Kén vizes környezetben Dr. Fórizs István

Kén izotópok 32 S=95,1% 33 S=0,74% 34 S=4,2% 36 S=0,016% Általában:  34 S szulfidok <  34 S szulfátok

Kén izotóp-frakcionáció Jelentéktelen (de vannak kivételek) Szulfidok oxidációja (abiogén) Szulfátok vízbe való beoldódása (abiogén) Jelentős Biológiai tevékenység (pl.szulfát-redukció, -oxidáció) Kicsapódás (pl. evaporitok, mészkő)

Szulfátok izotópos összetétele

Biológiai közbenjárás (baktériumok, moszatok) Az élőlények mindig a kisebb energiájú kémiai kötéseket bontják szívesebben ( 32 S). Következmény: 1) Szulfid oxidációjakor a szulfát izotóposan könnyebb. 2) Szulfát redukciójakor a maradék szulfát izotóposan nehezedik, a redukált kén, pl. pirit,  34 S értéke negatívabb lesz. !! Ha az összes anyag átalakul, akkor nincs frakcionáció.

Bakteriális szulfát redukció Clark et al. 1996

Szulfát-víz oxigén izotópcsere: termometria Az izotópcsere feltételezett módja hidratáció/dehidratáció SO H + ↔ HSO H + ↔ H 2 SO 4 ↔ SO 3(aq) + H 2 O Az izotópcsere sebessége: Normál hőmérsékleten: millió éves felezési idővel 200 °C fölött nagyon gyors (néhány nap). De! pH=3 alatt az izotópcsere nagyon fölgyorsul. Mintázásnál ezt figyelembe kell venni! Ha oldott szulfátot mintázunk izotópos mérésre, akkor ne savazzuk le a mintát!

Esettanulmány vízben oldott szulfátra Pellicori D. A., Gammons C. H., Poulson S. R. (2005) Geochemistry and stable isotope composition of the Berkeley pit lake and surrounding mine waters, Butte, Montana. Applied Geochemistry 20:

Berkeley-bányató

Vízizotópok

Az oldott szulfát (SO 4 2- ) izotópos összetétele

Kisérletek Aerób: kőzetőrlemény + ioncserélt víz levegőn Anaerób: kőzetőrlemény + ioncserélt víz, közben N 2 gáz áramlik át rajta.

A kisérletek eredményei

Pirit oxidáció Anaerób FeS 2 (sz) + 14Fe H 2 O = 15Fe SO H + A szulfát O-je 100%-ban a H 2 O-ból származik. Aerób FeS 2 (sz) + 10Fe H 2 O + O 2 = 11Fe SO H + A szulfát O-je 75%-a H 2 O-ból származik, 25%-a légköri. A levegő oxigénjének izotópos összetétele:  18 O = +23‰

Kisérletek: aerob és anaerob szulfid-oxidáció A szulfátban lévő O hány százaléka légköri eredetű.

Számítási feladat Egy halastóba vihar során ipari szennyvíz kerül. Halastó: V=3000 m 3, c SO4 = 2 mg/l,  34 S SO4 = 30 [‰] CDT. Ipari szennyvíz: V=???, c SO4 = 315 mg/l,  34 S SO4 = -5 [‰] CDT. A szennyezés után a tóban a  34 S SO4 = 16 [‰] CDT. A szennyező cég állítja, hogy csak 8 m 3 szennyvíz került a tóba. Igaza van?

Megoldás Keveredési egyenlet 1-es index tó, 2-es index szennyvíz v 1 ×c 1 ×  1 +v 2 ×c 2 ×  2 = (v 1 ×c 1 +v 2 ×c 2 )  k v 2 = v 1 ×c 1 /c 2 ×(  1 -  k )/(  k -  2 ) = 13 m 3 Nem mondott igazat!!