第四章（碳同位素）ppt课件.ppt

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1、第四章 稳定碳同位素,Outline,碳同位素概述 碳同位素分馏 自然界中稳定碳同位素分布特征 稳定碳同位素应用简介,碳元素在地球上广泛分布于地壳、地慢、水圈以及大气圈中。此外，碳更是地球上生命赖以存在的基础，有机体中碳含量很高，是生物圈中最重要的元素之一。氧化形式的碳包括CO2、CO，H2CO3，HCO3-以及碳酸盐矿物。还原形式的碳，主要存在于有机物和化石燃料中。此外，它还以石墨和金刚石等自然元素形式存在。,Carbon 14 is formed when cosmic radiation in the upper atmosphere excites a neutron, causing

2、 the neutron to impact a Nitrogen 14 atom and dislodges a proton forming carbon 14.This is an ongoing process, generating a relatively stable percentage of Carbon 14 atoms in the atmosphere.All living things are composed of this same fraction of the isotopes of carbon.When an organism dies, it is no

3、 longer taking in the carbon and the decay clock on the radiocarbon begins.The longer the time that has past since an organism has died, the smaller the percentage of radioactive carbon will remain in whatever is left of the organism.The half-life of Carbon 14 is 5730 years, therefore when there is

4、half of the atmospheric percentage of carbon 14 remaining, the organism died 5730 years ago.We are able to measure the relative quantity of Carbon 14 very precisely.,碳同位素的主要地球化学性质,图1 生物圈与其它圈层间的相互关系有机碳循环与碳酸盐循环（据S.Golubic等,1978),1 概 述,碳同位素的原子序数为6，原子量为12.011，在地壳中的丰度为2000ppm。碳在自然界中分布很广，主要有两大类：有机碳和无机碳。 地

5、球上的碳有四大储存库：大气圈、水圈、生物圈和岩石圈。各种不同的形式的碳在这四大储存库之间进行着无机过程和有机过程的碳交换循环。 碳是一种变价元素，在不同的条件下可形成不同价态的化合物，它们之间存在着明显的同位素分馏。,碳同位素及其丰度,自然界有六种碳同位素：10C、11C、12C、13C、14C*和15C*。主要有三种，它们的丰度是：12C98.89；13C1.108；14C1.210-10。其中12C、13C是稳定同位素，14C是放射性同位素。 13C是稳定同位素，用值表示，按值的定义： 稳定碳同位素的国际标准为PDB。,The isotopes of H, O, C and S are u

6、biquitous in natural ground water and are useful in studying biogeochemical processes.,Carbon12C, 99.89; 13C,1.11;14C* , 10-10,2 碳同位素分馏,碳有三种主要同位素：12C、13C和14C，由于它们的质量不同，在自然界中的物理、化学和生物作用下产生分馏。 一般地说，在碳的有机循环中，轻同位素容易摄入有机质（例如烃、石油中富含12C）中；而在无机循环中，重同位素倾向于富集在无机盐（例如碳酸盐富含13C）中。 上述二种碳循环都与大气CO2有密切关系，也是自然界中碳同位素分馏

7、两个最重要的过程。,(1) 光合作用中的碳同位素动力分馏,碳同位素的动力分馏,由于轻同位素分子的化学键比重同位素分子的化学键易于破坏，因而光合作用的结果使有机体相对富集轻同位素（12C），而残留CO2中则相对富集重同位素（13C）。Baertschi（1953）认为，叶子表面对两种二氧化碳（12CO2、13CO2）同位素分子吸收速度上的差异是造成这一分馏的主要原因。,Photosynthesis:Kinetic Isotope Effect,6CO2 + 6H2O +,C6H12O6 + 6O2,12CO2,13CO2,13C= -8,13C= -13 to -28,Photosynthesi

8、s,帕克（Park，1960）和爱泼斯坦（Epstein，1960，1961）,光合作用中碳同位素的分馏模型,第一步：在光合作用期间，植物优先从大气中吸收质量较轻的12CO2，并溶解于细胞中。这一阶段分馏变化较大，主要取决于大气中CO2的浓度。第二步：由于酶的作用，植物优先溶解含12CO2的CO2，先把它转化为“磷酸甘油酯”。从而产生分馏，使13C在溶解的CO2中富集。在分馏过程中，必然有一部分富含13C的溶解的CO2从植物的根部或者叶面上排出，因而使植物富含12C。排出作用越有效，这一阶段的分馏就越大。根据这一分馏模型，可以解释大气CO2和植物之间同位素组成的差别以及植物中的13C的变化。,

9、(2) 生物或细菌氧化还原作用过程中的碳同位素分馏,生物或者细菌的作用对碳同位素分馏的影响较大。湖泊、沼泽及滨海底部淤泥中厌氧菌还原有机物而生成的CH4的13C值很低。据Rosenfielcl等（1959）的资料，当原始有机物的13C为-25，温度低于100时，细菌还原产生的CH4的13C值为-60-80，分馏值可达3555。海洋浮游生物的固碳作用比海水中的HCO3-的13C值为-17-130，环境温度越低，其13C值就越小。细菌的氧化作用同样可使CH4的13C值发生变化，生成物的CO2优先富集12C，而且温度升高，分馏的程度就越大。,(3) 水溶液中CaCO3的沉淀速度对碳同位素分馏的影响,

10、在常温下，HCO3-和CaCO3之间的碳同位素的平衡分馏值103ln为（-2.80.5）。且实验中发现，CaCO3的沉淀速度对碳同位素分馏的影响很大。据特纳（Turner，1982）的实验结果，当CaCO3的沉淀速度小于40mol/min时，HCO3-CaCO3之间的分馏非常明显；当HCO3- CaCO3的沉淀速度高于40mol/min时，它们之间的同位素分馏不明显。,(5) 扩散作用引起的碳同位素分馏,扩散作用也可以引起碳同位素的分馏。例如甲烷和其它轻的碳氢化合物在迁移时将产生同位素分馏。此外，吸附和解吸现象对甲烷和有关物质的碳同位素组成也有影响。,(4) 油气水系统中的碳同位素动力分馏,在

11、油气水系统中，常常存在物理过程中的同位素动力分馏。例如油经过热裂解而生成的CH4常常富集轻同位素12C，但由于12CH4和13CH4在水中的溶解度不同，又使水中溶解的CH4进一步富集12CH4，这样就使水中溶解的CH4和原油之间产生了较大的同位素分馏。,大气CO2溶解的HCO3-固体CaCO3系统中的化学交换平衡反应。,碳同位素的平衡分馏,在这一系统中，化学反应的结果使重碳酸盐和碳酸盐富含13C，即富含重同位素。这种化学交换反应，调节着大气CO2和海洋中CO32-和HCO3-之间的碳同位素平衡关系。反应结果，海水中的CO32-和HCO3-富含13C。该系统中的碳同位素分馏可分为三个阶段。,第一

12、阶段：大气CO2溶解阶段。研究表明，在20时，大气CO2的溶解作用是在无明显分馏的情况下进行的，与大气CO2相比，溶解的CO2大约贫乏1的13C。即：,第二阶段：溶解的CO2和重碳酸盐分馏阶段。在这一阶段，重碳酸盐大约比溶解的CO2富10的13C。,第三阶段：重碳酸盐和固体碳酸盐（方解石）分馏阶段：在这一阶段中，固体碳酸盐与重碳酸盐只产生微小的分馏。,3 自然界稳定碳同位素分布特征,大气圈,海洋上空大气CO2很少受到其它来源的CO2的影响，其13C值变化范围很窄，平均13C-7.0。沙漠和山区大气的CO2的13C值接近-7.0，而在森林、草地、耕地等植被发育的地方，由于受到生物腐烂放出的CO2

13、的影响，其13C值有所降低。土壤CO2的13C值变化范围较大，约-30-10，Pearson和Hanshan（1970）认为它只要取决于有机物的分解和植物根的呼吸作用。大气中CO的平均13C（-270.3）。,生物圈,对于地球上的植物来说，13C值的大小只要取决于光合循环类型，目前已知有三种：C3循环，C4循环和CAM循环。已知陆生植物的平均13C-25。C3植物的平均13C-27，都是常见植物（如树木、小麦、燕麦和稻子等）。C4植物的平均13C-12，多数是一些热带禾本科植物（如玉米、高粱和黍甘蔗等）。CAM植物的13C值变化范围较大，平均13C-17。植物中13C含量除了与光合循环类型有关

14、外，还与植物的种属、生长环境（如温度）、所处的纬度以及植物本身的部位有关。,(1) 近代大陆沉积,(2) 近代海相沉积,对部分海相沉积物的碳同位素研究表明，它的13C值变化范围很窄（-10-30），其中90以上的样品的13C-20-27。大陆沉积与海相沉积相比，大陆沉积物的13C值变化范围较大。,岩石圈,近代陆相沉积物中有机质的13C值变换范围由-10到-38。尼桑巴姆（Nissenbaum，1974）指出：土壤腐殖质中的13C值与区域的植物类型有关。泥炭的13C值与泥炭形成环境及泥炭类型有关。湖泊沉积物的13C值变化范围很大（-8-38），这种情况与陆地和水生植物相类似。对少数河流沉积物研究

15、表明，其13C值的变化与湖泊一致。,(3) 岩石和矿物,古老沉积物和变质沉积物，以及前寒武纪岩石中剩余碳的13C值与近代沉积基本一致。烃的13C值的变化范围是-20-24.7，与泥炭相似（13C-25左右），这说明烃化作用过程没有明显的碳同位素分馏。大多数石油的13C-21-32，石油的13C值与近代海相沉积相相比较，向轻同位素方向移动3。而与烃相比较，石油的13C值（平均值为-27-30）低于烃（-23-26）。火成岩中分散碳的13C值一般为-20至-27。火成碳酸盐的13C值变化范围较大，但平均值比较接近，约为-5.1，金刚石为高温高压矿物，其13C值为-3.2-6.9，平均值为-5.8。

16、碳酸盐岩石的碳同位素组成与其沉积环境有密切关系，海相石灰岩的13C+2.44-3.33，平均值为01；白云岩的13C+2.65-2.29，平均值为+0.82；大理岩的13C+3.06+0.63，平均值为+1.26。淡水相石灰岩的13C+9.82-14.10，平均值为-2.28。据统计，世界各地淡水相石灰岩比海相石灰岩富含轻同位素12C。,(1) 海水,水圈,海水中溶解无机碳的碳同位素 ：表层海水的13C值变化较大，最表层水的13C值最大，向下随深度加大而减少，直至深1km处，这里13C值最小；1km以下的深部海水，出现了13C值随深度增大而缓慢增长的趋势，但增长的幅度很小。海水的碳同位素组成的

17、变化可以归于两方面原因：大气CO2和海水溶解无机碳之间发生了同位素交换反应；海洋底部细菌还原作用使碳同位素发生了分馏（例如生成CH4）。前者作用的结果，常常导致海水无机碳中富含13C，越靠近海水表层，交换程度越高，13C含量也越高。 海水中溶解的有机碳的碳同位素：组成比较稳定，13C的平均值为-21.8（Eadie等，1978）。在寒冷北极水中，溶解有机质与微粒有机质的13C值，相差5。微粒有机质的13C值在-27左右，接近于现代浮游生物。,(2) 湖泊水,(3) 地下水,地下水碳同位素组成受地下水本身的形成作用、迁移和赋存环境的影响。地下水中碳的主要来源有： 大气CO2的溶解。在通常条件下，

18、其13C值为-7左右； 土壤CO2和现代生物碳的溶解。其13C值一般为-25左右；海相石灰岩的溶解。其13C值为01； 淡水灰岩溶解，其13C为负值，变化范围较大。,湖泊水中溶解碳主要有两种来源：一是通过河流或沿湖岸边以剥蚀的方式把大量的大陆有机碳和无机碳带入湖泊中；二是通过地下水径流把周围岩石中的无机碳素注入湖泊中。所以，湖泊水溶解碳的同位素组成反映当地的大陆和周围岩石含碳物质的碳同位素组成的特征。此外，湖泊水溶解碳的同位素组成还受两方面影响：一是湖水和湖泊沉积物内生物（主要是细菌作用）活动产生的CO2的影响；二是受地下水带入的无机碳与大气CO2的同位素交换反应的影响。这两种影响的结果常使湖

19、泊水中的13C含量成层分布。,地球部分物质储库C同位素组成分布光合作用及平衡反应导致沉积碳酸盐中富集13C，而在生物成因物质中发生13C的相对贫化，即轻同位素富集。13C/12C ratios in some geologically important materials (C relative to PDB),4 稳定碳同位素应用简介,推算地下水热水的基础温度 应用稳定碳同位素校正地下水14C年龄 判断地下水中HCO3、CO2的来源和碳酸盐岩石的沉积环境 应用树轮的碳同位素研究全球气候变化 应用碳同位素进行地质分层，研究地质界线 应用沉积物等介质的碳同位素研究气候变化 在天然气成藏，迁移、

20、运移等方面的应用 在生态领域的应用 ,推算地下水热水的基础温度,根据同位素交换平衡反应的分馏系数与温度的关系，可以计算深部热储的温度。根据 Botting（1969）计算，在地下热水中CO2CH4系统的碳同位素分馏，在100400温度段，分馏系数与温度的关系为：,应用稳定碳同位素校正地下水14C年龄,（ Pearson，1964）,A样：水样中14C放射性强度,判断地下水中HCO3、CO2的来源和碳酸盐岩石的沉积环境,大气CO2与水中游离HCO3-、CO2之间的碳同位素不断地进行交换，构成CO2(大气)HCO3-（溶液）CO32-（碳酸盐）平衡系统。已知在正常条件下，大气CO2的13C值为-7

21、；土壤CO2和现代生物的13C值为-25左右；海相石灰岩的13C值接近于0；淡水相石灰岩的13C值为负且变化范围较大等。可以看出，它们之间的值差别较大，因此可以根据样品的13C值，大致判断其成因。例如，若地下水的HCO3-只来自大气，据同位素平衡分馏（20）计算，其13C值为+2左右；如果地下水中的HCO3-是由腐植酸溶解海相石灰岩生成的HCO3-，其13C值则为-13左右。实际上，地下水中HCO3-的成因比较复杂，其13C值往往是多解的，这就必须结合地质及水文地质条件进行分析和判断。据统计，世界各地淡水相石灰岩比海水相石灰岩富含轻同位素12C，这种明显差异可作为沉积环境的标志。,图2 192

22、81999年北京地区白皮松纤维素稳定碳同位素与温度变化趋势,图3 19281999年北京地区白皮松纤维素稳定碳同位素与降雨量变化趋势,应用树轮的碳同位素研究全球气候变化,陆生植物的光合作用有三种途径：C3途径、C4途径和CAM途径，相对应的植物被称为C3植物、C4植物和CAM植物。绝大多数陆生植物为C3植物，C4植物相对很少，CAM植物更少。植物发生光合作用时，CO2的固定过程要产生碳同位素分馏，结果表明，植物合成的有机物中普遍富集碳的轻同位素（12C）。植物的13C组成受气候环境因子的影响，其中温度是影响植物13C组成的一个重要气候因子，因此，可以利用植物13C组成作为温度的替代指标来追索过

23、去气候变化。这方面的研究进行得很多，主要集中在对C3植物13C组成之上，尤其是对树木年轮的13C与温度关系进行过很多的研究。,冰芯,冰棚（Ice Shelf）,北冰洋面积缩小,图4 雨季草地系统与林地系统土壤呼吸及其碳稳定同位素的日动态变化,土壤呼吸及其碳稳定同位素对环境变化的敏感性,植物对土壤碳酸盐13C值的影响,土壤碳酸盐的13C值：土壤盐碱化的一个动态监测指标,现代大气中的二氧化碳的13C值大致分布在-6-8，而有机物氧化分解后生成的二氧化碳最大限度地继承其母体(植物体)本身碳同位素的组成，即C3植物的13C为-24-34，C4植物的13C为-6-19。而这种差别对土壤碳酸盐的碳同位素分

24、馏产生了重大影响，改变了土壤中原生碳酸盐的碳同位素组成。在CO2(气)-H2CO3(液)-HCO3-CO32-碳同位素平衡分馏体系中，通过同位素的平衡分馏机制，改变了土壤碳酸盐的13C值，而不同于一般无机沉积岩或碳酸岩中的13C值。从而土壤中碳酸盐的碳同位素组成与原地植物之间存在一定的联系，可以反映地表植被生长状况及其生物量。,在土壤盐碱化的这一个动态过程中，使得土壤中含有12C的二氧化碳减少以及盐分的增加，从而引起了土壤碳酸盐碳同位素分馏的变化，土壤中碳酸盐积累了13C，使得碳酸盐的13C值增加，并向着正方向移动。土壤盐碱化越严重，则土壤碳酸盐的13C值就越偏大，土壤碳酸盐的13C值反映了土

25、壤盐碱化变化的过程和趋势。进而可以把土壤碳酸盐的13C值与土壤的盐碱化进行量化，使其作为土壤盐碱化的一个动态监测指标，客观准确地反映土壤盐碱化的变化过程。,盐碱化与土壤碳酸盐13C值变化的关系,碳同位素在天然气成藏，迁移、转化中的应用,天然气是一种以轻烃为主的混合物，它不像组成比较复杂的石油，本身富含丰富的大分子指纹化石，能够指示源岩的特征及成熟度情况，其组成简单，故许多重要的成因信息，如天然气及其潜在源岩的性质和热成熟度、运移路径、混源气以及气藏的运聚和散失史等，难以单纯依靠组分获得。因此，根据稳定同位素特征来判识天然气的特征就成了一项重要的研究内容。同位素之间由于存在质量的差别，它们的物理

26、和化学性质会产生差异，即同位素效应，集中体现在同位素分馏上。碳元素作为天然气的主要元素之一，对其同位素分馏的研究首当其冲。在天然气的生成过程中，以及后期的运移（扩散）过程中都不同程度的存在着碳同位素的分馏作用。,由于同位素之间存在质量的差别，造成由其构成的分子能量的不同，引起物理和化学性质上的差异，产生同位素效应，导致同位素分馏。就发生分馏时间的不同，天然气碳同位素的分馏主要分为两种，一种是天然气生成过程中的同位素分馏；另一种是天然气生成后，在运移过程中及成藏后的同位素分馏。天然气中碳同位素组成是判识其母质类型和演化程度的最有效方法之一。研究结果表明，在相同演化阶段内，煤成气比油型气富集重 C

27、 同位素；天然气组分同位素组成随气源岩成熟度的增加而变重。因此，天然气母质的类型是影响天然气碳同位素组成的首要因素，反过来我们可以根据天然气的碳同位素组成来判断天然气的母质类型。,依据天然气碳同位素中13C的组成与划分标准，一般可将天然气划分为煤型气、裂解气、油型气与生物气四种类型，这对于探讨不同地区天然气的成因以及影响因素，探索成气规律以及在不同地区天然气勘探的目标选择都有着现实意义。,Studying carbon cycling in ecosystems:,应用碳、氮稳定性同位素探讨淡水湖泊的食物网结构和营养级关系碳、氮稳定性同位素技术己经成为生态学家研究生态系统特征与过程的重要手段之

28、一。应用碳、氮稳定性同位素技术可作为有效手段来探讨：食物网结构、营养级关系、初级生产者和消费者的季节和空间变化、食性转变、鱼类寄生虫和宿主间的特殊营养级关系以及外来种入侵的生态学效应等一系列生态学问题。东湖主要生物类群(浮游植物、浮游动物、底栖动物和浮游生物食性鱼类)13C相似，说明浮游植物是东湖食物网消费者主要食物来源。稳定性同位素技术为探讨生态系统食物网结构和生物营养级关系、理解和认识生态系统的特征和过程(包括能量的流动和元素的生物地球化学循环)以及评价湖泊在元素循环过程中的作用和湖泊生态系统对环境变化的响应等方面提供了强有力的技术支持。,岩溶洞穴系统稳定碳同位素演化的地球化学过程及其环境

29、意义稳定碳同位素作为环境替代指标己经在不同的载体上得到了广泛运用，例如树轮、泥炭、碳酸盐岩等。目前岩溶学者也逐渐开始运用洞穴次生化学沉积物中的稳定碳同位素探讨古气候环境的变迁史，例如植被的更替、大气CO2的浓度变化等。大气甲醛稳定碳同位素分析方法及应用研究利用气相色谱/燃烧/同位素比值质谱(GC/C/IRMS)技术，根据单体化合物稳定碳同位素方法研究大气甲醛来源问题。结果表明不同来源的甲醛同位素组成具有显著差异，可以为大气甲醛的来源分析提供非常有效的信息。,案例一：利用CSIA-C(单体有机碳同位素)分析技术进行有机污染物的源解析-以四氯乙烯(PCE)为例,目前，利用单体碳同位素分析技术进行野

30、外场地地下水有机污染物源解析研究的成功案例中，以氯代烃最为典型。,研究区位于加拿大安大略湖境内，区内分布着典型的沙质含水层；该研究区含水层中分布着多个PCE（四氯乙烯）污染羽；污染羽与推测的污染源距离很近；问题：地下水中的PCE来源？方法：利用“同位素指纹特征”（即，碳同位素特征值）,第一个剖面中，PCE污染羽具有明显三类不同的13C值（A、B、C）；通过图中污染羽的中心及辐射宽度，可进一步判别该地下水中PCE污染的三类的污染源；低浓度区的PCE亏损重同位素，而具有偏负的13C值。,第二个剖面中，PCE污染羽中有两类13C特征值明显不同的值（A、C）；与第一个剖面相比，沿着地下水流向，PCE较

31、富集重同位素，推测为微生物降解作用造成的富集效应。,单体有机碳同位素能够应用于地下水有机污染物的来源辨识；为进一步明确有机污染物源：同时分析测定潜在污染物的同位素组成特征；利用相关统计理论进行有效的特征辨识；结合含水层微生物群构调查及相关降解分馏机制的研究，解释同位素组成特征变化的原因（异常值）。,存在问题：污染源未知时如何判别？在较短时间内容易发生反应的有机物质如何示踪？MD-CSIA技术,概念：全球深海、高纬地区和陆地温度在古新世-始新世界线附近(约55 Ma)极短的时间间隔内升高48，同时伴随着陆地和海洋植物、动物和微生物群的重大更替。这个全球极端气候事件被称为古新世-始新世最热事件(P

32、ETM)或晚古新世最热事件(LPTM)。,案例二：碳同位素在气候变化领域的应用,PETM事件特征：为一次全球性快速增温事件。可能原因：由于该事件对应于大幅度的碳同位素负漂移，研究者大都将增温解释为巨量碳加入到大气圈所产生的温室效应。碳源猜测： 针对巨量碳的来源，目前有 4 种不同的猜测。大陆坡天然气水合物的释放；火山入侵到富含有机质的海底沉积盆地中, 通过热变质作用产生 CH4和 CO2；气候变干导致大量陆地泥炭燃烧；构造抬升导致大陆边缘海海道关闭，进而变干，沉积物中有机质在细菌呼吸作用下放出大量 CO2。关注程度：由于 PETM 事件是由温室气体快速增加所致，在过程上与工业革命以来的大气 C

33、O2 增加有可比性，加之人们担心未来的增温是否会引起海底天然气水合物的释放，因此受到有关研究者的普遍关注。存在问题：温室气体的释放机制是什么？ 温室气体注入大气圈是阶段性的还是持续性的？ 温室气体释放总量有多大？该过程为何会停止？大气圈“多余的”碳被什么机制所消耗？等等，都有很大的争议。产生这些争议的一个重要原因是缺乏高分辨率的地质记录， 尤其是陆相高分辨率记录。,迄今为止， PETM 记录主要来自海相沉积，但这些沉积的厚度只有 12 m 左右，有的钻孔还受到较大的扰动。而陆相沉积，目前报道的只有 4 个点，分别位于美国怀俄明州的 Bighorn 盆地、美国北达科他州的 Williston 盆

34、地、中国的衡阳盆地、中国内蒙的二连浩特。,在 030 m 间，13C 值在-3.2附近波动。从深度 30 m 开始至 182 m，13C 值整体上有逐渐降低的趋势。在 182 m 处，13C 值在 2 cm 间隔内迅速负漂，由-3.2降低至-5.2。此后，13C值持续缓慢负偏，至 188.8 m 处又一次迅速负偏2.5，达到-8.9，然后很快回返至-6。接下来，13C 值继续缓慢负偏，于 195 m 处达到最低值(-9.3)后又逐渐变正。至 200 m 处恢复至-6左右并在 200 m 以上的段落中保持在该值附近。此外，在 182 m 以下的地层中存在多次幅度较小的同位素负漂事件，其中，较为显

35、著一次位于165170 m之间，负漂幅度大约为2。,生物地层和同位素地层研究表明，南阳盆地玉皇顶剖面的湖相泥灰岩沉积完整地记录了PETM事件，其13C值负偏幅度达6.1，是迄今为止世界上分辨率最高的PETM记录。记录显示PETM 事件在 2 cm 厚的泥灰岩沉积中触发，其13C 值由-3.2迅速降低到-5.2，表明大量甲烷在极短时间内释放出来，其原因很可能同灾难性地质事件有关。全球记录对比表明，PETM 事件可以概括为三阶段模式：13C 值的快速负偏、继续缓慢负偏和逐渐回返，分别对应于甲烷的快速释放、继续缓慢释放和逐渐消耗。接受 PETM 事件的碳同位素负漂移是由保存在大陆坡中的天然气水合物(13C=-60)释放引起这一观点，因为有机沉积物分解、陆地泥炭燃烧、构造因素的影响都应该是相对缓慢的。而记录表明，此事件的触发过程非常迅速，碳同位素负漂移在 2 cm 间隔内完成，推测该触发过程的持续时间小于 210 a。在这样短的时间内释放大量温室气体，最大可能的来源是保存在深海沉积中的天然气水合物。这更像一次突发性的事件，可以基本否定气候变暖所触发这一机制。同时，有多少天然气水合物被释放了呢? 又有多少碳留在大气圈中呢? 对于这一问题也进行了估算。,研究取得的新认识：,