δ 18 O - δ18O

En géochimie , paléoclimatologie et paléoocéanographie δ 18 O ou delta-O-18 est une mesure du rapport des isotopes stables oxygène-18 ( 18 O) et oxygène-16 ( 16 O). Il est couramment utilisé comme mesure de la température des précipitations , comme mesure des interactions eaux souterraines/minéraux et comme indicateur de processus qui montrent un fractionnement isotopique , comme la méthanogenèse . En paléosciences, les données 18 O : 16 O provenant des coraux , des foraminifères et des carottes de glace sont utilisées comme approximation de la température.

La définition est, en "par mil" (‰, parties pour mille):

‰

où la norme a une composition isotopique connue, telle que Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW). Le fractionnement peut provenir de cinétique , l' équilibre , ou indépendant de masse fractionnement .

Mécanisme

Échantillons de foraminifères.

Les coquilles de foraminifères sont composées de carbonate de calcium (CaCO 3 ) et se trouvent dans de nombreux environnements géologiques courants. Le rapport de 18 O à 16 O dans la coquille est utilisé pour déterminer indirectement la température de l'eau environnante au moment de la formation de la coquille. Le rapport varie légèrement en fonction de la température de l'eau environnante, ainsi que d'autres facteurs tels que la salinité de l'eau et le volume d'eau enfermé dans les calottes glaciaires.

δ 18 Oreflète également l'évaporation locale et l'apport d'eau douce, car l'eau de pluie est enrichie en 16 O, résultat de l'évaporation préférentielle du briquet 16 O de l'eau de mer. Par conséquent, l'océan de surface contient de plus grandes proportions de 18 O autour des régions subtropicales et tropicales où il y a plus d'évaporation, et des proportions moindres de 18 O dans les latitudes moyennes où il pleut davantage.

De même, lorsque la vapeur d'eau se condense, les molécules d'eau plus lourdes contenant 18 atomes d'O ont tendance à se condenser et à précipiter en premier. Le gradient de vapeur d'eau allant des tropiques aux pôles s'appauvrit progressivement de plus en plus en 18 O. La neige qui tombe au Canada contient beaucoup moins de H 2 18 O que la pluie en Floride ; de même, la neige tombant au centre des calottes glaciaires a un plus léger δ 18 Osignature que celle à ses marges, puisque le 18 O plus lourd précipite en premier.

Les changements climatiques qui modifient les schémas mondiaux d'évaporation et de précipitation modifient donc le fond δ 18 O rapport.

Les échantillons solides (organiques et inorganiques) pour l'analyse des isotopes de l'oxygène sont généralement stockés dans des coupelles en argent et mesurés par pyrolyse et spectrométrie de masse . Les chercheurs doivent éviter un stockage inapproprié ou prolongé des échantillons pour des mesures précises.

Extrapolation de la température

Sur la base de l'hypothèse simplificatrice selon laquelle le signal peut être attribué au seul changement de température, les effets de la salinité et du changement de volume de glace étant ignorés, Epstein et al. (1953) ont estimé qu'une δ 18 Oune augmentation de 0,22‰ équivaut à un refroidissement de 1 °C (ou 1,8 °F). Plus précisément, Epstein et al. (1953) donnent une extrapolation quadratique pour la température, comme

où T est la température en °C (basée sur un ajustement des moindres carrés pour une plage de valeurs de température entre 9 °C et 29 °C, avec un écart type de ±0,6 °C, et est δ 18 O pour un échantillon de carbonate).

Paléoclimatologie

Bilan climatique reconstitué par Lisiecki et Raymo (2005)

δ 18 O peut être utilisé avec des carottes de glace pour déterminer la température à partir du moment où la glace s'est formée.

Lisiecki et Raymo (2005) ont utilisé des mesures de δ 18 O dans les foraminifères benthiques à partir de 57 carottes de sédiments d'eaux profondes réparties dans le monde, prises comme approximation de la masse mondiale totale des calottes glaciaires, pour reconstituer le climat des cinq derniers millions d'années.

L'enregistrement empilé des 57 carottes a été réglé orbitalement sur un modèle de glace entraîné orbitalement, les cycles de Milankovitch de 41 ky ( obliquité ), 26 ky ( précession ) et 100 ky ( excentricité ), qui sont tous supposés provoquer un forçage orbital de la glace globale. le volume. Au cours du dernier million d'années, il y a eu un certain nombre de maxima et de minima glaciaires très forts, espacés d'environ 100 km. Comme les variations isotopiques observées sont de forme similaire aux variations de température enregistrées au cours des 420 dernières années à la station Vostok , la figure ci-contre aligne les valeurs de δ 18 O (échelle de droite) avec les variations de température signalées à partir de la carotte de glace Vostok. (échelle de gauche), selon Petit et al. (1999).

Voir également

Les références