В геохимии , палеоклиматологии и палеоокеанографии δ 18 О или дельта-О-18 является мерой соотношения стабильных изотопов кислорода-18 ( 18 О) и кислорода-16 ( 16 О). 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 данные 18 O: 16 O из кораллов , фораминифер и ледяных кернов используются в качестве показателя температуры.
Определение в «промилле» (‰, частей на тысячу):
где стандарт имеет известный изотопный состав, например Венский стандарт средней океанской воды (VSMOW). [1] Фракционирование может происходить в результате кинетического , равновесного или независимого от массы фракционирования .
Раковины фораминифер состоят из карбоната кальция (CaCO 3 ) и встречаются во многих обычных геологических средах. Соотношение 18 О к 16 О в раковине используется для косвенного определения температуры окружающей воды в момент формирования раковины. Соотношение незначительно варьируется в зависимости от температуры окружающей воды, а также от других факторов, таких как соленость воды и объем воды, запертой в ледяных щитах.
δ 18 Отакже отражает местное испарение и поступление пресной воды, поскольку дождевая вода обогащена 16 O — в результате преимущественного испарения более легкого 16 O из морской воды. Следовательно, поверхностный океан содержит большую долю 18 O в субтропиках и тропиках, где наблюдается больше испарения, и меньшую долю 18 O в средних широтах, где идет больше дождей.
Аналогично, когда водяной пар конденсируется, более тяжелые молекулы воды, содержащие 18 атомов О, имеют тенденцию конденсироваться и выпадать в осадок первыми. Градиент водяного пара, направляющийся от тропиков к полюсам, постепенно становится все более и более обедненным 18 О. Снег , выпадающий в Канаде, содержит гораздо меньше Н 2 18 О, чем дождь во Флориде ; аналогично снег, выпадающий в центре ледяных щитов, имеет более легкий δ 18 O.заметность, чем на ее краях, поскольку более тяжелый 18 O выпадает в осадок первым.
Изменения климата, которые изменяют глобальные закономерности испарения и осадков, следовательно, меняют фон δ 18 O.соотношение.
Твердые образцы (органические и неорганические) для изотопного анализа кислорода обычно хранят в серебряных чашках и измеряют методами пиролиза и масс-спектрометрии . [2] Для обеспечения точных измерений исследователям необходимо избегать неправильного или длительного хранения образцов. [2]
Основываясь на упрощающем предположении, что сигнал можно объяснить только изменением температуры, игнорируя эффекты солености и изменения объема льда, Эпштейн и др. (1953) подсчитали, что δ 18 Oувеличение на 0,22‰ эквивалентно охлаждению на 1 °C (или 1,8 °F). [3] Точнее, Эпштейн и др. (1953) дают квадратичную экстраполяцию температуры:
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 18 O для кальция карбонатный образец).
δ 18 O можно использовать с кернами льда для определения температуры момента образования льда.
Лисецки и Раймо (2005) использовали измерения δ 18 O у бентосных фораминифер из 57 глобально распределенных 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, согласовывает значения δ 18 O (правая шкала) с зарегистрированными вариациями температуры по ледяному керну Восток. (левая шкала), по Petit et al. (1999). [ нужны разъяснения ]
δ 18 O из биоминерализованных тканей также может быть использован для реконструкции прошлых условий окружающей среды. У позвоночных животных апатит из костных минералов , зубной эмали и дентина содержит фосфатные группы [PO 4 ] 3- , которые могут сохранять 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]
