δ 13 C

الموسوعة الحرة

في علم الجيوكيمياء ، وعلم المناخ القديم ، وعلم الآثار ، وعلم المحيطات القديمة ، فإن δ 13 C (يُنطق "دلتا الكربون الثالث عشر") هو نسبة مُعيّرة لنظيري الكربون المستقرين - 13 C و 12 C - ويتم الإبلاغ عنها بأجزاء في الألف (في الألف، ‰). [ 1 ]

التعريف هو، بالألف :

دلتاج13=((ج13/ج12)sأمصلهـ(ج13/ج12)sتأندأرد-1)×1000// }}}-1\يمين)\مرات 1000}

حيث يكون المعيار مادة مرجعية معتمدة .

يمكن أن تختلف قيمة δ 13 C لمركب معين بناءً على مصادر المادة الأولية والعمليات البيوجيوكيميائية التي خضعت لها. على سبيل المثال، يمكن التمييز بين ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تنفس النظام البيئي وثاني أكسيد الكربون المتكون من احتراق الوقود الأحفوري باستخدام δ 13 C، حيث أن للمواد الأولية (المواد العضوية الحديثة والبترول ، على التوالي) قيمًا نظائرية مختلفة - وهو أساس " تأثير سويس ". في حالة التمثيل الضوئي، قد يكون من الممكن التمييز بين نباتين ناميين متجاورين مع نفس مصدر ثاني أكسيد الكربون من الناحية النظائرية نظرًا لاختلاف الآليات البيوكيميائية والوظائف الفسيولوجية التي تُفضل اختيار نظير معين - وهي عملية تُعرف باسم " التجزئة النظائرية ".

المعيار المرجعي

تُستخدم المعايير المرجعية للتحقق من دقة قياسات نسبة النظائر، والتي يتم إجراؤها عادةً عن طريق قياس الطيف الكتلي لنسبة النظائر ، أو قياس الطيف الرنيني التجويفي ، أو قياس الطيف الامتصاصي بالليزر القابل للضبط ، أو الرنين المغناطيسي النووي .

المادة المرجعية الأولية المستخدمة لتوحيد نسب نظائر الكربون هي "بيليمنايت بي دي" (PDB)، وهي أحفورة بحرية من العصر الطباشيري ، تُعرف باسم بيليمنايتيلا أمريكانا ، من تكوين بيدي في ولاية كارولينا الجنوبية . وقد تميزت هذه المادة بنسبة عالية بشكل غير طبيعي بين نظيري الكربون 13 و 12 (0.0112372 [ 2 ] )، وتم تحديد قيمة δ13C لها بصفر.

نظراً للطلب المتزايد على معيار PDB، نفدت الكمية المتاحة منه. وقد حلت محله معايير أخرى معايرة بنفس النسبة، بما في ذلك معيار VPDB (اختصاراً لـ "Vienna PDB"). [ 3 ] تبلغ نسبة 13C / 12C لمعيار VPDB، والتي تُعرّفها الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) بأنها قيمة δ13C تساوي صفرًا، 0.011113. [ 4 ] يؤدي استخدام معايير مرجعية أولية مختلفة إلى نسب نظائر غير قابلة للمقارنة بسبب اختلاف المقاييس . ولتجنب الالتباس، تتضمن قياسات نسب النظائر عادةً رمزًا سفليًا يشير إلى المادة المرجعية التي تم تصحيحها وفقًا لها، مثل δ13C PDB أو δ13C VPDB .

لمنع استنفاد إمدادات VPDB، تُستخدم المواد المرجعية الثانوية ذات نسب النظائر المحددة بالمقارنة المباشرة مع VPDB، مثل NBS-19 (المتوفر من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ، δ 13 C VPDB = 1.95‰)، [ 5 ] بشكل شائع في بيئة المختبر لتوحيد القياسات.

أسباب تغيرات نسبة نظير الكربون 13 (δ 13 C)

يتميز الميثان ببصمة نظيرية خفيفة جدًا للكربون -13 : الميثان الحيوي -60‰، والميثان الحراري -40‰. ويمكن أن يؤثر إطلاق كميات كبيرة من كلاثرات الميثان على قيم نظير الكربون -13 العالمية ، كما حدث خلال ذروة الاحترار في العصر الباليوسيني-الإيوسيني . [ 6 ]

في أغلب الأحيان، تتأثر هذه النسبة بتغيرات الإنتاجية الأولية ودفن المواد العضوية. تمتص الكائنات الحية نظير الكربون -12 الخفيف بشكل تفضيلي ، ويبلغ بصمة نظير الكربون -13 فيها حوالي -25‰، وذلك تبعًا لمسارها الأيضي . لذا، فإن زيادة نظير الكربون -13 في الأحافير البحرية تدل على زيادة في وفرة الغطاء النباتي.

تؤدي زيادة الإنتاجية الأولية إلى ارتفاع مماثل في قيم δ13C ، حيث يتم تخزين المزيد من نظير الكربون -12 في النباتات. وتعتمد هذه الإشارة أيضًا على كمية الكربون المدفون؛ فعندما يُدفن الكربون العضوي، يتم تخزين كمية أكبر من نظير الكربون -12 خارج النظام في الرواسب مقارنةً بنسبة الخلفية .

يمكن أن تؤثر مستويات الأكسجين أيضًا على نسب δ 13 C، حيث يُعتقد أن نسب δ 13 C الإيجابية بشكل غير عادي في حقبة الحياة الوسطى قد نتجت عن اختلافات في تجزئة نظائر الكربون في النباتات المنتجة للراتنج في ظل مستويات الأكسجين المنخفضة في حقبة الحياة الوسطى. [ 7 ]

الأهمية الجيولوجية

تتميز نباتات C3 و C4 ببصمات جزيئية مختلفة، مما يسمح بالكشف عن وفرة أعشاب C4 عبر الزمن في سجل δ13C . [ 8 ] فبينما تتراوح قيمة δ13C لنباتات C4 بين -16 و -10‰، تتراوح قيمة δ13C لنباتات C3 بين -33 و -24‰ . [ 9 ]

الرحلات الإيجابية والسلبية

تُفسَّر الزيادات الإيجابية في نسبة نظير الكربون -13 (δ13C ) على أنها زيادة في دفن الكربون العضوي في الصخور الرسوبية، إما نتيجة ارتفاع مفاجئ في الإنتاجية الأولية، أو انخفاض في التحلل في ظل ظروف المحيطات الخالية من الأكسجين، أو كليهما. [ 10 ] على سبيل المثال، أدى تطور النباتات البرية الكبيرة في أواخر العصر الديفوني إلى زيادة دفن الكربون العضوي، وبالتالي ارتفاع نسبة نظير الكربون -13 (δ13C) . [ 11 ]

أحداث الرحلات الرئيسية

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليبس، سوزان م. (1992). مقدمة في الكيمياء الحيوية البحرية، الطبعة الأولى . نيويورك: وايلي.
  2. ↑ كريغ، هارمون (1957-01-01). "المعايير النظائرية للكربون والأكسجين ومعاملات التصحيح لتحليل ثاني أكسيد الكربون باستخدام مطياف الكتلة" . مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 12 (1): 133-149 . رمز Bibcode : 1957GeCoA..12..133C . doi : 10.1016/0016-7037(57)90024-8 . ISSN 0016-7037 . 
  3. ↑ ميلر وويلر، علم المحيطات البيولوجي ، ص 186.
  4. ↑ مايرز، فابيان (23-12-2024). "التركيب النظائري لـ VPDB" . الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) . تاريخ الاسترجاع: 06-01-2026 .
  5. ↑ براند، ويلي أ.؛ كوبلين، تايلر ب.؛ فوغل، يوشين؛ روزنر، مارتن؛ بروهاسكا، توماس (20 مارس 2014). "تقييم المواد المرجعية الدولية لتحليل نسب النظائر (تقرير فني من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية)". الكيمياء البحتة والتطبيقية . 86 (3): 425-467 . doi : 10.1515/pac-2013-1023 . hdl : 11858/00-001M-0000-0023-C6D8-8 . ISSN 1365-3075 . S2CID 98812517 .  
  6. ↑ بانشوك، ك.؛ ريدجول، أ.؛ كومب، ل. ر. (2008). "الاستجابة الرسوبية لإطلاق الكربون خلال ذروة الاحترار في العصر الباليوسيني-الإيوسيني: مقارنة بين النموذج والبيانات". الجيولوجيا . 36 (4): 315-318 . Bibcode : 2008Geo....36..315P . doi : 10.1130/G24474A.1 .
  7. ↑ كولين، توماس م.؛ لونجستاف، فريد ج.؛ وورتمان، أولريش ج.؛ هوانغ، لي؛ إيفانز، ديفيد س. (13 يناير 2023). "الإثراء الشاذ للكربون-13 في مينا أسنان الفقاريات في حقبة الحياة الوسطى يعكس الظروف البيئية في "عالم منقرض" وليس فسيولوجيا غذائية فريدة" . علم الأحياء القديمة . 49 (3): 563-577 . doi : 10.1017/pab.2022.43 . ISSN 0094-8373 . تم الاطلاع عليه في 17 مارس 2026 - عبر كامبريدج كور. 
  8. ↑ ريتالاك، جي جي (2001). "توسع المراعي والتبريد المناخي في العصر السينوزوي". مجلة الجيولوجيا . 109 (4): 407-426 . Bibcode : 2001JG....109..407R . doi : 10.1086/320791 . S2CID 15560105 . 
  9. ↑ أوليري، إم إتش (1988). "نظائر الكربون في عملية التمثيل الضوئي". مجلة العلوم البيولوجية . 38 (5): 328-336 . doi : 10.2307/1310735 . JSTOR 1310735 . 
  10. ↑ كانفيلد، دونالد إي.؛ نغومبي-بيمبا، لوريس؛ هامروند، إيما يو. (15 أكتوبر 2013). " ديناميكيات الأكسجين في أعقاب الأكسدة الكبرى للغلاف الجوي للأرض" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 110 (42): 16736-16741 . Bibcode : 2013PNAS..11016736C . doi : 10.1073/pnas.1315570110 . PMC 3801071. PMID 24082125 .  
  11. ↑ يواخيمسك، م.م.؛ بوجيش، و. "الانقراض الجماعي في أواخر العصر الديفوني - هل هو حدث ناتج عن اصطدام أم حدث أرضي؟" (ملف PDF) . معهد القمر والكواكب .

للمزيد من القراءة

  • ميلر، تشارلز ب.؛ باتريشيا أ. ميلر (2012) [2003]. علم المحيطات البيولوجي (الطبعة الثانية  ). أكسفورد: جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-4443-3301-5.
  • موك، دبليو جي ، وتان، إف سي (1991). نظائر الكربون المستقرة في الأنهار والمصبات. الكيمياء الحيوية للأنهار الرئيسية في العالم، 42، 245-264.