1308 R i e e e w f e l d , Chang: Uber die Vertedunq [ J U . 69

I

Schnee ................................. -2.3

Landwasser 0 .................................. Regen I (-1) ............................

Tiere .................................. 1-1.2 Ozean +1.5 Pflanzen ................................ + 1.7 Mineralien ............................. +2.4

.................................

239. E. H. Riesenfeld und T. L. Chang: Ober die Verteilung der schwereren Wasser-Iaotopen auf der Erde.

(Aus Berlin eingegangen a m 29. April 1936.) In Untersuchungen der isotopen Zusammensetzung des Wassers ge-

braucht man ublicherweise das Landwasser als Standard. Die umfangreichen Messungen von Emelkus, James, King, Pearson, Purcell und Briscoel) zeigten, dal3 das Wasser in F'flanzen durchschnittlich um 1.7 y und das Wasser im tierischen Organismus um 1 . 2 ~ schwerer als Landwassex ist. Das Ozean- wasser wurde von Wir th , Thompson und Utterback2) und anderen Autoren gemessen. Es ist durchschnittlich um 1.5 y schwerer als Landwasser. Das Wasser von Mineralien wurde von Briscoe und Mitarbeitern und Riesen- feld und Tobiank*) untersucht. Es ist durchschnittlich um 2 . 4 ~ schwerer als Landwasser. Harada und Titani') fanden das Schneewasser durch- schnittlich um 1 . 8 ~ leichter als I,andwasser; wir fanden es (s. voranstehenh Arbeit) durchschnittlich um 2 . 7 ~ leichter. Also ist es im Mittelwert um 2.3 y leichter. Das Regenwasser sollte nach der in der voranstehenden Arbeit angegebenen Berechnung um l y leichter als Landwasser sein. Zusammen- fassend erebt sich die Hauptverteilung der schwereren Wasser-Isotopen in Tabelle 1, in der die Dichte des Wassers aus verschiedenem Vorkommen einmal mit Landwassex und ein andermal mit Ozeanwasser als Standard ver- glichen wird.

Tabelle 5. Vertei lnng von HDO und H,Ol8 auf der Erde.

-3.8 (-2.5) -1;s -0.3

0 +0.2 +0.9

Vorkommen des Wassers

Dichte-Unterschied y

mit Landwasser mit Ozeanwasser als Standard als Standard

~. . - .- -- ..

1) H. I. Emelkus, F. W. James , A. King, T. G . Pearson, R. H. Purcell u.

*) H. E. Wirth, T. G. Thompson u. C. I,. Utterback. Journ. Amer. chem.

3, E. H. Riesenfeld u. M. Tobiank, B. 68, 1962 [1935]. 4) M. Harada u. T. Ti tani , Bull. chem. Soc. Japan 10, 206, 263 [1935].

H. V. A. Briscoe, Journ. chem. Soc. London 1984, 1207, 1948.

Soc. 67, 400 [1935].

(1936)l &r dmreren Wamer-Ieotopen auf der Erde. 1309

der hohere Malt an HSOl8 durch den kleineren Dampfdruck-Unterschied gerade kompensiert wird. So kommt es, daf3 die Vermung von HDO und H,@8 im Dampf oder ihre Anreicherung im Rilckstand von d e d b e n G r o k - ordnung ist. Vergleiche Tabelle 2 in voranstehender Arbeit.

Die Verteilung der schwereren Wasser-Isotopen auf der Erde d e h t man aus Fig. 1, in der ein voller Pfeil den Transport des Wasserdampfes mit Verarmung von HDO und H,W8 bedeutet. Die Gegenrichtung bedeutet eine Anreicherung von HDO und H,@8 im Ruckstand. Ein gestrichelter Pfeil bedeutet den Transport des fliissigen Wassers ohne jede hderung im Gehalt an schwereren Wasser-Isotopen. Die Figur ist wohl ohne weitexes verstiindlich. Den Hauptkreislauf des Wassers stellen die Pfeile 1 , 4 und 5 dar. Obwohl Pfd 2 den Effekt von Heill vermindert und auch die Pfeile 3 und 4 gegeneinander wirken, so dal3 man im ersten Augenblick an einen Ausgleich der schwereren Wasser-Isotopen im Land- und Ozeanwasser denken konnte, so beweist doch P f d 5 , der wegen der im allgemeinen h6heren I,age des Landes gegeniiber dem Ozean keinen entgegengesetzt gerichteten Pfd hat, daB der oben behauptete Hauptkreislauf tatsgchlich vorhanden ist, tmd daher das Landwasser leichter als das Ozeanwasser wird.

-1 . I I

I I

:z I I

I

I I

' I I I

\ V %a- \

Fig. 1. Kreislauf des Wassers auf der Erde.

-P Transport des Wasserdampfes mit Verarmung von HDO und H,Ou. Die

---- + Transport des fliissigen Wassug ohne h d e m g in Gehalt an HDO, Gegenrichtung bedeutet eine Anrekhemg von HDO und H,O1* im Riiclrstand.

und H,O1*.

1310 Riesenfeld, Chang. uahrg. 69

Mittleres H,O-% Gewicht ihres

kg Gewichtes

64 etwa 65

1.34 etwa 80

Die GroI3e der Verarmung an schwereren Wasser-Isotopen in Regen und Schnee ist d o n in der voranstehenden Arbeit erortert worden. Der a tmosphlr ische Dampf, der aus dem Ozean und dem Landwasser aufsteigt, ist wegen des kleineren Dampfdrucks von HDO und H,018 gegeniiber dem von H,O immer leichter als Ozeanwasser und Land- wasser. Durch die verschiedenen Dampfdrucke der Wasser-Isotopen kann die gefundene Verar’mung von HDO und H,018 in Schnee quantitativ erklart werden.

Dal3 das Krystallwasser in Mineralien schwerer als das Ozean- wasser ist, dessen Gehalt an schwereren Wasser-Isotopen sich im Laufe der Erdgeschichte kaum verandert hat, kommt daher, daI3 diese Mineralien aus iibersattigter Losung, deren Gehalt an schwereren Wasser-Isotopea durch Verdampfung angereichert worden ist, auskrystallisierten. Die kleinere L6slichkeit von Salzen in schwereren Wasser-Isotopen spielt demgegeniiber keine . wesentliche Rolle 3).

Das Wasser von Pflanzen und Tieren ist 1.7~ bzw. 1 . 2 ~ schwerer als L and w ass e r , das die meisten Pflanzen und Tiere unmittelbar aufnehmen . Dies kommt auch daher, daI3 die schwereren Wasser-Isotopen in Pflanzen und Tieren durch Verdampfung angereichert sind (Pfeile 7 und 9). DaI3 cine hohere Anreicherung in Pflanzen als in Tieren stattfindet. kann man dadurch erkliiren, dal3 erstens die Pflanzen kalter als die Tiere sind (kleinere Dampfdruckverhaltnisse p ~ o / pqo und p-p / p ~ o bei niedrigerer Tempe- Tatur), und daI3 zweitens die Pflanzen verhaltnismafiig groI3ere Oberflachen zur Verdampfung haben als die Tiere. Dal3 die Pflanzen prozentual mehr als zehnmal soviel Wasser wie die Tiere verdampfen, geht aus der folgenden Gegeniiberstellung hervor :

M ittlere Verdampfung pro Tag

__ ~

\Vasser-

Gehalt absolute yo des kg Yenge Wasser-

kg Gehaltes

42 O.% 2.3

1.07 0.56 52

Mensch von

Helianthus 32 Jahrens) . . . annuus( Sonnen- blume) ausge- wachs. Staudea)

Der von Eucken und Schafer’) gefundene Dichtezuwachs (durch- schnittlich f1.7y) des Wassers von Gletschern bzw. das Ergebnis von Baroni und Finks) iiber Gletscher usw. (durchschnittlich +1.4y) lafit sich in gleicher Weise durch das Dampfdruckverhaltnis der Wasser-Isotopen erklaren.

7 W. N a g e l , Handbuch der Physiologie des Menschen, Braunschweig 1909,

0 ) F. A. P. C. W e n t , Lehrbuch der allgem. Botanik, Jena 1933, S. 211. 7) A. Eucken u. K. Schafer, Nachr. Ges. N’iss. Gottingen, Chemie 1, 109 I1935:. 8 ) E. Baroni u. A. Fink, Sitz.-Her. Akad. Wiss. \Viexi, Abt. IIb, Chemie 144,

~ -. . -

Bd. 1 . S. 354f.

76, 70.5 [1935].