Variación temporal de d18O y dD en nieve y pinos en el polo sur. Las fechas identifican acumulaciones de nieve durante veranos australes. El enriquecimiento de los isótopos ligeros aumenta con la T del aire y por eso tiene variaciones temporales, también depende de la latitud y altitud
Variación de d18O en núcleos de hielo en la Antártida, Groenlandia. La escala de tiempo está basada en un modelo teórico de flujo del hielo. Los valores más negativos de d18O de 70,000 a 12,000 años A.P en ambos núcleos reflejan las condiciones climáticas más frías durante la última edad de hielo (Johnsen et al., 1972).
Relación entre d18O y la salinidad de agua superficial del Océano Atlántico Norte. (Epstein y Mayeda, 1953, y Craig y Gordon, 1965) Relación entre d18O, dD y salinidad del agua en el Mar Rojo debido a la pérdida preferencial de H2 16O de la superficie (Craig, 1966). La composición isotópica del agua de mar tiene correlación positiva con la salinidad (aguas profundas diferentes de aguas superficiales).
Variación de valores de d18O de rocas ígneas y meteoritos pétreos. En general, los valores de d18O incrementan con el aumento del contenido de SiO2 de las rocas. El oxígeno en rocas ultramáficas tiene composiciones isotópicas similares a las condritas (Epstein y Taylor, 1967; Taylor, 1968a y Hoefs,1980).
Relación entre dD y d18O de minerales arcillosos formados a temperaturas correspondientes a la superficie de la tierra. Los valores de dD y d18O de los minerales arcillosos e hidróxidos reflejan las condiciones climáticas al momento de su formación. Arcillas formadas en climas fríos tienen valores más bajos de d18O y dD que los de los climas más cálidos.
d18O para rocas del manto ? sedimentos superficiales retrabajados: evaluación de la contaminación de magmas derivados del manto por sedimentos corticales. Los isótopos estables son usados en la evaluación de la contribución relativa de varios reservorios, cada uno con una firma isotópica distintiva.
OXÍGENO EN ROCAS ÍGNEAS Diferentes tasas de fraccionamiento en minerales formadores de rocas. Cuarzo Dolomía Feldespato de K Calcita Plagioclasa intermedia Moscovita Anortita Piroxeno Hornblenda Olivino Granate Biotita Clorita Ilmenita Magnetita Enlaces Si-O-Si 18O ++ 18O — Enlaces Si-O-Mg Si-O-Al
Variaciones de d18O en diferentes materiales
Disminución de valores de d18O de los stocks de granodiorita de edad terciaria y la roca volcánica encajonante, en el distrito minero de Bohemia, Oregon. Este efecto se atribuye al intercambio isotópico entre las rocas y el agua meteórica subterránea (Taylor, 1968).
Histograma de valores de rocas graníticas del Batolito de Nueva Inglaterra, Australia. Basados en criterios mineralógicos y geoquímicos las rocas fueron divididas en dos protolitos. Los granitos tipo I formados por la fusión de protolitos ígneos, mientras que los tipo S tienen un origen sedimentario rico en arcillas. Los granítos tipo S están enriquecidos en 18O comparados con los tipo I. El límite entre ambos tipos en d18O= +10 o/oo. (Según O’Neil et al., 1977)
CARBONO Elemento más importante en la biósfera, corteza, manto, hidrósfera y atmósfera. C (Z=6) 12C = 98.89% 13C = 1.11% 14C = artificial Fraccionamiento por varios procesos de la naturaleza. Fotosíntesis provoca un enriquecimiento de 12C en componentes orgánicos de origen relacionado a la síntesis biológica.
Estándar normalmente CO2-gas de la PDB Belemnite de la Formación Peedee, South Carolina, USA, de edad Cretácica. Otros estándares usados relacionados a PDB d13C o/oo PDB Caliza de Solenhofen NBS#20 -1.06 BaCO3, Estocolmo -10.32 Grafito NBS#21 -27.79 Petróleo NBS#22 -29.4 Mármol Ticino +2.77
Reacciones de intercambio isotópico p. ej. Carbonatos Reacciones de intercambio isotópico CO2-gas y especies acuosas formadas por carbonatos se enriquecen en 13C La abundancia de 13C terrestre varía 10% La composición isotópica de C se expresa como en H y O: (Gp:) ( (Gp:) C/ (Gp:) C) (Gp:) ( (Gp:) C/ (Gp:) C) (Gp:) ( (Gp:) C/ (Gp:) C) (Gp:) x (Gp:) 1000 (Gp:) 13 (Gp:) 12 (Gp:) muestra (Gp:) 13 (Gp:) 12 (Gp:) Std (Gp:) 13 (Gp:) 12 (Gp:) Std (Gp:) –
d13C =
Análisis se realiza en forma de CO2 en espectrómetro con colectores dobles. Preparación de muestras Carbonatos disueltos con HPO4 (100%) Compuestos orgánicos son oxidados a CO2 a temperaturas de 900 – 1000°C Carbonatos ——– enriquecidos en 13C Petróleo y otros combustibles fósiles —— enriquecidos en 12C El uso de la gasolina ha causado un aumento del CO2 (10%) en la atmósfera y un aumento en 12C Carbón reducido en rocas precámbricas (d13C -15-40 o/oo está empobrecido en 12C — origen de fotosíntesis
En los últimos cien años el hombre ha afectado el ciclo del carbón a través de la quema de combustibles fósiles y la tala de bosques.
La concentración de 12C en carbonatos precámbricos puede disminuir durante eventos metamórficos — pérdida de CH4 Calcita enriquecida en 13C en ± – 10o/oo (20°C) con respecto a gas CO2 Valores de d13C en carbonatos marinos ± 0 relativo a PDB (depende de la edad) Carbonatos lacustres poco enriquecidos en 12C porque hubo infiltración de CO2 de plantas Carbonatos en condritas carbonáceas son muy enriquecidos en 13C —– d13C +58.6 – +64.4 o/oo Diamantes: –2.0 – -10.0 o/oo
Composiciones isotópicas de d13C en varios materiales del manto y materiales derivados del manto
NITRÓGENO Poco abundante en minerales debido a que es muy soluble. Es importante en análisis de suelos, depósitos de carbón, petróleo y componentes orgánicos en sedimentos. N (Z=7) 14N = 99.64% 15N = 0.36% En la atmósfera N2 (molécula diatómica).
(Gp:) ( (Gp:) N/ (Gp:) N) (Gp:) ( (Gp:) N/ (Gp:) N) (Gp:) ( (Gp:) N/ (Gp:) N) (Gp:) x (Gp:) 1000 (Gp:) 15 (Gp:) 14 (Gp:) muestra (Gp:) 15 (Gp:) 14 (Gp:) Std (Gp:) 15 (Gp:) 14 (Gp:) Std (Gp:) –
15N = Análisis en N2- gas en el espectrómetro Interferencias con N2 con # de masa 28 (14 N2) 29 14N 15N 30 15N2 Fraccionamiento por procesos biológicos y poco por intercambio isotópico
En suelos la composición del N es afectada por fertilizantes y cadáveres de animales. Materia orgánica en océanos enriquecida en 15N. Restos de animales enriquecidos en 15N. Restos de plantas empobrecidos en 14N relativo al N atmósferico. 15N aumenta en la cadena alimenticia de los primeros consumidores hasta los últimos.
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