Изотопный состав биогенных элементов

ВОДОРОД: Известны три изотопа H. Два стабильные - это протий ¹Н – Р (99,985%), дейтерий ²Н - D (0,015%), и один радиоактивный - тритий ³Н - Т, Т_1/2 =12,262 лет. Искусственно получен еще один - четвертый крайне неустойчивый изотоп - ⁴Н. В разделении Р и D в природных условиях основную роль играет испарение, однако, масса вод мирового океана так велика, что содержание дейтерия в нем изменяется слабо. В тропических странах содер дейтерия в атмосферных осадках выше, чем в полярной зоне.

КИСЛОРОД: Известны три стабильных изотопа O - ¹⁶О (99,759%), ¹⁷О (0,0371%), ¹⁸О (0,2039%). Долгоживущие радиоактивные изотопы O отсутствуют. Искусственный радиоактивный изотоп ¹⁵О (Т_1/2 = 122 секунды). Применяется для геологических реконструкций соотношение изотопов ¹⁸О/¹⁶О, которое в природных объектах изменяется на 10% от 1/475 до 1/525. Наиболее низкий изотопный коэффициент имеют полюсные льды, наиболее высокий - СО₂ атмосферы. При сравнении изотопного состава пользуются величиной d¹⁸О, которое вычисляется по формуле: d ¹⁸О ‰= . За стандарт принято среднее соотношение этих изотопов в океанической воде. Вариации изотопного состава O в горных породах, воде определяются температурой, при которой протекает процесс образования конкретных минералов. Чем ниже T, тем интенсивнее будет фракционирование изотопов. Изотопный состав O океана за последние 500 млн. лет не менялся. Главным фактором, определяющим изотопный сдвиг (вариации изотопного состава в природе), является кинетический эффект, определяемый температурой прохождения реакций.

АЗОТ: Известны три изотопа N - два стабильных ¹⁴N (99,635%) и ¹⁵N (0,365 %) и радиоактивный ¹³ N, Т_1/2 = 10,08 мин. Общий разброс значений отношений ¹⁵N/¹⁴N невелик. Нефти обогащены изотопом ¹⁵N, а сопутствующие природные газы обеднены им.

СЕРА: В природе известны 4 стабильных изотопа S: ³²S (95,02%), ³⁴S (4,21%), ³³S (0,75%), ³⁶S (0,02%). Искусственный радиоактивный изотоп ³⁵S c Т_1/2 = 8,72 дня. За стандарт принята сера троилита (FeS) из метеорита Каньона Диабло (³²S/³⁴S= 22,22)

УГЛЕРОД: На Земле - два стабильных изотопа ¹²С (98,9%) и ¹³С (1,10%), один радиоактивный ¹⁴С (в воздухе около 2×10^-10 %), с периодом полураспада (Т_1/2 = 5730 лет), С образуется в атмосфере из N под воздействием космических лучей. Он может быть встречен в объектах, возраст которых не превышает 70 тысяч лет, что используется в археологии и четвертичной геологии. Фотосинтез приводит к значительному обогащению легким изотопом ¹²С, карбонатообразование ведет к смещению в сторону «утяжеления» - повышению относительного содержания ¹³С. Для сопоставления изотопного состава исследуемых объектов используют величину:d ¹³С где в качестве стандарта используется эталон PDB - С карбоната кальция белемнита позднемелового возраста из формации Пи-Ди. Для морских известняков характерны значения d ¹³С от +4,5 до - 5,1‰. d¹³С ЖВ доходит до -12‰. Максимальное «облегчение» углерода происходит в ГИ - каустобиолитах. d¹³С углей равна - (22¸27)‰, нефтей, образовавшихся из ОВ морского генезиса, - 25‰, континентального -(30¸35)‰, природного газа -(40¸75 и более)‰, главным образом за счет С присутствующего в нем СН₄. Причиной такого изотопного состава С в СН₄. является микробиологическое фракционирование. Компоненты нефти также различаются по изотопному составу С, среднее значение d¹³С для нефтей (от -25 до - 35‰ в зависимости от генезиса исходного ОВ), то для насыщенных (d¹³Сsat) УВ (до -31‰), для ароматических (d¹³Сaro) УВ (до -29‰), для смол (до -26‰). Глубинный СН₄ «тяжелее» биогенного. Самый легкий С в болотном СН₄. СН₄ и СН₄ из рифтовых зон отличается на 75‰ Углерод в восстановленной форме - СН₄ всегда изотопически более легкий, чем окисленной формы – СО₂. Изотопный состав C СН₄ зависит от т ипа изотопного фракционирования: микробиологическое, кинетическое, изотопнообменное.

ФОСФОР: Известно 23 изотопа фосфора ²⁴P –⁴⁶P, среди них один стабильный ³¹P и только он встречается в природе. Период полураспада изотопа ³⁰P 2,55 минуты; это первый радиоактивный изотоп, полученный искусственно.