Isotopenfractionierender

Isotopenfractionierender ist ein Begriff aus der Physik, Chemie und Geowissenschaft, der sich auf Prozesse oder Phänomene bezieht, bei denen die relativen Häufigkeiten der Isotope eines Elements in einem System unterschiedlich verteilt werden. Ursache ist meist die Massendifferenz der Isotope, die zu leicht messbaren Unterschieden in thermodynamischen Eigenschaften oder Reaktionskinetik führt. Solche Effekte werden oft im Kontext der Isotopenfractionierung (englisch isotope fractionation) behandelt.

Es gibt zwei Hauptklassen von isotopenfractionierenden Prozessen. Gleichgewichtsfraktionierung entsteht, wenn isotopenabhängige Freienenergieunterschiede zwischen zwei Phasen oder Zuständen zu unterschiedlichen Konzentrationen der Isotopennachweise führen, etwa beim Verdampfen, Kondensieren oder beim Phasenübergang chemischer Verbindungen. Kinetische Fraktionierung tritt auf, wenn unterschiedliche Reaktions- oder Transportraten für schwere und leichte Isotope zu einer bevorzugten Anreicherung eines Isotops führen, oft in biologischen oder geochemischen Prozessen.

Natürliche Vorkommen und Anwendungen. In der Natur zeigt sich isotopenfractionierender Prozesscharakter beispielsweise im Wasserkreislauf (Unterschiede der Isotopenverhältnisse von Wasserstoff und Sauerstoff), in der Biogeochemie (Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelisotope), sowie in der Paläoklimatologie, Hydrogeologie und Umweltforschung. Die Messung erfolgt mit Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (IRMS) oder MC-ICP-MS, oft ausgedrückt durch δ-Werte, die Abweichungen gegenüber Referenzstandards in Promille angeben.

Die Bestimmung isotopenfractionierender Muster dient dem Verständnis von Umweltprozessen, der Herkunftsbestimmung chemischer Stoffe und der Rekonstruktion vergangener Klimabedingungen.