Background: The natural ratios of carbon (C), nitrogen (N), and sulfur (S) stable isotopes can be varied in some specific living organisms owing to various isotopic fractionation processes in nature. Therefore, the analysis of C, N, and S stable isotope ratios in ginseng can provide a feasible method for determining ginseng authenticity depending on the cultivation land and type of fertilizer. Methods: C, N, and S stable isotope composition in 6-yr-old ginseng roots (Jagyeongjong variety) was measured by isotope ratio mass spectrometry. Results: The type of cultivation land and organic fertilizers affected the C, N, and S stable isotope ratio in ginseng (p < 0.05). The ${\delta}^{15}N_{AIR}$ and ${\delta}^{34}S_{VCDT}$ values in ginseng roots more significantly discriminated the cultivation land and type of organic fertilizers in ginseng cultivation than the ${\delta}^{13}C_{VPDB}$ value. The combination of ${\delta}^{13}C_{VPDB}$, ${\delta}^{15}N_{AIR}$, or ${\delta}^{34}S_{VCDT}$ in ginseng, except the combination ${\delta}^{13}C_{VPDB}-^{34}S_{VCDT}$, showed a better discrimination depending on soil type or fertilizer type. Conclusion: This case study provides preliminary results about the variation of C, N, and S isotope composition in ginseng according to the cultivation soil type and organic fertilizer type. Hence, our findings are potentially applicable to evaluate ginseng authenticity depending on cultivation conditions.
To understand the composition, quantity, and quality of Suspended Particulate Organic Matter (SPOM) in the Gangneung Namdae Stream, Korea, we examined spatiotemporal variations in water temperature, salinity, chlorophlly a (Chl a), Particulate Organic Carbon (POC) and nitrogen (PON), and carbon stable isotope (δ13C) of SPOM at six stations in June (pre-monsoon), July (monsoon), and September (post-monsoon) 2017. With increasing precipitation, the average POC and C/N values increased significantly in July than in June. In September, the values decreased with decreasing precipitation. The δ13C values showed irregular spatiotemporal fluctuations among the stations and periods, thereby suggesting a greater contribution of autochthonous organic matter to the pool of SPOM than that of allochthonous organic matter derived from upstream. In addition, the large and irregular changes in POC, C/N ratio, C:Chl a, and δ13C compared to that of PON were observed for all periods among the stations, indicating a serial discontinuity of the stream. Our results suggest that the Gangneung Namdae Stream is significantly influenced by the increase in freshwater discharge caused by heavy rainfalls during the summer monsoon and post-monsoon periods.
Carbon isotopic compositions of the YC-2 stalagmite in Yongcheon Cave were analyzed to delineate paleoclimatic variations near Korean peninsula for the past historical period. The YC-2 stalagmite is about 68 mm long and annual growth laminae are distinctively identified. Because the number of growth laminae is at least 242, the stalagmite can be estimated to be at least 241 years old. At about 15 mm from the bottom, one thick brown growth lamina is observed, and this lamina was likely to have been formed when the stalagmite ceased to grow, making the hiatus. High resolution, carbon isotope data indicate past fluctuations of East Asia monsoonal intensity (intimately related to the amount of precipitation). Based on the carbon isotope trend, the stalagmite can be divided into three stages (Stages I, II and III). The highest carbon isotopic compositions of Stage I (${\delta}^{13}C$=-3.3~0.4‰, PDB) indicate that the stalagmite grew during the Little Ice Age when cold and dry climate prevailed with less vegetation. Stage II is characterized by a transitional period from cold and dry to warm and wet climate with a increasing trend of carbon isotopic compositions (${\delta}^{13}C$=-9.6~-0.6‰) and this period indicates the weakening of the Little Ice Age climate. This decreasing trend also suggests that Little Ice Age was terminated near middle 1870's around Korean peninsula. Relatively low carbon isotopic compositions during Stage III (${\delta}^{13}C$=-11.0~-8.0‰) indicates that the climate was changed to warm and wet conditions which are similar to the present.
It is known that ${\delta}^{13}C_{DIC}$ (carbon-13 isotope of dissolved inorganic carbonate (DIC) ions) of water increases when dissolved $CO_2$ degases. However, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ could decrease when the pH of water is lower than 5.5 at the early stage of degassing. Laboratory experiments were performed to observe the changes of ${\delta}^{13}C_{DIC}$ as $CO_2$ degassed from three different artificial $CO_2$-rich waters (ACWs) in which the initial pH was 4.9, 5.4, and 6.4, respectively. The pH, alkalinity and ${\delta}^{13}C_{DIC}$ were measured until 240 hours after degassing began and those data were compared with kinetic isotope fractionation calculations. Furthermore, same experiment was conducted with the natural $CO_2$-rich water (pH 4.9) from Daepyeong, Sejong City. As a result of experiments, we could observe the decrease of DIC and increase of pH as the degassing progressed. ACW with an initial pH of 6.4, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ kept increasing but, in cases where the initial pH was lower than 5.5, ${\delta}^{13}C_{DIC}$ decreased until 6 hours. After 6 hours ${\delta}^{13}C_{DIC}$ increased within all cases because the $CO_2$ degassing caused pH increase and subsequently the ratio of $HCO_3{^-}$ in solution. In the early stage of $CO_2$ degassing, the laboratory measurements were well matched with the calculations, but after about 48 hours, the experiment results were deviated from the calculations, probably due to the equilibrium interaction with the atmosphere and precipitation of carbonates. The result of this study may be not applicable to all natural environments because the pressure and $CO_2$ concentration in headspace of reaction vessels was not maintained constant as well as the temperature. Nevertheless, this study provides fundamental knowledge on the ${\delta}^{13}C_{DIC}$ evolution during $CO_2$ degassing, and therefore it can be utilized in the studies about carbonated water with low pH and the monitoring of geologic carbon sequestration.
Kang, Han;Song, Hye Won;Kim, Young Hun;Kim, Jeong Jin
Economic and Environmental Geology
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v.55
no.5
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pp.439-445
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2022
Organic pollutants that contained in stream sediments have origins of mountain soil in natural and cattle manure in human activity. Nitrogen and carbon isotope analysis for mountain soil, cattle manure and stream sediment were performed for contribution evaluation of organic pollutants in Toil stream of Yeongju dam basin. Average carbon isotope ratio(δ13C) is -25.17‰, -22.34‰, and -26.39‰ for river sediments, cattle manure and mountain soil, respectively. Result of carbon isotope analysis suggests that river sediments are more affected by acid soils. Average value of the nitrogen isotope ratio (δ15N) is 9.46% for river sediment, 1.99% for mountain soil, and 19.53% for cattle manure. Result of nitrogen isotopic analysis show that contribution of cattle mature is slightly higher than that of mountain soil in Toil stream sediments.
Chun, Jong-Hwa;Hwang, In Gul;Lee, Wonsuk;Lee, Taehun;Kim, Yuri
Economic and Environmental Geology
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v.55
no.3
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pp.261-271
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2022
Six gas samples were collected from coal and coaly shale from core AA-1, which was acquired from the Asem-Asem Basin, southeast Kalimantan, Indonesia. These coalbed gas samples were analyzed for the molecular composition, carbon isotope (δ13CCH4, δ13CC2, and δ13CCO2), hydrogen isotope (δDCH4), hydrocarbon index (CHC), and carbon dioxide-methane index (CDMI) to document their origin and methanogenic pathways. Core AA-1 successively consists of lower clastic sedimentary rocks (Sedimentary Unit-1, SU-1) containing coal and coaly shale, and upper limestone (Sedimentary Unit-2, SU-2), unconformably underlain by serpentinized basement interpreted as part of the Cretaceous Meratus subduction complex (MSC). The coal and coaly shale (SU-1) were deposited in a marshes nearby a small-scale river. Compositions of coalbed gases show that methane ranges from 87.35 to 95.29% and ethane ranges from 3.65 to 9.97%. Carbon isotope of coalbed methane (δ13CCH4) ranges from -60.3 to -58.8‰, while hydrogen isotope (δDCH4) ranges from -252.9 to -252.1‰. Carbon isotope of coalbed ethane (δ13CC2) ranges from -32.8 to -31.2‰, carbon isotope of coalbed carbon dioxide (δ13CCO2) ranges from -8.6 to -6.2‰. The coalbed CO2 is interpreted to be an abiogenic origin based on a combination of δ13CCO2 and CDMI and could have been transported from underlying CO2 bearing MSC through faults. The methanogenic pathways of coalbed gases are interpreted to have originated from primary methyl-type fermentation and mixed with CO2 reduction, affecting thermogenic non-marine coal-type gases based on analyses of isotopic ratios and various indexes.
To study the origin of organic matter in meteorite, terrestrial rocks which contain or-ganic compounds similar to the ones found in carbonaceous chondrites are studied and compared with Muchison meteorite. Hydrocarbon molecules were extracted by benzene and methanol from bituminous coal and oil shale and the extracts were partitioned into aliphatic, aromatic, and polar fractions by silica gel column chromatography. Carbon isotopic ratios in each fractions were analysed by GC-C-IRMS. Molec-ular compound identifications were carried by GC-MS Engine. Bituminous coal and oil shale show the organic compound composition similar to that of meteorite. Oil shale has a wide range of ${\delta}^{13}C,-20.1%_0~-54.4%_0$ compared to bituminous coal, $-25.2%_0~34.3%_0$. Delta values of several molecular compounds in two terrestrial samples are different. They show several distinct distributions in isotopic ratios compared to those of meteorite; Murchison meteorite has a range of ${\delta}^13C\;from\;-13%_0\;to\;+30%_0$. These results provide interpretation for the source and the formation condition of each rock, in particular alteration and migration processes of organic matter. Especially, they show an important clue whether some hydrocarbon molecules observed in meteorite are indigenous or not.
Environmental isotope $^{18}O$, $^{2}H$, $^{3}H$,$^{13}C$, $^{34}S$and $^{87}Sr/^{86}Sr$) studies on ${CO_2}$-rich waters in the Kangwon Province were carried out to elucidate the origin, residence time, water-rock interaction and mixing process of their. ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ data indicate that ${CO_2}$-rich waters were derived from the local meteoric water. It also shows that each type of ${CO_2}$-rich water has distinct isotopic composition and Na-${HCO_3}$ type water (-10.8 to -12.1${\textperthousand}$, ${\delta}^{18}O$ ) is lighter than other type waters. These depleted isotopic values supposedly indicate that, considering the altitude effect of isotope in Korea, the recharge area of Na-${HCO_3}$ type water can be estimated to be relatively higher in elevation than those of Ca-${HCO_3}$ and Ca-Na-${HCO_3}$ type waters. Tritium contents close to zero are observed in the Na-${HCO_3}$ type water, confirming a long residence time and the possibility of a ${CO_2}$ inflow into the aquifer at great depth. These isotope data also show that the Ca-${HCO_3}$ type water has undergone mixing process with surface water during ascending at depth, whereas Na-${HCO_3}$ type water was less mixed with surface waters. The carbon isotope data (-8.8 to +0.8 ${\textperthousand}$${\delta}^{13}C$) indicate that dissolved carbon in the ${CO_2}$-rich waters was possibly derived from deep seated ${CO_2}$ gas. The high ${\delta}^{34}S$ values (up to 38.1${\textperthousand}$) of dissolved sulfates suggest that sulfate reduction by microbial activity had occurred at depth. Strontium isotopic data ($^{87}Sr/^{86}Sr$) of ${CO_2}$-rich waters indicate that the chemistry of the ${CO_2}$-rich waters is determined by water-rock (granite) interaction.
This study reports the stable carbon and nitrogen isotope of mummy, the preserved human time capsule from Joseon Dynasty. The stable isotopic composition of biological tissue is expected to be a direct and constant function of diet because the stable isotope ratios do not decay or change in abundance through time. Over the past three decades, stable carbon and nitrogen isotope analysis has been extensively applied for archaeological topics. However, this is the first case in Korean mummy to extract palaeodietary information using stable isotope analysis. We extracted isotopic information from bone collagen and hair keratin, which reflects the lifetime average diet and short-term diet, respectively. The average values of ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ values are -19.0‰ and 11.4‰ (bone collagen), and -21.3‰ and 14.3‰ (hair keratin). Stable carbon isotope shows a mainly $C_3$-based diet from cradle to grave. On the other hand, there is significant difference in stable nitrogen isotope which implies a relatively enriched diet before death. We expect this study opens up a potential to understand the palaeodietary lifestyle in Joseon Dynasty.
Si-yeong Park;Heeju Choi;Seoyeon Hong;Bo Ra Lim;Seoyeong Choi;Eun-Mi Kim;Yujeong Huh;Soohyung Lee;Min-Seob Kim
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.56
no.4
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pp.339-347
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2023
Dissolved organic matter (DOM) is a key component in the biogeochemical cycling in freshwater ecosystem. However, it has been rarely explored, particularly complex river watershed dominated by natural and anthropogenic sources, such as various effluent facility and livestock. The current research developed a new analytical method for TOC/TN (Total Organic Carbon/Total Nitrogen) stable isotope ratio, and distinguish DOM source using stable isotope value (δ13C-DOC) and spectroscopic indices (fluorescence index [FI] and biological index [BIX]). The TOC/TN-IR/MS analytical system was optimized and precision and accuracy were secured using two international standards (IAEA-600 Caffein, IAEA-CH-6 Sucrose). As a result of controlling the instrumental conditions to enable TOC stable isotope analysis even in low-concentration environmental samples (<1 mgC L-1), the minimum detection limit was improved. The 12 potential DOM source were collected from watershed, which includes top-soils, groundwater, plant group (fallen leaves, riparian plants, suspended algae) and effluent group (pig and cow livestock, agricultural land, urban, industry facility, swine facility and wastewater treatment facilities). As a result of comparing characteristics between 12 sources using spectroscopic indices and δ13C-DOC values, it were divided into four groups according to their characteristics as a respective DOM sources. The current study established the TOC/TN stable isotope analyses system for the first time in Korea, and found that spectroscopic indices and δ13C-DOC are very useful tool to trace the origin of organic matter in the aquatic environments through library database.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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