Изотопы углерода в геологии

Углерод представляет собой смесь двух стабильных изотопов с массами 12 и 13 и одного радиоактивного изотопа с массой 14. Последний используется в геологии для определения возраста молодых четвертичных образований и в археологии (см. Метод радиоуглеродный). Вариации в соотношении стабильных изотопов углерода в природных образованиях достигают 12%.

Изменения изотопного состава углерода применяются в геологии для решения вопросов, касающихся:

• источника рудообразующих растворов;
• генезиса минералов, горных пород и руд;
• генезиса месторождений нефти, газа и самородной серы;
• разработки геохимических методов поисков этих месторождений;
• реконструкции условий осадконакопления в древних бассейнах.

Данные изотопного анализа углерода позволили обосновать предположение о глубинном происхождении алмазов и карбонатитов, о наличии графитов, образовавшихся из органического вещества и из карбонатов, об органическом происхождении некоторых урановых минералов и др.

Разделение изотопов углерода в природных условиях вызывается:

• изотопно-обменными реакциями, приводящими к преимущественному накоплению тяжёлого изотопа ¹³C в карбонатах;
• биологическими процессами (в том числе фотосинтезом), в результате которых лёгким изотопом ¹²C обогащается органическое вещество растительного и животного происхождения.

Изотопный состав углерода различных природных объектов:

• морские осадки и карбонатные осадочные породы: δ¹³C от +0,5 до –0,3%;
• алмазы, карбонатиты, ювенильная углекислота: от –0,32 до –0,94%;
• органическое вещество морских и пресноводных отложений, уголь и нефть: от –2,3 до –3,2%.

δ¹³C показывает разницу в изотопном составе образца и стандарта. Знак «минус» указывает на то, что образец содержит меньше ¹³C, чем стандарт (то есть он легче стандарта). Знак «плюс» — тяжелее стандарта. За стандарт принят изотопный состав углерода из мелового белемнита с отношением ¹²C/¹³C, равным 88,89.

М. Н. Голубкина.