Kinetic and equilibrium fractionation of O2 isotopologues during air-water gas transfer and implications for tracing oxygen cycling in the ocean
Kinetic and equilibrium fractionation of O2 isotopologues during air-water gas transfer and implications for tracing oxygen cycling in the ocean
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空气-水气体转移过程中 O2 同位素体的动力学和平衡分馏及其对追踪海洋氧循环的影响
DOI：
10.1016/j.marchem.2019.02.006
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
3
通讯作者：
Ash, Jeanine L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Boda;Yeung, Laurence Y.;Hu, Huanting;Ash, Jeanine L.
氧同位素是了解海洋中生物地球化学过程和化学收支的有用工具。例如，海洋混合层中溶解氧的三氧同位素组成(即其δ17O和δ18O值)被广泛用于估算与总初级生产力密切相关的总氧生产率。虽然最近的工作证明了上升流和水平输送对这些估计的重要性，但当混合层脱离溶解度平衡时，气体交换的同位素效应仅测量到18O/16O。氧在表层海洋中很少达到100%饱和，因此大多数区域经历净吸入或排出气体；因此，跨越空气-水边界的动力学分馏预计将是重要的。在这里，我们介绍了空气-水气体转移实验的结果，该实验旨在获得四种稀有氧同位素16O17O、16O18O、17O18O和18O18O相对于16O16O的动力学和平衡分馏因子。此外，我们研究了它们对基于同位素的GOP估计的潜在影响，并将观察到的空气-水动力学分馏因子与溶解相扩散同位素分馏联系起来。这些动力学分馏效应可能会对表层和深海中的O2循环提供额外的限制。
Oxygen isotopologues are useful tools for understanding biogeochemical processes and chemical budgets in the ocean. For example, the triple‑oxygen isotope composition of dissolved oxygen in the ocean mixed layer (i.e., its δ17O and δ18O values) is widely used to estimate gross oxygen productivity (GOP), a quantity closely related to gross primary productivity. While recent work has demonstrated the importance of upwelling and horizontal transport to these estimates, the isotopic effects of gas exchange when the mixed layer is out of solubility equilibrium have only been measured for18O/16O. Oxygen is rarely at 100% saturation in the surface ocean, so most regions experience net ingassing or outgassing; kinetic fractionation across the air-water boundary is therefore expected to be important. Here, we present the results of air-water gas transfer experiments designed to obtain the kinetic and equilibrium fractionation factors for the four rare O2isotopologues16O17O,16O18O,17O18O, and18O18O relative to16O16O. Furthermore, we examine their potential effects on isotopologue-based GOP estimates and connect the observed air-water kinetic fractionation factors to dissolved-phase diffusive isotopic fractionation. These kinetic fractionation effects may provide additional constraints on O2cycling at the surface and in the deep ocean.
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DOI：
--
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