Цикл соотношения изотопов кислорода
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( июнь 2008 г. ) |
Циклы соотношения изотопов кислорода — это циклические изменения отношения содержания кислорода с атомной массой 18 к содержанию кислорода с атомной массой 16, присутствующего в некоторых веществах, таких как полярный лед или кальцит, океана в образцах керна , измеренных с помощью изотопов фракционирование . Это соотношение связано с температурой древнего океана , которая, в свою очередь, отражает древний климат. Циклы этого соотношения отражают изменения климата в геологической истории Земли .
Изотопы кислорода
[ редактировать ]Кислород ( химический символ O) имеет три встречающихся в природе изотопа : 16 ТЕМ, 17 О , и 18 O , где 16, 17 и 18 относятся к атомной массе. Наиболее многочисленным является 16 О, с небольшим процентом 18 О и еще меньший процент 17 O. Анализ изотопов кислорода учитывает только соотношение 18 Вот и все 16 O присутствует в образце.
Рассчитанное соотношение масс каждого присутствующего в образце затем сравнивается со стандартом, что может дать информацию о температуре, при которой образец был сформирован - см. в разделе «Прокси (климат)» подробности .
Связь между изотопами и температурой/погодой
[ редактировать ]18 O — на два нейтрона тяжелее, чем 16 O и делает молекулу воды, в которой он находится, тяжелее на эту величину. требуется больше энергии. Дополнительная масса изменяет водородные связи, поэтому для испарения H 2 18 О, чем Н 2 16 О и Н 2 18 О высвобождает больше энергии при конденсации . Кроме того, H 2 16 O имеет тенденцию диффундировать быстрее.
Потому что Н 2 16 O требует меньше энергии для испарения и с большей вероятностью диффундирует в жидкую фазу, первый водяной пар, образующийся при испарении жидкой воды, обогащен H 2 16 O, а остаточная жидкость обогащена H 2 18 О. Когда водяной пар конденсируется в жидкость, H 2 18 O преимущественно поступает в жидкость, а H 2 16 O концентрируется в оставшемся паре.
Когда воздушная масса перемещается из теплого региона в холодный, водяной пар конденсируется и удаляется в виде осадков. Осадки удаляют H 2 18 O, оставляя все больше H 2 16 Водяной пар, богатый О. Этот процесс дистилляции приводит к тому, что осадки имеют более низкую концентрацию. 18 Т/ 16 О при понижении температуры. Дополнительные факторы могут повлиять на эффективность дистилляции, например, прямое осаждение кристаллов льда, а не жидкой воды, при низких температурах.
Из-за интенсивных осадков, выпадающих во время ураганов, H 2 18 O исчерпан относительно H 2 16 O, что приводит к относительно низкому 18 Т/ 16 О коэффициенты. Последующее поглощение ураганных осадков деревьями создает запись о прохождении ураганов, которую можно использовать для создания исторических записей в отсутствие человеческих записей. [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 методами пиролиза и масс-спектрометрии . Исследователям необходимо избегать неправильного или длительного хранения образцов для обеспечения точных измерений. [2]
Связь между температурой и климатом
[ редактировать ]The 18 Т/ 16 Соотношение O обеспечивает запись древней температуры воды. Вода на 10–15 °C (от 18 до 27 °F ) холоднее нынешней представляет собой оледенение . По мере того как более холодные температуры распространяются к экватору, водяной пар, богатый 18 О преимущественно идет дождь в более низких широтах. Оставшийся водяной пар, конденсирующийся в более высоких широтах, впоследствии богат 16 ТЕМ. [3] Осадки и, следовательно, ледниковый лед содержат воду с низким содержанием воды. 18 О содержание. Поскольку большие объемы 16 О, вода хранится в виде ледникового льда, 18 Содержание O в океанической воде велико. Вода на 5 °C (9 °F) теплее, чем сегодня, представляет собой межледниковье, когда 18 Содержание O в океанических водах ниже. График изменения температуры древней воды с течением времени показывает, что климат менялся циклически, с большими циклами и гармониками или меньшими циклами, накладывающимися на большие. Этот метод оказался особенно ценным для выявления ледниковых максимумов и минимумов в плейстоцене .
Связь между кальцитом и водой
[ редактировать ]Известняк откладывается из кальцитовых оболочек микроорганизмов. Кальцит, или карбонат кальция , химическая формула CaCO 3 , образуется из воды H 2 O и углекислого газа CO 2 , растворенных в воде. Диоксид углерода обеспечивает два атома кислорода в кальците. Кальций должен отнять у воды треть. Таким образом, соотношение изотопов в кальците после компенсации такое же, как и соотношение в воде, из которой микроорганизмы данного слоя извлекли материал раковины. Более высокая численность 18 O в кальците указывает на более низкую температуру воды, поскольку все более легкие изотопы хранятся в ледниковом льду. Микроорганизм, наиболее часто используемый для идентификации морских изотопных стадий, — это фораминиферы . [4]
Исследовать
[ редактировать ]Динамическая эволюция оксигенации Земли зафиксирована в древних отложениях Республики Габон примерно от 2150 до 2080 миллионов лет назад. Ответственные за эти колебания оксигенации, вероятно, были вызваны изменением изотопа углерода в Ломагунди . [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Миллер, Дана Л.; Мора, Клаудия И.; Гриссино-Майер, Анри Д.; Мок, Кэри Дж.; Уле, Мария Э.; Шарп, Закари (31 июля – 19 сентября 2006 г.). «Древовидные изотопные записи активности тропических циклонов» . Труды Национальной академии наук, 2006 г. - Национальная академия наук . Том. 103. Национальная академия наук. стр. 14294–14297. дои : 10.1073/pnas.0606549103 . ПМК 1570183 . Проверено 11 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Цанг, Мань-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Окисленные серебряные чашки могут исказить результаты определения изотопов кислорода в небольших образцах» . Экспериментальные результаты . 1 : е12. дои : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN 2516-712X .
- ^ « Палеоклиматология : кислородный баланс» . Земная обсерватория НАСА . 6 мая 2005 г. Проверено 27 февраля 2012 г.
- ^ Зибе, Ричард Э. (1999). «Объяснение влияния концентрации карбоната морской воды на изотопы кислорода фораминифер». Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (13–14): 2001–2007. Бибкод : 1999GeCoA..63.2001Z . дои : 10.1016/S0016-7037(99)00091-5 .
- ^ Тимоти В. Лайонс; Кристофер Т. Рейнхард; Ной Дж. Планавски (2014). «Атмосферная оксигенация три миллиарда лет назад». Природа . 506 (7488): 307–315. Бибкод : 2014Natur.506..307L . дои : 10.1038/nature13068 . ПМИД 24553238 . S2CID 4443958 .
- «Взлеты и падения раннего атмосферного кислорода» . ScienceDaily (пресс-релиз). 19 февраля 2014 г.
- Британская энциклопедия « Климат и погода» , Изменение климата в плейстоцене
- Крейг Хармон (1961). «Изотопные вариации в метеорных водах». Наука . 133 (3465): 1702–1703. Бибкод : 1961Sci...133.1702C . дои : 10.1126/science.133.3465.1702 . ПМИД 17814749 . S2CID 34373069 .
- Эпштейн С.; Маеда Т. (1953). «Изменение содержания О18 в водах природных источников». Geochimica et Cosmochimica Acta . 4 (5): 213–224. Бибкод : 1953GeCoA...4..213E . дои : 10.1016/0016-7037(53)90051-9 .
- Вейзер Ян; Годдерис Ив; Франсуа Луи М (2000). «Доказательства разделения атмосферного CO2 и глобального климата во время фанерозоя» (PDF) . Природа . 408 (6813): 698–701. Бибкод : 2000Natur.408..698V . дои : 10.1038/35047044 . ПМИД 11130067 . S2CID 4372892 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2013 г. Проверено 23 октября 2014 г.