δ18O

En geoquímica, paleoclimatología i paleoceanografía, δ¹⁸O o delta-O-18 és la mida de la proporció d'isòtops estables d'oxigen-18 (¹⁸O) i oxigen-16 (¹⁶O) en una mostra. S'usa comunament per a la medició de la temperatura de precipitació, com una mida de les interaccions aigua subterrànea i mineral, i com un indicador de processos que mostren fraccionament isotòpic, com la metanogénesis. En les paleociencias, les senyes de ¹⁸O:¹⁶O de corals, foraminíferos i núcleus de gèl s'utilisen com proxy de la temperatura.

La definició és, en «per mil» (‰, parts per mil):

$\delta {\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{18}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}18}\mathrm{O}=(\frac{{\left(\frac{{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{18}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}18}\mathrm{O}}{{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{16}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}16}\mathrm{O}}\right)}_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}}}{{\left(\frac{{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{18}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}18}\mathrm{O}}{{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{16}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}16}\mathrm{O}}\right)}_{\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{d}\mathrm{a}\mathrm{r}}}-1)\times 1000$ ‰

a on l'estàndart té una composició isotòpica coneguda, com la mija estàndar d'aigua oceànica de Viena (VSMOW en anglés). El fraccionament pot sorgir de la cinètica, equilibri, o com fraccionament independent de la massa pel fraccionament d'isòtops.

Mecanisme

Mostres de foraminíferos.

Les closques dels foraminíferos estan compostes de carbonat de calcio (CaCO₃) i es troben en molts entorns geològics comuns. La proporció de ¹⁸O a ¹⁶O en estes closques s'utilisa per a determinar indirectament la temperatura de l'aigua circumdant en el moment en que es va formar la closca. La proporció varia llaugerament depenent de la temperatura de l'aigua circumdant, aixina com d'atres factors com la salinitat de l'aigua i el volum d'aigua tancat en les capes de gèl.

δ¹⁸O també denota l'evaporament local i l'entrada d'aigua dolça, ya que l'aigua de pluja està enriquida en ¹⁶O, com a resultat de l'evaporament preferencial de el ¹⁶O de l'aigua de mar, degut a que és més llauger. En conseqüència, la superfície de l'oceà conté majors proporcions de ¹⁸O al voltant dels subtrópicos i tròpics a on hi ha més evaporament, i menors proporcions de ¹⁸O en les latitut miges a on plou més.

De la mateixa manera, quan el vapor d'aigua es condensa, les molècules d'aigua més pesades que contenen àtoms de ¹⁸O tendixen a condensarse i precipiten primer. El gradient de vapor d'aigua que s'origina en els tròpics i alvança cap als pols, gradualment es torna més empobrit de ¹⁸O. La neu caiguda en Canadà té molt manco H₂¹⁸O que la pluja en Florida; de manera similar, la neu que cau en el centre de les capes de gèl té una firma de δ¹⁸O més clara que la dels seus màrgens, ya que primer precipita ¹⁸O, que és més pesat.

Els canvis en el clima que alteren els patrons globals de l'evaporament i la precipitació poden canviar la proporció δ¹⁸O.

Mostres sòlides (orgàniques i inorgàniques) per a anàlisis d'isòtops d'oxigen són almagasenats generalment en recipients d'argent per a ser quantificats per mig de pirólisis i espectrometria de massa. Els investigadors deuen evitar l'inadequat o prolongat almagasenament de les mostres per a aixina obtindre medicions precises.

Extrapolació de la temperatura

Basat en la simplificació de la suposició de que la senyal pot ser atribuïda únicament al canvi de temperatura, i ignorant els efectes de la salinitat i la variació del volum del gèl, Epstein et al. (1953) varen estimar que un aument de δ¹⁸O en un 0.22 ‰ és equivalent a la disminució en la temperatura de 1 °C (o 1,8 °F). Més precisament, Epstein et al. (1953) otorguen un extrapolació quadràtic de la temperatura, expressada com:

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

a on T és la temperatura en °C (basada en l'ajust dels mínims quadrats per a un ranc de valors de temperatura entre 9 °C i 29 °C, en una desviació estàndar de ±0.6 °C), i δ és δ¹⁸O procedent des de la mostra de carbonat de calcio.