Environmental Chemistry Spr Vol 1
Sprache: Englisch
Verlag: Royal Society of Chemistry, 1975
- Hardcover
- Neu
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- Titel
- Environmental Chemistry Spr Vol 1
- Autor
- Royal Society of Chemistry
- Verlag
- Royal Society of Chemistry
- Erscheinungsjahr
- 1975
- Zustand
- New
- Einband
- Gebunden
- Sprache
- Englisch
- ISBN-10
- 0851867553
- ISBN-13
- 9780851867557
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Environmental Chemistry Volume 1
A Review of the Recent Literature Concerning the Organic Chemistry of Environments Published up to Mid-1973
By G. EglintonThe Royal Society of Chemistry
All rights reserved.
Contents
Chapter 1 Stable Isotope Studies and Biological Element Cycling By J. W. Smith, 1,
Chapter 2 Environmental Organic Chemistry of Rivers and Lakes, Both Water and Sediment By P.A. Cronwell, 22,
Chapter 3 Environmental Organic Chemistry of Bogs, Marshes, and Swamps By P. H. Given, 55,
Chapter 4 Environmental Organic Chemistry of Oceans, Fjords, and Anoxic Basins By R.J. Morris and F. Culkin G. Eglinton, 81,
Chapter 5 Hydrocarbons in the Marine Environment By J. W. Farrington and P. A. Meyers, 109,
Chapter 6 The Fate of DDT and PCB's in the Marine Environment By M. M. Rhead, 137,
Chapter 7 Environmental Organic Chemistry of 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid By J. E. Allebone, R. J. Hamilton, and B. Ravenscroft, 160,
Author Index, 191,
CHAPTER 1
Stable Isotope Studies and Biological Element Cycling
BY J.W. SMITH
1 Introduction
Natural biological, physical, and chemical processes operating over geological time have resulted in the establishment of recognizable patterns in the distribution of the stable isotopes of many of the light elements. This knowledge and an increasing understanding in detail of the many individual processes involved in the creation of this pattern now allow the sources and previous histories of light elements in many geological systems to be determined with considerable certainty. Urey first demonstrated the connection between the environment and isotopic ratios and developed the oxygen thermometer for the evaluation of palaeotemperatures. Since these early experiments the method has acquired increasing recognition and application. Very recently2 the value of isotope-ratio measurements in revealing otherwise unobservable relationships and effects has been demonstrated in studies of the distribution of the light elements in returned lunar samples.
For the purpose of this discussion it must be assumed that the organic geochemist is primarily concerned with the isotopic composition of those organic compounds currently present, or being created or destroyed, in order that the biogeochemistry of natural processes may be better understood. However, much of the organic material in these three categories has recently been introduced into the present environment by man and it is therefore essential to know the extent and effect of such additions if a meaningful interpretation of experimental data is to be made. In this respect, the role of fossil fuels can rarely be ignored, a situation well demonstrated by the very considerable interest which continues to be paid to the effects on the environment of the direct release of either fossil fuels or the by-products resulting from their utilization in the chemical industry and power production. Even when due regard is paid to these effects, a meaningful understanding and interpretation of isotopic data can scarcely be made if interest is solely limited to organic molecules. Very often in Nature the immediate precursor of an organic compound is an inorganic molecule, an example being the photosynthesis of sugars from carbon dioxide, and, since the isotopic composition of the product is dependent on that of the reactant, it becomes essential in environmental studies to give some consideration to such inorganic portions of the element cycle. Perhaps the greatest benefit to be gained from isotopic measurements is the ability to determine both the precursors and decomposition products of materials of interest and as a result, biogeochemical studies commonly include not only investigations of the distribution and isotopic composition of existing organic compounds, but also of related inorganic species, e.g. sulphate, sulphide, and carbon dioxide, which may be of significance in the biological assimilation and cycling of the elements.
In a Report which is primarily concerned with organic materials, a full discussion of all those processes, both organic and inorganic, which result in a fractionation of the isotopes cannot be entertained. Accordingly, only those inorganic processes which most obviously and directly affect the distribution and isotopic composition of organic compounds are considered. It is understood, however, that all reactions which result in isotopic fractionation probably modify the isotopic ratios in organic compounds to some extent, even if this is not directly detectable. Not excluded are those conversions by microorganisms in which both the reactants and products are inorganic compounds and the organisms in fact provide little more than a pathway for the completion of thermodynamically favoured reactions. In the case of the dissimilatory bacterial reduction of sulphate, whilst at any stage the quantities of sulphur organically bound within cellular material are probably negligible when compared with the large quantities of sulphide produced, the major role played by this process in the sulphur cycle and the marked isotopic fractionations which result make the inclusion of such metabolic conversions essential.
2 Carbon
Since several excellent reviews of the geochemistry of the stable carbon isotopes are available, it is sufficient that only brief mention be made here of the processes responsible for isotopic fractionation. Either directly or indirectly, biological materials result almost entirely from photosynthesis. Carbon in the forms of gaseous and dissolved CO2 or as bicarbonate in solution may be utilized in the photosynthetic process; however, since at equilibrium the bicarbonate in solution is considerably enriched in 13C*> relative to CO2 in solution or in the gaseous state, the isotopic composition of photosynthesized materials will vary with the source of carbon available. In Nature these two major sources of carbon are the atmosphere and bicarbonate in solution in the oceans and, in general, materials derived from these two reservoirs may be distinguished by their 13C content. However, since the degree of isotopic fractionation between the two reservoirs decreases with temperature and the quantity of dissolved CO2 relative to bicarbonate in solution decreases with pH, estimates of the environment during photosynthesis based on isotopic measurements are not always precise. Differences in isotopic composition also arise between the carbon source and the products during photosynthesis. This fractionation has been attributed to the relative collision rates of the CO2 molecules with the leaf surface. Detailed studies of the process indicate that the major fractionation stage, which results in the photosynthetic product being enriched in 12C by some 17[per thousand] relative to atmospheric CO2, commonly occurs during the enzymatic fixation of dissolved CO2 as 3-phosphoglyceric acid.
Whilst the above situation holds in general for the majority of higher plants (that is, those which use the Calvin cycle in photosynthesis), evidence has been gathering to show the existence of other synthetic pathways for enzymatic fixation of carbon which give rise to different 13C/12C ratios in the final plant products. A study of 104 selected species of plants has revealed a much wider variation in the 13C contents than might previously have been expected; many terrestrial mono- and di-cotyledons and one gymnosperm have δ13C values greater than -18[per thousand]. Plants within this category...
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letzte Aktualisierung: 23.10.2019