稳定同位素地球化学-碳硫同位素
地球化学中的同位素研究及其应用
地球化学中的同位素研究及其应用地球化学是研究地球上各种化学现象和过程的科学学科。
同位素是元素具有相同的原子序数和化学性质，但质量数不同的不同种类的原子，其在地球化学研究中发挥着重要的作用。
本文将探讨地球化学中的同位素研究以及其在不同领域的应用。
一、同位素的定义和分类同位素是指具有相同原子序数（即原子核中质子的数量相同）但质量数（即原子核中质子和中子的数量之和）不同的原子。
同位素的存在使得地球化学研究可以根据元素的同位素组成来分析物质起源、演化和地球系统中的各种过程。
同位素一般可以分为稳定同位素和放射性同位素两类。
稳定同位素是指在地球化学研究中具有稳定存在状态的同位素，如氢的两种同位素氢-1和氢-2，氧的三种同位素氧-16、氧-17和氧-18。
放射性同位素是指具有不稳定存在状态的同位素，如铀系列的235U和238U以及镭系列的226Ra等。
二、地球化学中的同位素研究方法1. 同位素质谱法同位素质谱法是地球化学研究中常用的分析技术，它可以通过测量元素的同位素比例来获取有关地球物质起源和演化的信息。
该技术基于同位素质量分析仪器，可以对地球系统中的各种物质样品进行同位素组成的测定。
2. 同位素示踪法同位素示踪法是地球化学研究中常用的实验手段，它通过采集含有某种同位素标记的物质，并追踪其在地球系统中的传输和转化过程。
该方法可以帮助科学家们了解物质的迁移路径、生物地球化学循环等过程，为地球系统模型的构建和预测提供重要依据。
三、地球化学中的同位素研究应用1. 地质探测地球化学中的同位素研究可以用于地质探测，例如利用同位素示踪法可以追踪岩石中的放射性同位素衰变过程，从而确定岩石的年代和形成过程。
这对于研究地质构造、地壳运动以及矿床形成等具有重要意义。
2. 古气候研究同位素的组成可以反映地球气候变化的过程。
通过对冰川和海洋沉积物中的同位素比例进行分析，可以了解过去气候变化的规律和机制。
这对于预测未来气候变化趋势以及制定环境保护政策有重要意义。
稳定同位素地球化学研究进展
稳定同位素地球化学研究进展随着科学技术的进步，稳定同位素地球化学研究日益受到重视。
稳定同位素是某种元素的同位素，其原子核中的中子和质子的数量均相同，但质子数不确定。
与放射性同位素不同，稳定同位素不会衰变，因此能够在地球化学和生物地球化学等领域中广泛应用。
本文将从研究意义、研究方法、应用领域等方面进行探讨。
一、研究意义稳定同位素研究在地球科学、环境科学、生物地球化学等学科领域中有着重要的作用。
其中，稳定同位素地球化学的主要研究内容是掌握地球化学过程和环境演化的规律及机制。
例如，在构造地质学中，稳定同位素可以用于推测岩浆源区的成分和动力学过程；在古环境学中，稳定同位素可以用于重现气候变化和环境演化过程；在地球化学污染评价中，稳定同位素可以用于追踪污染物来源和迁移路径。
另外，在生物地球化学中，稳定同位素也发挥着重要的作用。
例如，在动物和植物的生物地球化学循环中，利用稳定同位素可以探究其食物链和生长状态；在微生物地球化学中，通过稳定同位素的应用，可以研究氮、硫、铁、碳等元素的循环和代谢规律。
综上，稳定同位素地球化学研究的意义在于提高对地球化学过程和环境演变规律的认识，为生态保护和资源管理提供科学依据。
二、研究方法稳定同位素研究主要依靠仪器分析技术和数据统计方法。
目前，应用最广泛的稳定同位素测量仪器为质谱仪，在气体、液体和固体样品的分析中均有广泛应用。
根据不同的研究对象和分析场合，稳定同位素分析方法有以下几种：1. 气体-稳定同位素分析法：适用于大气、水体、土壤及生物样品中的小分子有机化合物、气态元素、气体分子等的同位素分析。
2. 液体-稳定同位素分析法：适用于水体、沉积物、岩石、矿物等大分子有机化合物和元素化合物的同位素分析。
3. 固体-稳定同位素分析法：适用于岩石、矿物、古生物化石等固体样品中的元素同位素分析。
另外，数据统计方法也是稳定同位素研究的重要手段之一，例如稳定同位素分馏和稳定同位素混合模型等。
21-23稳定同位素地球化学
Hydrogen Lithium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Sulfur δ D δ 6Li δ δ δ δ δ δ
11 6
Ratio
D/H(2H/1H) li/7Li B/10B C/12C N/14N O/16O O/16O S/32S
18 18 216 1/3C16O2+ H O ƒ 1/3C O + H 3 2 3 2 O
α=1.0492
α=1.0286
反应使岩石中富集了18O、而在水中富集16O。由于大 部分岩石中氢的含量很低，因此水岩同位素交换反应 中氢同位素成分变化不大，但在含OH-的矿物中，水 岩反应结果使得矿物的δD增高。
1000ln A 10 / T B
6 2
α是分馏系数；T是绝对温度；A、B是常数，由实验 确定。从上式可知，温度越高，分馏越小；温度越低， 分馏越大。 在实际进行同位素地质温度测定时，只要测定两个共 生矿物的同位素组成，便可根据公式进行同位素平衡 温度计算。
稳定同位素地球化学
例子：含石英、白云母和磁铁矿的花岗片麻岩
H-O同位素地球化学
(3) 矿物晶格化学键 对氧同位素的选择 当火成岩和变质岩 达到氧同位素平衡时， 岩石中矿物氧同位素 有一个相应的分馏次 序，其中Si-O-Si键的 矿物中最富18O，其 次为Si-O-Al键、SiO-Mg键等。
H-O同位素地球化学
云和沉积物五个库间进行。
H-O同位素地球化学
1.H-O同位素的分馏 (1)蒸发-凝聚分馏： 水在蒸发过程中轻水分子H216O比重水分子D218O易于富 集在蒸汽相中，而凝聚作用相反，重的水分子优先凝结。 因此在气、液相之间发生H、O同位素的物理分馏。 由于水分子经过反复多次蒸发-凝聚过程使得内陆及高纬
第十讲 稳定同位素地球化学
第十讲地质常用主要稳定同位素简介18OFull atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.内容提要●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素10.1. 传统稳定同位素基本特征☐只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40；☐多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。
总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集；☐生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。
在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。
10.2. 氢(hydrogen)☐直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成：1H：99.9844%2H(D)：0.0156%☐在SMOW中D/H=155.8 10-6☐氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。
10.2.1 氢同位素基本特征☐与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间；☐1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围；☐从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以HO、OH-，2H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用；☐氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。
JFC:Jupiter family cometsOCC:outer solar system Oortcloud comets内地行星与碳质球粒陨石具有相似的氢同位素组成，但与彗星之间存在差异(Taylor,2015,PSRD: Water in Asteroid 4 Vesta)(Robert ,2011,Nature Geoscience)行星和陨石的氢同位素组成(Alexander et al., 2012, EPSL)NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDAWater in apatite in meteorites from Vesta varies in its hydrogen isotopic composition. Range is similar to the range in Earth.来自小行星带不同陨石样品中磷灰石的氢同位素组成(Sarafian et al.,2014)Hydrogen isotope variations in mantle-derived materials(Bell and Ihinger, 2000)金云母K-碱镁闪石韭闪石&羟钛角闪石10.2.2 主要分馏机制◆发生氢同位素分馏的主要原因是水蒸气压的不同，其次为其冰点差异。
09 硫同位素地球化学
• 实验资料证明，fO2-pH-δ34S-δ13C图解对 许多形成温度高于150℃的热液体系矿床是 合适的。但在低温热液条件下，或者当热 液的T、P、fO2、pH突然发生改变，引起 矿物快速沉淀而来不及达到平衡，或者对 于多少是处于封闭体系中形成的硫化物沉 淀，使用这种图解就必须谨慎，或许就不 可靠了。
一、同位素平衡交换作用
• 岩浆环境和250℃以上热液流体中的硫酸 盐和溶解的硫化氢、火山喷气口的二氧 化硫和硫化氢气体、热液流体中溶解的 硫化氢和沉淀的硫化物等是同位素平衡 交换的典型体系。
• 平衡条件下硫的重同位素倾向于富集在具 有较强硫键的化合物中，由高价到低价， δ34S依次降低，因此各种含硫原子团富集 34S的顺序是： • SO42-≥HSO41-＞SO32- ＞SO2＞S＞ H2S≥HS1-≥S2• 下图表示了一些含硫化合物和H2S之间的 同位素分馏曲线。
• Ohmoto提出的这种相图方法，可以称为 “大本模式”，它告诉我们，矿物的硫同位 素组成不仅反映了热液中硫同位素组成， 而且受制于热液体系的各种物理化学环 境，也就是说矿物的δ34S值并不等于热液 中的δ34S值。
• 当我们测定了同一矿区不同矿物或同种 矿物的δ34S值时，不能简单地进行算术 平均，它可能代表了不同期次热液的产 物、或者不同物化条件下的晶出。用大 本模式可以得到更准确的解释，它把矿 物稳定场和稳定同位素资料二者结合起 来了。
第九章 硫同位素地球化学
• 硫有四种稳定同位素：32S，33S，34S， 36S，其大致丰度为95.02％，0.75％，4.21 ％，0.02％。以S34S/32S来表示硫同位素的 分馏。 • 自然界硫同位素组成范围大，最重的硫酸 盐的δ34S为95‰，最轻的硫化物为-65‰。 • 硫同位素标准是CDT。
地球化学研究中的稳定同位素地球化学
地球化学研究中的稳定同位素地球化学地球化学研究旨在了解我们的行星是如何以及为什么形成的，包括地壳、大气、水体和生物。
地球化学家使用各种方法和技术来研究这些过程，而稳定同位素地球化学是其中之一。
本文将介绍稳定同位素地球化学的基本概念，以及它如何应用于了解地球化学过程的早期历史和现代系统。
稳定同位素是指具有相同原子核数的元素，但具有不同的中性子数。
同位素地球化学是研究这些同位素在地球化学中的分布和交换过程的学科。
由于同位素的数目非常相似，因此它们的化学性质也非常相似。
这使得它们在地球化学和生物学中的应用非常广泛。
稳定同位素地球化学的应用广泛，仅举几例。
首先，它可以用于了解过去的气候和环境条件。
例如，钋同位素比研究表明，过去的气候变化和气候区域变化对全球生态系统和人类社会造成了深远的影响。
其次，它可以用于研究物质循环和生态系统中的动态变化。
例如，地球上的水循环和生态系统中碳、氮、硫等元素的循环和利用，可以用稳定同位素技术进行研究和监测。
此外，它还可以用于了解矿床和石油等地下资源的形成和演化过程。
除了稳定同位素外，同位素地球化学也包括放射性同位素地球化学。
与稳定同位素不同，放射性同位素衰变会导致元素发生变化，而稳定同位素只涉及元素内部中性子数量的变化。
两类同位素地球化学研究可以相互补充。
稳定同位素地球化学的应用有赖于其具有高精度、多重标记和非破坏性等特点。
例如，一些同位素的比例测量可以用极高的精度实现，达到1/1000万或更高的精度。
这在研究少量物质的分布和交换过程时非常有用。
稳定同位素还可以用于多个化学物种的标记。
其中，氢、氧、碳、氮和硫等元素的同位素标记被广泛应用于研究生态系统和地壳环境中的物质循环。
最后，稳定同位素技术是一种非破坏性的分析方法。
这使得它能够在不影响样品的情况下分析地球化学系统的动态变化。
鉴于稳定同位素地球化学的广泛应用，地球科学家使用许多技术和方法来进行稳定同位素分析。
其中一种最常用的技术是质谱仪。
地球化学在地质年代学断代方法中的应用
地球化学在地质年代学断代方法中的应用地球化学是研究地球上各种元素、化合物和同位素的地球科学学科。
它涵盖了地球的物理、化学和生物过程，对于研究地质年代学断代方法有着重要的应用。
本文将探讨地球化学在地质年代学断代方法中的应用，并介绍几种常见的地球化学分析技术。
一、同位素年代学同位素年代学是通过测量地球中各种元素的同位素比例来确定岩石、矿物或化石的年龄。
地球化学分析中最常用的同位素年代学方法包括放射性同位素年代学和稳定同位素年代学。
1. 放射性同位素年代学放射性同位素年代学利用放射性同位素的衰变来确定岩石和矿物的年龄。
例如，利用铀-铅定年方法可以确定地球年龄，利用钾-氩定年方法可以确定火山岩的年龄。
这些放射性同位素经过时间的衰变，通过测量它们之间的比例可以计算出样本的年龄。
2. 稳定同位素年代学稳定同位素年代学利用稳定同位素的相对比例来确定岩石和矿物的年龄。
例如，氧同位素组成可以用来确定岩石的形成温度和降水的季节性变化。
稳定同位素年代学主要利用氧同位素、碳同位素和硫同位素等元素进行研究，通过测量它们之间的比例变化来推断出岩石或化石的年龄和环境。
二、元素地球化学分析元素地球化学分析通过测量地球中各种元素的含量和比例来推断岩石、矿物或土壤的成因、起源和演化过程。
1. X射线荧光光谱仪（XRF）X射线荧光光谱仪通过在样品上照射高能X射线，测量样品中产生的荧光辐射来分析样品中的元素含量和分布。
XRF广泛应用于岩石、矿物和土壤的元素地球化学分析，可以快速、准确地获取大量的元素信息。
2. 气相质谱仪（GC-MS）气相质谱仪通过将样品中的有机化合物分离和检测，进而确定样品中有机物的成分和结构。
GC-MS在地质年代学中的应用主要集中在研究古气候、古环境和有机质来源等方面。
3. 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）电感耦合等离子体质谱仪通过将样品中的元素进行离子化和检测，可测量岩石、矿物和土壤中精细含量的元素分布。
ICP-MS广泛应用于地球化学元素分析中，可以分析从微量到超痕量的元素。
地球化学研究中的同位素分析技术
地球化学研究中的同位素分析技术地球化学研究是研究地球和行星体中的元素组成、地球历史演化以及地球的生命起源和演化等问题的学科。
同位素分析技术在地球化学研究领域中起着重要作用。
同位素是同一元素的不同质量核素，具有不同的原子质量，通过同位素的测量，可以揭示地球和宇宙中的一些重要物理、化学和生物过程。
本文将介绍地球化学研究中常用的同位素分析技术。
一、同位素分析技术的原理同位素分析技术是基于同位素的相对丰度差异进行的一种分析方法。
同位素相对丰度的测量可以通过质谱仪、质光谱仪、中子活化分析等手段进行。
这些方法通过测量同位素的质量、电荷、光谱峰位置等特性，从而确定样品中不同同位素的相对含量。
二、同位素分析技术的应用1. 放射性同位素分析放射性同位素是一种具有放射性衰变性质的同位素，通过测量放射性同位素的衰变速率，可以推断出地质历史、地球年龄以及地球内部的物质循环过程。
常用的放射性同位素分析技术包括铀系列、钍系列和钾系列等。
2. 稳定同位素分析稳定同位素是指不发生放射性衰变的同位素。
稳定同位素分析常用于研究地球系统中的元素循环、生物地球化学循环以及古气候变化等问题。
例如，氧同位素分析技术可以用于研究古气候变化、古海洋生物演化等；碳同位素分析技术可以用于研究碳循环、生物地球化学循环等。
3. 稳定同位素示踪技术稳定同位素示踪技术是通过测量示踪物中同位素的相对含量变化来研究地质过程和环境变化的方法。
例如，氧同位素示踪技术可以用于研究水循环、地下水补给和河流水源等；硫同位素示踪技术可以用于研究硫的来源、硫循环以及硫化物的形成和分解等。
三、同位素分析技术的挑战和发展趋势同位素分析技术在地球化学研究中起着重要作用，但也存在一些挑战。
首先，同位素分析技术需要高精度的仪器设备和实验条件，成本较高。
其次，样品准备和分析过程中存在一定的干扰因素，影响测量的准确性和可重复性。
此外，某些同位素的测量范围和准确性仍然有待提高。
为了克服这些挑战，同位素分析技术正在不断发展。
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氟化法
利用BrF5把Ag2S转变为SF6，特别用于测定δ33S和δ36S。
硫酸盐岩：
• • • 直接高温分解法
加入Cu2O或 V2O5与SiO2在1100 ºC分解硫酸盐，经Cu炉转变为SO2。
三酸还原法
用混合酸（HI+HCl+H3PO2）将硫酸盐还原为H2S，转化为Ag2S。
Kiba试剂还原法
用Kiba试剂（SnCl2+H3PO4）还原，获H2S，转化为Ag2S。提岩石全部硫。
辉钼矿 ＞ 黄铁矿 ＞ 闪锌矿 ≈ 磁黄铁矿 ＞ H2S ＞ 黄铜矿 ＞ S ≈ HS- 铜蓝 ＞ 方铅矿 ＞ 辰砂 ＞ 辉 铜矿 ≈ 辉锑矿 ＞ 辉银矿 ＞ S2-
• 蒸发岩（石膏）与海水SO42-之间和硫酸盐矿物 （如重晶石、石膏）之间分馏可以忽略不计。
沉积的石膏与溶液SO42-之间的同位素分馏在室温下仅 为1.65±0.12‰，相对现代海水+20‰值它们之间的差值是 可以不计的。
2）细菌厌氧发酵
细菌厌氧发酵过程产生CO2和CH4， 发酵造成的碳同位素分馏远比热解过程 大，其分馏系数 αCO2-CH4 = 1.025 ～ 1.060 温度增加分馏变小，高温时接近热解时 的分馏系数。
3）细菌还原硫酸盐（Bacterial Sulfate Reduction）
厌氧条件下硫酸盐还原细菌的还原作用是造成全 球硫循环的最重要的分馏作用。实验表明各类硫酸盐还 原细菌产生的直接同位素分馏在0～46‰之间，即分馏 系数为： αSO4-H2S = 1.000x ～ 1.046 分馏系数的大小与硫酸盐的浓度有关（Canfield and Teske, 1996)。
13C/12C
= 0.0112372 (Craig, 1957)
碳同位素标准 NBS-18（碳酸岩）δ13CNBS-18 = -5.01‰ NBS-19（大理岩）δ13CNBS-19 = +1.95‰ NBS-20（灰岩） δ13CNBS-20 = -1.06‰ NBS-22（石油） δ13CNBS-22 = -29.7‰ USGS24（石墨） δ13CUSGS24 = -16.1‰ 中国国家参考标准 GBW04416 (大理岩) δ13CGBW04416 = +1.61‰ GBW04417 (碳酸岩) δ13CGBW04417 = -6.06‰
硫酸盐浓度 ＞1mM，BSR造成的同位素分馏在 4－46‰之 间，平均在18‰。 硫酸盐浓度 ≤1mM，BSR造成的同位素分馏 ≤ 4‰。
细菌还原、氧化和岐化作用
Canfield and Thamdrup (1994)
天然和人工培养的细菌硫酸盐还原实验证实，最大的硫同位素分馏为 46‰。So的细菌岐化作用实验也证实，还能产生17‰的同位素分馏。因此， 只有伴随着H2S氧化这个中间过程的BSR和岐化作用才能造成～60‰的SO4－ H2S硫同位素分馏。
12C: 13C:
98.89% 1.11%
硫有四种稳定同位素，在自然界中的丰度为：
32S: 33S: 34S
: 36S :
95.02% 0.75% 4.21% 0.02%
国际标准与参考标准 V-PDB和PDB (Vienna – Peedee Belemnite)： 作为国际上的碳同位素标准。 δ13CV-PDB = 0‰
• 热液淋滤黄铁矿生成H2S过程： Δ≈0‰ 6FeS2 + 11H2O → 3Fe2O3 + 11H2S + SO2 4FeS2 + 4H2O + 6H+ → 4Fe2+ + 7H2S + SO42• 由H2S生成硫化物或黄铁矿过程： Δ≈0‰
（3）生物过程的动力学同位素分馏 1）光合作用 CO2 + H2O CH2O + O2
硫同位素平衡分馏 • 从高价到低价，化合物的δ34S逐渐降低： S+6O4 (硫酸盐) S+4O2
S0 FeS-12 H2S-2 (硫化物)
即34S富集顺序：
SO42- ≈ HSO4- ＞ SO32- ＞ SO2 ＞ Sx ≈ H2S ≈ HS- ＞ S2-
• 硫化物平衡时矿物的34S富集顺序是：
V-CDT和CDT (Vienna – Canyon Diablo Troilite)： 作为国际上的硫同位素标准。 δ34SV-CDT = 0‰ = 22.6436 32S/33S = 126.948 A (原子量）= 32.0639标准 IAEA-S-1（Ag2S）δ34SIAEA-1 = -0.30‰ IAEA-S-2（Ag2S）δ34SIAEA-2 = +22.64‰ IAEA-S-3（Ag2S）δ34SIAEA-3 = -32.06‰ NBS-122（闪锌矿） δ34SNBS-122 = +0.3‰ NBS-127（重晶石） δ34SNBS-127 = +20.3‰ 中国国家参考标准 GBW04414 (Ag2S) δ34SGBW04414 = -0.07‰ GBW04415 (Ag2S) δ34SGBW04415 = +22.15‰
＞ HCO3-(aq) ＞ CO32-(aq) ＞ H2CO3(aq)或CO2(aq) ≈ CO2(g) 高温（T ＞ 130℃）下： CO2(g) ≈ CO2(aq)或 H2CO3(aq) ＞ CaCO3 ＞ CO32-(aq) ＞ HCO3-(aq) CaCO3与CO2(g)的转向温 度为193℃，HCO3-与 CO2(g)的转向温度为 148℃。
（2）化学过程的动力学同位素分馏 碳同位素重要的动力学分馏 • 费托（Fisher-Tropsch）反应：(放电)
n CO + (2n+1) H2 → CnH2n+2 + n H2O 2n CO + (n+1) H2 → CnH2n+2 + n CO2 生成的 δ13CCO2 ＞ δ13CCH4 ＞ δ13CC2H6 ＞ δ13CC3H8 ＞ δ13CC4H10
• 有机物热解反应，如断链或脱羟基反应： C-C-C → C-C + CH4 CH3COOH → CO2 + CH4
后一个反应造成CO2和CH4之间大约25‰的分馏。
硫同位素的分馏 • 硫化物氧化为硫酸盐：Δ≈0‰
这意味着大陆岩石风化过程中，黄铁矿氧化呈硫酸根流 入河流，再到海洋，这个过程没有硫同位素变化。 • 硫酸盐无机还原为H2S过程(TSR)： Δ≈15‰ 在250℃下，二价Fe为还原剂就可以把硫酸盐还原： SO42- + 8Fe2+ + 10H+ → H2S + 8Fe3+ + 4H2O
碳和硫在自然界中分布的共同点： 碳和硫的高价态化合物相对于低价态的普 遍富集重同位素。
•
• 生物参与的同位素动力分馏会造成大的分 馏作用。例如，BSR作用产生的硫化氢、光合 作用生成的有机体和发酵作用产生的甲烷都 非常亏损重同位素。 • 海水具有基本恒定的硫酸盐和碳酸盐的同 位素组成。
3.碳、硫同位素分馏机理
生物（植物）固碳的主要途径： (1) C3 （ Calvin型） (2) C4 （Hatch-Slack或Kranz型） (3) CAM （景天酸代谢型）
光合作用是引起全球碳循环中最重要的碳同位素分 馏，造成了很大的碳同位素分馏。植物的碳同位素组成 明显不同，与光合作用路径有关。
Calvin循环（C3型）
海水比淡水（湖．河水）一般富13C的原因： 1)pH值控制：
H2CO3 ⇔ H+ + HCO3海水呈弱碱性，pH值约为8.5，HCO3-离子占到～99％；而淡 水呈弱酸性，pH在5～7，H2CO3或H2CO3+HCO3-为主。
2）淡水中微生物降解排放的有机碳氧化。 大气CO2与海水（HCO3-）之间同位素平衡： 在地表温度下大气与海水达到碳同位素平衡， δ13CCO2约为-7‰，δ13C海水约为0‰。
EA-MS法：
用元素分析仪连机质谱仪，可以分析硫酸盐、硫化物。
2.碳、硫同位素在自然界中的变化
自然界中碳同位素的变化
自然界中硫同位素的变化
重要的碳、硫同位素数据
• 现代海水的碳（碳酸盐）、硫（硫酸盐）的同位素组成均匀，分别 为0‰（相对PDB）和+20‰（相对CDT)。 • 地幔的碳和硫同位素范围分别估计为-5‰－-7‰之间和0‰附近。 • 有机碳平均的碳同位素组成为-25‰，大气CO2同位素组成为-7‰。 • 地质历史上海水的碳、硫同位素都发生过变化，不过碳同位素基本 在0±3‰，硫同位素则在+10‰－+35‰之间。它们随地质年代变化 的曲线称为年龄曲线。 • 沉积岩中黄铁矿或硫化物的硫同位素变化可从很负到很正，这是由 于细菌还原硫酸盐过程的生物参与的动力学分馏造成的。
• EA-MS法：
用元素分析仪连机质谱仪，可以分析有机碳。
• GC-C-MS法：
用气相色谱-质谱仪连机，可以有机质单个碳的同位素组成。
硫同位素样品常规制备
硫化物：
• • 直接燃烧法
加入氧化剂（ CuO、Cu2O或 V2O5）在1000 ºC左右直接氧化硫化物 （黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等）为SO2。
碳同位素样品常规制备
• 碳酸盐岩（磷酸法）：
碳酸盐与磷酸反应在固定温度下获得CO2，可以同时测定样品 的δ13C 和δ18O值（相对V-PDB）。现在用Gas-Bench和质谱连机。
• 有机碳（支管法）：
将有机碳与氧化剂（ CuO、Cu2O或 V2O5）混合，在真空条件 下封入石英管中，放入马福炉中在一定温度下反应几小时。降温后 在真空系统中打碎石英管，纯化和收集CO2。
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• 碳和硫具有相似的化学性质：具有从正 到负的多种化学价；而且可以形成C-C和SS相连的碳链或多硫的化合物。氧化态与还 原态之间大的同位素分馏（平衡的、动力 的，主要是生物的）是碳、硫同位素地球 化学的重要特征。