海洋中碳稳定同位素的生物地球化学资料

E
例如：
226 88
Ra 86 Rn 2 He ( ) E
222 4
(镭) （氡） 由上式可见，新核的同位 素原子序数比母核少2， 质量数少4。自然界的重 同位素235U、238U、232Th等 以α 衰变为主。
电子捕获：原子核自发地从核外电子层（K层或L层） 捕获1个电子（e），通常在K层上吸取，与质子结合变 成中子，质子数减少1个（是β -衰变的逆向变化, β+粒 子）。
自然界中不稳定核素不断自发地放射出质点和能量、转变 成稳定的核素，称为核衰变或蜕变。通常我们将衰变前的 核素称为母体，衰变后的核素称为子体。不受任何物理化 学条件的影响。
β-衰变：原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电 子（即β-粒子），同时放出中微子 和能量E。
原子量 A A 原子序数 Z X Z 1Y
E

例如：
Rb 38 Sr E 37
87 87




K 20 Ca E 19
40 40


α衰变: 放射性母核放出α粒子（α粒子由两个质子和 4 两个中子组成，α粒子实际上是 ）而转变成稳定 He核 2 核。
A A 4 4 原子量 X Z 2Y 2 He( ) Z 原子序数
同位素标准样品：
同位素分析资料要能够进行世界范围内的比较，就必须 建立世界性的标准样品。世界标准样品的条件： ①在世界范围内居于该同位素成分变化的中间位置，可 以做为零点； ②标准样品的同位素成分要均一； ③标准样品要有足够的数量； ④标准样品易于进行化学处理和同位素测定。
元 素 标 准 样 缩 写
第二节 铀系测年法
铀系测年，或铀系不平衡测年法是海洋地球化学 研究中最常用的测年方法，其测年范围可从数十年到 数百万年。 自然界有三个衰变系列：

碳氧同位素地球化学与古环境研究一、引言地球是一个复杂而神奇的生命之舞台，岩石、海洋、大气、生物等相互作用，构成了一个完整的地球系统。

古环境研究旨在探索地球演化的历程，了解地球气候、海洋动力学、生态系统变迁等重要领域。

碳氧同位素地球化学作为一个重要的工具，在古环境研究中发挥着极其重要的作用。

二、碳氧同位素的基本原理碳氧同位素是指同一种元素中原子核中的中子数目不同，因此具有不同的质量数的同位素。

碳同位素主要分为碳-12和碳-13，氧同位素主要分为氧-16、氧-17和氧-18。

这些同位素的相对丰度可用δ表示。

对于碳同位素，δ^13C=（（R_sample/R_standard）-1）×1000‰；对于氧同位素，δ^18O=（（R_sample/R_standard）-1）×1000‰。

三、碳氧同位素在古环境研究中的应用1. 古气候研究古气候研究是古环境研究的一个重要方向，而碳氧同位素则成为重要的指示器。

通过对古生物化石中的碳、氧同位素进行测量，可以推断出古气候的变化情况。

例如，通过分析海洋沉积物中的有孔虫壳体的氧同位素组成，可以了解到过去海洋温度、冰期间气候、降水量等气候指标。

2. 古生态研究生态系统与环境的相互作用对地球的演化发挥着重要的作用。

碳氧同位素的测量也可以揭示古生态系统的演化。

通过对古代植物遗存中的碳同位素进行研究，可以了解到古植被类型、碳循环等信息。

例如，通过对古土壤中有机质的碳同位素组成的分析，可以推断古土壤的类型和古生态系统的复杂程度。

3. 古海洋研究海洋在地球系统中扮演着重要的角色，对全球的气候变化、碳循环等起着关键的调节作用。

碳氧同位素地球化学为研究古海洋提供了强有力的工具。

通过对海洋沉积物中的碳、氧同位素的测定，可以探究海洋生物活动、海洋循环变化等重要问题。

例如，通过对海洋生境中钙质硬壳生物化石中氧同位素的测量，可以了解到古海洋的盐度、温度等重要参数。

四、碳氧同位素在地球化学中的应用案例1. 现代生态学的碳同位素示踪利用碳同位素技术可以追踪生态过程中的碳来源和碳流动。

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。

CO32- + Ca2+ = CaCO3 (4)
▪ 每个平衡反应都有同位素交换。
▪ 13C趋向富集在高价碳中，即CH4（13C最亏损） → CO → CO2 → CO3-（13C最富集）
▪ (4)式形成固体矿物，最常见的矿物是方解石和文 石。
（2）光合作用中的碳同位素分馏 （A）生物分馏
▪ 植物光合作用 CO2 （外部）↔CO2（内部） →有机分子
（C）影响植物碳同位素组成的外部因 素
（a）碳源： 陆生植物 (大气， δ13Cco2=-7‰ ) 海洋生物(HCO3- ,δ13CHCO3- =0 ‰ ) 所以海洋植物较陆地植物普遍富13C
大陆水一般富12C，所以淡水植物相对于海生 植物贫13C，特别是在细菌活动强烈、又与外界
混合不好的还原性盆地中的水中，溶解的δ13C更
b 溶解在细胞质中的12CO2通过酶的作用转移到磷
酸甘油酸中，使残余的CO2富集13C。
c 植物磷酸甘油酸合成各种有机物进一步分馏，总 趋势是蛋白质、果酸最重（-17‰），纤维素次 之（-23‰），类脂化合物最轻（-30‰），原因
可能是动力学分馏。
（B）影响植物碳同位素分馏的内在因素
循环名称 形成特点
低，燃烧时放出CO2，空气中CO2升高，而δ13C 逐渐减小。 ▪ 研究δ13C，了解大气与海洋的相互作用，海洋吸 收、储存、转移CO2的能力及大气中CO2变化倾 向，预测世界范围内的气候变化趋势。
（3）有孔虫δ13C在古海洋学中应用
有孔虫 CaCO3的δ13C与海水溶解碳酸盐的δ13C 相关，可用来研究： ▪ 底栖有孔虫δ13C 反映森林植被面积。 ▪ 指示冰期－间冰期过渡时期大量冰融水的注入。 ▪ 底栖与浮游有孔虫δ13C 的差值反映的古生产力 ▪ 底栖有孔虫碳同位素示踪深层水演化。

生物体中氨基酸单体碳稳定同位素测试方法研究梁建鑫;尹希杰;苏静;林锡煌;李玉红【期刊名称】《分析测试学报》【年(卷),期】2024(43)3【摘要】氨基酸作为蛋白质的基本组成单位,是重要的生命物质,其单体碳同位素研究在生物地球化学、生态学、生物体代谢和环境科学等领域具有重要意义。

该文优化了海参和海藻氨基酸提取和纯化流程,通过N新戊酰基-O-异丙酯(NPP)方法衍生化后,分别用气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(GC-C-IRMS)测试其浓度和碳同位素组成。

结果显示,15种氨基酸单体的分离效果较好,回收率为46.4%~96.3%,各氨基酸在1.0~16.0µmol/L范围内线性关系良好(r^(2)为0.987~0.999)。

15种氨基酸单体衍生物δ^(13)C值的标准偏差均小于0.30‰(n=10),在0.6~2.0 mmol/L浓度范围内δ^(13)C的平均误差为±0.24‰,方法检出限为0.6 nmol。

海参和海藻样品各氨基酸单体δ^(13)C值的范围分别为-31.10‰~-8.58‰和-30.53‰~-13.76‰,标准偏差均在0.33‰以内,可满足生物体氨基酸单体碳同位素的测试精度需求。

【总页数】8页(P447-454)【作者】梁建鑫;尹希杰;苏静;林锡煌;李玉红【作者单位】自然资源部第三海洋研究所分析测试中心;中国地质调查局舟山海洋地质灾害野外科学观测研究站【正文语种】中文【中图分类】O657.63;O629.7【相关文献】1.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定鳀鱼肌肉组织中单体氨基酸的碳稳定同位素组成2.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定单体氨基酸的碳稳定同位素组成3.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法分析氨基酸氮稳定同位素并初步评估水生生物体营养级4.类脂化合物单体碳稳定同位素在古气候环境研究中的意义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

(4) 结晶岩石中碳来源的复杂性。
①富铝结晶片岩中石墨的 δ13C接近于生物碳， 是有机碳变质而成。 ②与伟晶岩伴生的石墨脉，其δ13C值与碳酸盐 矿物中比值相近，说明可能为无机碳酸盐还原而 成。 ③热液矿脉中大多数早期形成的碳酸盐矿物 δ13C值范围为 -6～-9‰，晚期沉淀的碳酸盐常富 集 13C ，甚至可能具有正的 δ13C 值，反映分馏受 温度、fO2和pH影响
海 洋 和 大 陆 有 机 质 淡 水 碳 酸 盐 海 水 碳 酸 盐 空 气 C O 2 碳 酸 盐 岩 ， 金 刚 石
陨 石
图6-20 自然体系碳同位素组
40
（据Jochen 1973） 0 30 20 Hoefs, 10
δ C ‰ ( )
13
－ 10
－ 20
－ 30
－
二 碳同位素的分馏
1.光合作用的动力学分馏效应
(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
距今年龄×103
格陵兰和南极大陆冰盖δ18O值随 深度连续变化，冰盖上部δ18O约29‰，1.2万年前急剧减少到-40‰， 意味着1.2万年前平均气温低的多。 1.2-6万年前气温缓慢变化，δ18O 值在-35‰左右波动，6-7.5万年前 δ18O值急剧变化为--28‰左右。
南 极
格 陵 兰
稳定同位素小结： 理论依据：同位素的分馏原理 1、同位素交换反应（化学作用分馏） （1）轻同位素与重同位素化学键的强度差异导致 轻-重同位素发生分馏。 （2）生物作用（触媒作用，还原作用和生物化学 反应 ） （3）蒸发-凝聚和扩散等（物理作用分馏） 2、影响同位素分馏作用的主要因素： 温度、 fO2 、 pH值和生物作用(C.H.O.S) 。 地质作用分析：(1)同位素分馏效应, (2)体系初始 稳定同位素组成；(3)外来物质混入。

海洋储碳机制及相关生物地球化学过程研究策略海洋储碳机制是指海洋通过化学、生物和物理过程将二氧化碳转化为有机碳、无机碳和溶解态有机物质，从而将大气中的二氧化碳转移到海洋底层，实现碳储存和环境保护的重要过程。

相关的生物地球化学过程主要包括温室气体释放，海洋酸化，海洋生态系统变化以及生物生产等，这些过程对于全球碳循环及海洋生态环境的稳定性具有重要影响。

因此，对海洋储碳机制及相关生物地球化学过程的研究显得尤为重要。

针对上述问题，本文提出以下研究策略：1. 加强海洋生物生产的研究海洋生物生产是海洋储碳的重要机制之一，通过光合作用和贝类吞吃等生物活动可以将二氧化碳转换为有机碳物质，进而储存在海洋系统中。

因此，加强对海洋生物生产的研究，探究不同海洋生态系统和地域的生产能力和特征，对海洋储碳机制和全球碳循环的研究至关重要。

2. 深入探究海洋酸化机制海洋酸化是全球变暖的重要表现之一，也是海洋储碳机制的重要组成部分。

海洋酸化会导致海水pH值下降、离子强度增加，从而对海洋生态系统的稳定性和生物多样性构成威胁。

因此，深入探究海洋酸化机制，寻找有效的措施减缓海洋酸化过程，是海洋储碳和环境保护的关键。

3. 分析温室气体释放的动态变化温室气体主要指二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等，它们会在海洋的物理、化学和生物作用下转移和储存。

但随着全球气候变化和人类活动的影响，海洋温室气体排放量的动态变化是不可避免的。

因此，通过对海洋温室气体释放的动态变化进行分析和研究，探究温室气体释放的机制和影响因素，对减缓气候变化和实现碳储存都具有重要的作用。

海洋生态系统是海洋储碳的重要载体，但同时也面临着各种威胁和挑战，包括气候变化、污染、过渡捕捞等。

因此，加强对海洋生态系统变化的研究，探究其机制和影响因素，是保护海洋生态环境、实现碳储存的关键。

结论海洋储碳机制及相关生物地球化学过程是进行全球碳循环和海洋生态环境保护的重要过程。

因此，在研究策略方面，我们应该加强海洋生物生产、海洋酸化机制、温室气体排放和海洋生态系统变化等方面的研究，为保护海洋环境和实现碳储存提供新的科学依据。

海洋生态系统中有机炭的生物地球化学循环随着全球工业化和城市化的快速发展，大量的化石燃料的燃烧释放的二氧化碳已经导致全球温度升高和气候变化。

在这个大背景下，了解海洋生态系统中有机炭的生物地球化学循环对于生态环境保护和气候变化应对有着极其重要的意义。

有机炭是指温泉、陆域和近海地区的沉积物中存留的大气和生物来源碳的不完全燃烧产物，通常是黑色的块状物质，有着高的比表面积和大量的孔隙结构。

在海洋中，有机炭可以通过微生物的代谢和分解进入生物地球化学循环，具有重要的生态功能和生态意义。

一、有机炭来源与分布海洋生态系统中的有机炭主要来源于陆源、沉积物压缩和烟囱、热液口等地热系统，以及深海环境中的生物体和遗骸等。

这些来源的有机炭随着水流、沉积等过程不断循环输送到海洋表层和深层。

在海洋中，有机碳主要分布在沉积物中，特别是在海底淤泥和深层沉积物中，其中沉积物孔隙结构和矿物质成分会影响有机碳的分布和循环。

二、有机炭分解与循环在海洋生态系统中，有机炭的分解是比较缓慢的过程，往往需要微生物的介入。

微生物通过产生酶类，分解有机炭中的碳和其他元素，将其释放到水体中，提供给其他微生物和生物体进行生长和代谢。

在这个过程中，微生物的代谢可以产生一定的能量和化学物质，支持生态系统的生态功能。

由于有机炭的分解速度较慢，往往需要较长的时间才能循环进入生态系统，但是一旦进入生态系统，就可以提供长期的碳供应和生态支持。

因此，了解有机炭的生物地球化学循环对于生态环境保护和气候变化应对有着重要的意义。

三、有机炭对生态系统的影响有机炭对海洋生态系统的影响比较复杂。

有机碳的分解可以提供能量和化学物质，支持生态系统的生态功能和生态多样性，但是同时也会释放大量的二氧化碳和甲烷等温室气体，导致海洋酸化和气候变化。

此外，有机炭也可以作为重要的底栖生物栖息环境和底栖生物的食物来源，对生态环境和海洋生物多样性有着积极的作用。

四、有机炭的环境管理和保护在气候变化和生态环境保护的背景下，加强对海洋生态系统中有机炭的环境管理和保护非常必要。

海相和陆相沉积物稳定碳同位素比的比较及意义地球是一个充满活力的星球，它不断经历着各种自然环境的变化。

这些环境变化导致地球上的生物种群、气候和岩石的形成发生变化。

而这些变化在地质历史上留下了不可磨灭的印迹。

在这些历史变迁中，沉积物起着关键性的作用。

沉积物记录了地球上很长一段时间的环境变化，而碳同位素比则是研究这种变化的关键指标之一。

本文将重点讨论海相和陆相沉积物稳定碳同位素比之间的比较及其意义。

一、海相和陆相沉积物的碳同位素组成碳同位素组成是地球化学研究中的一个重要内容。

如今，碳同位素比已经成为研究各种岩石、土壤和沉积物环境变化的利器。

在大自然中，碳元素有两个稳定的同位素：碳-12和碳-13。

它们的化学性质相同，但在原子核中的中子数不同。

海相沉积物中的有机质主要来源于浮游生物、植物和腐殖质。

在这些有机物中，碳-12的含量相对较高，而碳-13的含量相对较低。

这是由于这些生物在自身的代谢过程中对碳的选择性。

因此，海相沉积物的碳同位素组成通常以负数表示，即δ13C。

例如，生物组织的δ13C值通常在−20‰到−30‰之间。

陆相沉积物中的有机质主要来源于陆生植物、土壤和腐殖质。

这些有机物的碳同位素组成不同于海相沉积物。

由于光合作用中植物与大气CO2之间的交换，陆生植物中的δ13C值通常为−23‰到−29‰。

而土壤和腐殖质中的碳同位素比通常在−21‰到−27‰之间。

因此，陆相沉积物的δ13C值相对海相沉积物较正。

二、海相和陆相沉积物的δ13C变化及其意义海相和陆相沉积物的δ13C值不仅反映了有机来源的不同，还反映了各自环境的不同。

1. 环境因素对海相沉积物δ13C值的影响海相沉积物的δ13C值与海洋环境变化密切相关。

其中最重要的因素是CO2 浓度的变化、海水温度的变化和盐度的变化。

这些环境变化形成了不同的生态系统，导致水下生物的生长、分布和代谢方式的改变，从而影响了碳同位素比的δ13C值。

例如，在中新世末期，热带太平洋的海洋环境发生了显著变化，导致海相沉积物δ13C值逐渐降低。

元素 H、O
C C S
标准样 大洋水平均 美国南卡罗莱纳州，皮迪组的美洲箭石（已耗尽） 索洛霍芬石灰岩 美国亚利桑那州坎宁迪亚布洛铁陨石中的陨硫铁
缩写 SMOW
PDB NBS—20
CD
STABLE ISOTOPE
• 2.质谱仪测定：
•
质谱仪是目前同位素成分测定的
主要手段（MAT—261，MAT—251）。
其工作原理是：把待测元素的原子或分
子正离子化，并引入电场和磁场中运动，
带正电的质点因质量不同而被分离测定。
• δA=
STABLE ISOTOPE
• 热力学性质 • 电能---电子层分布 • 平动能 • 转动能 • 振动能---产生同位素分馏的主要原因 • 振动频率与原子的质量成反比 • 含有较轻同位素的分子比重同位素的分子具有
STABLE ISOTOPE
② 同位素交换反应：就是参与反应的各相物质在保持化学平衡的 状态下，各物相间发生同位素再分配的现象。 使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生分异，称同位素交换反应。
例如：方铅矿和闪锌矿之间达到反应平衡时， 大气圈与水圈之间发生氧同位素交换反应
2 (0H ℃2 :1 α=O 18 . 071 4O , 6 2 25 ℃:α2 =H 1.02 01 6O )6 1O 8 2
近年来，稳定同位素地球化学以同位素分馏理论为基础，将 重点从同位素平衡体系转向非平衡体系（如同位素交换动力学）。 激光探针同位素分析技术的日趋成熟，又大大促进了应用研究。 目前，稳定同位素应用正向着地球科学的各个领域渗透，研究已 涉及水圈、古海洋、气候学、冰川学、古环境、考古学、天体化
STABLE ISOTOPE
• 习惯上把微量（较小相对丰度）同位素 放在R的分子上，这样可以从样品的δ值， 直接看出它含微量同位素比标准样品是 富集了，还是贫化了。 • δ＞0表示34S比标准样品是富集了； • δ＜0表示34S比标准样品是贫化了。

基于碳同位素的生物地球化学研究方法碳同位素是一个非常重要的指标，不仅在生物地球化学中有重要的应用，也在其他领域得到广泛应用。

碳同位素是指碳元素的同位素，和常见的碳-12同位素相比，它的原子核中多了一颗中子，变成了碳-13。

这些同位素的比例可以被测量，这种测量可以被用来研究生物地球化学。

生物地球化学是一个关于生命物质（有机物质）在地球化学和生态学中的转化和循环的研究。

这种研究可以被用来回答很多问题，比如说生态系统中的碳、氮、磷等元素的循环，生物对环境变化的响应，以及全球气候变化等方面的问题。

在这个领域中，碳同位素是一个非常有用的工具。

在生命物质合成过程中，碳元素的同位素比例会发生变化，这个变化的大小可以反映不同的生物过程。

比如说，不同类型的植物在进行光合作用时，其生物合成有机物质的方式不同，因此其碳同位素比例也不同。

这些变化的大小可以被用来标记不同的生物过程，从而研究生态系统中的生物转化过程。

在土壤中，有机物质的来源也各不相同。

比如说，植物的残渣、生物体表面的微生物等都可以来源于土壤中。

这些有机物质在土壤中的分解过程也会导致碳同位素的比例发生变化。

因此，碳同位素也可以被用来研究土壤中有机物质的来源和分解过程。

在海洋生态系统中，固态有机物质通过沉降到海底，然后逐渐地被菌类分解为溶解有机物质。

这个过程中，碳同位素的比例也会发生变化。

因此，通过对海洋中有机物质碳同位素比例的测量，可以研究溶解有机物质的来源和转化过程。

除了上述几个例子外，碳同位素在生物地球化学研究中还有很多其他的应用。

比如说，在研究生态系统的响应时，可以通过测量不同类型生物的碳同位素比例的变化，来得到生态系统对环境变化的响应情况。

同样，在研究全球气候变化时，碳同位素也可以被用来追踪全球碳循环、碳储存和释放过程，从而预测和评估全球气候的变化趋势。

研究碳同位素的方法也越来越多。

最常用的方法是质谱仪测量样品中碳元素同位素的比例。

在生物地球化学研究中，可溶性有机物和微生物等生物样品通常是重点研究对象，对这些生物样品的测量需要多种样品预处理方法。

垫
Ｃ ｉａＮｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｎ ｒｄ ｃ ｓ ｈｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ａ ｄ Ｐｏ ｕ ｔ ｓ
Ｑ：
高 新 技 ห้องสมุดไป่ตู้
稳 定碳 同位素在海 洋 生态学 上 的应用
高 全 贺 １ 高孟 春 ， ２ 彭艳 超 １ 吴斌 斌 １ ， ２ ， ２
（、 １ 中国海洋大学 ， 山东 青 岛 ２ ６０ ２ 珠 海海洋环境监测 中心站 ， ６００ 、 广东 珠海 ５９ １ ） １０ ５
一
４ ２经济 价值高 的顶 级捕食者对 具有生物 放大 与积累作用 的陆 源污染物 是十 分敏感 的。 利用这一特性 ，天然存在的碳 稳定同位 素可以 成为陆源污染物在食物链上传递 、放大 和积 累 的指示剂 ，是一种新的定量估计陆源 污染 物的 容： 现场生物放大作用 的方法 ，与常规的 污染 调查 ３ 动物的食性分析 。 ．１ １ 传统研究食性的方 相结合来研究陆源 污染物 的扩散 运移规律以及 于生态系 统 法是消化道 内含物分析法。有机碳的稳定 同位 在食 物网巾的生 物放大 与积累作 用 ，可为环境 研： 中。 究 素组成方法所取的样品是生物身体的一部分或 污染 的综合治理提供科学技术支持 。 １５ 年利用 １Ｃ标记测定初 级生 产力 的 是全部 ，通过其稳定同位素组成来确定其食性 ９２ ４ ４ 应用 双稳 定同位 素示 踪剂对 １ ３ 个特定 方法开始推广应用于海洋调查 。以稳定 同位 素 和食物来源 ，所得到的数据反映的是生物长期 海 洋生态系统中关 键种的研究 ，可以定量地计 有助于 弄清 该关键种 １Ｃ作为示踪技术 在海洋生态系研究食物链 网 生命活动的结果 ，较消化道内含物分析法稳定 算 不同食物来源的比例 ， ３ 在生态系统物质与能量流动中的作用 ，并在复 和能量流 ， 食物 链网的营养结构 ， 生态 准确 。 了解 揭示 ｔ ｐｉ ｒ ｃ 系 中营养物质的循环与能量转换 规律 ， 逐渐 受 ３ ２生态系统 的碳源。应用同位素方法研 杂的食 物网 中建 立起连续 的 营养位 置（ｏ ｈ — ． １ ｏｉｏ ， ｔｎ １ ｐｉ ｅ。 ｒ ｃ 到 国内外学者的重视。 究何种来源 的碳驱动 了食物 网，这类研究包括 ｐｓｉ ） 而不 只是离散 的营养级（ｏｈ ｌ Ｄ 近海生态系统 中水体生物事物网的营养结 了各种不 同的生态 系统 ， 诸如河 口区生态 系统 ， 在生态转换效率实验研究 中， 同时测定碳 、 同 氮 湖泊生态 系统。 位索组成 ， 立物质（ 总量 平衡方程式 之 除建 能量） 构 ，其物质和能量的流动过程也都是生 态学 家 海洋环境 ， 十分关注 的问题 ， 它不但有重要 的理 论意义 ， 而 ３ ３ 系统巾的能量流动。通过测定 生态系 外 ， ． １ 还可 以建立碳 、 同位素 质量平 衡方程式 ， 氮 且与生物资源的进—步开发密切相关。 但是 ， 传 统中各种属 的稳定碳 同位素组成 ，确定各种属 在这种联立方程式基础上求解 ，有助 于提 高研 统 的食性分析法极其繁杂 。 稳定 同位素 方法从 之间的相互关 系 ， 进一步分析确定 系统 的能量 究成果的可靠性 。 另一角度为研究营养关系提供了定量指标 。这 流动。 ４ ． ４在实验室受控条件下 ， 动物在 食性 测量 方法的基本前提是动物与其食物之间具有一 ３ ． ２生态系统各 生物种属所处 的营养位置 转换过程 中动物肌 肉组织碳 同位素组成 的相应 及营养结构 变 化过 程 ， 可能用于研究在更为复 杂的现场条 种 固定 的同位素关系。 Ｆｙ Ｑ ｉ ｎｓ 以粒度筛分 的浮游动物 件下动物 的食性转换过程。 ｒ 和 ｕ ｏｅ用 ｎ ２稳定碳同位素的测定方法 样品来验证 中型浮游动物群体生物量的减少是 ４ ． 用 Ｇ － －Ｒ 新技术 研 究有 机分 ５采 Ｃ Ｃ ＩＭＳ ２ 样 品的预处理过程 ｌ 常规 的有机碳 稳定 同位素 比值分析 主要包 否伴随有营养层次的增加 ，结果 表明除新陈代 子化合物系列 的稳定同位素组成在生物体 内的 进而 为 括３ 个过程：洧机物的氧化分解 烧过程）２ 谢 因素 以外 ，营养动力学对于控制浮游生物群 分布 ， 了解生 物对 营养 物质 的吸收过程 ， （ １ ，） （ Ｗａａ 个行 干扰 物质 的去除 ，贼 同位素 比值 的质谱分 析。 落生物量减 少的模式是重要的。 ｄ 等在用同 我们更好地了解生物新陈代谢过程提供 １ （ ３ 对碳稳定 同位素而言 ，就是要将样品 中的碳组 位素资料评价河 口区有机质 的传递与归宿 以及 之有效 的方法 。 参 考 文 献 分转化成 二氧化碳 。样品 的预处理过程也就 是 食物 网结构时 ，认为可以用陆源有机质和海洋 『洪阿实， ｌ １ 同位素海洋学的发 展 ： 与展 望叨。 回顾 将样 品转 化成可供 质谱仪测量 的纯净气体 的过 源有机质的混合而得 到清楚 的解释。 ３ ３生态系统稳定性变化的研究 海 洋环境科学，９ ４ １（ － － ６ １９ ，３ ）３ ５ １ ３ 程。样品中有机碳稳定同位素的测定预处理步 生态系统豫定性 变化的研究 天然或人 为造 【 ｒｙ Ｈ Ｃ ｈ ｈ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｐｏ ｅｔ ｓ ２ 】Ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｔｅｍ ｏ ｙ ａ ｃ ｒｐ ｒｉ ｅ 骤 主要包括样 品的采集 与保 存 、 干燥 、 、 粉碎 气 ｆｉ ｔｐｃｓ ｂｔ ｃｓ 忉 ｅ Ｓｃ ９ ７ ｐ ｓ ａ 化、 纯化过程等。 成 的生态系统结构 和功能 的变化是一 个广泛感 ｏ ｏｏｉ ｕ ｓ ｎｅ． ＪＣｈｍ ｏ，１４ ， Ｌ ６ ～ ８１ 目前常用的有两种方法 ：滇 空热解法。 （ １ 将 兴趣 的问题 。生态系统结构和功能 的变化可 以 ｈ ５ ２ ５ ３ 蔡德陵 、 张淑芳 、 张经 ， 稳定碳 、 氮同位素 在生 所 测样品装入石 英管 中，加 入适量 的 Ｃ Ｏ Ｃ 反映在其组分种属 的营养级 中。营养级 的变化 【Ｉ ｕ 、ｕ 以及 鲰 或 ｎ作 催化剂 ， 真空密封后 在 ８０ 表示 了生物摄 食能量学或从初级生产者 到消费 态系统研 究 中的应用 叨。青岛海 洋大学学报 ， 抽 ０￣ Ｃ 下反 应 ２ 。 后， ｊ ｈ最 采片 冷冻分离和冷冻吸附法提 者的能 流途径的改变 。 在某些特定 条件下 ， ２ ０ ３ （ ）２ ７ ２ ５ 同位 ０ ２，２２ ：ｇ — ９

地球化学与海洋科学了解海洋中的元素循环地球化学与海洋科学：了解海洋中的元素循环海洋，这个占据了地球表面约 71%的广阔领域，一直以来都是科学家们探索和研究的重要对象。

在海洋科学的众多分支中，地球化学发挥着至关重要的作用，帮助我们深入了解海洋中的元素循环。

元素在海洋中的循环是一个极其复杂但又有序的过程。

它就像是一部精心编排的舞台剧，每个元素都扮演着特定的角色，遵循着一定的规律，相互作用，共同演绎着海洋生态系统的精彩篇章。

首先，让我们来谈谈一些常见的元素，比如碳。

碳在海洋中的循环对于调节全球气候起着关键作用。

海洋通过吸收大气中的二氧化碳，将其转化为各种形式存在于海洋中。

浮游植物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为有机物质。

当这些浮游植物死亡后，它们的残骸会逐渐下沉到海洋深处，形成所谓的“生物泵”，将碳长期储存起来。

氮也是海洋中重要的元素之一。

氮的循环与海洋生物的生长和繁殖密切相关。

一些特殊的细菌能够将氮气转化为可被生物利用的氮化合物，这一过程被称为氮固定。

而另一些细菌则可以通过反硝化作用，将硝酸盐转化为氮气，释放回大气中。

除了碳和氮，磷同样不可或缺。

磷的含量在一定程度上限制着海洋生物的生产力。

它通常以磷酸盐的形式存在于海洋中，参与着海洋生态系统中的物质和能量传递。

海洋中的元素循环并非孤立进行，而是相互影响、相互制约的。

例如，碳、氮和磷的比例失衡可能会导致海洋生态系统的结构和功能发生改变。

当磷的供应不足时，可能会限制浮游植物的生长，进而影响到整个食物链的能量传递。

那么，地球化学是如何帮助我们研究海洋中的元素循环的呢？地球化学的方法多种多样，其中包括对海水样本的化学分析。

科学家们会采集不同深度、不同区域的海水样本，测定其中各种元素的浓度和形态。

通过长期的监测和对比，可以了解元素在海洋中的分布规律和变化趋势。

稳定同位素技术也是地球化学研究中的有力工具。

不同来源的元素可能具有不同的同位素组成。

通过分析同位素的比例，我们可以追踪元素的来源和迁移路径。

稳定同位素在地球化学和环境科学中的应用稳定同位素（Stable Isotope）指的是自然界中相对稳定的同位素，它们的核子数和质量数相同，但质子和中子的数量略有不同。

在地球化学、环境科学、生物学等领域中，我们可以通过研究这些稳定同位素的分布、比率变化等，来了解物质的来源、转化过程、并且推断出环境或生态系统的变化情况。

【稳定同位素的分类】目前为止，已经发现超过200种稳定同位素，我们可以根据它们的质子数和中子数来进行分类。

1. 氢同位素：质子数为1，核子数从1到3不等，如氢-1、氢-2、氢-3。

2. 碳同位素：质子数为6，核子数从11到16不等，如碳-11、碳-12、碳-13、碳-14、碳-15、碳-16。

3. 氮同位素：质子数为7，核子数从11到16不等，如氮-11、氮-12、氮-13、氮-14、氮-15、氮-16。

4. 氧同位素：质子数为8，核子数从13到18不等，如氧-13、氧-14、氧-15、氧-16、氧-17、氧-18。

5. 硫同位素：质子数为16，核子数从27到34不等，如硫-27、硫-28、硫-29、硫-30、硫-31、硫-32、硫-33、硫-34。

【稳定同位素的应用】1. 地球化学研究在地球科学领域中，稳定同位素被广泛应用于研究各种物质（如矿物、岩石、水和气体）的成因和演化过程。

以氢、氧同位素为例，地球上几乎所有的水都会带有不同的氢、氧同位素，而在不同地区，不同水体所带的同位素比例也会有所不同，通过研究这些同位素的比例，我们可以了解水的来源、循环方式、化学反应等信息。

此外，稳定同位素还可以用来研究某些物质（如钙、铁、镁等）的生物地球化学循环过程。

2. 环境科学研究稳定同位素不仅在地球科学领域中有广泛应用，也广泛运用于环境科学领域。

例如，稳定同位素可以用来追踪污染物的来源和传递途径。

以氮同位素为例，当污染物进入生态系统中时，会改变当地氮的同位素比例，而这种比例变化可以帮助我们分析有害物质的来源、移到何处，以及对环境和生态系统产生的影响。

同位素海洋化学同位素海洋化学是研究海洋中同位素元素的分布、迁移和转化过程的学科。

同位素海洋化学的研究内容涉及同位素元素的生物地球化学循环、海洋生态系统的功能和稳定性，以及对人类活动的响应等方面。

同位素海洋化学的研究对于了解海洋环境变化、预测气候变化、评估环境污染以及海洋资源开发等具有重要意义。

同位素是指具有相同原子序数（即原子核中质子数相同）但质量数不同的原子核。

同位素的存在使得海洋中同种元素的不同同位素比例具有差异，这种差异可以通过同位素分析技术来进行测定。

同位素分析技术主要包括质谱仪、同位素比值质谱仪、同位素质谱仪等。

通过同位素分析技术，可以测定海洋中各种元素的同位素比例，从而揭示海洋中同位素元素的分布、迁移和转化过程。

同位素海洋化学研究中的一个重要方面是同位素元素的生物地球化学循环。

同位素元素在海洋中通过生物和非生物过程进行转化。

生物过程包括生物摄取、生物吸附、生物沉积等。

非生物过程包括化学反应、物理过程等。

同位素元素在海洋中的生物地球化学循环过程对于维持海洋生态系统的功能和稳定性具有重要影响。

同位素海洋化学研究中的另一个重要方面是海洋生态系统的功能和稳定性。

海洋生态系统是一个复杂的生态系统，其中包括多种生物、非生物过程以及它们之间的相互作用。

同位素海洋化学研究可以揭示海洋生态系统中物质的来源、迁移和转化过程，从而对海洋生态系统的功能和稳定性进行评估和预测。

同位素海洋化学研究对于人类活动的响应也具有重要意义。

人类活动对海洋环境的影响日益突出，如海洋污染、气候变化等。

同位素海洋化学研究可以通过分析海洋中同位素元素的分布变化，揭示人类活动对海洋环境的影响程度和方式，从而为环境保护和可持续发展提供科学依据。

同位素海洋化学是研究海洋中同位素元素的分布、迁移和转化过程的学科。

同位素海洋化学的研究内容涉及同位素元素的生物地球化学循环、海洋生态系统的功能和稳定性，以及对人类活动的响应等方面。

同位素海洋化学的研究对于了解海洋环境变化、预测气候变化、评估环境污染以及海洋资源开发等具有重要意义。

地球化学中的稳定同位素稳定同位素是指在自然界中，核外电子数量相同，但质子数或中子数不同的同一元素的不同类型。

在地球化学中，稳定同位素可以用于探究地球和生命的起源和演化，研究大气、水体和岩石圈的物质循环和生态系统的结构与功能。

下面本文将探讨稳定同位素在地球化学中的应用和意义。

一、稳定同位素的定义和特征同一元素的同位素结构、化学性质近似，只有不同中子数的核能够区分它们。

一般地，同位素的质量数是它的质子数和中子数的和，所以同位素的质量通常都不是整数。

而稳定同位素是相对于不稳定同位素而言的。

稳定同位素相对不稳定同位素，在核的构成上有较高的稳定性以及质量数成正比增大。

在地球化学中，常用稳定同位素作为指示地球环境的工具。

其主要特征是原子核中的质子和中子的比值稳定，不会发生α、β、γ衰变。

二、稳定同位素在地球化学中的应用地球化学中的很多研究都需要利用稳定同位素进行探究。

如下是一些稳定同位素在地球化学中的应用：1.碳同位素碳由两种同位素构成，即碳-12和碳-13，其中碳-12占总碳的98.9%。

在生态系统中，生物体对不同碳同位素的利用、转换过程与环境变化密切相关，因此，研究碳同位素在生态系统中的地位和作用，可对生态学、环境保护和气候变化等问题提供重要的参考。

2.氧同位素氧同位素主要包括氧-16、氧-17和氧-18。

在水文地球化学中，氧同位素是水循环研究中的重要因素。

依据氧同位素的比例、分布可以判断水来源，搞清水的运移路径。

同时因为不同温度条件下氧同位素比例存在一定的差异，所以也可以在探究过去的气候变化时提供参考。

3.硫同位素硫同位素有三种，分别为硫-32、硫-33和硫-34。

硫有广泛的利用价值，包括石油和天然气、硫酸等化工品生产，和生物活性。

硫同位素对矿床研究也有很大的帮助。

4.氢同位素常见的氢同位素有氢-1、氘和氚。

氢同位素的存在可以反映一些重要环境参数，如降水来源、植物的水分来源等。

同时，氢同位素还可以用于考察化石水的来源和多层储层的性质等。