Эффекты масс-независимого фракционирования изотопов серы и кислорода в архейской атмосфере Земли

В диссертационной работе представлены результаты исследования эффектов масснезависимого фракционирования изотопов серы и кислорода, полученные в лабораторных фотохимических экспериментах, а также обнаруженные в земных породах архейского возраста. 
Изучение закономерностей формирования изотопных отношений серы и кислорода в природных процессах непосредственно связано с фундаментальными проблемами в области геохимии, касающихся познания объективных законов в распределении и распространённости изотопов лёгких химических элементов в геологических системах литосфера – гидросфера – атмосфера Земли. Геохимия стабильных изотопов в бóльшей степени связана с изучением изотопных явлений, обусловленных фракционированием изотопов в зависимости от их массы, т.е. подчиняющихся базовому физическому закону масс-зависимого фракционирования [Urey, 1947; Bigeleisen, 1955; Young et al., 2002]. Исключительный интерес представляют изотопные явления, которые не могут быть описаны в рамках обычного закона – это так называемые масс-независимые процессы фракционирования изотопов. Проявление масс-независимых изотопных эффектов (или изотопных аномалий) – явление необычное и довольно редкое для процессов, протекающих в земных условиях. Например, в области геохимии стабильных изотопов кислорода известен лишь один газо-фазный процесс, приводящий к аномальному изотопному эффекту – это образование озона в атмосферных фотохимических реакциях, имеющих результатом масс-независимое разделение изотопов 17О, 16О и 18О [Thiemens, Heidenreich, 1983; Mauersberger, 1987; Gao, Marcus, 2002; Krankowsky et al., 2007]. В области геохимии изотопов серы впервые масс-независимое соотношение изотопов серы 32S, 33S, 34S и 36S обнаружено в осадочных архейских породах [Farquhar et al., 2000a; Farquhar et al., 2001]. Несомненно, открытие изотопных аномалий серы и кислорода предоставляет новые уникальные возможности для получения ценной информации о геохимическом поведении изотопов и по-новому осмыслить многие существующие представления о путях их миграции и трансформации в соответствующих геохимических и геологических процессах. Особенно это относится к познанию закономерностей разделения изотопов в ходе геохимических циклов в системе атмосфера–океан на ранних этапах развития Земли. Именно этой фундаментальной проблеме, успешное разрешение которой связано с пониманием природы изотопных аномалий и причин их образования, посвящены проведённые в данной диссертационной работе исследования. <...>