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甲烷的多维和高维同位素特性真那么有趣吗?

2022-01-10 10:48:16

Ultra研制的最初动机是要更精确地测量CO2及甲烷(CH4)的clumped同位素值(属于HD3),而研制Panorama的最初动机是要更精确地测定甲烷中的多个同位素体(isotopologues)及其多个clumped同位素值。特别是要区分同样是质量18的13CH3D和12CH2D2,其需要的mass resolving power 高达6000(Eiler, 2013)。

哪为什么要测这么多甲烷的同位素体呢?主要原因是要解决自然界甲烷的成因问题。甲烷起源有生物的,有非生物的。有热平衡的有不平衡的。一开始人们利用D/H同位素和13C/12C同位素比值,来确定甲烷的起源和成因(属于HD4)。早期用这二维空间来区分似乎很管用。但数据多了以后人们发现这δD-δ13C的空间其实还是有点模棱两可。它们的界限并不很清晰,加上混合的因素,δD-δ13C的空间越来越不够。这就需要有更高维度的信息来解析自然界甲烷的成因。

最初成功对13CH3D和12CH2D2丰度的精确测定是在UCLA的Panorama原型机上做的(Young et al., 2017)。其中最新奇的发现是非生物成因的甲烷大大地亏损12CH2D2。这一发现有可能提供一个可以直接区分生物和非生物甲烷的高维度的参数。所关注的非生物甲烷是由CO2+H2表面催化生成。Young et al.(2017)认为这过程中的氢的量子隧穿效应(quantum tunneling)可以解释其巨大亏损的12CH2D2

来源:【高维度稳定同位素】公众号(ID:HDStableIsotope)




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