д ¹⁸ТО

В геохимии , палеоклиматологии и палеоокеанографии δ ¹⁸О или дельта-О-18 является мерой отклонения соотношения стабильных изотопов кислорода-18 ( ¹⁸О) и кислород-16 ( ¹⁶О). Он обычно используется как мера температуры осадков , как мера взаимодействия грунтовых вод и минералов, а также как индикатор процессов, которые демонстрируют фракционирование изотопов , таких как метаногенез . В палеонауках ¹⁸ТЕМ: ¹⁶Данные O по кораллам , фораминиферам и ледяным кернам используются в качестве показателя температуры.

Оно определяется как отклонение в «промил» (‰, частей на тысячу) между образцом и стандартом:

\delta {\ce {^{18}O}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{18}O}}}{{\ce {^{16}O}}}}\right)_{\mathrm {sample} }}{\left({\frac {{\ce {^{18}O}}}{{\ce {^{16}O}}}}\right)_{\mathrm {standard} }}}-1\right)\times 1000

‰

где стандарт имеет известный изотопный состав, например Венский стандарт средней океанской воды (VSMOW). ^{[ 1 ]} Фракционирование может возникнуть в результате кинетического , равновесного или независимого от массы фракционирования .

Механизм

Раковины фораминифер состоят из карбоната кальция (CaCO ₃ ) и встречаются во многих обычных геологических средах. Соотношение ¹⁸Вот и все ¹⁶O в раковине используется для косвенного определения температуры окружающей воды в момент образования раковины. Соотношение незначительно варьируется в зависимости от температуры окружающей воды, а также от других факторов, таких как соленость воды и объем воды, заключенной в ледяных щитах.

$д$ ¹⁸O также отражает местное испарение и приток пресной воды, поскольку дождевая вода ¹⁶O-обогащенный - результат преимущественного испарения более легких ¹⁶О, из морской воды. Следовательно, поверхностный океан содержит большее количество ¹⁸O вокруг субтропиков и тропиков, где испарение больше, а количество влаги меньше. ¹⁸О, в средних широтах, где дождей больше.

Аналогичным образом, когда водяной пар конденсируется, более тяжелые молекулы воды удерживаются ¹⁸Атомы O имеют тенденцию конденсироваться и выпадать в осадок первыми. Градиент водяного пара, направляющийся от тропиков к полюсам, постепенно все более истощается. ¹⁸О. В снегу , выпадающем в Канаде, гораздо меньше _{H 2}¹⁸О, чем дождь во Флориде ; аналогично снег, падающий в центре ледяных щитов, имеет более легкий $δ$ ¹⁸O подпись, чем та, что на полях, так как более тяжелая ¹⁸O выпадает в осадок первым.

Изменения климата, которые изменяют глобальные закономерности испарения и осадков, таким образом, меняют фон $δ.$ ¹⁸Или соотношение.

Твердые образцы (органические и неорганические) для изотопного анализа кислорода обычно хранят в серебряных чашках и измеряют методами пиролиза и масс-спектрометрии . ^{[ 2 ]} Исследователям необходимо избегать неправильного или длительного хранения образцов для обеспечения точных измерений. ^{[ 2 ]}

Экстраполяция температуры

Основываясь на упрощающем предположении, что сигнал можно объяснить только изменением температуры, игнорируя эффекты солености и изменения объема льда, Эпштейн и др. (1953) подсчитали, что а $δ$ ¹⁸Увеличение O на 0,22 ‰ эквивалентно охлаждению на 1 ° C (или 1,8 ° F). ^{[ 3 ]} Точнее, Эпштейн и др. (1953) дают квадратичную экстраполяцию температуры:

T=16.5-4.3\mathrm {\delta } +0.14\mathrm {\delta ^{2}}

где T — температура в °C (на основе метода наименьших квадратов , подходящего для диапазона значений температуры от 9 °C до 29 °C, со стандартным отклонением ±0,6 °C, а δ — это δ. ¹⁸O для образца карбоната кальция).

Палеоклиматология

Ледяные керны

д ¹⁸O можно использовать с кернами льда для определения температуры момента образования льда.

Лисицки и Раймо (2005) использовали измерения δ. ¹⁸O в бентосных фораминиферах из 57 глобально распространенных кернов глубоководных отложений, взятых в качестве показателя общей глобальной массы ледниковых щитов, для реконструкции климата за последние пять миллионов лет. ^{[ 4 ]}

Сложенная запись 57 ядер была орбитально настроена на орбитальную модель льда, циклы Миланковича 41 тыс. лет ( наклон ), 26 тыс. лет ( прецессия ) и 100 тыс. лет ( эксцентриситет ), которые, как предполагается, вызывают орбитальное воздействие глобального льда. объем. За последний миллион лет произошел ряд очень сильных ледниковых максимумов и минимумов, расположенных на расстоянии примерно 100 тыс. лет. Поскольку наблюдаемые вариации изотопов по форме аналогичны вариациям температуры, зарегистрированным за последние 420 тыс. лет на станции Восток , рисунок, показанный справа, выравнивает значения δ ¹⁸O (правая шкала) с зарегистрированными изменениями температуры в ледяном керне Востока (левая шкала) по данным Petit et al. (1999). ^{[ нужны разъяснения ]}

Биоминерализованные ткани

д ¹⁸O из биоминерализованных тканей также может быть использован для реконструкции прошлых условий окружающей среды. У позвоночных апатит костного минерала , зубной эмали и дентина содержит фосфат [PO ₄ ] ³⁻ группы, которые могут сохранить соотношение изотопов кислорода в окружающей воде. ^{[ 5 ]} На фракционирование изотопов кислорода в этих тканях могут влиять биологические факторы, такие как температура тела и диета. ^{[ 6 ]}

См. также

$д$ ¹³С
$д$ ¹⁵Н
$д$ ³⁴С
Глобальная линия метеорной воды (GMWL), связь между $δ$ ¹⁸О и $δ$ ²H (также известный как $δ$ D)
Изотопная подпись
Изотопный анализ
Изотопная геохимия
Палетермометр
Соотношение стабильных изотопов

Ссылки

^ «Геологическая служба США – Изотопные индикаторы – Ресурсы – Изотопная геохимия» . Проверено 18 января 2009 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Цанг, Мань-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Окисленные серебряные чашки могут исказить результаты определения изотопов кислорода в небольших образцах» . Экспериментальные результаты . 1 : е12. дои : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN 2516-712X .
^ Эпштейн, С.; Бухсбаум, Р.; Лоуэнстам, Х.; Юри, Х. (1953). «Пересмотренная изотопная температурная шкала карбонатной воды». геол. Соц. Являюсь. Бык . 64 (11): 1315–1325. Бибкод : 1953GSAB...64.1315E . doi : 10.1130/0016-7606(1953)64[1315:rcits]2.0.co;2 .
^ Лисецки, LE ; Раймо, Мэн (январь 2005 г.). «Стопка плиоцен-плейстоцена из 57 глобально распространенных бентосных δ ¹⁸O Records» (PDF) . Палеокеанография . 20 (1): PA1003. Bibcode : 2005PalOc..20.1003L . doi : 10.1029/2004PA001071 . hdl : 2027.42/149224 .
Лисецкий, LE; Раймо, Мэн (май 2005 г.). «Поправка к» Плиоцен-плейстоценовой стопке из 57 глобально распространенных бентосных δ. ¹⁸О записи" " . Палеоокеанография . 20 (2): ПА2007. Бибкод : 2005PalOc..20.2007L . дои : 10.1029/2005PA001164 .
данные: два : 10.1594/PANGAEA.704257 .
^ Колодный, Иегошуа; Луз, Боаз; Навон, Одед (сентябрь 1983 г.). «Вариации изотопов кислорода в фосфатах биогенных апатитов, I. Апатит из рыбьей кости — перепроверка правил игры» . Письма о Земле и планетологии . 64 (3): 398–404. дои : 10.1016/0012-821x(83)90100-0 . ISSN 0012-821X .
^ Луз, Боаз (1989). « Вариации изотопов кислорода в костном фосфате » . Прикладная геохимия . 4 (3): 317–323. дои : 10.1016/0883-2927(89)90035-8 .

Кларк, И.Д. и Фриц, П. (1997). Экологические изотопы в гидрогеологии . ЦРК Пресс . ISBN 1-56670-249-6 .
Шмидт, Джорджия (1999). «Прямое моделирование карбонатных прокси-данных от планктонных фораминифер с использованием индикаторов изотопов кислорода в модели глобального океана» . Палеоокеанография . 14 (4): 482–497. Бибкод : 1999PalOc..14..482S . дои : 10.1029/1999PA900025 .

[usgs_isotope_tracers-1] «Геологическая служба США – Изотопные индикаторы – Ресурсы – Изотопная геохимия» . Проверено 18 января 2009 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б Цанг, Мань-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Окисленные серебряные чашки могут исказить результаты определения изотопов кислорода в небольших образцах» . Экспериментальные результаты . 1 : е12. дои : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN 2516-712X .

[3] Эпштейн, С.; Бухсбаум, Р.; Лоуэнстам, Х.; Юри, Х. (1953). «Пересмотренная изотопная температурная шкала карбонатной воды». геол. Соц. Являюсь. Бык . 64 (11): 1315–1325. Бибкод : 1953GSAB...64.1315E . doi : 10.1130/0016-7606(1953)64[1315:rcits]2.0.co;2 .

[4] Лисецки, LE ; Раймо, Мэн (январь 2005 г.). «Стопка плиоцен-плейстоцена из 57 глобально распространенных бентосных δ ¹⁸O Records» (PDF) . Палеокеанография . 20 (1): PA1003. Bibcode : 2005PalOc..20.1003L . doi : 10.1029/2004PA001071 . hdl : 2027.42/149224 .
Лисецкий, LE; Раймо, Мэн (май 2005 г.). «Поправка к» Плиоцен-плейстоценовой стопке из 57 глобально распространенных бентосных δ. ¹⁸О записи" " . Палеоокеанография . 20 (2): ПА2007. Бибкод : 2005PalOc..20.2007L . дои : 10.1029/2005PA001164 .
данные: два : 10.1594/PANGAEA.704257 .

[5] Колодный, Иегошуа; Луз, Боаз; Навон, Одед (сентябрь 1983 г.). «Вариации изотопов кислорода в фосфатах биогенных апатитов, I. Апатит из рыбьей кости — перепроверка правил игры» . Письма о Земле и планетологии . 64 (3): 398–404. дои : 10.1016/0012-821x(83)90100-0 . ISSN 0012-821X .

[6] Луз, Боаз (1989). « Вариации изотопов кислорода в костном фосфате » . Прикладная геохимия . 4 (3): 317–323. дои : 10.1016/0883-2927(89)90035-8 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]