило новый стандарт, Vienna-CDT (VCDT), на основе искусственно приготовленного сульфида серебра (IAEA-S-1), который, как было определено, имел значение δ 34 S VCDT −0,3‰. [8] В 1994 году было обнаружено, что исходный материал CDT не является изотопно однородным, с внутренними вариациями до 0,4‰, что подтверждает его непригодность в качестве эталонного стандарта. [6]

Причины вариаций

График со значениями δ34S от −50 до 40‰, с метеоритами около 0‰, магматическими породами от −5 до 15‰, нефтью и углем от −10 до 20‰, современным сульфатом морской воды около 20‰, древними морскими эвапоритами от 10 до 35‰ и современным и древним осадочным пиритом от −50 до 15‰.
Значения δ 34 S VCDT для нескольких геологических резервуаров

Происходит два механизма фракционирования , которые изменяют соотношения 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 вариации естественных значений δ 34 S в диапазоне от −72‰ до +147‰. [10] [11]

Наличие сульфатредуцирующих бактерий, которые восстанавливают сульфат ( SO2−
4) до сероводорода (H 2 S), играл значительную роль в значении δ 34 S в океане 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 фракционированием серы до 21,1‰, намекает на присутствие сульфатредукторов еще 3470 миллионов лет назад . [12]

В настоящее время более известно, что степень фракционирования изотопов во время микробной сульфатредукции зависит от скорости сульфатредукции, специфичной для клеток сульфатредуцирующего микроорганизма. [13] [14] Относительная степень активности фракционирования изотопов серы, включая сульфатредукцию, повторное окисление сульфида и диспропорционирование, определяет изотопный состав измеряемых минералов или жидкости. [15] Помимо микробной активности и условий окружающей среды, изотопный состав также изменяется из-за диффузии, накопления и смешивания после захоронения. [16] [17] [15]

Значение δ 34 S, зафиксированное сульфатом в морских эвапоритах , можно использовать для составления карты цикла серы на протяжении всей истории Земли. [7] [4] Великое событие оксигенации около 2400 миллионов лет назад радикально изменило цикл серы, поскольку увеличение содержания кислорода в атмосфере позволило увеличить механизмы, которые могли фракционировать изотопы серы, что привело к увеличению значения δ 34 S от ~0‰ до оксигенации. Примерно 700 миллионов лет назад значения δ 34 S в сульфатах морской воды начали меняться больше, а значения в осадочных сульфатах стали более отрицательными. Исследователи интерпретировали этот экскурс как показатель увеличения оксигенации водной толщи с непрерывными периодами аноксии в самых глубоких водах. Современные значения сульфата морской воды δ 34 S постоянно составляют 21,0 ± 0,2‰ по всему мировому океану, в то время как осадочные сульфиды сильно различаются. Значения сульфата морской воды δ 34 S и δ 18 O демонстрируют схожие тенденции, не наблюдаемые в осадочных сульфидных минералах. [7]

Смотрите также

Ссылки

  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. ^ Хоэфс 2009, стр. 71.
  3. ^ Кук PG, Херцег AL, ред. (2000). Экологические трассеры в подземной гидрологии (PDF) . Нью-Йорк: Springer Science+Business Media. стр. 511. doi :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. Bibcode :2001RvMG...43..607C. doi :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 пример определения Δ 36 S». Геостандарты и геоаналитические исследования . 37 (1): 19–33. doi :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). "Геохимия изотопов серы в сульфидных минералах". Обзоры по минералогии и геохимии . 61 (1): 633–677. Bibcode : 2006RvMG...61..633S. doi : 10.2138/rmg.2006.61.12. Значок закрытого доступа
  8. ^ ab Hoefs 2009, стр. 72.
  9. ^ Хоэфс 2009, стр. 73, 77.
  10. ^ Lever MA, Rouxel O, Alt JC, Shimizu N, Ono S, Coggon RM и др. (март 2013 г.). «Доказательства микробного цикла углерода и серы в глубоко залегающих базальтах склонов хребта». Science . 339 (6125): 1305–1308. Bibcode :2013Sci...339.1305L. doi :10.1126/science.1229240. PMID  23493710. S2CID  10728606. Значок закрытого доступа
  11. ^ Drake H, Roberts NM, Reinhardt M, Whitehouse M, Ivarsson M, Karlsson A и др. (Июнь 2021 г.). «Биосигнатуры древней микробной жизни присутствуют в магматической коре Фенноскандинавского щита». Communications Earth & Environment . 2 (1): 1–13. doi : 10.1038/s43247-021-00170-2 .
  12. ^ Shen Y, Buick R, Canfield DE (март 2001 г.). «Изотопные доказательства микробной сульфатредукции в раннюю архейскую эру». Nature . 410 (6824): 77–81. Bibcode :2001Natur.410...77S. doi :10.1038/35065071. PMID  11242044. S2CID  25375808. Значок закрытого доступа
  13. ^ Wing BA, Halevy I (декабрь 2014 г.). «Уровни внутриклеточных метаболитов формируют фракционирование изотопов серы во время микробного сульфатного дыхания». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (51): 18116–18125. Bibcode : 2014PNAS..11118116W. doi : 10.1073/pnas.1407502111 . PMC 4280625. PMID  25362045 . 
  14. ^ Wenk CB, Wing BA, Halevy I (октябрь 2017 г.). «Переносчики электронов в микробном восстановлении сульфата, выведенные из экспериментального и экологического фракционирования изотопов серы». Журнал ISME . 12 (2): 495–507. doi :10.1038/ismej.2017.185. PMC 5776465. PMID  29087380 . 
  15. ^ ab Tsang MY, Wortmann UG (июль 2022 г.). "Фракционирование изотопов серы, полученное из моделирования реакции-переноса в восточной части экваториальной части Тихого океана". Журнал Геологического общества . 179 (5). Bibcode : 2022JGSoc.179...68T. doi : 10.1144/jgs2021-068. ISSN  0016-7649. S2CID  248647580.
  16. ^ Йоргенсен BB (январь 1978). «Сравнение методов количественной оценки бактериального восстановления сульфата в прибрежных морских отложениях: II. Расчет на основе математических моделей». Geomicrobiology Journal . 1 (1): 29–47. doi :10.1080/01490457809377722. ISSN  0149-0451.
  17. ^ Бернер РА (2020). Ранний диагенез: теоретический подход. Принстон, Нью-Джерси: Princeton University Press. doi : 10.1515/9780691209401. ISBN 978-0-691-20940-1. OCLC  1164642477.

Источники