Войти
A Соотношение углерода и азота (отношение C / N или отношение C: N ) - это отношение массы углерода к массе азота в субстанция. Помимо прочего, его можно использовать для анализа отложений и компоста. Полезное применение отношений C / N - это прокси для палеоклиматических исследований, которые могут использоваться по-разному независимо от того, являются ли керны отложений наземными или морскими. Отношение углерода к азоту является индикатором ограничения азота для растений и других организмов и может определить, происходят ли молекулы, обнаруженные в исследуемых отложениях, от наземных или водорослевых растений. Кроме того, они могут различать различные наземные растения в зависимости от типа фотосинтеза, которому они подвергаются. Следовательно, соотношение C / N служит инструментом для понимания источников осадочного органического вещества, что может привести к информации об экологии, климате и циркуляции океана в разные периоды истории Земли.
C / N отношения в диапазоне 4-10: 1 обычно происходят из морских источников, в то время как более высокие отношения, вероятно, исходят из наземных источников. Сосудистые растения из наземных источников, как правило, имеют отношение C / N выше 20. Отсутствие целлюлозы, имеющей химическую формулу (C 6H10O5)n, и большее количество белков в водорослях по сравнению с сосудистыми растениями вызывает это существенное различие в соотношении C / N.
При компостировании для микробной активности используется соотношение C / N 30-35: 1, и более высокое соотношение приведет к более медленным скоростям компостирования. Однако это предполагает, что углерод полностью расходуется, что часто бывает не так. Таким образом, для практических сельскохозяйственных целей компост должен иметь начальное соотношение C / N 20-30: 1.
Пример устройств Для измерения этого отношения можно использовать анализатор CHN и масс-спектрометр для непрерывного потока изотопов (CF-IRMS). Однако для более практических применений желаемое соотношение C / N соотношения могут быть достигнуты путем смешивания широко используемых субстратов с известным содержанием C / N, которые легко доступны и просты в использовании.
Органическое вещество, которое откладывается в морских отложениях, содержит ключевой индикатор его источника и процессов, которым он подвергся перед достижением пола, а также после осаждения, соотношение углерода и азота. В Мировом океане свежевыработанные водоросли на поверхности океана обычно имеют отношение углерода к азоту примерно от 4 до 10. Однако было замечено, что только 10% этого органического вещества (водорослей), образующегося на поверхности океана, опускается в океан. глубокий океан, не подвергаясь разложению бактериями при транспортировке, и только около 1% навсегда погребено в отложениях. Важный процесс, называемый осаждением диагенезом, составляет остальные 9% органического углерода, который опустился на дно океана, но не был захоронен навсегда, то есть 9% общего органического углерода произведенное разлагается в глубоком океане. Сообщества микробов, использующие оседающий органический углерод в качестве источника энергии, неравнодушны к соединениям, богатым азотом, потому что большая часть этих бактерий ограничена азотом и предпочитает его углероду. В результате отношение углерода к азоту в тонущем органическом углероде в глубинах океана повышается по сравнению со свежим поверхностным органическим веществом океана, которое не было разложено. Экспоненциальный рост отношений C / N наблюдается с увеличением глубины воды - отношения C / N достигают 10 на промежуточных глубинах около 1000 метров и до 15 в глубоком океане (~>2500 метров). Эта повышенная сигнатура C / N сохраняется в отложениях, пока другая форма диагенеза, пост-осадочный диагенез, не изменит ее сигнатуру C / N еще раз. Пост-осадочный диагенез происходит в морских отложениях, бедных органическим углеродом, где бактерии способны окислять органические вещества в аэробных условиях в качестве источника энергии. Реакция окисления протекает следующим образом: CH 2 O + H 2 O → CO 2 + 4H + 4e, со стандартной свободной энергией –27,4 кДж моль. (полуреакция). Когда весь кислород израсходован, бактерии в качестве источника энергии могут проводить бескислородную последовательность химических реакций, все с отрицательными значениями ∆G ° r, причем реакция становится менее благоприятной по мере протекания цепочки реакций.
Тот же принцип, описанный выше, объясняющий преимущественное разложение богатых азотом органических веществ, происходит в отложениях, поскольку они более лабильны и пользуются большим спросом. Этот принцип использовался в палеоокеанографических исследованиях для выявления керновых участков, которые не испытали большой микробной активности или загрязнения земными источниками с гораздо более высокими отношениями C / N.
Наконец, аммиак, продукт второго реакция восстановления, которая восстанавливает нитраты и производит газообразный азот и аммиак, легко адсорбируется на поверхностях глинистых минералов и защищается от бактерий. Это было предложено как объяснение более низких, чем ожидалось, сигнатур C / N органического углерода в отложениях, подвергшихся пост-осадочному диагенезу.
Аммоний, полученный в результате реминерализации органического материала, существует в повышенных концентрациях (1 ->14 мкм) в связных морских отложениях шельфа, обнаруженных в Кельтском море (глубина: 1–30 см). Глубина отложений превышает 1 метр и может быть подходящей площадкой для проведения палеолимнологических экспериментов с C: N.
В отличие от морских отложений диагенез не представляет большой угрозы для целостности отношения C / N в озерных отложениях. Хотя древесина живых деревьев вокруг озер имеет стабильно более высокие отношения C / N, чем древесина, погребенная в отложениях, изменение элементного состава недостаточно велико для устранения сигналов сосудистых и несосудистых растений из-за тугоплавкой природы наземного органического вещества. Резкие сдвиги в соотношении C / N вниз по ядру можно интерпретировать как сдвиги в исходном органическом материале.
Например, два отдельных исследования на Мангровом озере, Бермудские острова и озере Юноко, Япония, показывают нерегулярные резкие колебания между C / N от примерно 11 до примерно 18. Эти колебания объясняются переходом от преобладания водорослей к суше. на основе сосудистого доминирования. Результаты исследований, которые показывают резкие сдвиги в доминировании водорослей и доминировании сосудов, часто приводят к выводам о состоянии озера в эти отдельные периоды изотопных сигнатур. Времена, когда в озерах преобладают сигналы водорослей, предполагают, что озеро является глубоководным, а времена, когда в озерах преобладают сигналы сосудистых растений, предполагают, что озеро мелкое, сухое или болотистое. Использование соотношения C / N в сочетании с другими наблюдениями за отложениями, такими как физические вариации, изотопный анализ D / H жирных кислот и алканов и анализ δ13C схожих биомаркеров, может привести к дальнейшим интерпретациям регионального климата, которые описывают более масштабные явления.
