Carbon isotope analyses of individual hydrocarbon molecules in bituminous coal and oil shale : comparison with Murchison meteorite

Abstract

To study the origin of organic matter in meteorite, terrestrial rocks which contain organic compounds similar to the ones found in carbonaceous chon-drites are studied and compared with Murchison meteorite. Hydrocarbon molecules were extracted by benzene and methanol from bituminous coal and oil shale and the extract was partitioned into aliphatic, aromatic, and polar fractions by silica gel column chromatography. Carbon isotopic ratios in each fractions were analysed by GC-C-lRMS. Molecular 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 δ^(13)C, -20.1‰~-54.4‰compared to bituminous coal, -25.2‰~-34.3‰ . 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 δ^(13)C from -13‰ to +30‰. 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.;유연탄과 오일셰일 내에 존재하는 탄화수소분자들의 탄소 동위원소비와 구성성분을 분석하였고, 그 결과를 머치슨 운석과 비교하였다. 각 시료로부터 탄화수소분자들을 벤젠과 메탄올을 이용하여 추출하였다. 추출한 탄화수소분자들은 핵산, 벤젠, 메탄올을 이용한 실리카겔 크로마토그래피에 의하여 지방족, 방향족, 극성 탄화수소분자들로 분리하였다. 각각의 탄화수소분자들의 탄소동위원소비(^(13)C/^(12)C)는 기체 크로마토그래피-연소-안정 동위원소 질량분석기(GC-C-IRMS)를 이용하여 분석하였다. 각 탄화수소분자들의 화학구조는 기체 크로마토그래피-질량분석기(GC-MS Engine)에 의해 분석되었다. 유연탄은 동위원소 분석 결과 -25.2‰∼-34.3‰의 값을 보였으며, 오일셰일은 -20.1‰∼-54.4‰로 유연탄과 비교하여 넓은 범위의 동위원소비를 가지는 것으로 밝혀졌다. 이 두 물질 내에 동일하게 존재하는 화합물들의 동위원소비를 비교한 결과 서로 다른 값을 가지는 것을 볼 수 있었다. 또한, 유연탄과 오일 셰일은 머치슨 운석과 비슷한 유기물질을 포함하고 있지만, 그들의 동위원소비는 매우 다른 경향을 보여주었다. 머치슨 운석은 -13‰∼+30‰의 동위원소비를 가진다. 이러한 결과는 운석이나 지구상의 유기물질들의 기원과 형성 조건 및 변성과 이전 과정을 이해하는데 필요하다. 특히, 운석에서 발견된 탄화수소분자들이 고유의 것인지를 밝히는데 본 연구가 중요한 단서를 제공하고 있다.