第六章（氮同位素）ppt课件.ppt

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1、第五章稳定氮同位素氮同位素概述氮同位素分馏自然界中稳定氮同位素分布特征稳定氮同位素应用简介Outline1.1氮的地球化学一、概述地球上最大的氮储库是大气，近地表环境中约99%的氮以N2形式存在于大气中和溶解在海水中。其余的氮呈与C、O、H结合的形式存在于生物圈中，含量非常少，但对生命过程起极为重要的作用。含氮矿物少见，主要有钠硝石(NaNO3)、硝石(α-KNO3)、鸟粪石(NH4MgPO4.6H2O)、磷酸镁钠石(NH4MgPO4.H2O)、陨氮钛石(TiN)、氧氮硅石(Si2N2O)等。在地表条件下，氮可以气、液或固态存在，具有多变价态（由

2、+5到-3），存在形式为NO3-、NO2-、N2、NH4+、NH3、NO2、NO、N2O和氨基酸等有机氮等。1.2氮同位素及其丰度StableNIsotopes：14N：AtomicMass:14.0030740；AtomicPercentAbundance:99.634%.15N:AtomicMass:15.0001089；AtomicPercentAbundance:0.366%.%Titanisamongthemostremarkableobjectsinoursolarsystem.Ithasaremarkableatmosphere.M

3、ostoftheatmosphereisnitrogengas,(N2),asisouratmosphere.itiscoldonTitan:thesurfacetemperatureisabitbelow100K,buttheatmosphereisnotablywarmer,around160K,butstillprettydarncold.Thebottomlineisthatisotoperatiossuchastheseareimportantcluesintothechemicalandphysicalprocessesthathav

4、eevolvedovertimeacrosstheUniverse.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=(3676.5±8.1)×10-6(Hayes,1982)，定义其δ15N=0‰。氮同位素样品的制样方法多为燃烧法(Combustion)，δ15N分析精度为0.1–0.2‰。2.1δ15N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+3H2O2

5、NH3+3/2O2动力分馏ThetermfixationisusedforprocessesthatconvertunreactiveatmosphericN2intoreactivenitrogensuchasammonium,usuallyinvolvingbacteria.Fixationcommonlyproducesorganicmaterialswithδ15N-valuesslightlylessthan0‰rangingfrom−3‰to+1‰(FogelandCifuentes1993)andoccursintherootsof

6、plantsbymanybacteria.ThelargeamountofenergyneededtobreakthemolecularnitrogenbondmakesnitrogenfixationaveryinefficientprocesswithlittleassociatedN-isotopefractionation.动力分馏2.硝化作用(Nitrification)：OrganicNNH4NO2NO3③①②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

7、步是速率控制步骤，形成的硝酸盐比初始物质亏损15N约20‰~35‰。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-NON2O-N2。由两个步骤组成:①细胞吸收营养物质，无分馏

8、；②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。Denitrificationcausestheδ15N-