Причины и закономерности дифференциации изотопов

При многочисленных реакциях в условиях биосферы происходит некоторое фракционирование изотопного состава серы, связанное главным образом с обменными реакциями.

Вариации изотопного состава серы вызваны двумя типами процессов:

1) восстановлением ионов сульфата до сероводорода некоторыми анаэробными бактериями, приводящим к обогащению сероводорода ³²S;

2) различными реакциями изотопного обмена между содержащими серу ионами, молекулами и твердыми телами, в результате чего ³⁴S обычно концентрируется в соединениях с наибольшей степенью окисления или в соединениях с наиболее прочными связями.

Рис. 2. Схема геохимического круговорота серы с участием микроорганизмов

Сера — подвижный и химически активный элемент в усло­виях биосферы. Она образует свыше 400 минеральных видов, в естественных условиях она проявляет себя в нескольких ва­лентных состояниях, из которых главное значение имеют S^2-, представленный в сульфидах и S⁶⁺ в сульфатах. Небольшую роль играет самородная сера нулевой валентности, четырехва­лентная сера встречается редко. Сера относится к биофильным элементам и входит в состав белковых тел. Геохимическая миграция серы в биосфере связана с живым веществом, с дея­тельностью бактерий (например Desulfovibrio desulfuricans) в водной среде, которые отнимают кислород у сульфатных ионов и выделяют H₂S, обогащенный ³²S относительно сульфата.. Геохимический круговорот серы показан на рис. 2.

Высокая геохимическая подвижность серы приводит к разделению ее изотопов в природных условиях. Наибольшие раз­личия в изотопном составе серы наблюдаются между серой осадочных сульфатов (эвапоритов) и серой осадочных сульфи­дов. Главный процесс, приводящий к такому разделению изо­топов серы, заключается в обменной изотопной реакции в мор­ской воде в разных окислительно-восстановительных условиях:

H₂³⁴S + ³²SO₄^2-↔H₂³²S + ³⁴SO₄^2-.

(газ) (раствор) (газ) (раствор)

Для этой реакции при температуре +25 °С константа рав­новесия равна 1,074. Отсюда следует, что сера в сероводороде будет более легкой, чем в сульфатном ионе.

Вариации изотопного состава серы в различных природных образованиях показаны на рис. 3. Наиболее устойчивые отно­шения изотопов серы обнаружены во всех исследованных ме­теоритах. Типичным сернистым минералом метеоритов является троилит (FeS), для которого установлены ничтожно малые из­менения изотопного состава серы fi^S от 0,0 до 0,6 %0. Даже углистые хондриты, отличающиеся довольно значительными ко­лебаниями изотопного состава водорода, углерода, азота и кис­лорода, содержат серу с малыми изменениями изотопного состава. Сульфиды преимущественно биогеохимического проис­хождения характеризуются значительными колебаниями изо­топного состава серы. При обширной рудной минерализации низкотемпературные сульфиды отличаются значительно боль­шими колебаниями изотопного состава по сравнению с высоко­температурными сульфидами.

Рис. 3. Вариации изотоп­ного состава серы в при­родных объектах

Поиск по сайту: