Geochemie - Minerale und Gesteine - page 504

wenn a CaCO 3 -CO 2 (g) = 1,011, dann ist das
¿ CaCO 3 - CO 2 (g) ungefähr 11 ‰ und damit das
d 13 C CaCO 3 ca. + 2 ‰. Es ist zu beachten, dass der
d 13 C-Wert von Calcit im Gleichgewicht mit Hy-
drogenkarbonat zwar mit zunehmender Tem-
peratur ansteigt (positive Steigung im Dia-
gramm der Abb. 4.93), dass aber das Hydro-
genkarbonat gleichzeitig im Gleichgewicht mit
Luft-CO 2 steht und daher sein Kohlenstoff-Iso-
topenwert mit steigender Temperatur stark ab-
nimmt. Insgesamt wird dann auch der d 13 C-
Wert des Calcits mit steigender Temperatur ab-
nehmen, da der zweite Effekt den ersten über-
kompensiert. Wird übrigens auf anorgani-
schem Wege Methan gebildet, z. B. durch die
Reduktion von Graphit oder CO 2 in Metamor-
phiten oder Schmelzen, so wird dabei das Me-
than eine deutlich leichtere C-Isotopie aufwei-
sen als die ursprüngliche Kohlenstoffspezies,
da es C-Isotope sehr stark fraktioniert - wobei
der Fraktionierungsfaktor natürlich wieder
temperaturabhängigist(Abb.4.93).Einewich-
tige Reaktion der anorganischen Methan-Pro-
duktion ist

Fraktionierung ¿ CO 2 (g) - CO 2 (Blatt) schon 4 ‰. Bei
der eigentlichen Photosynthese beträgt die
Fraktionierung je nach Pflanzenart und ge-
nutztem Reaktionsweg zwischen - 11 und
- 37 ‰ (bezogen auf das Verhältnis von Luft-
CO 2 zu Pflanze). So genannte C4-Pflanzen stel-
len dabei aus CO 2 in einer Reihe von Umset-
zungen ein bestimmtes organisches Molekül
mitvierKohlenstoffatomenher(daherC4)und
fraktionieren den Kohlenstoff nur zwischen 11
und 14 ‰, während C3-Pflanzen ein entspre-
chendes organisches Molekül mit drei Kohlen-
stoffatomen produzieren, dabei aber Fraktio-
nierungen zwischen 20 und 37 ‰ erzeugen.
C4-Pflanzen sind überwiegend Gräser inklu-
sive Mais und Zuckerrohr, während C3-Pflan-
zen die restlichen 90 % aller Pflanzen von
Algen bis zu Bäumen, aber auch Weizen und
Reis umfassen. C4-Pflanzen nutzen Luft-CO 2
effizienter, da sie größere Mengen des kine-
tisch ungünstigeren 13 C-Isotops verarbeiten
können und daher geringere Fraktionierungen
erzeugen.
DieorganischeKohlensto f-Isotopen-Biogeo-
chemie hat verschiedene interessante und z. T.
unerwartete Anwendungen. Einige seien hier
genannt.
- Durch die Untersuchung der Kohlenstoffiso-
topie von Pferdezähnen (genauer: ihrem
Zahnschmelz) kann man die Nahrungs-
grundlage der Pferde rekonstruieren, da der
Zahnschmelz immer einen um 14 ‰ schwe-
reren d 13 C-Wert hat als die verwendete Nah-
rung. Dies funktioniert wesentlich besser, als
Pflanzenüberreste zu analysieren, da diese bei
der Zersetzung ihre Isotopie ändern, während
Zahnschmelz sehr gut über lange Zeiträume
erhalten bleibt. So wurde rekonstruiert, dass
ab ca. 8 Millionen Jahren vor heute C4-Pflan-
zen an Land zu dominieren begannen, was
durch einen geringeren CO 2 -Gehalt der Luft
erklärt wird, auf den C4-Pflanzen flexibler re-
agieren konnten als C3-Pflanzen.
- Fossile Brennstoffe bewahren zumindest un-
gefährdieKohlensto f-IsotopieihrerU -
sprungsmaterialien. Kohle beispielsweise hat
relativ konstante d 13 C-Werte um - 25 ‰, da

CO 2 +2H 2 O=CH 4 +2O 2
oder, anders ausgedrückt,
CO 2 +4H 2 =CH 4 +2H 2 O.

Abiogenes, vermutlich durch die Reduktion
von CO 2 bei hohen Temperaturen ( G 800 °C) im
Erdmantel gebildetes Methan findet sich zum
Beispiel in großen Mengen in manchen alkali-
syenitischen Magmatiten wie denen von Lovo-
zero und Khibina auf der russischen Kola-
Halbinsel oder in Ilimaussaq in Südgrönland.
Im organischen Bereich, d. h. dort, wo Lebewe-
seninvolviertsind,spielenimGegensatzzum
rein thermodynamisch kontrollierten anorga-
nischen Bereich kinetische Effekte eine große
Rolle. Dies wird uns auch beim Schwefel, beim
Stickstoff und beim Eisen wieder begegnen. So
nehmen Pflanzen bei der Photosynthese bevor-
zugt leichten Kohlenstoff auf, der dann über
die Nahrungskette auch in Tiere und den Men-
schen gelangt (Abb. 4.106). Diffundiert CO 2 aus
derLuftineinBlatt,sobeträgtdiekinetische