穩(wěn)定同位素地球化學(xué)

1、穩(wěn)定同位素地球化學(xué)穩(wěn)定同位素地球化學(xué)Stable Isotope Geochemistry穩(wěn)定同位素地球化學(xué)建立穩(wěn)定同位素地球化學(xué)建立與與20世紀(jì)前半葉現(xiàn)代物理的發(fā)展密切相關(guān)；世紀(jì)前半葉現(xiàn)代物理的發(fā)展密切相關(guān)；中子的發(fā)現(xiàn)中子的發(fā)現(xiàn)(H. Urey, 1932)，20世紀(jì)世紀(jì)30和和40年代關(guān)年代關(guān)于輕同位素組成變化的證實(shí)于輕同位素組成變化的證實(shí)(A. Nier)；Harold Urey于于1947發(fā)表文章發(fā)表文章“The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances”；理論上預(yù)測了同位素分餾，并認(rèn)為可以提供有用理論上預(yù)測了同位素分餾，并認(rèn)為可以

2、提供有用的地球化學(xué)信息；的地球化學(xué)信息；建立實(shí)驗(yàn)室測定天然物質(zhì)的同位素組成，并試驗(yàn)建立實(shí)驗(yàn)室測定天然物質(zhì)的同位素組成，并試驗(yàn)測定同位素分餾與溫度的關(guān)系。測定同位素分餾與溫度的關(guān)系。一一. 引引 言言穩(wěn)定同位素地球化學(xué)發(fā)展穩(wěn)定同位素地球化學(xué)發(fā)展 自H. Urey發(fā)表“The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances”以來的以來的五十年間是穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的重要五十年間是穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的重要發(fā)展階段發(fā)展階段 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)和放射成因同位素穩(wěn)定同位素地球化學(xué)和放射成因同位素地球化學(xué)成為地球化學(xué)甚至地球科學(xué)的地球化學(xué)成為地球化學(xué)甚至地球科

3、學(xué)的重要組成部分重要組成部分 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的基本理論及其在穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的基本理論及其在地球科學(xué)中的應(yīng)用地球科學(xué)中的應(yīng)用內(nèi)內(nèi) 容容穩(wěn)定同位素基礎(chǔ)穩(wěn)定同位素基礎(chǔ)穩(wěn)定同位素分餾穩(wěn)定同位素分餾同位素地質(zhì)測溫同位素地質(zhì)測溫穩(wěn)定同位素各論穩(wěn)定同位素各論(H、O、C、S、N)二二. 穩(wěn)定同位素基礎(chǔ)穩(wěn)定同位素基礎(chǔ)1.基本概念基本概念：1.1 同位素同位素1.2 同位素分類同位素分類 放射性同位素放射性同位素 穩(wěn)定同位素：無可測放射性的同位素。穩(wěn)定同位素：無可測放射性的同位素。其中一部分是放射性同位素衰變的最終其中一部分是放射性同位素衰變的最終穩(wěn)定產(chǎn)物，稱之為放射成因同位素。另穩(wěn)定產(chǎn)物，稱之為放射成

4、因同位素。另一部分是一部分是天然的穩(wěn)定同位素天然的穩(wěn)定同位素，即自核合，即自核合成以來就保持穩(wěn)定的同位素。成以來就保持穩(wěn)定的同位素。1.3 同位素豐度同位素豐度 絕對豐度：指某一同位素在所有各種穩(wěn)絕對豐度：指某一同位素在所有各種穩(wěn)定同位素總量中的相對份額。定同位素總量中的相對份額。 相對豐度：指同一元素各同位素的相對相對豐度：指同一元素各同位素的相對含量。含量。1.4 同位素豐度變化同位素豐度變化 與核合成有關(guān)的過程與核合成有關(guān)的過程 與放射性衰變有關(guān)的過程與放射性衰變有關(guān)的過程 同位素分餾同位素分餾1.5 同位素豐度變化的地質(zhì)應(yīng)用同位素豐度變化的地質(zhì)應(yīng)用 同位素地質(zhì)定年同位素地質(zhì)定年 地球化

5、學(xué)示蹤地球化學(xué)示蹤 地質(zhì)溫度計地質(zhì)溫度計2. 同位素效應(yīng)同位素效應(yīng) 2.1 概念概念 由同位素質(zhì)量差所引起的物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異。3. 同位素分析結(jié)果的表達(dá)和標(biāo)準(zhǔn)3.1 實(shí)測值 =1000*(RSa-RSt)/RSt3.2 同位素標(biāo)準(zhǔn) 要求：組成均一，性質(zhì)穩(wěn)定；數(shù)量相當(dāng)大，以便長要求：組成均一，性質(zhì)穩(wěn)定；數(shù)量相當(dāng)大，以便長期使用；化學(xué)制備和同位素測量的手續(xù)簡便；大致期使用；化學(xué)制備和同位素測量的手續(xù)簡便；大致為天然同位素比值變化范圍的中值，以便用于絕大為天然同位素比值變化范圍的中值，以便用于絕大多數(shù)樣品的測定；可作為世界范圍的零點(diǎn)。多數(shù)樣品的測定；可作為世界范圍的零點(diǎn)。 H和O同位素標(biāo)準(zhǔn)：S

6、MOW(standard mean ocean water) C同位素標(biāo)準(zhǔn)：Pee Dee Belemite (PDB) S同位素標(biāo)準(zhǔn)：Canyon Diablo鐵隕石的隕硫鐵(CDT) N同位素標(biāo)準(zhǔn)：空氣常見穩(wěn)定同位素表示方法常見穩(wěn)定同位素表示方法及其相對標(biāo)準(zhǔn)及其相對標(biāo)準(zhǔn)4. 同位素分餾同位素分餾 指在一系統(tǒng)中，某元素的同位素以不同指在一系統(tǒng)中，某元素的同位素以不同的比值分配到兩種物質(zhì)或兩相中的現(xiàn)象，的比值分配到兩種物質(zhì)或兩相中的現(xiàn)象，是同位素效應(yīng)的表現(xiàn)。是同位素效應(yīng)的表現(xiàn)。 熱力學(xué)平衡分餾熱力學(xué)平衡分餾 動力學(xué)非平衡分餾動力學(xué)非平衡分餾 非質(zhì)量相關(guān)分餾非質(zhì)量相關(guān)分餾Small differ

7、ences in measured ratios requires values to be in per milo/oo difference of isotope ratio of sample to standardooostdstdsamplexRRRO/10 318R= heavy/lightStandard for O and H is SMOW (standard mean ocean water)Standard for C is PDB (Peedee belemnite)18O SMOW = 1.03086 o/oo18OPDB= +30.86 o/ooStandard f

8、or N is N2 of atmosphereStandard for S is triolite (FeS) from Canyon Diablo Meteorite非質(zhì)量相關(guān)分餾非質(zhì)量相關(guān)分餾 Allende碳質(zhì)球粒隕石 地球大氣平流層上部臭氧層 實(shí)驗(yàn)研究： 放電和激光作用隕石、地球和月球樣品的氧同位素From the work of R. N. Clayton.5. 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的研究內(nèi)容穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的研究內(nèi)容 感興趣的元素：感興趣的元素：H, Li, B, C, N, O, Si, S, and Cl. 共同特征：共同特征： (1) 具有小的原子質(zhì)量具有小的原子質(zhì)量 (2

9、) 同位素之間的相對質(zhì)量差異大同位素之間的相對質(zhì)量差異大 (3) 形成的鍵具有較高程度的共價特性形成的鍵具有較高程度的共價特性 (4) 具有不只一個氧化態(tài)具有不只一個氧化態(tài)(C, N, and S)，可以形，可以形成許多鍵的類型成許多鍵的類型(O)，是自然界固體和流體的，是自然界固體和流體的重要組份。重要組份。 (5) 稀有同位素含量相對較高，容易分析。稀有同位素含量相對較高，容易分析。不滿足上述條件的元素48Ca/40Ca，盡管相對質(zhì)量差異較大，離，盡管相對質(zhì)量差異較大，離子鍵，有限的格子環(huán)境，分餾較小。子鍵，有限的格子環(huán)境，分餾較小。Mg，輕元素，但主要為離子鍵，分布在，輕元素，但主要為離

10、子鍵，分布在類似的晶格位置。類似的晶格位置。放射成因同位素放射成因同位素(Sr, Nd, Hf, Os, Pb), 原原子質(zhì)量大，主要為離子鍵，常呈單一的子質(zhì)量大，主要為離子鍵，常呈單一的氧化態(tài)，相對質(zhì)量差異小，分餾可以忽氧化態(tài)，相對質(zhì)量差異小，分餾可以忽略略。物理化學(xué)過程引起同位素組成變化物理化學(xué)過程引起同位素組成變化同位素組成不隨化學(xué)過程而改變同位素組成不隨化學(xué)過程而改變?(not true)?(not true)某一元素不同同位素之間化學(xué)性質(zhì)的微某一元素不同同位素之間化學(xué)性質(zhì)的微小差異可以提供反映化學(xué)過程小差異可以提供反映化學(xué)過程( (地球化學(xué)地球化學(xué)和生物化學(xué)和生物化學(xué)) )的有用信息

11、的有用信息二二. . 穩(wěn)定同位素分析方法穩(wěn)定同位素分析方法兩個步驟兩個步驟：樣品制備樣品制備(1) 質(zhì)譜測定質(zhì)譜測定1. 樣品制備樣品制備 具體要求具體要求 1.1 氫同位素樣品氫同位素樣品 (1) 水，鈾或鋅還原法水，鈾或鋅還原法 (2) 含羥基礦物含羥基礦物 (3) 氣液包裹體氣液包裹體1.2 氧同位素樣品水碳酸鹽磷酸法硅酸鹽和氧化物1.3 碳同位素樣品有機(jī)化合物碳酸鹽1.4 硫同位素樣品硫化物直接氧化法，SF6法(2) 自然硫和硫酸鹽三酸還原法碳還原法熱分解法三三. 同位素分餾機(jī)理同位素分餾機(jī)理 熱力學(xué)平衡分餾熱力學(xué)平衡分餾同位素交換反應(yīng)：同位素交換反應(yīng)：分餾系數(shù)理論計算：分餾系數(shù)理論計

12、算：同位素分餾系數(shù)校準(zhǔn)方法 理論計算理論計算 實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定 經(jīng)驗(yàn)估計經(jīng)驗(yàn)估計影響同位素平衡分餾的因素影響同位素平衡分餾的因素 溫度溫度103ln=A106/T2+B103/T+C 壓力壓力 組分組分 物質(zhì)的同位素分餾行為最終決定于鍵性(氧化態(tài)、離子電荷、原子量、同位素原子及與之結(jié)合的元素的電子排布等)，所有這些都與振動頻率及其變化率有關(guān)。 一般地，重同位素傾向于富集在鍵性強(qiáng)一般地，重同位素傾向于富集在鍵性強(qiáng)的化合物中。的化合物中。 H2O(l)+HDS(g)HDO(l)+H2S(g) H-O鍵比鍵比H-S鍵強(qiáng)，所以鍵強(qiáng)，所以D富集在水分子富集在水分子中。中。 電位高、原子量低的陽離子優(yōu)先結(jié)

13、合電位高、原子量低的陽離子優(yōu)先結(jié)合18O。例如對于例如對于Si4+O鍵到鍵到Al3+O到到Fe2+O鍵，陽離子的電位逐漸降低，原子量逐鍵，陽離子的電位逐漸降低，原子量逐漸升高，結(jié)果是漸升高，結(jié)果是18O富集程度逐漸降低。富集程度逐漸降低。因此，在氧化物和硅酸鹽礦物中，石英因此，在氧化物和硅酸鹽礦物中，石英(SiO2)最富最富18O，而磁鐵礦，而磁鐵礦(Fe3O4)較貧較貧18O。當(dāng)鋁硅酸鹽格架中當(dāng)鋁硅酸鹽格架中Al取代取代Si時，伴隨有時，伴隨有18O虧損，結(jié)果相對于石英，堿性長石虧損，結(jié)果相對于石英，堿性長石(K,Na,Rb)AlSi3O8較貧較貧18O，鈣長石，鈣長石Ca2Al2Si2O8

14、更貧更貧18O。物質(zhì)結(jié)構(gòu) 在同一物質(zhì)的三種不同物態(tài)之間，重同在同一物質(zhì)的三種不同物態(tài)之間，重同位素傾向于富集在較緊密或有序度高的位素傾向于富集在較緊密或有序度高的物態(tài)中。物態(tài)中。 冰冰 水水 水蒸汽水蒸汽 文石文石 方解石方解石 金剛石金剛石 石墨石墨動力學(xué)分餾動力學(xué)分餾 單向化學(xué)反應(yīng) C+16O18OC16O18O C+16O2C16O2 擴(kuò)散現(xiàn)象溶解再結(jié)晶地質(zhì)過程中的動力學(xué)同位素分餾地質(zhì)過程中的動力學(xué)同位素分餾瑞利分餾 在自然界存在一種特殊的體系，在一定在自然界存在一種特殊的體系，在一定的物理化學(xué)條件下發(fā)生物相分離。分離的物理化學(xué)條件下發(fā)生物相分離。分離前不同物相之間保持著熱力學(xué)平衡并處前

15、不同物相之間保持著熱力學(xué)平衡并處于封閉狀態(tài)，但分離后一相物質(zhì)不斷離于封閉狀態(tài)，但分離后一相物質(zhì)不斷離開體系，不再與另一相保持平衡。這種開體系，不再與另一相保持平衡。這種在開放體系中進(jìn)行的過程稱之為瑞利過在開放體系中進(jìn)行的過程稱之為瑞利過程，在瑞利過程中發(fā)生的同位素分餾稱程，在瑞利過程中發(fā)生的同位素分餾稱之為瑞利分餾。之為瑞利分餾。四四. 同位素地質(zhì)測溫同位素地質(zhì)測溫 4.1 方法原理方法原理103ln=A106/T2+B103/T+C同位素測溫的精度同位素測溫的精度同位素交換封閉溫度同位素交換封閉溫度注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)礦物對與公共介質(zhì)達(dá)到同位素平衡；a、b常數(shù)是適用一定溫度區(qū)間的；平衡“凍結(jié)”后

16、，避免后期作用干擾。4.2 同位素平衡檢查共生順序判別法共生順序判別法 不同礦物濃集重同位素的程度有一個明顯的順序，如18O/16O為石英硬石膏重晶石長石碳酸鹽白云母石榴石黑云母金紅石磁鐵礦；D/H為：白云母金云母普通角閃石黑云母；34S/32S為：黃鐵礦閃鋅礦黃銅礦方鉛礦。這種規(guī)律性順序若發(fā)生顛倒，則說明體系同位素不平衡。等溫線法- 圖解法4.3 同位素地質(zhì)溫度計同位素地質(zhì)溫度計氧同位素地質(zhì)溫度計外部測溫法：根據(jù)礦物-水之間的同位素分餾曲線內(nèi)部測溫法：根據(jù)共生礦物對之間的同位素分餾曲線2. 硫同位素地質(zhì)溫度計：黃鐵礦-方鉛礦和閃鋅礦-方鉛礦硫同位素溫度計3. 碳同位素地質(zhì)溫度計：碳酸鹽-石墨

17、碳同位素溫度計五五. . 同位素各論同位素各論5.1 氫和氧同位素地球化學(xué)1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)天然水 物態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的氫氧同位素分餾蒸發(fā)冰凍海洋水的氫氧同位素組成 短周期變化 蒸發(fā) 凍結(jié) 混合 長周期變化 水巖相互作用 冰川大氣降水大氣降水緯度效應(yīng)，即隨著緯度升高緯度效應(yīng)，即隨著緯度升高(即年平均氣即年平均氣溫降低溫降低)， D和和 18O值下降；值下降；大陸效應(yīng)，即從海岸向大陸內(nèi)部，大陸效應(yīng)，即從海岸向大陸內(nèi)部， D和和 18O值下降；值下降；季節(jié)效應(yīng)，即夏季溫度較高，大氣降水季節(jié)效應(yīng)，即夏季溫度

18、較高，大氣降水相對較相對較“重重”，富集，富集18O和和D；冬季反之；冬季反之；高度效應(yīng)，即隨高度增加，高度效應(yīng)，即隨高度增加， D和和 18O值值下降。下降。降雨降雨Rayleigh分餾分餾大氣降水線大氣降水線巖漿侵入淺部地巖漿侵入淺部地殼殼加熱圍巖和水加熱圍巖和水導(dǎo)致水巖相互導(dǎo)致水巖相互作用；作用；中性、中性、“氯化物氯化物”地?zé)崴責(zé)崴瓾同位素組同位素組成與當(dāng)?shù)卮髿饨邓膳c當(dāng)?shù)卮髿饨邓愃疲愃?，?18O值升值升高；高；酸性富硫的地?zé)崴嵝愿涣虻牡責(zé)崴瓾和和O同位素組同位素組成均不同于成均不同于當(dāng)?shù)卮螽?dāng)?shù)卮髿饨邓畾饨邓?地?zé)崴責(zé)崴跬凰睾偷V床氧同位素和礦床火成巖火成巖 絕大多數(shù)火

19、成巖的絕大多數(shù)火成巖的 18O變化范圍為變化范圍為515， D范圍為范圍為-40-100。一般來。一般來說，說， 18O值隨值隨SiO2含量增加而增加。含量增加而增加。 造成火成巖氫氧同位素組成變化的因素造成火成巖氫氧同位素組成變化的因素年青新鮮玄武巖氧同位素組成年青新鮮玄武巖氧同位素組成Oxygen isotope ratios in olivines and clinopyroxenesfrom mantle peridotite xenoliths. Data from Mattey et al. (1994).島弧火山巖蛇綠巖蛇綠巖洋中脊玄武巖海水相互作用洋中脊玄武巖海水相互作用高溫氧

20、同位素交換高溫氧同位素交換低溫氧同位素交換低溫氧同位素交換花崗巖 高18O花崗巖 低18O花崗巖 正常18O花崗巖沉積巖 碎屑沉積巖 粘土礦物 化學(xué)沉積巖粘土礦物氫氧同位素組成粘土礦物氫氧同位素組成變質(zhì)巖變質(zhì)巖 原巖性質(zhì)原巖性質(zhì) 變質(zhì)改造變質(zhì)改造生物圈的氫和氧同位素 生物過程中的動力學(xué)分餾 有機(jī)物中的同位素分餾古氣候古氣候 Urey(1947), 碳酸鹽碳酸鹽古溫度計古溫度計方解石水方解石水碳同位素地球化學(xué)12C(98.90%)，13C(1.10%) 兩個主要儲庫：有機(jī)碳和碳酸鹽生物體系同位素分餾生物體系同位素分餾 生物過程生物過程同位素分餾；同位素分餾；植物植物(光合作用光合作用)，細(xì)菌無機(jī)

21、物，細(xì)菌無機(jī)物能能 量量有有 機(jī)機(jī) 物物食物食物 鏈鏈(同位素分餾同位素分餾)Carbon Isotope Fractionation During Photosynthesis光合作用；光合作用；陸地植物利用大氣陸地植物利用大氣CO2(4.4)；海洋藻類和水生植物利用溶解海洋藻類和水生植物利用溶解CO2或或HCO3- 0.9 +7.0 to +8生物過程的動力學(xué)效應(yīng)生物過程的動力學(xué)效應(yīng)光合作用：光合作用：6CO2+11H2OC6H22O11+6O2三步：三步：植物從大氣中優(yōu)先吸收植物從大氣中優(yōu)先吸收12CO2，使之溶解于細(xì)，使之溶解于細(xì)胞質(zhì)中；胞質(zhì)中； 溶解在細(xì)胞質(zhì)中的溶解在細(xì)胞質(zhì)中的12C

22、O2通過酶的作用優(yōu)先通過酶的作用優(yōu)先轉(zhuǎn)移到磷酸甘油酸中，使殘余的轉(zhuǎn)移到磷酸甘油酸中，使殘余的CO2富集富集13C，這些重這些重CO2在呼吸作用中排出；在呼吸作用中排出；(a) 植物磷酸甘油酸合成各種有機(jī)組分時進(jìn)一步植物磷酸甘油酸合成各種有機(jī)組分時進(jìn)一步分餾。分餾。生物分餾生物分餾C3循環(huán)循環(huán)(Calvin循環(huán)循環(huán))酶酶3C磷酸甘油酸磷酸甘油酸影響植物碳同位素分餾的內(nèi)在因素影響植物碳同位素分餾的內(nèi)在因素此循環(huán)長，所以分餾大，此循環(huán)長，所以分餾大， 13C=-23-38C3植物占植物占90%，包括藻類，自養(yǎng)細(xì)菌，和絕大多數(shù)，包括藻類，自養(yǎng)細(xì)菌，和絕大多數(shù)種植植物如小麥，水稻和堅果等種植植物如小麥，

23、水稻和堅果等羧化過程動力學(xué)分餾，陸地植物羧化過程動力學(xué)分餾，陸地植物(-29.4 )，細(xì)菌，細(xì)菌(-20 )C4 (Hatch and Slack)循環(huán)循環(huán)分餾為分餾為-2.0 to -2.5此循環(huán)是短循環(huán)，分餾小，此循環(huán)是短循環(huán)，分餾小， 13C=-12-14， C4植物包括熱帶地區(qū)的草和相關(guān)農(nóng)作物如植物包括熱帶地區(qū)的草和相關(guān)農(nóng)作物如玉米和甘蔗玉米和甘蔗CAM循環(huán)循環(huán) 介于介于C3和和C4循環(huán)二者之間。許多體內(nèi)有循環(huán)二者之間。許多體內(nèi)有過剩水的植物，如仙人掌等具此循環(huán)，過剩水的植物，如仙人掌等具此循環(huán)，其其13C虧損程度介于虧損程度介于C3和和C4植物之間。植物之間。植物的部分、組織、組成間

24、的同植物的部分、組織、組成間的同位素組成差異。位素組成差異。影響植物碳同位素組成的外部因素影響植物碳同位素組成的外部因素C的來源；的來源；呼吸的影響；呼吸的影響；大氣大氣CO2同位素組成變異；同位素組成變異；溫度效應(yīng)。溫度效應(yīng)。陸地陸地C3植物平均植物平均 13C=-27, C4植物植物平均平均 13C=-13；海洋植物海洋植物(均為均為C3植物植物)利用溶解的重碳利用溶解的重碳酸鹽而不是大氣酸鹽而不是大氣CO2，海水重碳酸鹽比，海水重碳酸鹽比大氣大氣CO2的的 13C值大值大8.5，因此海洋植，因此海洋植物物 13C值比陸地值比陸地C3植物高約植物高約7.5；由于由于C的來源變化大，因此海洋

25、植物的的來源變化大，因此海洋植物的 13C值具有較大的變化范圍；值具有較大的變化范圍；海洋藻青菌對海洋藻青菌對C同位素分餾比真正的海洋同位素分餾比真正的海洋植物小，因此其植物小，因此其 13C值高約值高約23。 化石燃料化石燃料 煤煤 石油石油 天然氣天然氣 食品質(zhì)量控制方面的應(yīng)用食品質(zhì)量控制方面的應(yīng)用巖石圈的碳同位素 沉積巖石灰?guī)r前寒武紀(jì)沉積巖火成巖火成巖隕石隕石火成碳酸巖和金伯利巖火成碳酸巖和金伯利巖Carbon isotope ratios in mantle (red) and mantle-derived materials (gray). After Mattey (1987).N

26、同位素同位素植物植物N同位素同位素植物分類：可直接利用植物分類：可直接利用N2 vs. 只能利用只能利用氨或硝酸鹽；氨或硝酸鹽；前者包括豆類和海洋藻青菌；前者包括豆類和海洋藻青菌；豆類豆類(C3植物植物) 15N=+1，現(xiàn)代非豆類植，現(xiàn)代非豆類植物物 15N=+3；史前非豆類植物史前非豆類植物 15N=+9，化學(xué)肥料的，化學(xué)肥料的使用；使用； 15N 變化范圍為變化范圍為4 or 5；海洋植物海洋植物 15N=+75,海洋藻青菌海洋藻青菌 15N=-13。植物植物C-N同位素組成同位素組成動物組織與食物動物組織與食物C同位素關(guān)系同位素關(guān)系DeNiro and Epstein (1978)動物組織動物組織 13C值比食物高約值比食物高約1，12CO2優(yōu)先被呼吸；優(yōu)先被呼吸；陸地食物鏈通常不超過三級，因此最大陸地食物鏈通常不超過三級，因此最大的的C同位素分餾為同位素分餾為3；海洋食物鏈可達(dá)海洋食物鏈可達(dá)7級，因此頂級掠食者與級，因此頂級掠食者與初級食物之間的初級食物之間的 13C值差異可達(dá)值差異可達(dá)7。動物組織與食物動物組織與食物N同位素關(guān)系同位素關(guān)系DeNiro and Epstein (1981) 動物組織動物組織 15N值比食物高約值比食物高約34Schoeninger and DeNiro (1984)骨膠原質(zhì)的骨膠原質(zhì)的C和和N同位素組成與動物同位素組成與動