碳12是什么，他与碳14、碳XX......有什么区别

碳12是指原子中的质子数和中子数都为6的碳原子（质量数为12）。

碳12与碳14、碳XX的区别在于原子中的质量数不同、中子数不同、书写方法不同。

1、质量数不同：碳12的质量数是12，碳14的质量数是14，碳xx的质量数是xx；

2、中子数不同：碳12的中子数是6，碳14的中子数是8，碳xx的中子数是xx-6；

3、在原子中，质子数相同但是中子数不同的元素被称为同位素，这里的碳12与碳14、碳XX就是碳的同位素的不同表现形式。

扩展资料：

到目前为止，已发现的元素有109种，只有20种元素未发现稳定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约有300多种，而放射性同位素竟达约2800种以上。

碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。将各种原子（或分子、离子）的质量与碳12质量的十二分之一的比值定义为该原子的相对原子质量，它的单位为1。

参考资料来源：百度百科-同位素

参考资料来源：百度百科-碳12

关键要区分同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的对象。同位素对象是原子；同素异形体对象是单质；同分异构体对象是化合物；同系物对象是化合物；金刚石是单质，所以不可能是碳的同位素。同分异构体和同系物的对象虽然都是化合物，但是区别是很明显的，前者分子式相同，而后者肯定不同。

研究生物碳同位素的工作已有70多年的历史。1939年，Nier和Gulbrandsen最先指出:无机碳和有机碳的同位素组成不同，后者富集12C。此后，人们又在测定活的生物体时发现它们比大气二氧化碳和碳酸盐约轻20‰～30‰。

图3－9反映出生物碳同位素组成的一般分布情况。生物的δ13C值随生态属性而变化，分布范围在－6‰～－34‰之间。

现将植物与动物的碳同位素组成特征分述如下:

1植物

(1)不同类型植物的同位素组成特征

陆生植物:－10‰～－37‰。

海生植物:－4‰～－28‰。

藻类:－4‰～－23‰。

湖泊植物通常比海生植物贫13C。这是由于它们进行光合作用时所利用的碳源同位素组成不一样(安藤直行，1971)。陆生植物光合作用时利用空气中的CO2，而海生植物是利用溶解于水中的重碳酸根或碳酸根。实验测定，0℃和30℃时，Δ13CCO2－3－CO2值分别为115‰和99‰;Δ13CHCO－3－CO2分别为92‰和68‰，恰与上述解释吻合。

Smith和Epstien(1971)认为富13C的植物和贫13C的植物在组织上、生理上、生物化学上和生态学上都有差别，据此，他们把高等植物分为两类:

1)植物界的多数成员属第一类，其δ13C值低，为－24‰～－37‰。

2)沙漠、盐碱沼泽地区植物以及热带草本植物属第二类，其δ13C值高，为－6‰～－19‰。

藻类作为一个独立的部分，其δ13C值的变化范围为－12‰～－23‰，恰好介于上述两类高等植物之间。

植物界碳同位素的分布与植物所进行的光合作用密切相关。按光合作用中碳循环途径的不同，可分为Calvin循环(C3循环)、Hatch-Slack循环(C4循环)和Crassulacean Acid Metabolism循环(CAM循环)。C3循环发现于小球藻中，后在多数高、低等植物中也发现同样情况，是光合作用碳转化的普遍形式。C4循环主要存在于热带禾草类等一些单子叶和双子叶植物中。景天酸代谢循环(CAM循环)产生的场所主要为一些肉质植物，如景天属、落地生根属、仙人掌属等，一般都耐干旱，其中许多是沙漠植物。

以上3种碳循环途径植物的δ13C值的分布是不同的，其一般分布范围为:C3植物为－37‰～－24‰，平均值为－27;C4植物为－16‰～－9‰，平均值为－12‰;CAM植物为－19‰～－9‰，平均值为－17‰。

3种碳循环途径植物在碳同位素组成上的差别是由于不同酶的作用和碳的新陈代谢库的不同。

前述两类高等植物，分别属于C3植物和C4植物。

(2)浮游生物同位素组成与温度的关系

图3－10 浮游生物全碳同位素组成与采样地点表层水温的关系(据Sackett等，1974)

海洋浮游生物是生物中重要的种类之一。天然海洋浮游生物群的δ13C值变化为15‰。Sackett等(1974)发现，浮游生物的碳同位素组成与采样地点的水温(生长温度，纬度)有关(图3－10)。“极地”浮游生物的δ13C值比亚热带浮游生物约低6‰，硅藻的δ13C值与温度的关系更为明显。从图3－10可看出，温度在－2℃到15℃之间浮游生物的δ13C大约从－30‰变化到－20‰。当温度接近15℃，即大致相当于暖水体系和冷水体系的分界面时，出现了碳同位素组成变化不连续的情况。这个不连续面可能是两种光合作用方式不同的浮游生物群的交界面。

(3)生物不同组分碳同位素组成存在差异

Degens等(1968)测定海洋浮游植物的各种生物化学组分的碳同位素组成后发现，不同生物化学组分的碳同位素组成差别很大(图3－11)，糖、半纤维素、纤维素的δ13C值接近整个生物的碳同位素组成，果胶明显富13C，里格宁胶和可提取的油脂最富12C。因此，在对有机碳的同位素组成作地质解释时，必须注意不同生物化学组分之间的同位素组成差异。

图3－11 Δ13C组分－植物植物的不同生物化学组分、碳同位素组成对比(据Deines，1980)

2动物

海洋、淡水和陆生动物体的δ13C值一般落在其相应环境中生长的植物的碳同位素比值范围内。前节所述C3植物和C4植物的δ13C值分布范围不同，这种差别分别在以这两类植物为主要食物的动物的碳同位素组成上得到反映(Hains，1976;Minson，1975)。

1碳同位素丰度

碳是地壳中分布最广、最活跃的元素之一，它参与很多矿物和有机化合物合成，例如石油、天然气和煤等的组成。在岩石圈中循环强烈，可作为岩石、矿物和水形成的成因标志。自然界中碳有6种同位素（10C、11C、12C、13C、14C和15C），主要为12C、13C和14C：12C为98892%，13C为1108%，14C为12×10—10%。12C、13C为稳定同位素，14C为放射性同位素，半衰期为5730年，常被用来研究生物过程、生物化学过程等反应途径的指示剂。

2表示方法与组成

（1）稳定同位素

在各种天然物体中碳同位素的含量一般用12C/13C来表示，平均值为8925%，与石灰岩中碳同位素的平均含量相等。此外还用偏差δ13C来表示：

水文地球化学基础

C同位素的标准为PDB，13C/12C=112372×10—5。

（2）放射性同位素（14C）

以PMC（percentage of modern carbon）表示，

水文地球化学基础

式中：A样为样品的放射性比度，dpm/g；A标为标准样品的放射性比度，dpm/g；dpm/g为每克样品每分钟衰变次数。

按照国际上的统一规定，标准样品（现代碳）指的是1840～1860年间生长的未受工业污染的树木中的碳，其放射性比度为1356 dpm/g。这样，标准样品中的14C含量为100 PMC。由于目前已很难取得这种标准样品，现代碳在1950年被人们重新定义为美国国家标准局（NBS）草酸中14C活度的95%。

自然界中碳以12C、13C、14C等多种同位素的形式存在，12C、13C相对丰度分别为9889%、111%；14C只有极微量且具放射性，半衰期为5730年。其他同位素由人工核反应获得，均有放射性。

各类天然物质的碳同位素组成变化范围如图7-23 所示。

1地幔岩石及陨石的碳同位素组成

玄武岩中的大部分碳以 CO2 的形式存在,它在玄武岩液相中具有限的溶解度。所以,玄武岩在其喷发前就开始出溶CO2。因此,实际上每一个玄武岩,包括喷发于洋中脊的,已丢失了一些碳,且大陆玄武岩实际丢失了所有碳 (及多数其他挥发分)。仅喷发于 1 km深的水下玄武岩是确定代表地幔碳同位素组成的有用样品,因此玄武质岩石的数据实际仅限于MORB与从海山及基拉韦厄的东裂谷带所采回的样品。地幔碳同位素组成的问题由分馏与污染而进一步复杂化。在玄武岩中溶解的CO2 与气相间的分馏大约是4‰, 13 C富集于气相中。碳酸岩与金刚石提供了另一种并且一般是最好的地幔碳样品,但它们的产出极为有限。

图7-23 各类天然物质碳同位素组成变化范围

(据魏菊英等,1988)

MORB的平均δ13 C为-65‰ (图7-24),但多数富CO2 的MORB样品的δ13 C大约为-4‰。因为它们脱气最少,被认为能最好地代表亏损地幔的同位素组成 (Javoy et al, 1991)。碳酸岩具平均近-4‰的δ13 C 值。洋岛玄武岩在足够水深下喷发而保存气泡中的一些CO2 ,看起来具类似的成分。消减带火山作用与弧后盆地玄武岩中释放的气体,它们在消减带后喷发并且地球化学上类似于岛弧玄武岩,具明显较轻的碳 (低的δ13 C),尽管多数δ13 C值在-2‰～-4‰的范围内,可与多数富气MORB相对比。地幔透辉石中的碳(单斜辉石)看起来平均同位素上是较轻的,其意义还不明确。

金刚石的碳同位素组成变化范围大。多数金刚石的δ13 C 在-2‰～-8‰的范围内,因此类似于MORB。然而,一些金刚石具轻得多的碳。根据它们所含的包裹体,金刚石可分为橄榄岩质与榴辉岩质。多数橄榄岩质金刚石的δ13 C接近-5‰,而榴辉岩质的金刚石其同位素组成上的变化要大得多。尽管不是所有的,但多数非常负的δ13 C 是榴辉岩质的。许多金刚石同位素组成上具分带性,表明它们是在几个阶段中生长的。

已有三种解释用来说明金刚石中的同位素不均一性:原始不均一、分馏效应、地球表面有机碳的再循环进入到地幔中。许多证据表明,原始不均一是不可能的。其中之一是其他物质,如MORB,缺少非常负的δ13 C;其他元素的同位素组成也缺少原始不均一的证据。Boyd et al(1994)提出因为金刚石动力学上表现缓慢 (从地表看它们的稳定性,在热力学上远离平衡),但在其生长过程中可能没有达到平衡。因此,由于动力学效应可出现大的分馏。然而,这些动力学分馏机理还没有得到说明,并且在地幔温度下这种分馏的程度 (20%左右)也令人惊讶。

图7-24 幔源物质的碳同位素组成

(据 White,2000)

MORB—洋中脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩;BABB—弧后盆地玄武岩

另一方面,几个证据支持一些金刚石中的轻碳同位素是地球表面的有机碳来源。首先,这些金刚石主要存在榴辉岩组合中,而榴辉岩是玄武岩的高压产物。洋壳的消减将大量的玄武岩连续带进地幔。一些榴辉岩包体中观察到的氧同位素不均一性说明这些榴辉岩确实代表消减的洋壳。第二,轻同位素金刚石的氮同位素组成相对于其他地幔物质中的也属异常,类似于沉积岩中的氮。

陨石中还原性碳的δ13 C 在-6‰～-25‰之间,通常为-15‰～-17‰;碳酸盐的δ13 C平均为 60‰。月岩中还原性碳的δ13 C平均值为-24‰。

2地壳岩石的碳同位素组成

沉积岩的研究结果主要集中在海相碳酸盐上,δ13 C平均值为 0‰,但是随着地质时代的不同,在剖面上可能存在变化趋势与突变点;其中还原性碳的δ13 C 为-28‰。非海相碳酸盐的δ13 C平均为-4‰,还原性碳的δ13 C 为-24‰。煤的δ13 C 平均为-24‰,石油的δ13 C平均为-25‰,天然气的δ13 C平均为-40‰。

变质岩中的石墨碳同位素组成变化较大,受变质温度等因素影响。变质岩中碳酸盐的δ13 C平均为-2‰。

火成岩中还原性碳的平均δ13 C为-25‰,碳酸盐矿物的δ13 C平均为-6‰。火山气体中甲烷的δ13 C与火成岩中还原性碳类似,平均为-25‰;二氧化碳的δ13 C平均值为-4‰。

3水圈、生物圈的碳同位素组成

湖水的δ13 C 一般为-8‰～-16‰,河水的δ13 C 平均为-10‰,海水的δ13C为0±2‰。

生物圈中水生植物较陆生植物富含13 C,且在水生植物中,海生植物较淡水湖生植物富13 C;沙漠地区的植物其碳同位素组成与海洋植物相同。多数陆生植物 (动物)的δ13 C在-34‰～-24‰之间;海生植物的δ13 C在-23‰～-6‰之间,海洋动物碳酸盐介壳的δ13 C为0‰。河、湖水生生物有机体的δ13 C是可变的,而碳酸盐介壳的δ13 C平均分别-12‰、-5‰。

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