Высокоточное определение изотопного состава и концентрации растворенного неорганического углерода в морских водах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Определение изотопного состава и концентрации растворенного неорганического углерода (DIC) в морской воде требует не только высокой точности измерений, но и выработки единых подходов к стандартизации данных и сбору материала. В работе проведено изучение влияния методов отбора (“в контейнер” и “в виалу с кислотой”, с добавлением токсина и без него) на результаты определения величин δ13С(DIC) и [DIC] в морской воде. Детально описан аналитический протокол, основанный на многолетнем опыте отбора, измерений и стандартизации данных, полученных для большого количества образцов вод арктических морей. Согласно приведенному протоколу, величины δ13С(DIC) и [DIC] могут быть определены с ошибкой менее 0.05 ‰ (1σ) и 4.5 отн.% соответственно. Показано, что отбор проб “в виалу с кислотой” с их хранением в течение 4-х месяцев сопровождается значительной контаминацией углекислым газом атмосферы с занижением величин δ13С(DIC) в среднем на 0.3–0.8 ‰ и завышением величин [DIC] в среднем в два раза. Отсутствие токсина, останавливающего биологическую деятельность, не приводит к существенным сдвигам в концентрации DIC, но сильно влияет на величины δ13С(DIC), которые становятся заниженными в среднем на 1 ‰. При отборе проб “в контейнер” c использованием токсина и выполнением остальных рекомендаций образцы сохраняют изотопные и концентрационные параметры DIC как минимум в течение года.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. О. Дубинина

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017

С. А. Коссова

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН)

Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017

Ю. Н. Чижова

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН)

Email: elenadelta@gmail.com
Россия, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017

Список литературы

  1. Дубинина Е.О., Коссова С.А., Мирошников А.Ю., Авдеенко А.С., Чижова Ю.Н. (2020) Растворенный неорганический углерод ([DIC], δ13С(DIC) в водах восточной части Восточно-Сибирского Моря. Геохимия. 65(8), 731-751.
  2. Dubinina E.O., Kossova S.A., Miroshnikov A.Yu., Avdeenko A.S., Chizhova Yu.N. (2020) Dissolved Inorganic Carbon ([DIC], δ13С(DIC) in Waters of the Eastern East Siberian Sea. Geochem. Int., 58(8). 867-886.
  3. Alling V., Porcelli D., Morth C.M., Anderson L.G., Sanchez-Garcia L., Gustafsson O., Andersson P.S., Humborg C. (2012) Degradation of terrestrial organic carbon, primary production and out-gassing of CO 2 in the Laptev and East Siberian Seas as inferred from δ13C values of DIC. Geochim Cosmochim Acta. 95, 143-159.
  4. Anderson L.G., Jutterström S., Hjalmarsson S., Wåhlström I., Semiletov I.P. (2009) Outgassing of CO2 from Siberian Shelf seas by terrestrial organic matter decomposition. Geophys. Res. Lett. 36(20), L20601.
  5. Argentino C., Kalenitchenko D., M. Lindgren, G. Panieri. (2023) HgCl2 addition to pore water samples from cold seeps can affect the geochemistry of dissolved inorganic carbon ([DIC], δ13CDIC). Mar. Chem. 251, 104236.
  6. Assayag N., Rive K., Ader M., Jezequel D., Agrinier P. (2006) Improved method for isotopic and quantitative analysis of dissolved inorganic carbon in natural water samples. Rapid Commun. Mass Spectrom. 20, 2243-2251.
  7. Atekwana E.A., Krishnamurthy R.V. (1998) Seasonal variations of dissolved inorganic carbon and 13C of surface waters: application of a modified gas evolution technique. Joum. Hydrol. 205, 265-278.
  8. Atekwana E.A., Krishnamurthy R.V. (2004) Extraction of Dissolved Inorganic Carbon (DIC) in Natural Waters for Isotopic Analyses. Handbook of Stable Isotope Analytical Techniques. 1, 203-228.
  9. Bauch D., Polyak L., Ortiz J. (2015) A baseline for the vertical distribution of the stable carbon isotopes of dissolved inorganic carbon (δ13CDIC) in the Arctic Ocean. Arktos.1. 1-13.
  10. Bauch H.A., Erlenkeuser H., Bauch D., Mueller-Lupp T., Taldenkova E. (2004) Stable oxygen and carbon isotopes in modern benthic foraminifera from the Laptev Sea shelf: implications for reconstructing proglacial and profluvial environments in the Arctic. Mar. Micropaleont. 51, 285-300.
  11. Brandes J.A. (2009) Rapid and precise δ13C measurement of dissolved inorganic carbon in natural waters using liquid chromatography coupled to an isotope-ratio mass spectrometer. Limnol. Oceanogr., Methods. 7, 730-739.
  12. Campeau A., Wallin M.B., Giesler R., Lofgren S., Morth C.M., Schiff S., Venkiteswarwn J.J., Bishop K. (2017) Multiple sources and sinks of dissolved inorganic carbon across Swedish streams, refocusing the lens of stable C isotopes. Sci Rep. 7, 9158. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09049-9.
  13. Capasso G., Favara R., Grassa F., Inguaggiato S., Longo M. (2005) Online technique for preparing and measuring stable carbon isotope of total dissolved inorganic carbon in water samples (δ13CTDIC). Ann. Geophys. 48(1), 159-166.
  14. Cheng L., Normandeau C., Bowden R., Doucett R., Gallagher B., Gillikin D. P., Kumamoto Y., McKay J.L., Middlestead P., Ninnemann U., Nothaft D., Dubinina E.O., Quay P., Reverdin G., Shirai K., Mørkved P.T., Theiling B.P., van Geldern R., Wallace D.W.R. (2019) An international intercomparison of stable carbon isotope composition measurements of dissolved inorganic carbon in seawater. Limnol. Oceanogr., Methods. 17(3), 200-209.
  15. Deines P., Langmoir D., Harmon R.S. (1974) Stable carbon isotope ratios and the existence of a gas phase in the evolution of carbonate ground waters. Geochim. Cosmochim. Acta, 1074 (38), 1147-1164.
  16. Dickson A.G., Sabine, C.L. and Christian J.R. (Eds.) 2007. Guide to Best Practices for Ocean CO2 Measurements. PICES Special Publication. 3, 191 pp.
  17. Doctor D.H., Kendall C., Sebestyen S.D., Shanley J.B., Ohte N., Boyer E.W. (2008) Carbon isotope fractionation of dissolved inorganic carbon (DIC) due to outgassing of carbon dioxide from a headwater stream. Hydrol. Proc. 22, 2410-2423.
  18. Friedman I. (1970) Some investigations of the deposition of travertine from hot springs. Geochim. Cosmochim. Acta. 34, 1003-1315.
  19. Galimov E.M. (2004) The pattern of δ13Corg versus HI/OI relation in recent sediments as an indicator of geochemical regime in marine basins: comparison of the Black Sea, Kara Sea, and Cariaco Trench. Chem. Geol. 204, 287-301.
  20. Gebbinck C.D.K., Sang-Tae K., Knyf M. Wyman J. (2014). A new online technique for the simultaneous measurement of the δ13C value of dissolved inorganic carbon and the δ18O value of water from a single solution sample using continuous-flow isotope ratio mass spectrometry. Rapid Comm. Mass Spectrom. 28, 553-562. 10.1002/rcm.6812.
  21. Gillikin D.P., Bouillon S. (2007) Determination of d18O of water and d13C of dissolved inorganic carbon using a simple modification of an elemental analyzer-isotope ratio mass spectrometer: an evaluation. Rapid Comm. Mass Spectrom. 21, 1475-1478.
  22. Gleason J.D., Friedman I., Hanshaw B.B. (1969) Extraction of dissolved carbonate species from natural water for carbon-isotope analysis. US Geological Survey Prof. Pap., 650-D: D248-250.
  23. Graber E.R., Aharon P. (1991) An improved microextraction technique for measuring dissolved inorganic carbon (DIC), δ13CDIC and δ18OH2O from milliliter-size water samples. Chem. Geol. 94, 137-144.
  24. Holt B.D., Sturchio N.C., Arehart G.B., Bakel A.J. (1995) Ultrasonic vacuum extraction of gases from water for chemical and isotopic analysis. Chem. Geol. 122, 275-284.
  25. Humphreys M.P., Greatrix F.M., Tynan E., Achterberg E.P., Griffiths A.M., Fry C.H., Garley R., McDonald A., Boyce A. (2016) Stable carbon isotopes of dissolved inorganic carbon for a zonal transect across the subpolar North Atlantic Ocean in summer 2014. Earth System Sci. Data. 8, 221-233.
  26. Keeling C.D., Mook W.G., Tans P.P. (1979) Recent trends in the 13C/12C ratio of atmospheric carbon dioxide. Nature. 277, 121-123.
  27. Kroopnick P. (1974) The dissolved O2-CO2-13C system in the eastern equatorial Pacific. Deep-Sea Res. 21(3), 211-227.
  28. Laskar A.H., Gandhi N., Thirumalai K., Yadava M.G., Ramesh R., Mahajan R.R., Kumar D. (2014) Stable carbon isotopes in dissolved inorganic carbon: extraction and implications for quantifying the contributions from silicate and carbonate weathering in the Krishna River system during peak discharge. Isotopes in Environ. Health Stud. 50(2), 156-168.
  29. Levitt N.P. (2014) Sample matrix effects on measured carbon and oxygen isotope ratios during continuous-flow isotope-ratio mass spectrometry. Rapid Comm. Mass Spec. 28, 2259-2274.
  30. McNichol A.P., Quay P.D., Gagnon A.R., Burton J.R. (2010) Collection and measurement of carbon isotopes in seawater DIC. The GO-SHIP Repeat Hydrography Manual: A Collection of Expert Reports and Guidelines IOCCP Report No 14, ICPO Publication Series No. 134, Version 1.
  31. Mook WG, Bommerson JC, Staverman WH. (1974) Carbon isotope fractionation between dissolved bicarbonate and gaseous carbon dioxide. Earth Planet. Sci. Lett. 22, 169.
  32. Nelson S.T. (2000) Sample vial influences on the accuracy and precision of carbon and oxygen isotope ratio analysis in continuous flow mass spectrometric applications. Rapid Comm. Mass Spec. 14, 293-297.
  33. Olack G.A., Colman A.S., Pfister C.A., Wootton J.T. (2018) Seawater DIC analysis: The effects of blanks and long-term storage on measurements of concentration and stable isotope composition. Limnol. Oceanogr., Methods. 16(3), 160-179.
  34. Ortiz J.D., Mix A.C., Wheeler P.A., Key R.M. (2000) Anthropogenic CO2 invasion into the northeast Pacific based on concurrent δ13C and nutrient profiles from the California Current. Glob. Biogeochem. Cycles. 14(3), 917-929.
  35. Prosser S.J., Brookes S.T., Linton A., Preston T. (1991) Rapid, Automated Analysis of 13C and 18O of CO2 in Gas Samples by Continuous-flow, Isotope Ratio Mass Spectrometry. Biol. Mass Spec. 20, 724-730.
  36. Quay P., Sonnerup R., Stutsman J., Maurer J., Kortzinger A., Padin X. A, Robinson C. (2007) Anthropogenic CO2 accumulation rates in the North Atlantic Ocean from changes in the 13C/12C of dissolved inorganic carbon. Global Biogeochem. Cycles. 21, GB1009.
  37. Salata G.G., Roelke L.A., Cifuentes L.A. (2000) A rapid and precise method for measuring stable carbon isotope ratios of dissolved inorganic carbon. Mar. Chem. 69, 153-161.
  38. Spötl C. (2006) A robust and fast method of sampling and analysis of δ13C of dissolved inorganic carbon in ground waters. Isotopes in Environ. Health Studies. 41(3), 217-221.
  39. St-Jean G. (2003) Automated quantitative and isotopic (13C) analysis of dissolved inorganic carbon and dissolved organic carbon in continuous-flow using a total organic carbon analyser. Rapid Comm. Mass Spec. (17), 419-428.
  40. Taipale S.J., Sonninen E. (2009) The influence of preservation method and time on the δ13C value of dissolved inorganic carbon in water samples. Rapid Comm. Mass Spec. 23, 2507-2510.
  41. Tan T.C., Pearson G.J., Walker R.W. (1973) Sampling extraction and 13C/12C analysis of total dissolved CO2 in marine environments. Bedford Institute of Oceanography, Canada. Rep. Series BI-R-73-16.
  42. Taylor C.B., Fox V.J. (1996) An isotopic study of dissolved inorganic carbon in the catchment of the Waimakariri River and deep ground water of the North Canterbury Plains, New Zealand. Journ. Hydrol. 186, 161-190.
  43. Torres M.E., Mix A.C., Rugh W.D. (2005) Precise δ13C analysis of dissolved inorganic carbon in natural waters using automated headspace sampling and continuous-flow mass spectrometry. Limnol. Oceanogr., Methods. 3, 349-360.
  44. Vogel J.C., Grootes P.M., Mook W.G. (1970) Isotopic Fractionation between Gaseous and Dissolved Carbon Dioxide. Z. Phys. 230(3), 225-238.
  45. Waldron S., Scott E.M., Vihermaa L.E., Newton J. (2014) Quantifying precision and accuracy of measurements of dissolved inorganic carbon stable isotopic composition using continuous-flow isotope-ratio mass spectrometry. Rapid Comm. Mass Spec. 28, 1117-1126.
  46. Xu J., Lee X., Xiao W., Cao C., Liu S., Wen X., Xu J., Zhang Z., Zhao J. (2016). Interpreting the 13C/12C ratio of carbon dioxide in an urban airshed in the Yangtze River Delta, China. Atm. Chem. Phys. Discuss. 17(5), 3385-3391.
  47. Yang T., Jiang S.Y. (2012) A new method to determine carbon isotopic composition of dissolved inorganic carbon in seawater and pore waters by CO2-water equilibrium. Rapid Comm. Mass Spec. 26, 805-810.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Калибровочные линии для определения концентрации и изотопного состава DIC: (а) зависимость площади опорного пика S (Vs – вольт*секунд) от концентрации калибровочного раствора NaHCO3; (б) трехточечная кали- бровка величин δ13С по карбонатным стандартам. Параметры калибровочных уравнений используются для расчета концентрации DIC и величин δ13С(DIC) в образцах, проанализированных в той же измерительной серии.

Скачать (105KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Величины δ13С(DIC) в образцах морской воды, отобранной на станциях 5955 (а) и 5944 (б): 1 – отбор “в контейнер”, 2 – отбор “в виалу с кислотой”. Пояснения в тексте.

Скачать (124KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Концентрации DIC в образцах морской воды, отобранной на станциях 5955 (а) и 5944 (б) (рейс АИ-58): 1 – отбор “в контейнер”, 2 – отбор “в виалу с кислотой”.

Скачать (108KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изотопный состав растворенного неорганического углерода в образцах, отобранных на ст. 7047 (рейс АМК 84): 1 – отбор с добавлением токсина, 2 – отбор без токсина.

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах