Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Соотношение углерод-азот ( отношение сигнал / шум С или отношение углерода к азоту ) представляет собой отношение массы углерода к массе азота в веществе. Помимо прочего, его можно использовать для анализа отложений и компоста. Полезное применение отношений C / N - это прокси для палеоклиматических исследований, которые могут использоваться по-разному, независимо от того, являются ли керны отложений наземными или морскими. Отношение углерода к азоту является индикатором ограничения азота у растений и других организмов и может определить, происходят ли молекулы, обнаруженные в исследуемых отложениях, наземными или водорослевыми растениями. [1]Кроме того, они могут различать различные наземные растения в зависимости от типа фотосинтеза, которому они подвергаются. Следовательно, отношение C / N служит инструментом для понимания источников осадочного органического вещества, что может привести к информации об экологии, климате и циркуляции океана в разные периоды истории Земли. [1]

Отношения C / N в диапазоне 4–10: 1 обычно связаны с морскими источниками, тогда как более высокие отношения, вероятно, исходят от наземных источников. [2] [3] Сосудистые растения из наземных источников обычно имеют отношение C / N выше 20. [1] [4] Недостаток целлюлозы , имеющей химическую формулу (C 6 H 10 O 5 ) n , и большее количество белков в водорослях по сравнению с сосудистыми растениями вызывает эту значительную разницу в соотношении C / N. [1] [5] [6]

При компостировании для микробной активности используется соотношение C / N 30-35: 1, и более высокое соотношение приведет к более медленной скорости компостирования. [4] Однако это предполагает, что углерод полностью потребляется, что часто бывает не так. Таким образом, для практических сельскохозяйственных целей компост должен иметь исходное соотношение C / N 20-30: 1. [7]

Примерами устройств, которые можно использовать для измерения этого отношения, являются анализатор CHN и масс-спектрометр для измерения отношения изотопов с непрерывным потоком (CF-IRMS). [8] Однако для более практических применений желаемое соотношение C / N может быть достигнуто путем смешивания широко используемых субстратов с известным содержанием C / N, которые легко доступны и просты в использовании.

Приложения [ править ]

Морской [ править ]

Органическое вещество, которое откладывается в морских отложениях, является ключевым индикатором его источника и процессов, которым оно подвергалось до достижения дна, а также после осаждения, его отношения углерода к азоту. [9] [10] [4] В Мировом океане свежевыработанные водоросли на поверхности океана обычно имеют отношение углерода к азоту примерно от 4 до 10. [10] Однако было замечено, что только 10% этого органического вещества вещество (водоросли), образующееся на поверхности океана, опускается в глубину океана, не подвергаясь разложению бактериями при транспортировке, и только около 1% навсегда захоронено в отложениях. Важный процесс, называемый диагенез осадкана его долю приходится остальные 9% органического углерода, который опустился на дно океана, но не был захоронен навсегда, то есть 9% всего произведенного органического углерода разлагается в глубинах океана. [11] Сообщества микроорганизмов, использующие оседающий органический углерод в качестве источника энергии, неравнодушны к соединениям, богатым азотом, потому что большая часть этих бактерий ограничена азотом и предпочитает его углероду. В результате отношение углерода к азоту в тонущем органическом углероде в глубинах океана повышается по сравнению со свежим поверхностным органическим веществом океана, которое не было разложено. Экспоненциальный рост отношений C / N наблюдается с увеличением глубины воды - отношения C / N достигают 10 на промежуточных глубинах около 1000 метров и до 15 в глубоком океане (~> 2500 метров) [цитата необходима ]. Эта повышенная сигнатура C / N сохраняется в отложениях до тех пор, пока другая форма диагенеза, пост-осадочный диагенез, не изменит ее сигнатуру C / N еще раз.[6]Пост-осадочный диагенез происходит в морских отложениях, бедных органическим углеродом, где бактерии способны окислять органические вещества в аэробных условиях в качестве источника энергии. Реакция окисления протекает следующим образом: CH2O + H2O → CO2+ 4H++ 4e-со стандартной свободной энергией –27,4 кДж моль-1(половина реакции).[11]Когда весь кислород израсходован, бактерии в качестве источника энергии могут проводить бескислородную последовательность химических реакций, все с отрицательными значениями ∆G ° r, причем реакция становится менее благоприятной по мере протекания цепочки реакций. [11]

Тот же принцип, описанный выше, объясняющий преимущественное разложение богатого азотом органического вещества, происходит в отложениях, поскольку они более лабильны и пользуются большим спросом. Этот принцип использовался в палеоокеанографических исследованиях для выявления керновых участков, которые не испытали большой микробной активности или загрязнения земными источниками с гораздо более высокими отношениями C / N. [12]

Наконец, аммиак, продукт второй реакции восстановления, которая восстанавливает нитраты и производит газообразный азот и аммиак, легко адсорбируется на поверхностях глинистых минералов и защищается от бактерий. Это было предложено в качестве объяснения более низких, чем ожидалось, сигнатур C / N органического углерода в отложениях, подвергшихся пост-осадочному диагенезу. [6]

Аммоний, образующийся в результате реминерализации органического материала, существует в повышенных концентрациях (1 -> 14 мкм) в связных шельфовых морских отложениях, обнаруженных в Кельтском море (глубина: 1–30 см). Глубина отложений превышает 1 метр и может быть подходящей площадкой для проведения палеолимнологических экспериментов с C: N.

Lacustrine [ править ]

В отличие от морских отложений диагенез не представляет большой угрозы для целостности отношения C / N в озерных отложениях. [1] [13] Хотя древесина живых деревьев вокруг озер имеет стабильно более высокое соотношение C / N, чем древесина, погребенная в отложениях, изменение элементного состава недостаточно велико, чтобы убрать сигналы сосудистых и несосудистых растений из-за огнеупорной природы земного органического вещества. [1] [14] [13] Резкие сдвиги в соотношении C / N вниз по сердцевине можно интерпретировать как сдвиги в исходном органическом материале.

Например, два отдельных исследования на Мангровом озере, Бермудские острова и озере Юноко, Япония, показывают нерегулярные резкие колебания между C / N от примерно 11 до примерно 18. Эти колебания объясняются сдвигами от преобладания преимущественно водорослей к преобладанию сосудов на суше. [13] [15] Результаты исследований, которые показывают резкие сдвиги в доминировании водорослей и доминировании сосудов, часто приводят к выводам о состоянии озера в эти отдельные периоды изотопных сигнатур. Времена, когда в озерах преобладают сигналы водорослей, предполагают, что озеро является глубоководным, а времена, когда в озерах преобладают сигналы сосудистых растений, предполагают, что озеро мелкое, сухое или болотистое. [13] Использование отношения C / N в сочетании с другими наблюдениями за отложениями, такими как физические вариации, изотопный анализ D / H жирных кислот и алканов и анализ δ13C по аналогичным биомаркерам, может привести к дальнейшим интерпретациям регионального климата, которые описывают более крупные происходящие явления.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f Ishiwatari, R .; М. Узаки (1987). «Диагенетические изменения соединений лигнина в озерных отложениях возрастом более 0,6 миллиона лет (озеро Бива, Япония)». Geochimica et Cosmochimica Acta . 51 (2): 321–28. Bibcode : 1987GeCoA..51..321I . DOI : 10.1016 / 0016-7037 (87) 90244-4 .
  2. ^ Грей KR, Биддлстон AJ. 1973. Компостирование - параметры процесса. Инженер-химик. Февраль, стр. 71–76.
  3. ^ Стюарт, Кейт (2006). Это долгий путь к помидору. Нью-Йорк: Марлоу и компания. п. 155. ISBN 978-1-56924-330-5 . 
  4. ^ a b c Prahl, FG, JR Ertel, MA Goni, MA Sparrow и B. Eversmeyer (1994). "Вклады наземного органического углерода в отложения на окраине Вашингтона". Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (14): 3035–48. Bibcode : 1994GeCoA..58.3035P . CiteSeerX 10.1.1.175.9020 . DOI : 10.1016 / 0016-7037 (94) 90177-5 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Мейерс, Филип А. и Хайди Доуз. «29. ИСТОЧНИКИ, СОХРАНЕНИЕ И ТЕПЛОВАЯ ЗРЕЛОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПЛИОЦЕН-ПЛЕЙСТОЦЕНОВЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УГЛЕРОДАХ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАПАДНОГО СРЕДИЗЕМНОМОРЯ». Труды программы Ocean Drilling: научные результаты. Vol. 161. Программа, 1999.
  6. ^ a b c Мюллер, П.Дж. «Соотношения ХН в тихоокеанских глубоководных отложениях: влияние неорганического аммония и органических соединений азота, сорбированных глинами». Geochimica et Cosmochimica Acta 41, вып. 6 (1977): 765-776.
  7. ↑ Dahlem. «Поток на морское дно», Group Report, ред. KW Bruland и др., Стр. 210–213, 1988.
  8. ^ Бренна, Дж. Томас и др. «Высокоточная масс-спектрометрия с непрерывным потоком изотопов». Обзоры масс-спектрометрии 16.5 (1997): 227-258.
  9. Перейти ↑ Jasper, JP, and RB Gagosian. «Источники и отложения органического вещества в бассейне позднечетвертичных пигмеев в Мексиканском заливе». Geochemica et Cosmochimica Acta 54, вып. 4 (1990): 1117-1132.
  10. ^ a b Мейерс, PA "Сохранение элементарных и изотопных источников идентификации осадочных органических веществ". Химическая геология 114, вып. 3-4 (1 июня 1994 г.): 289-302.
  11. ^ a b c Эмерсон С. и Дж. Хеджес. «Диагенез отложений и бентосный поток». Трактат по геохимии 6.11 (2003): 293-319.
  12. ^ Raymo, ME и др. «Среднеплиоценовое тепло: более прочная теплица и более прочный конвейер». Морская микропалеонтология 27.1 (1996): 313-326.
  13. ^ a b c d Мейерс, Филип А. и Риоши Ишиватари (1993). «Органическая геохимия озер - обзор индикаторов источников органического вещества и диагенеза в озерных отложениях» (PDF) . Органическая геохимия . 20 (7): 867–900. DOI : 10.1016 / 0146-6380 (93) 90100-P . ЛВП : 2027,42 / 30617 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  14. ^ Мейерс, PA «Сохранение элементарных и изотопных источников идентификации осадочных органических веществ». Химическая геология 114, вып. 3-4 (1 июня 1994 г.): 289-302.
  15. ^ Ишиватари, Р. Н. Такамацу, и Т. Ишибаши. «Разделение автохтонных и аллохтонных материалов в озерных отложениях по разнице плотности». Японский журнал лимнологии 38 (1977).

Внешние ссылки [ править ]

  • Компост и соотношение C / N
  • Калькулятор C / N