前GOBE阶段碳同位素值变化特征及解释
碳同位素地球化学
（四）火成岩中碳的同位素组成
火成岩中碳的存在形式包括：
①碳酸盐矿物和C○2流体包裹体； ②石墨或金刚石； ③碳的化和物。 其中：还原碳明显富集12C，它们的δ13C值在-20 ～ -28 ‰之间，与生物成因碳相重叠。氧化态碳的 δ13C值2.9 ～ 18.2 ‰ ，明显超出了火成碳酸岩δ13C 值的范围。这表明大部分氧化态的碳是次生成因的， 是由循环的热液或地下水引进的。
光合作用：
12CO
6CO2＋6H2O→C6H12O6+6O2
13CO 键易被破坏，光合作用使植 键较 2 2 物富集12C 陆生植物δ13C值为-24～-34‰ 海生植物（浮游植物除外）δ13C比陆生植物大 10‰±
煤平均δ13C值约为-25‰ 海相石油δ13C值为-22～-29.4‰ 陆相石油δ13C值为-29.7～-32.8‰ 甲烷更富集12C 天然气δ13C值更负 变化范围更大
(25℃)
海水CO3-2和HCO3-比大气CO2富集13C
海相碳酸盐岩石δ13C为 -6.39～5.2‰ 平均为 -1.16‰ 陆地土壤中有机物产生的CO2富含12C贫13C. 淡水碳酸盐富集δ13C和δ18O, δ13C为 -18.5～8.5‰
深成或平均地壳来源的碳δ13C≈-7‰ 生物成因的有机化合物δ13C≈-25‰ 不同成因碳的δ13C差异明显
2. CO2与HCO-3和CO3-2 的 碳同位素分馏
13 ( 气)
CO 2 ＋(H CO 3 )
(溶液 )
12
12
( 气)
CO 2 ＋(H CO 3 )
(溶液 )
13
13
( 气)
CO 2 ＋( CO 3 )
(溶液 )
c同位素分析
c同位素分析以“C同位素分析”为标题，写一篇3000字的中文文章C同位素分析是一种通过分析物质中C同位素组成，以确定物质成分及原料来源来支撑定量生态学研究的方法，也是研究生物群落结构特征及其变化的一种重要手段。
它是一种独特的工具，可以揭示营养的来源、群落的食物网络特征、物种的食性、捕食者的捕食过程、以及生态网络的调节作用等。
C同位素分析是利用气相色谱-质谱联用设备，以放射性稳定同位素C-12、C-13的质量比做指标，对无机和有机物质中的碳按其生物同位素丰度分析的方法，从而进行识别和定量分析。
C-13定位素在碳物质中的丰度水平是由物质的来源决定的，主要有生物还原和来自工业分配，工业分配的C-13丰度偏低，而生物还原的C-13丰度一般较高，因此，还原的碳源的C-13定位素比值普遍较低，而来自有机物的碳则具有较高的C-13定位素比值。
C同位素分析可以分析物质来源，如有机碳物质来源于植物或动物，而石油、天然气等无机碳物质则来自非生物源。
在分析食物网络中，C同位素分析可以确定消费者在食物链中的位置，从而帮助研究物种特征、个体数目及其饱食度等信息，进而提高营养学研究的准确性。
C同位素分析也可以用于追踪污染物的原料来源。
C同位素分析可以将污染物来源分辨为有机或无机物质，从而比较定位素的比值，以识别污染来源。
此外，C同位素分析可以用于鉴别生物体的季节性变化，以及研究生态系统中物质的健康状态和变化趋势。
例如，碳同位素可以用来确定森林生物群落的碳循环过程，从而了解森林的能量来源和消耗，研究森林碳汇的效应，并进一步推断森林处于保护状态或被破坏状态。
C同位素分析在实际应用中仍然有很多不足，这主要是由于C同位素分析需要购买特殊的设备和贵重的试剂，而且，C同位素分析的过程比较繁琐复杂，分析结果不够准确。
因此，要提高C同位素分析的实用性，还需要更多研究来完善该技术。
总而言之，C同位素分析是一种重要的生态学研究技术，它可以用于物质来源的分析，同时可以分析食物网络的结构，为森林碳汇的研究及污染物的追踪提供定量的信息，然而，其实用性还存在许多不足，需要进一步的改进。
地球碳量历史变化曲线
地球碳量历史变化曲线
地球碳量历史变化曲线是指地球上碳元素的含量随时间的变化趋势。
碳元素是地球上最常见的元素之一，它在地球上的存在形式有很多，包括有机物、无机物和气态物质等。
碳元素的存在对地球的生态系统和气候变化有着重要的影响。
地球碳量历史变化曲线可以分为两个主要阶段：前寒武纪和寒武纪以后。
前寒武纪时期，地球上的碳元素主要以有机物的形式存在，如海洋中的浮游生物和海藻等。
这些生物通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物，最终沉积在海底形成石油和天然气等化石燃料。
这些化石燃料的形成过程需要数百万年的时间，因此前寒武纪时期地球上的碳元素含量相对较低。
寒武纪以后，地球上的碳元素含量开始逐渐增加。
这一时期，地球上的生物多样性迅速增加，海洋中的浮游生物和海藻数量激增，大量的有机物沉积在海底，形成了大量的化石燃料。
同时，地球上的陆地植被也开始逐渐扩张，通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物，进一步增加了地球上的碳元素含量。
然而，随着人类活动的不断增加，地球上的碳元素含量开始出现了异常的变化。
人类通过燃烧化石燃料和森林砍伐等活动，释放了大量的二氧化碳和其他温室气体，导致地球气候变暖，海平面上升，生态系统受到破坏等问题。
因此，我们需要采取有效的措施，减少
人类活动对地球碳量的影响，保护地球生态系统的健康和稳定。
地球碳量历史变化曲线反映了地球上碳元素含量的变化趋势，对我们了解地球生态系统和气候变化有着重要的意义。
我们应该采取积极的措施，减少人类活动对地球的影响，保护地球的生态系统和气候稳定。
碳同位素组成特征及其在地质中的应用
同位素地球化学目录一、碳的同位素组成及其特征 (1)1.碳同位素组成 (1)Ⅰ、碳的同位素丰度 (1)Ⅱ、碳的同位素比值（R） (2)Ⅲ、δ值 (2)2.碳同位素组成的特征 (3)Ⅰ.交换平衡分馏 (3)Ⅱ.动力分馏 (4)Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征 (4)二、碳同位素在地质科学研究中的应用 (10)1. 碳同位素地温计 (11)2．有机矿产的分类对比及其性质的确定 (12)Ⅰ.煤 (12)Ⅱ.石油 (12)Ⅲ. 天然气 (14)碳同位素组成特征及其在地质科研中的应用一、碳的同位素组成及其特征1.碳同位素组成碳在地球上是作为一种微量元素出现的，但分布广泛，在地质历史中有着重要作用。
碳的原子序数为6 ，原子量为12.011，属元素周期表第二周期ⅣA族。
碳在地壳中的丰度为2000×10-6，是一个比较次要的微量元素。
在地球表面的大气圈、生物圈和水圈中，碳是最常见的元素之一，是地球上各种生命物质的基本成分馏。
碳既可以呈固态形式存在，又能以液态和气态形式出现。
它既广泛分馏布于地球表面的各层圈中，也能在地壳甚至地幔中存在。
总之，碳可呈多种形式存在于自然界中。
在有机物质和煤、石油中，以还原碳的形式存在，在二氧化碳气体和水溶液中，以氧化碳形式出现。
碳还可呈自然元素形式出现在某些岩石中（如金刚石和石墨）。
一般用同位素丰度、同位素比值和δ值来表示同位素的组成。
Ⅰ、碳的同位素丰度同位素丰度指同位素原子在元素总原子数中所占的百分比，自然界中的碳有2个稳定同位素：12C和13C。
习惯采用的平均丰度值分别为98.90%和1.10%。
由此可见，在自然界中碳原子主要主要是以12C的形式存在。
另外碳还有一个放射性同位素14C ，半衰期为5730a。
放射性14C的研究，目前已发展成为一种独立的同位素地质年代学测定方法，主要应用于考古学和近代沉积物的年龄测定。
适合用于作碳稳定同位素分馏析的样品包括：石墨、金刚石等自然碳矿物，方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等碳酸盐矿物；石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品；各种矿物包裹体中的CO2和CH4气体以及石油、天然气及有机物质中的含碳组分馏等。
碳同位素值
碳同位素值
碳同位素值是指计量物理学中使用的一种测量方法，用于确定和比较物质中碳同位素的相对丰度，通常表示为δ^13C （代表碳-13相对于碳-12的丰度）。
这种表示方法用于研究物质的起源、化学反应和生物过程等。
δ^13C值通过测量样品中含有的碳同位素的相对丰度与一个已知的标准物质比较得出。
这个已知标准物质通常是国际维护的Peedee Belemnite化石（PDB），其δ^13C值被定义为0‰。
当样品中的δ^13C值小于PDB时，表示相对富集轻同位素（碳-12），而大于PDB时表示相对富集重同位素（碳-13）。
碳同位素的测量可以应用于不同领域，比如地质学、生态学、气候学和生物学等：
1.古气候研究：通过分析地质样品中的碳同位素，可以推断
古代大气CO2浓度和气候变化情况。
2.生物地理学研究：碳同位素测量可用于确定动植物的生态
环境偏好、迁徙情况和食物链结构等。
3.水域和陆地生态系统研究：通过分析不同生物组织中的碳
同位素，可以研究碳循环、生物地球化学过程和生态系统
功能。
4.食物原产地溯源：测量食物样品中的碳同位素可以追踪食
物的起源和处理过程。
需要注意的是，碳同位素值的解读需要结合具体研究领域和参
考标准，以更准确地理解样品中的环境和生物过程。
碳的同位素的用途性质
碳的同位素的用途性质碳是一种非常常见的元素，它在自然界中非常广泛地存在，并且具有多种同位素。
同位素是指具有相同原子序数（即原子核中的质子数）但质量数不同的原子。
碳的同位素有多种不同的质量数，其中最常见的是碳-12、碳-13和碳-14。
首先，碳的同位素具有不同的性质，这使得它们有着广泛的应用。
其中最常见的应用是在地质学和化学中的放射性碳dating技术。
碳-14是一种放射性同位素，它的半衰期约为5730年。
因此，通过测量一种物质中碳-14和碳-12的比例，可以确定物质的年龄。
这种技术被广泛应用于考古学和地质学中，用于确定物质的年代。
此外，碳的同位素对于研究生物化学过程也非常重要。
在生物体内，碳-12和碳-13的比例可以用于研究动植物的食物链关系和生态系统的结构。
由于碳-12和碳-13具有不同的质量，它们在生物过程中有着不同的生化反应速率。
通过测量不同生物体中碳-12和碳-13的比例，可以了解其所处的食物链位置和生态角色。
在化学工业中，碳的同位素也有广泛的应用。
例如，碳-13可以用于核磁共振（NMR）技术中，这是一种研究分子结构的重要工具。
通过将标记有碳-13的化合物注入到样品中，并观察其在NMR光谱中的信号，可以确定其结构和相互作用方式。
这种技术被广泛应用于有机化学和药物研发中，有助于研究化合物的结构和性质。
另外，碳的同位素也可以用于追踪环境中的污染物。
例如，碳-13的同位素比例可以用于追踪大气中的二氧化碳排放源。
不同来源的二氧化碳具有不同的碳-13含量，通过测量大气中的碳-13比例，可以确定不同来源的贡献程度。
这种技术对于研究气候变化和环境污染有着重要的意义。
此外，碳的同位素还可以用于医学影像学中的正电子发射断层显像（PET）技术。
在PET扫描中，通过将标记有碳-11或碳-14的放射性同位素注射到人体内，可以观察到活跃的细胞和器官。
这种技术对于诊断和治疗癌症、心脏病等疾病具有重要的价值。
总结来说，碳的同位素具有广泛的用途和性质。
土壤碳素 碳同位素
土壤碳素碳同位素土壤碳素是指土壤中的有机碳，包括植物残体、动物粪便、微生物体和土壤有机质等。
而碳同位素则是指碳元素的同位素，即具有相同原子序数但质量数不同的碳。
土壤碳素是土壤中的重要组成部分，对于土壤生态系统的稳定性和功能发挥起着重要作用。
而碳同位素研究则可以帮助我们了解土壤碳循环和有机质来源。
碳同位素主要有三种，分别是碳-12（12C）、碳-13（13C）和碳-14（14C）。
其中，碳-12和碳-13是稳定同位素，而碳-14是放射性同位素。
稳定同位素碳-12和碳-13的比例可以用来判断土壤碳的来源和循环情况。
植物主要通过光合作用吸收二氧化碳，其中碳-12和碳-13的比例与大气中的比例相同。
当植物死亡后，其残体和根系会进入土壤，并逐渐分解。
这些有机物中的碳同位素比例会随着时间的推移发生变化，其中碳-13的相对含量会逐渐增加。
因此，通过测量土壤中碳-13的含量，可以了解土壤有机质的来源和降解程度。
而放射性同位素碳-14则可以用来确定土壤有机质的年龄。
碳-14的半衰期约为5730年，当植物死亡后，其体内的碳-14开始逐渐衰变。
通过测量土壤中碳-14的含量，可以推算出有机质的年龄。
这项技术被广泛应用于考古学和地质学领域，可以帮助我们了解古代土壤的演化和环境变化。
土壤碳素和碳同位素的研究对于了解土壤生态系统的功能和环境变化具有重要意义。
首先，土壤碳素是土壤有机质的主要组成部分，对土壤的肥力和水分保持起着重要作用。
通过研究土壤碳素的含量和组成，可以评估土壤的肥力和生产力，并制定合理的土壤管理措施。
碳同位素研究可以帮助我们了解土壤有机质的来源和循环。
通过测量土壤中碳同位素的比例，可以判断土壤有机质的来源是植物残体、动物粪便还是其他来源。
同时，也可以了解土壤有机质的降解程度和稳定性，从而评估土壤碳储存和碳循环的情况。
碳同位素研究还可以帮助我们了解土壤环境的演化和变化。
通过测量土壤中碳-14的含量，可以推算出土壤有机质的年龄，从而了解土壤的发育过程和演化历史。
碳同位素示踪技术促进陆地生态系统功能解析
碳同位素示踪技术促进陆地生态系统功能解析陆地生态系统在全球碳循环中起着至关重要的作用，对于减缓气候变化和维持生物多样性至关重要。
了解陆地生态系统中的碳循环过程以及其对气候和生态系统功能的影响是十分重要的。
而碳同位素示踪技术作为一种强大的工具，正为我们研究陆地生态系统的功能与碳循环之间的关系提供了新的途径。
碳同位素示踪技术是利用碳同位素的不同相对丰度来追踪和识别碳的来源、转化和去向。
在陆地生态系统中，这项技术能够帮助科学家们揭示不同碳汇和碳源之间的关系，并帮助我们了解陆地生态系统中的碳转化过程。
通过对不同组分的碳同位素比值的测定和分析，科学家们可以追踪有机碳、土壤碳以及气候变化对生态系统功能的影响。
首先，碳同位素示踪技术可以用于追踪土壤碳的来源和去向。
土壤是陆地生态系统中最重要的碳汇之一，其吸收和贮存的有机碳量对于减缓气候变化至关重要。
通过分析土壤中不同碳同位素的比例，科学家能够确定有机碳的来源，比如来自植物凋落物、根系分泌物和微生物分解产物等。
这有助于我们更好地了解土壤碳的循环过程，并为有效地管理和保护土壤提供科学依据。
其次，碳同位素示踪技术也可以帮助研究气候变化对生态系统功能的影响。
由于碳同位素比值与不同碳源的特征有关，因此可以通过分析生态系统中不同组分的碳同位素比值变化来评估其功能状态。
例如，气候变化可能导致植物对不同碳源的利用方式发生变化，进而影响生态系统的净碳交换和生产力。
通过对生态系统中不同组分的碳同位素比值进行长期监测和分析，科学家们可以了解气候变化对生态系统功能的潜在影响，并为生态系统的管理和保护提供科学依据。
此外，碳同位素示踪技术还可以用于研究陆地生态系统中碳的转化过程和碳储存机制。
通过追踪有机碳的同位素比值变化，科学家们可以了解生态系统中不同碳形态的转化途径和速率，从而揭示碳循环的基本机制。
对于了解生态系统中碳的储存量和减少碳排放的措施至关重要。
通过应用碳同位素示踪技术，我们可以深入了解土壤碳库的动态变化和碳的分配方式，为碳循环管理和减排策略提供科学依据。
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Weathering
2CO2 + H2O + CaSiO3→ Ca2+ + 2HCO3- + SiO2
(1)
Production
Ca2+ + 2HCO3- → CaCO3 + CO2 + H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(2)
使得在海洋中生长大量的δ13C 的值偏负的碳酸盐岩，同时大量较
轻碳素向海洋中注入，最终造成碳同位素整体趋势的负偏移。因此认
科技信息
前 GOBE 阶段碳同位素值变化特征及解释
新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队 郎海亮 祁 斌
［摘 要］本文对前 GOBE 阶段碳同位素变化特征进行总结，指出该阶段碳同位素值有整体上向负方向偏移的趋势，并认为该时期内 强烈板块运动是造成此偏移趋势的根本原因。此时大气中高 CO2浓度是该时期最为显著的环境特征之一，对古海洋特征及生物演 化均有重要影响。而对该时期内发生 SPICE 事件其成因尚需进一步的研究。 ［关键词］GOBE 碳循环 SPICE
图 1 寒武-奥陶界线附近δ13C 值变化曲线（M.R.Saltzman et al.，2000)
图 2 古生代海水中值变化曲线（Godderis et al.2001） 二、讨论 对整体趋势变化特征的讨论 在长周期的碳循环过程当中，碳循环主要受到太阳辐射（如米兰科 维奇旋回）、古地理分布、古大陆裂解或闭合状况、火山作用等因素的控 制（D.Desonie，2001）。在前 GOBE 阶段，生物几乎均为海生生物，鲜有 陆生植物的存在，因此在讨论该时期碳循环过程中，有关陆地生态系统 的部分将不予考虑。 1.大气高 CO2浓度的形成 在该段时期内，潘诺西亚（Pannotia）超大陆继早寒武世之后继续分 裂，形成巨神海(Iapetus Ocean)，由构造运动引起的规模的火山喷发事件 可向大气中排放大量的 CO2,同时劳伦西亚(Laurentia, 北美)、波罗地 (Baltica, 北欧)和西伯利亚(Siberia)、冈瓦那大陆(Gondwana)等主要的大 陆均在该时期内由南半球向赤道附近迁移，这都将对当时大气中 CO2 含量有着重要的影响（D.Desonie，2001;Zhuravlev，2001）。 该时期内高 CO2 浓度的形成并非是由构造、火山作用等单一因素 所控制的，而是通过一系列反馈机制来达成，如由高 CO2浓度造成的剧 烈的温室效应，将使更多的冰川消融，减少了冰川对太阳光的反照率， 地球能够吸收更多的太阳能，最终使得气温进一步的升高。诸如此类
的正反馈机制还有永冻层的消融造成的甲烷等温室气体向大气中的排
放、大气中云的增加造成的对地球表面热量反射的增加、大洋表层水变
暖使得 CO2溶解度降低造成的海洋中大量 CO2被释放到大气圈中、大气 中水蒸气的增加使温室作用加剧等，而与之相应的逆反馈机制则较少，
仅有大气中云的增加会反射更多太阳光，从而造成温度的降低，使得大
为由该段时期内活跃的构造火山运动造成的对硅质陆壳的剧烈风化是
造成碳同位素整体趋势变化的根本原因。
对 SPICE 事件的解释
此次碳同位素正异常偏移开始于 Glyptagnostus reticulatus 牙形石
带，与此同时伴随着一次全球性的三叶虫绝灭事件，此次三叶虫的绝灭
最先在澳大利亚被识别出来，有接近 80 个种绝灭（Opik，1966），而在北
有更多的碳元素以有机质的形式存在，但在地质历史记录中该段时期
海平面，陆表海广泛发育。由于此时全球主要陆块均有由南半球向赤
道附近迁移的趋势，使得赤道附近成为陆表海最为发育的地区，加之高
温，大气中水蒸气含量较高，降雨频繁，造成硅质陆壳遭受剧烈风化，由
于硅质陆壳中δ13C 的值约为-6，而在早寒武世，海洋及碳酸盐岩沉积
物中原始δ13C 的值约在 0-1 左右，通过以下两个反应：
前言 碳元素是地球上生命有机体构成的最关键元素，同时地质历史过 程中植物对碳元素的固定是大气中产生氧气近乎唯一的来源，碳循环 可一定程度上控制全球大气中二氧化碳和氧气浓度、气候、有机碳埋藏 等因素的变化。因此在研究奥陶纪生物大辐射过程中，对前 GOBE 阶 段碳同位素特征、碳循环及相关地质、生物地化背景进行研究，对探讨 辐射的过程及可能的原因等问题有重要意义。 本文旨在总结前 GOBE 阶段（中寒武世至早奥陶世）碳同位素偏移 特征，并结合地质历史过程中碳循环模式，讨论造成碳同位素偏移可能 的原因。 一、前 GOBE 阶段碳同位素特征 整体趋势 Ripperdan 等（1992，1993）最先结合地层生物带、磁极倒转、海平面 变化等方面的特征对寒武-奥陶界线附近δ13C 值变化特征进行全球对 比，指出在前 GOBE 阶段，δ13C 值有向负方向偏移的整体趋势（图 1）。 Godderis et al（. 2001）对早古生代碳、氧、硫、锶等元素的同位素值变化 特征进行总结，通过其模型计算指出在前 GOBE 阶段，海水中δ13C 值同 样有逐渐向负方向偏移的趋势（图 2）。Berner（1991，1994）结合碳同位 素、海平面变化、太阳辐射、陆壳的风化作用等因素在整个地质历史当 中变化，提出了显生宙以来大气中 CO2浓度的变化的模型。认为在中 晚寒武到中奥陶世大气中 CO2 含量约为 8-18PAL，并有不断增加的趋 势，而相对应的 O2的含量较少，约为 0.5PAL（Berner, 2001）。
美也有近 50%的三叶虫种绝灭（Orth et al.,1984），造成此次较短时间的
生物绝灭的原因目前还没有定论。
目前就碳同位素出现正异常的解释主要有三个模式，其中海洋缺
氧事件（OAE）模式与 Monterey 模式根本原理上相似，前者需要在沉积
物中有足够量的有机碳埋藏，后者同样需要在高生产力或缺氧条件下
气中 CO2含量不断增加、温暖的环境加剧（D.Desonie，2001）。 2.对碳同位素整体变化趋势的解释
在如此高的 CO2浓度背景下，推测全球年平均气温 18℃左右，结合 Berne（r 1999）提出的碳循环模型认为：剧烈的温室效应使得两极冰川大
量融化，海平面上升，Hallam（1992）认为该时期具有显生宙以来最高的