Δ13C

Образцы форамининфер

δ^13C (произносится как де́льта цэ трина́дцать) — в геохимии, палеоклиматологии и палеоокеанографии^[англ.] означает отклонение изотопной сигнатуры ^13C/^12C от сигнатуры стандартного образца, выраженное в промилле[1]:

${\displaystyle \mathrm {\delta ^{13}C} ={\Biggl [}\mathrm {\frac {(^{13}C/^{12}C)_{sample}}{(^{13}C/^{12}C)_{standard}}} -1{\Biggr ]}\times 1000\ ^{o}\!/\!_{oo},}$

где индексом «standard» обозначается сигнатура стандартного образца.

δ^13C изменяется во времени как функция продуктивности биосферы, уровня захоронения органического углерода и типа растительности.

Для большинства природных материалов сигнатура ^13C/^12C с большой точностью равна 0,0112, различия проявляются только в следующем знаке этого числа. Таким образом, различия в сигнатуре, с которыми имеют дело исследователи, исчисляется в промилле. Точность современных масс-спектроскопов составляет 0,02 ‰, погрешности при подготовке образцов могут увеличить ошибку до 0,2 ‰. Статистически значимыми могут считаться отличия 1 ‰ и более. Для современной атмосферной углекислоты в отсутствие индустриальной деятельности δ^13C составляет −8 ‰ и медленно увеличивается в сторону более отрицательных значений из-за широкого использования ископаемого органического топлива, для которого этот показатель составляет −30 ‰[2].

Стандартные образцы

Стандартным образцом для оценки δ^13C является «Pee Dee Belemnite» (PDB) из морских окаменелостей мелового периода Belemnitella americana формации Pee Dee в Южной Каролине. Эти образцы имеют аномально высокое отношение ^13C/^12C (0,0112372) и приняты в качестве эталона нулевого значения δ^13C. Использование этого стандарта приводит к отрицательным значениям δ^13C для обычных материалов[3]. Стандартные образцы используются для верификации точности методов масс-спектроскопии. Из-за того, что масс-спектроскопия получает всё большее распространение, ощущается недостаток стандартных образцов, поэтому часто применяются другие стандарты, например VPDB («Vienna PDB»)[4].

Что влияет на δ^13C?

Метан имеет очень низкий показатель δ^13C: биогенный метан порядка −60 ‰, термогенный — около −40 ‰. Высвобождение больших количеств гидрата метана может влиять на глобальный показатель δ^13C, как, например, во время позднепалеоценового термического максимума[5].

В общем случае, на величину δ^13C влияют изменения первичной продуктивности^[англ.] и захоронения органики. Живые организмы потребляют преимущественно лёгкий изотоп ^12C и имеют показатель δ^13C порядка −25 ‰ в зависимости от типа метаболизма^[англ.].

Увеличение первичной продуктивности вызывает соответствующее увеличение δ^13C, поскольку больший процент изотопа ^12C оказывается связанным в растениях. На величину δ^13C влияет также захоронение органического углерода; когда органический углерод захоронен, большое количество изотопа ^12C выходит из оборота и накапливается в отложениях, что увеличивает относительное содержание ^13C.

Геологически важные проявления δ^13C

Растения, фиксирующие углерод по типу C₃ и по типу C₄, имеют различные сигнатуры, что позволяет отслеживать распространённость трав C₄ во времени[6]. В то время как растения C₄ имеют δ^13C в пределах от −16 до −10 ‰, у C₃ этот показатель составляет от −33 до −24 ‰[2].

Массовые вымирания часто отмечаются отрицательными аномалиями δ^13C, так как сопровождаются падением первичной продуктивности и высвобождением связанного в растениях углерода.

Эволюция крупных сухопутных растений в конце девонского периода привела к увеличению захоронения углерода и повышению показателя δ^13C[7].

См. также

• δ^18O
• δ^15N
• Изотопная подпись
• Изотопный анализ
• en:Isotope geochemistry
• en:Isotopic labeling

Примечания

1. Libes, Susan M. Introduction to Marine Biogeochemistry, 1st edition (англ.). — New York: Wiley, 1992.
2. Marion H. O’Leary Carbon Isotopes in Photosynthesis. BioScience Vol. 38, No. 5 (May, 1988), pp. 328—336 (JSTOR).
3. http://www.uga.edu/sisbl/stable.html#calib Архивная копия от 1 ноября 2011 на Wayback Machine Overview of Stable Isotope Research — The Stable Isotope/Soil Biology Laboratory of the University of Georgia Institute of Ecology
4. Miller & Wheeler, Biological Oceanography, p. 186.
5. Panchuk, K.; Ridgwell, A.; Kump, L.R. Sedimentary response to Paleocene-Eocene Thermal Maximum carbon release: A model-data comparison (англ.) // Geology^[англ.] : journal. — 2008. — Vol. 36, no. 4. — P. 315—318. — doi:10.1130/G24474A.1.
6. Retallack, G.J. Cenozoic Expansion of Grasslands and Climatic Cooling (англ.) // The Journal of Geology^[англ.] : journal. — 2001. — Vol. 109, no. 4. — P. 407—426. — doi:10.1086/320791. — Bibcode: 2001JG....109..407R.
7. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 20 апреля 2014. Архивировано 13 сентября 2014 года.

Ссылки

• Miller, Charles B.; Patricia A. Miller. Biological Oceanography (неопр.). — 2nd. — Oxford: John Wiley & Sons, 2012. — ISBN 978-1-4443-3301-5.