Los ciclos de la relación isotópica del oxígeno son variaciones cíclicas en la relación entre la abundancia de oxígeno con una masa atómica de 18 y la abundancia de oxígeno con una masa atómica de 16 presente en algunas sustancias, como el hielo polar o la calcita en muestras de núcleos oceánicos , medidas con el fraccionamiento isotópico . La relación está vinculada a la temperatura oceánica antigua , que a su vez refleja el clima antiguo. Los ciclos en la relación reflejan los cambios climáticos en la historia geológica de la Tierra .
El oxígeno ( símbolo químico O) tiene tres isótopos naturales : 16 O, 17 O y 18 O , donde 16, 17 y 18 se refieren a la masa atómica. El más abundante es el 16 O, con un pequeño porcentaje de 18 O y un porcentaje aún menor de 17 O. El análisis de isótopos de oxígeno considera solo la proporción de 18 O a 16 O presente en una muestra.
La relación calculada de las masas de cada uno de los presentes en la muestra se compara luego con un estándar, que puede brindar información sobre la temperatura a la que se formó la muestra (consulte Proxy (clima) para obtener más detalles).
El 18 O es dos neutrones más pesado que el 16 O y hace que la molécula de agua en la que se encuentra sea más pesada en esa misma cantidad. La masa adicional cambia los enlaces de hidrógeno, de modo que se requiere más energía para vaporizar H 2 18 O que H 2 16 O, y el H 2 18 O libera más energía cuando se condensa . Además, el H 2 16 O tiende a difundirse más rápidamente.
Debido a que el H 2 16 O requiere menos energía para vaporizarse y es más probable que se difunda a la fase líquida, el primer vapor de agua formado durante la evaporación del agua líquida se enriquece en H 2 16 O, y el líquido residual se enriquece en H 2 18 O. Cuando el vapor de agua se condensa en líquido, el H 2 18 O entra preferentemente en el líquido, mientras que el H 2 16 O se concentra en el vapor restante.
A medida que una masa de aire se desplaza de una región cálida a una región fría, el vapor de agua se condensa y se elimina en forma de precipitación. La precipitación elimina H218O , dejando progresivamente más vapor de agua rico en H216O . Este proceso de destilación hace que la precipitación tenga una menor concentración de 18O / 16O a medida que la temperatura disminuye. Otros factores pueden afectar la eficiencia de la destilación, como la precipitación directa de cristales de hielo, en lugar de agua líquida, a bajas temperaturas.
Debido a la intensa precipitación que ocurre durante los huracanes, el H 2 18 O se agota en relación con el H 2 16 O, lo que da como resultado proporciones 18 O/ 16 O relativamente bajas . La posterior absorción de la lluvia de los huracanes en los árboles crea un registro del paso de los huracanes que se puede utilizar para crear un registro histórico en ausencia de registros humanos. [1]
En los laboratorios, la temperatura , la humedad , la ventilación , etc. afectan la precisión de las mediciones de isótopos de oxígeno. [2] Las muestras sólidas (orgánicas e inorgánicas) para las mediciones de isótopos de oxígeno generalmente se almacenan en recipientes de plata y se miden con pirólisis y espectrometría de masas . Los investigadores deben evitar el almacenamiento inadecuado o prolongado de las muestras para obtener mediciones precisas. [2]
La relación 18 O/ 16 O proporciona un registro de la temperatura del agua antigua. El agua de 10 a 15 °C (18 a 27 °F ) más fría que la actual representa una glaciación . A medida que las temperaturas más frías se extienden hacia el ecuador, el vapor de agua rico en 18 O llueve preferentemente en latitudes más bajas. El vapor de agua restante que se condensa en latitudes más altas es posteriormente rico en 16 O. [3] La precipitación y, por lo tanto, el hielo glacial contienen agua con un bajo contenido de 18 O. Dado que grandes cantidades de agua 16 O se almacenan como hielo glacial, el contenido de 18 O del agua oceánica es alto. El agua hasta 5 °C (9 °F) más cálida que la actual representa un interglaciar, cuando el contenido de 18 O del agua oceánica es menor. Un gráfico de la temperatura del agua antigua a lo largo del tiempo indica que el clima ha variado cíclicamente, con grandes ciclos y armónicos , o ciclos más pequeños, superpuestos a los grandes. Esta técnica ha sido especialmente valiosa para identificar máximos y mínimos glaciares en el Pleistoceno .
La caliza se forma a partir de las conchas de calcita de los microorganismos. La calcita, o carbonato de calcio , de fórmula química CaCO3 , se forma a partir de agua , H2O , y dióxido de carbono , CO2 , disueltos en el agua. El dióxido de carbono proporciona dos de los átomos de oxígeno de la calcita. El calcio debe robar el tercero al agua. Por lo tanto, la proporción de isótopos en la calcita es la misma, después de la compensación, que la proporción en el agua de la que los microorganismos de una capa dada extrajeron el material de la concha. Una mayor abundancia de 18 O en la calcita es indicativa de temperaturas de agua más frías, ya que los isótopos más ligeros se almacenan todos en el hielo glacial. El microorganismo al que se hace referencia con más frecuencia para identificar las etapas isotópicas marinas es el foraminífero . [4]
La evolución dinámica de la oxigenación de la Tierra está registrada en sedimentos antiguos de la República de Gabón de hace entre 2150 y 2080 millones de años. Estas fluctuaciones en la oxigenación probablemente se debieron a la excursión isotópica del carbono de Lomagundi. [5]