從海水中的有機碳碳同位素追蹤沉積物來源

從海水中的有機碳碳同位素追蹤沉積物來源
臺北市立建國高級中學葉昭松老師/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

海底地形大致可分為大陸邊緣、洋底盆地及洋脊三個範圍，而離大陸最近，承接許多陸緣沉積物的部分就是大陸邊緣。從海岸線出海依序為大陸棚、大陸斜坡及大陸隆起，其中多數的陸緣沉積物會被輸送到大陸隆起堆積起來，在這些沉積物中可以發現許多有機碳的埋藏，有機碳δ13C的來源主要分為陸源和海源兩種，同時δ13C數值可以作為追蹤計使用。做為追蹤計首先必須了解陸相及海相的有機碳種類有何不同，陸相的有機碳主要由植物而來；而海相的有機碳則會由海洋自身的化學及生物作用產生，包括浮游生物殼體、生物碎屑及排泄物、細菌吸附和凝聚、無機礦物顆粒上的有機分子聚集和膠體凝聚等作用形成。

目前已知的δ13C中，陸相有機一般較輕（-26‰），海相有機則較重（-20‰），其間約5‰的差異是因為陸地植物和海中有機物利用C的來源不同，陸地的大多直接利用大氣CO2，海中物質則主要利用溶解在海水中的CO32-離子，其間的同位素分化造成了兩者間的差別。

了解不同的有機碳來源及同位素數值範圍之後，接著就是從海水中分離出有機碳的部分並測量其同位素數值。一般而言，海水中的有機碳總量（TOC）主要是由上層沉降或側向傳輸互相消長所得的結果，當側向傳輸速率一致時，再加上一般陸源有機碳不易被分解的特性，河流提供入海的有機碳較不易隨著深度變化而改變含量。因此海水水體中TOC越高時，幾乎就代表基礎生產力較高；另一方面TOC越低時，陸源的有機碳量供應就變得相對重要。所以從海水TOC的δ13C數值可以看出兩個不同來源的特徵。

當我們知道某一海域附近的各物質輸入途徑，則可以期待海中的有機碳δ13C將會反映這些管道輸入的物質訊號混合後的結果。以台灣東北近岸海域為例，主要是由黑潮和蘭陽溪為物質主要輸入途徑。在蘭陽溪口收集水體測量其中有機碳的δ13C，將可以代表輸入到東北海域一帶的陸源物質端點成分；而不同深度的δ13C在沒有其他特殊因素影響之下，將會隨著深度增加有同位素越輕的趨勢。

參考資料：
1. 王將克，2000，生物地球化學，淑馨出版社。
2. 穩定同位素，http://en.wikipedia.org/wiki/Stable_isotope。