自然界碳库的秘密：碳同位素的奥秘  

自然碳的赋存状态和主要碳库的赋存状态

在自然界中，碳有两种稳定的同位素，即12C和13C，其丰度分别为98.89%和1.11%。碳酸含量最高(约5200)×1018mol)，它的同位素构成相对富13C，δ13C平均为0‰。其次是沉积有机质中的碳含量(约13000×1018mol），δ13C平均为-25‰。大气-海洋-生物圈-土壤等表生碳库含碳量相对较少(约3.3.3)×1018mol)，其中大气δ13C平均为-7‰，海水的δ13C平均为0‰。所以，海洋碳酸盐和沉积有机碳是自然界最重要的两大碳库。与此同时，在海水和无机碳酸盐中δ13C均为0‰，碳酸盐从海水中沉淀出来，不会影响海水原有的碳同位素组成，所以碳循环和碳同位素的进化其实就是海洋碳酸盐和沉积有机碳之间的转化。

碳的分馏机制、碳循环和碳同位素的演化

植物光合作用优先吸收大气CO2中的轻12C，产生碳动力学分馏。生物的呼吸和分解氧化会向海水和大气圈释放生物体内的轻12C，形成碳循环。因此，如果生物的氧化量或埋藏量发生明显变化(往往与重大地质事件相对应)，海水碳酸盐和沉积有机质的碳同位素的组成将受到明显影响。比如生物大灭绝发生后，被环境淘汰的生物物种大量衰落，适应新环境的物种在有机物质生产中没有取代被淘汰的物种时，有机碳会减少埋藏量。δ13C负偏。在适应环境的有机物质产量逐渐增加的情况下，海相碳酸盐δ正偏13C。所以δ13C负偏常与自然生态相对萧条时期相对应，而正偏常则与自然生物恢复活力相对应。

影响有机碳同位素偏移的因素

碳同位素大气CO2库的整体偏移（Hasegawa, 1997）
碳同位素分馏在陆地维管植物中的固定作用（Hasegawa, 1997）
大气CO2含量
CO2含量对碳同位素分馏有重要影响。高CO2含量导致碳同位素分馏系数明显增加，使得海相有机质比海水溶解碳丰富12C。与此同时，大气中二氧化碳含量增加，形成温室气候。这种温室气候导致海洋水体分层强烈(大陆径流在温暖潮湿的气候下明显带来的淡水会增强水体的氧化还原分层)，促进透光带轻碳同位素有机物的再循环，导致显生宙页岩轻碳同位素的特性（Meyers, 2014）。研究表明，从白垩纪末到28，海相有机质的碳同位素‰逐步减少到现代-22‰，主要原因在于大气和海洋中CO2含量不断下降。（Arthur et al., 1985）。据估计，白垩纪大气的CO2含量至少是目前水平的4倍。（Berner et al., 1994）。白垩纪时期更多的二氧化碳使白垩纪海洋有机质碳同位素更轻。（Dean et al., 1986）。碳酸盐岩碳同位素与有机碳同位素的差值（ΔB）通常被认为是大气pCO2减少的结果。