Контрольная работа на тему Контрольная работа по предмету: Изотопная геохимия нефти и газа

Содержание:

1. Фракционирование стабильных изотопов. Процессы, вызывающие фракционирование стабильных изотопов в природных объектах ….…..
 
1
2. Углерод в современной биосфере и осадках. Изотопы углерода в процессе фотосинтеза …………………………………………………………         5
3. Изотопно-геохимический и геохимический способы поисков месторождений нефти и газа …………………………………………………….
 
7

Фрагмент текста работы:

Фракционирование стабильных изотопов. Процессы, вызывающие фракционирование стабильных изотопов в природных объектах.
Изотопные ядра имеют одинаковый заряд, поэтому, на первый взгляд, соединения, содержащие различные изотопы, должны обладать одинаковы-ми физическими и химическими свойствами. Однако, термодинамические свойствах соединений с различным изотопным составом различаются, что приводит к неодинаковому поведению изотопных молекул в химических ре-акциях. Различия в физических и химических свойствах изотопных молекул получили название изотопные эффекты. Изотопные эффекты классифициру-ют в соответствии с областью, в которой они наблюдаются. Например: физи-ческие, химические, биологические, геологические, спектроскопические, ки-нетические. Существует и другой способ классификации, при котором изо-топные эффекты делят на две группы: 1) зависящие от массы (изотопные эф-фекты I рода) и 2) не зависящие от массы (изотопные эффекты II рода) [Изо-топы: свойства …., 2005].
При анализе природных объектов наблюдаются следующие изотопные эффекты: различное распределение молекул газов в гравитационном поле Земли, изотопные эффекты в химическом равновесии, кинетические эффекты и другие. Для оценки степени проявления изотопных эффектов I рода ис-пользуется параметр M/M2, где M – разность масс тяжелого и легкого изотопов, М2 – масса тяжелого изотопа. В максимальной степени эти эффек-ты выражены у изотопов легких элементов. Например, для изотопов водо-рода M/M2 = 0,5 – 0,7. По мере увеличения массы изотопов, степень прояв-ления эффекта быстро ослабевает и для наиболее тяжелых элементов (уран, торий) становится равной 0,01 – 0,03 [Изотопы: свойства …., 2005]. Несмот-ря на небольшие величины M/M2, многократное повторение фракциониро-вания изотопов в длительно развивающихся природных процессах может привести к неравномерному перераспределению изотопов в объектах лито-сферы, атмосферы и биосферы.
Например, в атмосферном цикле наблюдается фракционирование изо-топов воды. При испарении воды с поверхности океана пары ее обогащаются 1H и 16O, так как упругость паров H216O больше, чем HDO и H218O. Это объ-ясняется термодинамическим изотопным эффектом. Пар, поднимающийся с поверхности океана, охлаждается и превращается в дождь. Процесс образо-вания капель каждый раз сопровождается обеднением жидкой фазы тяжелы-ми изотопами 18O и D. Таким образом, по мере движения воздушных масс к полюсам и их охлаждения каждый новый дождь будет содержать меньше тяжелых изотопов, чем предыдущий. Многие живые организмы разделяют изотопы легких элементов. При фотосинтезе растения отдают предпочтение легкому изотопу 12С, поэтому в организмах и их производных содержание тяжелого изотопа 13С понижено, а в углекислом газе и в морских карбонатах – повышено [Фор, 1989].
Причины фракционирования стабильных изотопов в природных объ-ектах различаются, в зависимости от вида изотопного эффекта. Изотопный эффект химического равновесия, т. е. различное распределение изотопов между фазами (жидкой и газообразной, жидкой и твердой, твердой и газо-образной) имеет квантовую природу и обусловлен разностью энергий нуле-вых колебаний продуктов реакции и исходных веществ, отличающихся изо-топным составом. Молекула с большей массой имеет меньшую колебатель-ную энергию и наоборот. В результате тяжелый изотоп обогащает молекулу с более прочной химической связью. Обычно тяжелый изотоп концентриру-ется в более крупных молекулах и в соединениях с более высокой степенью окисления. Например, среди соединений SO2, SO3 и SO4 2- изотопом 18О в наибольшей степени будет обогащен сульфат-ион [Лукьянов и др., 1977].
Кинетические изотопные эффекты, т. е. различия в скорости одной и той же химической реакции, наблюдаемые при замене одного изотопа на другой, связаны с изменением энергии активации реакций с участием легких и тяжелых молекул.
Разделение изотопов, возникающее при диффузии газов и жидкостей через пористые массы глинистых пород вызвано различием в скоростях движения легких и тяжелых изотопных молекул. Молекулы, включающие легкий изотоп, движутся немного быстрее, по сравнению с молекулами, со-держащими тяжелый изотоп.
Изотопный эффект, связанный с различным распределением легких и тяжелых изотопных молекул газа в зависимости от высоты над Землей, обу-словлен разностью молекулярных масс газов, согласно уравнению:

где сh’ и сh – концентрации легких и тяжелых молекул газа на высоте h, соответственно, с0’ и с0 — концентрации легких и тяжелых молекул у поверх-ности Земли, соответственно [Изотопы: свойства …., 2005].
Фракционирование стабильных изотопов связано с деятельностью жи-вых организмов. В процессах метаболизма принимают участие более легкие изотопы. В результате изотопный состав биологических объектов отличается от изотопного состава окружающей среды. Например, установлено, что жи-вые организмы и органические соединения содержат меньше изотопа 13С по сравнению с карбонатами неорганического происхождения.