Szén-nitrogén arány- Carbon-to-nitrogen ratio
A szén-nitrogén arány ( C/N arány vagy C: N arány ) a szén tömegének és az anyag nitrogén tömegének aránya . Többek között az üledékek és a komposzt elemzésére is használható. A C/N arányok hasznos alkalmazása a paleoklíma- kutatások helyettesítőjeként szolgál , különböző felhasználási lehetőségekkel, akár az üledékmagok szárazföldi, akár tengeri alapúak. A szén-nitrogén arány a növények és más szervezetek nitrogénkorlátozásának mutatója, és azonosítani tudja, hogy a vizsgált üledékben található molekulák szárazföldi vagy alga növényekből származnak-e. Ezenkívül meg tudják különböztetni a különböző szárazföldi növényeket, attól függően, hogy milyen fotoszintézist hajtanak végre. Ezért a C/N arány eszközként szolgál az üledékes szerves anyagok forrásainak megértéséhez, ami információhoz vezethet a Föld történetének különböző időszakaiban az ökológiáról, az éghajlatról és az óceán keringéséről.
A 4-10: 1 tartományba eső C/N arányok általában tengeri forrásokból származnak, míg a magasabb arányok valószínűleg szárazföldi forrásokból származnak. A szárazföldi forrásokból származó érnövények C/N aránya általában meghaladja a 20. A (C 6 H 10 O 5 ) n kémiai képlettel rendelkező cellulóz hiánya , valamint az algák és a vaszkuláris növények nagyobb fehérjemennyisége ezt okozza. különbség a C/N arányban.
Amikor komposztálás , mikrobiális aktivitás használ egy C / N aránya 30-35: 1, és nagyobb arányban eredményez lassabb komposztálás arányok. Ez azonban feltételezi, hogy a szén teljesen elfogy, ami gyakran nem így van. Így a gyakorlati mezőgazdasági célokra a komposzt kezdeti C/N arányának 20-30: 1-nek kell lennie.
Ennek az aránynak a mérésére használható eszközök például a CHN-analizátor és a folyamatos áramlású izotóparányú tömegspektrométer (CF-IRMS). A gyakorlatiasabb alkalmazásokhoz azonban a kívánt C/N arányokat el lehet érni az ismert C/N -tartalmú, gyakran használt, könnyen hozzáférhető és könnyen használható szubsztrátumok összekeverésével.
Alkalmazások
tengeri
| Egy sorozat része a |
| Szénciklus |
|---|
 |
A tengeri üledékekben lerakódott szerves anyagok kulcsfontosságú mutatót tartalmaznak a forrása és a talajba jutás előtt, valamint a lerakódás után lefolyt folyamatok, a szén -nitrogén arány tekintetében. A globális óceánokban a felszíni óceánban frissen termesztett algák szén -nitrogén aránya általában körülbelül 4-10. Megfigyelték azonban, hogy ennek a felszíni óceánban keletkező szerves anyagnak (algának) csak 10% -a süllyed a tengerbe. az óceán mélyén, anélkül, hogy a szállító baktériumok lerombolnák, és csak körülbelül 1% -a marad tartósan az üledékben. Az üledékdiagenezisnek nevezett fontos folyamat a szerves szén többi 9% -át teszi ki, amely az óceán mélyére süllyedt, de nem volt végleg eltemetve, vagyis a teljes előállított szerves szén 9% -a lebomlik az óceán mélyén. A süllyedő szerves szenet energiaforrásként hasznosító mikrobiális közösségek részlegesek a nitrogénben gazdag vegyületekkel szemben, mivel ezeknek a baktériumoknak nagy része nitrogénben korlátozott, és sokkal inkább a szénnel szemben. Ennek eredményeként az óceán mélyén süllyedő szerves szén szén / nitrogén aránya magasabb, mint a friss felszíni óceáni szerves anyagoké, amelyek nem bomlottak le. A C/N arányok exponenciális növekedése figyelhető meg a növekvő vízmélységgel - a C/N arány 10 körüli vízmélységnél eléri a 10 -et, a mély óceánban pedig (1500 méternél mélyebben) akár 15 -et. Ez az emelkedett C/N jelzés megmarad az üledékben, amíg a diagenézis egy másik formája, a lerakódás utáni diagenesis ismét megváltoztatja C/N aláírását. A lerakódás utáni diagenezis szerves szénszegény tengeri üledékekben fordul elő, ahol a baktériumok energiaforrásként képesek oxidálni a szerves anyagokat aerob körülmények között. Az oxidációs reakció a következőképpen megy végbe: CH 2 O + H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e - , standard szabad energiával –27,4 kJ mol -1 (fél reakció). Miután az összes oxigént elhasználták, a baktériumok képesek a kémiai reakciók anoxikus sorozatát végrehajtani energiaforrásként, mindegyik negatív ∆G ° r értékkel, és a reakció a lánc előrehaladtával egyre kevésbé lesz kedvező.
Ugyanez az elve ismerteti a nitrogénben gazdag szerves anyagok preferenciális lebomlását magyarázó elvét az üledékeken belül, mivel ezek labilisabbak és nagyobb a keresletük. Ezt az elvet alkalmazták a paleoceanográfiai vizsgálatok során annak érdekében, hogy azonosítsák azokat a magterületeket, amelyek nem tapasztaltak sok mikrobiális aktivitást vagy szennyeződést sokkal magasabb C/N arányú szárazföldi forrásokkal.
Végül az ammónia, a második redukciós reakció terméke, amely csökkenti a nitrátot és nitrogéngázt és ammóniát termel, könnyen adszorbeálódik az agyagos ásványi felületeken, és védve van a baktériumoktól. Ezt magyarázatként javasolták a szerves szén vártnál alacsonyabb C/N aláírására az üledékekben, amelyek a lerakódás utáni diagenezisen mentek keresztül.
A szerves anyagok remineralizációjából származó ammónium emelkedett koncentrációban (1 -> 14 μM) létezik a Kelta -tengerben található kohéziós polcüledékekben (mélység: 1–30 cm). Az üledék mélysége meghaladja az 1 métert, és megfelelő vizsgálati hely lenne paleolimnológiai kísérletek elvégzésére C: N -vel.
Tavi
A tengeri üledékektől eltérően a diagenézis nem jelent nagy veszélyt a Cc/N arány integritására a lacustrine üledékekben. Bár a tavak körüli élő fák faanyagának állandóan magasabb a C/N aránya, mint az üledékbe temetett fának, az elemi összetétel változása nem elég nagy ahhoz, hogy eltávolítsa a vaszkuláris és nem érrendszeri növényi jeleket a szárazföldi szerves anyagok tűzálló jellege miatt. A C/N arány lefelé irányuló hirtelen elmozdulása a szerves forrásanyag eltolódásaként értelmezhető.
Például két különálló tanulmány a Mangrove-tóról, Bermuda és a Yunoko-tó, Japán szabálytalan, hirtelen ingadozásokat mutat a C/N között 11 és 18 körül. Ezeket az ingadozásokat a főleg algák dominanciájáról a szárazföldi érrendszeri dominanciára való áttérésnek tulajdonítják. Az algák dominanciájának és az érrendszeri dominanciának hirtelen eltolódását mutató tanulmányok eredményei gyakran következtetéseket vonnak le a tó állapotáról az izotóp aláírások ezen időszakaiban. Azok az idők, amikor a tavakban az algajelek dominálnak, azt sugallják, hogy a tó mélyvízi tó, míg azokban az időkben, amikor a tavakat az eres növényi jelek uralják, a tó sekély, száraz vagy mocsaras. Ha a C/N arányt más üledékmegfigyelésekkel, például fizikai variációkkal, zsírsavak és alkánok D/H izotóp analízisével és hasonló biomarkerek δ13C elemzésével együtt használjuk, további regionális éghajlati értelmezésekhez vezethetünk, amelyek leírják a játszódó nagyobb jelenségeket.