06+第六章(氮同位素)PPT推荐.ppt

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14.0030740；

AtomicPercentAbundance:

99.634%.15N:

15.0001089；

0.366%.%,Titanisamongthemostremarkableobjectsinoursolarsystem.Ithasaremarkableatmosphere.Mostoftheatmosphereisnitrogengas,（N2）,asisouratmosphere.itiscoldonTitan:

thesurfacetemperatureisabitbelow100K,buttheatmosphereisnotablywarmer,around160K,butstillprettydarncold.,ThebottomlineisthatisotoperatiossuchastheseareimportantcluesintothechemicalandphysicalprocessesthathaveevolvedovertimeacrosstheUniverse.,二、氮同位素分馏,氮同位素的国际标准为大气N2，其“绝对”同位素比值为15N/14N=（3676.58.1）10-6（Hayes,1982），定义其15N=0。

氮同位素样品的制样方法多为燃烧法（Combustion），15N分析精度为0.10.2。

2.115N的表示方法及测定,2.2大陆生态系统中的氮循环,2.3氮同位素的动力分馏,氮多价态的变化有利于同位素分馏。

微生物在生物氮循环中起关键作用：

固氮过程；

硝化过程；

反硝化过程,固氮作用（Fixation）：

N2+3H2O2NH3+3/2O2,动力分馏,ThetermfixationisusedforprocessesthatconvertunreactiveatmosphericN2intoreactivenitrogensuchasammonium,usuallyinvolvingbacteria.Fixationcommonlyproducesorganicmaterialswith15N-valuesslightlylessthan0rangingfrom3to+1（FogelandCifuentes1993）andoccursintherootsofplantsbymanybacteria.ThelargeamountofenergyneededtobreakthemolecularnitrogenbondmakesnitrogenfixationaveryinefficientprocesswithlittleassociatedN-isotopefractionation.,动力分馏,2.硝化作用（Nitrification）：

OrganicNNH4NO2NO3,第一步基本上无氮分馏，第2步和第3步伴有较大的动力学分馏。

总分馏取决于哪一步是速率控制步骤。

如有大量氨存在，第2步或第2和第3步是速率控制步骤，形成的硝酸盐比初始物质亏损15N约2035。

土壤中的氮慢慢转化为氨，第1步为速率控制步骤，将无分馏。

实验表明，NH4+同化时分馏为0-27，NH4+浓度越低，分馏越大，野外观测到的分馏约为-10（FogelandCifuentes,1995）。

动力分馏,3.反硝化作用（Denitrification）：

为富氧环境下的细菌作用，将硝酸盐还原为氮气。

该过程平衡了自然界的固氮过程，否则大气中的氮将在100Ma以内消耗殆尽。

反硝化作用的顺序为：

NO3-NO2-NON2O-N2。

由两个步骤组成:

细胞吸收营养物质，无分馏；

营养物质分解，涉及一系列与N-O键破裂有关的反应，伴随着大的氮同位素分馏。

Denitrificationcausesthe15N-valuesoftheresidualnitratetoincreaseexponentiallyasnitrateconcentrationsdecrease.Experimentalinvestigationshavedemonstratedthatfractionationfactorsmaychangefrom10to30,withthelargestvaluesobtainedunderlowestreductionrates.,Naturallyobservedisotopefractionationfornitrogenassimilation（afterFogelandCifuentesFogelandCifuentes1993）,dependenceoffractionationsonnitrogenconcentrations,Atlownitrogenconcentrationsfractionationsarenearlyzerobecausevirtuallyallthenitrogenisused.,Equilibriumexchangereactionshavebeendemonstratedforthecommoninorganicnitrogencompounds.Ofspecialimportanceinthisrespectistheammoniavolatilizationreaction:

=1.0251.035（Kirshenbaumetal.1947;

Mariottietal.1981）,Experimentaldata（NitzscheandStiehl,1984）:

=1.0143at250Cand=1.0126at350C.Verysmall15N-enrichmentofabout0.1occursduringthesolutionofatmosphericN2inoceanwater（BensonandParker1961）.,2.4氮同位素的平衡分馏,不同含氮气体原子团间的氮同位素平衡分馏系数（Letolle,1980）,NONH3N2N2ONO2,15N依次富集,氮同位素不同类型分馏作用的分馏因子,2.5其他物理化学效应,在扩散过程中气体运移距离愈远，愈贫15N，同时也贫13C和D。

这种效应是质量相关的，=（M1/M2）0.5。

天然气的15N变异；

幔源岩石与大气氮之间的氮同位素分馏系数很大，可用前寒武纪以来的长期扩散去气来解释；

火星大气特别高的15N,挥发过程中气相相对于原始物质贫15N，如氮肥中NH3的挥发。

NH4+易与土壤和软泥中的“腐泥复合物”发生离子交换。

在实验室离子交换树脂与水相间交换时，固相富集15N达525.。

三、氮同位素的天然分布,地外物质中的氮：

月岩、火星大气、陨石；

表生氮同位素：

大气氮、淡水、海水、动植物、土壤；

化石燃料中的氮：

天然气、石油、煤；

岩石圈中的氮：

火成岩、沉积岩、变质岩。

大气中的NO和NO2可生成硝酸盐。

煤和石油制品燃烧产生的NO和NO2的同位素组成与被燃原料一致。

土壤中的硝化和反硝化反应都可生成NO和NO2。

但其15N很难与人工源的15N相区分。

N2O是一种重要的温室气体。

它由细菌产生，在平流层中因光化学反应而破坏。

各地土壤生成的N2O的15N不同，一般为负值。

地下水中氮的来源，除雨水从表层土壤带来外，还有肥料、污水、动植物排泄物、地下水蓄水层中的溶解物质等。

主要以NO3-式存在，在还原条件下有少量NH4+。

地下水的15N=025，取决于当地的氮源。

例如：

人工肥料4+4；

动物排泄物：

5。

海洋颗粒有机物的15N值为313，而陆地来源颗粒有机物则为-6.65.2，相对贫15N。

据此可研究近海区域水体的混合。

氮同位素在天然物质中的一般分布，以15N表示,15N变化总范围为100，从约-50到+50，大部分落在-10到+20范围内。

火成岩：

-16+31；

水圈中的氮以大洋水中的氮为代表，-8+10；

植物：

-10+22；

石油和煤落在现代生物范围内，0+15；

天然气的15N变化极大：

-45+45；

地外物质的15N变化范围最大，为-40+100，而火星大气的值高达700.,天然气NaturalGas,石油Oil,地表有机物,TerrestrialOrganism,海水OceanicWater,大气Atmosphere,岩浆岩MagmaticRock,金刚石Diamond,海相有机物,MarineOrganism,15N/14Nratioinsomegeologicallyimportantmaterials（15Nvs.atmosphereN2）,三、氮同位素的应用,生物地球化学水文循环海洋沉积气候变化环境污染地外物质考古,NitrateContaminationinaquifersystems,Rangeof15Nvaluesforvarioussourcesofnitrogenandtheenrichmenteffectsofdenitrificationandvolatilizationprocesses.Rangesof15NvaluesfromHeaton（1986）andsitestudiesinKansas（Townsendetal.,1996）.,CanisotopesresolverelativetrophicleveldifferencesatthefoodwebscaleinthecomplexEvergladesecosystem?

Doesfoodwebstructure（asdeterminedbyisotopes）varyoverspace?

Doesfoodwebstructurevaryovertime?

23,0-1,Apositiveslope,Thecarbonandnitrogenisotopecompositionsofvarioustypesofdietsareknownandcanbecomparedtothecompositionsofyourfingernails.Hence,thegraphsofyourfingernaild15Na