Kinetische Fraktionierung - Wikipedia

Kinetische Fraktionierung ist ein isotopischer Fraktionierungsprozess, bei dem stabile Isotope bei unidirektionalen Prozessen durch ihre Masse voneinander getrennt werden. Biologische Prozesse sind im Allgemeinen unidirektional und sind sehr gute Beispiele für "kinetische" Isotopenreaktionen. Alle Organismen verwenden bevorzugt leichtere Isotopenspezies, da die "Energiekosten" niedriger sind, was zu einer signifikanten Fraktionierung zwischen dem Substrat (schwerer) und dem biologisch vermittelten Produkt (leichter) führt. Beispielsweise nimmt die Photosynthese vorzugsweise das leichte Isotop des Kohlenstoffs ¹² C während der Assimilation eines atmosphärischen CO ₂ -Moleküls auf. Diese kinetische Isotopenfraktionierung erklärt, warum Pflanzenmaterial (und damit fossile Brennstoffe, die aus Pflanzen stammen) typischerweise in ¹³ C um 25 Promille (2,5%) relativ zu den meisten verbraucht ist anorganischer Kohlenstoff auf der Erde. ^[1]

Ein natürlich vorkommendes Beispiel der nichtbiologischen kinetischen Fraktionierung tritt während der Verdampfung von Meerwasser unter Bildung von Wolken unter Bedingungen auf, bei denen ein Teil des Transports unidirektional ist, wie Verdampfung in sehr trockene Luft. In diesem Fall werden isotopisch leichtere Wassermoleküle (dh diejenigen mit ¹⁶ O) etwas leichter verdampfen als die isotopisch schwereren Wassermoleküle mit ¹⁸ O, und dieser Unterschied wird größer sein als wenn die Verdampfung unter Gleichgewichtsbedingungen (mit bidirektionalem Transport) stattfinden würde.

Während dieses Prozesses werden die Sauerstoffisotope fraktioniert: Die Wolken werden mit ¹⁶ O angereichert und das Meerwasser wird in ¹⁸ O angereichert. Während die Gleichgewichtsfraktionierung bewirkt, dass der Dampf in Bezug auf das flüssige Wasser um etwa 10 Promille (1%) ansteigt, verbessert die kinetische Fraktionierung diese Fraktionierung und führt häufig zu einem Dampfabbau von etwa 1,5 Promille (1,5%) . Die Kondensation tritt fast ausschließlich durch Gleichgewichtsprozesse auf und reichert die Wolkentröpfchen etwas weniger an, als durch Verdampfung der Dampf abgebaut wird. Dies erklärt zum Teil den Grund, warum Regenwasser isotopisch leichter als Meerwasser ist.

Das Isotop des Wasserstoffs in Wasser, Deuterium, ist gegenüber kinetischer Fraktionierung viel weniger empfindlich als Sauerstoffisotope, verglichen mit der sehr großen Gleichgewichtsfraktionierung von Deuterium. Aus diesem Grund verbraucht die kinetische Fraktionierung Deuterium im relativen Sinne nicht annähernd so stark wie ¹⁸ O. Dies führt zu einem Überschuss an Deuterium in Dampf und Niederschlag, bezogen auf Meerwasser. Der Wert dieses "Deuteriumüberschusses", wie er genannt wird, beträgt in den meisten Meteoritengewässern etwa +10 Promille (1%), und sein Nicht-Null-Wert ist eine direkte Manifestation der Fraktionierung kinetischer Isotope.

Eine verallgemeinerte Behandlung kinetischer Isotopeneffekte erfolgt über die Gleichungen von GEBIK und GEBIF, die transiente kinetische Isotopeneffekte beschreiben. ^[2]

Andere Arten der Fraktionierung [

Siehe auch

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Referenzen [ edit ]