Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Циклы соотношения изотопов кислорода представляют собой 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 в образцах керна океана , измеренные с помощью 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 [ править ]

Кислород ( химический символ O) имеет три встречающихся в природе изотопа : 16 O, 17 O и 18 O , где 16, 17 и 18 относятся к атомной массе. Наиболее распространенным является 16 O с небольшим процентным содержанием 18 O и еще меньшим процентным содержанием 17 O. Анализ изотопов кислорода учитывает только отношение 18 O к 16 O, присутствующее в образце.

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

Связь между изотопами и температурой / погодой [ править ]

18 O на два нейтрона тяжелее 16 O и приводит к тому, что молекула воды, в которой он находится, оказывается тяжелее на это количество. Дополнительная масса изменяет водородные связи, так что для испарения H 2 18 O требуется больше энергии, чем для H 2 16 O, а H 2 18 O выделяет больше энергии при конденсации . Кроме того, H 2 16 O имеет тенденцию к более быстрой диффузии.

Поскольку H 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 - H 2 18. О. Когда водяной пар конденсируется в жидкость, H 2 18 O предпочтительно входит в жидкость, тогда как 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. Осаждение удаляет H 2 18 O, оставляя все больше и больше водяного пара, богатого H 2 16 O. Этот процесс перегонки приводит к тому, что осаждение имеет более низкое содержание 18 O / 16 O 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 интенсивных осадков, которые происходят во время ураганов, H 2 18 O истощается по сравнению с H 2 16 O, что приводит к относительно низким отношениям 18 O / 16 O. Последующее поглощение ураганных дождей деревьями создает запись прохождения ураганов, которая может быть использована 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 с помощью пиролиза и масс-спектрометрии . Исследователям необходимо избегать ненадлежащего или длительного хранения образцов для точных измерений. [2]

Связь между температурой и климатом [ править ]

Отношение 18 O / 16 O обеспечивает рекорд древней температуры воды. Вода на 10–15  ° C (18–27  ° F ) холоднее, чем настоящая, представляет собой оледенение . В холодных температурах распространяются по направлению к экватору, водяного пар богат 18 O преимущественно дожди при более низких широтах. Оставшийся водяной пар, который конденсируется в более высоких широтах, впоследствии богат 16 O. [3] Осадки, и поэтому ледяной лед содержит воду с низким содержанием 18 O. Поскольку большие количества воды 16 O хранятся в виде ледникового льда, 18Содержание O в океанической воде высокое. Вода до 5 ° C (9 ° F) теплее , чем сегодня представляет собой межледниковое, когда 18 содержание О океанической воде ниже. График изменения температуры воды в древности с течением времени показывает, что климат менялся циклически, с большими циклами и гармониками или меньшими циклами, наложенными на большие. Этот метод оказался особенно ценным для определения ледниковых максимумов и минимумов в плейстоцене .

Связь кальцита с водой [ править ]

Известняк откладывается из кальцитовых панцирей микроорганизмов. Кальцит, или карбонат кальция , химическая формула CaCO 3 , образуется из воды , H 2 O, и двуокиси углерода , CO 2 , растворенных в воде. Двуокись углерода обеспечивает два атома кислорода в кальците. Кальций необходимо ограбить третий из воды. Соотношение изотопов в кальците после компенсации остается таким же, как и соотношение в воде, из которой микроорганизмы данного слоя извлекали материал оболочки. Более высокая численность 18Содержание O в кальците указывает на более низкую температуру воды, поскольку все более легкие изотопы хранятся в ледяном льду. Наиболее часто упоминаемый микроорганизм - это фораминиферы . [4]

Исследование [ править ]

Эволюция динамической оксигенации Земли записывается в древних отложениях из Республики Габон из приблизительно между 2150 и 2080 млн лет назад. Ответственные за эти колебания оксигенации, вероятно, были вызваны экскурсией изотопа углерода Ломагунди . [5]

См. Также [ править ]

  • δ18O
  • Изотопное фракционирование

Ссылки [ править ]

  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.). «Годовые изотопные записи активности тропических циклонов» . Труды Национальной академии наук, 2006 - Национальная академия наук . 103 . Национальная академия наук. С. 14294–14297. DOI : 10.1073 / pnas.0606549103 . PMC 1570183 . Проверено 11 ноября 2009 .  CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ а б Цанг, Мань-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. DOI : 10.1017 / exp.2020.15 . ISSN 2516-712X . 
  3. ^ " Палеоклиматология : кислородный баланс" . Земная обсерватория НАСА . Земная обсерватория НАСА. 2005-05-06 . Проверено 27 февраля 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  4. ^ Зибе, Ричард Э. (1999). «Объяснение влияния концентрации карбоната в морской воде на изотопы кислорода фораминифер». Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (13–14): 2001–2007. Bibcode : 1999GeCoA..63.2001Z . DOI : 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 : 2014Natur.506..307L . DOI : 10,1038 / природа13068 . PMID 24553238 . Краткое содержание - Sciencedaily . 
  • Британская энциклопедия по климату и погоде , климатические изменения плейстоцена
  • Крейг Хармон (1961). «Изотопные вариации в метеорных водах». Наука . 133 (3465): 1702–1703. Bibcode : 1961Sci ... 133.1702C . DOI : 10.1126 / science.133.3465.1702 . PMID  17814749 .
  • Эпштейн С .; Майеда Т. (1953). «Изменение содержания O18 в водах природных источников». Geochimica et Cosmochimica Acta . 4 (5): 213–224. Bibcode : 1953GeCoA ... 4..213E . DOI : 10.1016 / 0016-7037 (53) 90051-9 .
  • Вейзер Ян; Годдерис Ив; Франсуа Луи М (2000). «Доказательства разделения атмосферного CO2 и глобального климата в фанерозойском эоне» (PDF) . Природа . 408 (6813): 698–701. Bibcode : 2000Natur.408..698V . DOI : 10.1038 / 35047044 . PMID  11130067 . Архивировано из оригинального (PDF) 06.10.2013 . Проверено 23 октября 2014 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Земная обсерватория НАСА: кислородный баланс
  • Scripps O2 Global Oxygen Measurements