Кинетическое фракционирование

Кинетическое фракционирование — это процесс изотопного фракционирования , который разделяет стабильные изотопы друг от друга по их массе во время однонаправленных процессов. Биологические процессы, как правило, однонаправлены и являются очень хорошими примерами «кинетических» изотопных реакций. Все организмы предпочтительно используют более легкие изотопы, потому что «энергетические затраты» ниже, что приводит к значительному фракционированию между субстратом (тяжелее) и биологически опосредованным продуктом (легче). Например, фотосинтез предпочтительно потребляет легкий изотоп углерода ¹² C во время ассимиляции атмосферного CO ₂ . Это кинетическое фракционирование изотопов объясняет, почему растительный материал (и, следовательно, ископаемое топливо, которое получают из растений) обычно обеднено ¹³ C на 25 промилле (2,5%) относительно большинства неорганического углерода на Земле. ^[1]

Естественный пример небиологического кинетического фракционирования происходит во время испарения морской воды с образованием облаков в условиях, в которых некоторая часть переноса является однонаправленной, например, испарение в очень сухой воздух. В этом случае более легкие молекулы воды (т. е. те, которые содержат ¹⁶O ) испаряются немного легче, чем более тяжелые молекулы воды с ¹⁸O ; эта разница будет больше, чем если бы испарение происходило в условиях равновесия (с двунаправленным переносом).

В ходе этого процесса изотопы кислорода фракционируются : облака обогащаются ¹⁶ O, а морская вода обогащается ¹⁸ O. В то время как равновесное фракционирование делает пар примерно на 10 промилле (1%) обедненным ¹⁸ O относительно жидкой воды, кинетическое фракционирование усиливает это фракционирование и часто обедняет пар примерно на 15 промилле (1,5%). Конденсация происходит почти исключительно за счет равновесных процессов, и поэтому она обогащает капли облаков несколько меньше, чем испарение обедняет пар. Это объясняет часть причины, по которой дождевая вода, как наблюдалось, изотопно легче морской воды.

Тяжелый изотоп водорода в воде, дейтерий ( ^2H ), гораздо менее чувствителен к кинетическому фракционированию, чем изотопы кислорода, по сравнению с очень большим равновесным фракционированием дейтерия. Поэтому кинетическое фракционирование не истощает ^2H почти так же сильно, в относительном смысле, как ^18O . Это приводит к избытку дейтерия в паре и осадках по сравнению с морской водой. Значение этого «избытка дейтерия», как его называют, составляет около +10 промилле (1%) в большинстве метеорных вод, и его ненулевое значение является прямым проявлением кинетического фракционирования изотопов.

Обобщенная трактовка кинетических изотопных эффектов осуществляется с помощью уравнений GEBIK и GEBIF, описывающих переходные кинетические изотопные эффекты . ^[2]

Другие типы фракционирования

Смотрите также

Ссылки

^ Кэрол Кендалл (2004). "Основы геохимии стабильных изотопов". USGS . Получено 10 апреля 2014 г.
^ Maggi F. и WJ Riley, (2010), Математическая обработка изотопологов и изотопомеров, фракционирование в биохимической кинетике, Geochim. Cosmochim. Acta, doi :10.1016/j.gca.2009.12.021

Эта статья, связанная с изотопами, является заглушкой . Вы можете помочь Википедии, расширив ее.

Эта статья по геохимии — заглушка . Вы можете помочь Википедии, расширив ее.

[1] Кэрол Кендалл (2004). "Основы геохимии стабильных изотопов". USGS . Получено 10 апреля 2014 г.

[2] Maggi F. и WJ Riley, (2010), Математическая обработка изотопологов и изотопомеров, фракционирование в биохимической кинетике, Geochim. Cosmochim. Acta, doi :10.1016/j.gca.2009.12.021