# Δ13C

En geoquímica, paleoclimatologia i paleoceanografia, δ$^{13}$C (pronunciat «delta C tretze») o delta-C-13, és un isòtop traçador, una mesura de la proporció dels dos isòtops estables del carboni ($^{13}$C i $^{12}$C) en parts per mil (‰). La mesura també s'utilitza àmpliament en arqueologia per a la reconstrucció de dietes passades, especialment per veure si es consumien aliments marins o certs tipus de plantes.
La definició és (en per mil):
    $\delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\mathrm {mostra} }}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\mathrm {estandard} }}}-1\right)\times 1000$
on l'estàndard és un material de referència establert.
δ$^{13}$C varia en el temps en funció de la productivitat, la signatura de la font inorgànica, l'enterrament del carboni orgànic i el tipus de vegetació. Els processos biològics prenen preferentment l'isòtop de menor massa mitjançant el fraccionament cinètic. Tanmateix, alguns processos abiòtics fan el mateix. Per exemple, el metà de les fumaroles hidrotermals es pot esgotar fins a un 50%.

## Referència estàndard

L'estàndard establert per al treball del carboni 13 va ser el Pee Dee Belemnite (PDB) i es basava en un fòssil marí del Cretaci, Belemnitella americana, que era de la Formació Peedee a Carolina del Sud (Estats Units d'Amèrica). Aquest material tenia una relació $^{13}$C:$^{12}$C anormalment alta ($0,0112372$) i es va establir com un valor δ$^{13}$C de zero. Com que l'espècimen PDB original ja no està disponible, la seva relació $^{13}$C:$^{12}$C es pot calcular a partir d'un estàndard de carbonat NBS-19 àmpliament mesurat, que té un valor δ$^{13}$C de +1,95 ‰.
La relació $^{13}$C:$^{12}$C de NBS-19 es va informar que valia $0,011078/0,988922=0,011202$. Per tant, es podria calcular la relació $^{13}$C:$^{12}$C de PDB derivada de NBS-19 com $0,011202/(1,95/1000+1)=0,011202/1,00195=0,01118$.
S'ha de tenir en compte que aquest valor difereix de la relació PDB $^{13}$C:$^{12}$C àmpliament utilitzada de $0,0112372$ que s'utilitza en la investigació forense d'isòtops i els científics ambientals.
L'ús de l'estàndard PDB dona a la majoria dels materials naturals un δ$^{13}$C negatiu. Un material amb una proporció de $0,010743$, per exemple, tindria un valor δ$^{13}$C de -44‰ de $(0,010743\div 0,01124-1)\times 1000$.
Els estàndards s'utilitzen per verificar la precisió de l'espectroscòpia de masses; a mesura que es feien més habituals els estudis d'isòtops, la demanda de l'estàndard va esgotar l'oferta. Altres estàndards calibrats a la mateixa proporció, inclòs un conegut com VPDB (per a «Vienna PDB»), han substituït l'original.
La relació $^{13}$C:$^{12}$C per a VPDB, que l'Agència Internacional d'Energia Atòmica (OIEA) defineix com a valor δ$^{13}$C de zero és $0,01123720$.

## Causes de la variació de δ$^{13}$C

El metà (CH$_4$) té una signatura δ$^{13}$C molt lleugera: metà biogènic de −60‰, metà termogènic −40‰. L'alliberament de grans quantitats de clatrat de metà (8CH$_4$·46H₂O) pot afectar els valors globals de δ$^{13}$C, com al màxim tèrmic del Paleocè-Eocè.
Més comunament, la proporció es veu afectada per les variacions en la producció primària i l'enterrament orgànic. Els organismes prenen preferentment el $^{12}$C lleuger i tenen una signatura δ13C d'uns -25‰, depenent de la seva ruta metabòlica. Per tant, un augment de δ$^{13}$C en fòssils marins és indicatiu d'un augment de l'abundància de vegetació.
Un augment de la producció primària provoca un augment corresponent en els valors de δ$^{13}$C a mesura que s'emmagatzema més $^{12}$C a les plantes. Aquest senyal també és una funció de la quantitat d'enterrament de carboni; quan el carboni orgànic està enterrat, queda més $^{12}$C fora del sistema als sediments que la relació de fons perquè el carboni orgànic és més lleuger.

## Importància geològica de les excursions de δ$^{13}$C

Les plantes C3 i C4 tenen diferents signatures, cosa que permet detectar l'abundància d'herbes C4 a través del temps al registre δ$^{13}$C. Mentre que les plantes C4 tenen un δ13C de -16 a -10‰, les plantes C3 tenen un δ13C de -33 a -24‰.
Les extincions massives sovint estan marcades per una anomalia negativa de δ$^{13}$C que es creu que representa una disminució de la producció primària i l'alliberament de carboni vegetal. Per contra, les excursions positives de δ$^{13}$C s'interpreten com el resultat de l'augment de la fixació del carboni per part dels productors primaris i l'enterrament posterior d'aquest carboni orgànic a les roques sedimentàries, cosa que significa la proliferació de la vida.
L'evolució de les grans plantes terrestres a finals del Devonià va provocar un augment de l'enterrament de carboni orgànic i, en conseqüència, un augment de δ$^{13}$C.

## Principals esdeveniments d'excursions de δ$^{13}$C

* Esdeveniment de Lomagundi-Jatuli (2.300–2.080 Ma) Paleoproterozoic - Excursió positiva
* Esdeveniment de Shunga-Francevillian (2.080 Ma) Paleoproterozoic - Excursió negativa
* Excursió de Shuram-Wonoka (570–551 Ma) Neoproterozoic - Excursió negativa
* Excursió d'isòtops de carboni positiva de Steptoean (494,6-492 Ma) Paleozoic - Excursió positiva
* Esdeveniment Cenomià-Turonià (93,9 Ma) Mesozoic - Excursió positiva
* Màxim tèrmic del Paleocè-Eocè (55,5 Ma) Cenozoic - Excursió negativa

## Referències

* ↑ Libes, 1992.
* ↑ Schwarcz i Schoeninger, 1991, p. 283-321.
* ↑ McDermott et al., 2015, p. 7668-7672.
* ↑ Craig, 1957, p. 133-149.
* ↑ Brand et al., Prohaska, p. 425-467.
* ↑ Meija et al., De Bièvre, p. 293-306.
* ↑ Meier-Augenstein, 2017.
* ↑ Michener i Lajtha, 2007.
* ↑ «Overview of Stable Isotope Research» (en anglès). The Stable Isotope/Soil Biology Laboratory of the University of Georgia Institute of Ecology. Arxivat de l'original el 2011-11-01. [Consulta: 5 agost 2023].
* ↑ Miller i Wheeler, 2012, p. 186.
* ↑ «Reference and intercomparison materials for stable isotopes of light elements» ( PDF) (en anglès). International Atomic Energy Agency (IAEA), 1995.
* ↑ Panchuk, Ridgwell i Kump, 2008, p. 315-318.
* ↑ Retallack i 2001, 407-426.
* ↑ O'Leary, 1988, p. 328-336.
* ↑ Canfield, Ngombi-Pemba i Hammarlund, 2013, p. 16736-16741.
* ↑ Joachimsk, M. M.; Buggisch, W. «The late Devonian Mass Extinction - Impact or Earth-bound event?» ( PDF) (en anglès). Lunar and Planetary Institute.

## Bibliografia

* Brand, Willi A.; Coplen, Tyler B.; Vogl, Jochen; Rosner, Martin; Prohaska, Thomas «Assessment of international reference materials for isotope-ratio analysis (IUPAC Technical Report)» (en anglès). Pure and Applied Chemistry, 86(3), març 2014. DOI: 10.1515/pac-2013-1023. ISSN: 1365-3075.
* Canfield, Donald E.; Ngombi-Pemba, Lauriss; Hammarlund, Emma U. «Oxygen dynamics in the aftermath of the Great Oxidation of Earth's atmosphere» (en anglès). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(42), octubre 2013. Bibcode: 2013PNAS..11016736C. DOI: 10.1073/pnas.1315570110. PMC: 3801071. PMID: 24082125.
* Craig, Harmon «Isotopic standards for carbon and oxygen and correction factors for mass-spectrometric analysis of carbon dioxide» (en anglès). Geochimica et Cosmochimica Acta, 12(1), gener 1957. Bibcode: 1957GeCoA..12..133C. DOI: 10.1016/0016-7037(57)90024-8. ISSN: 0016-7037.
* Libes, Susan M. Introduction to Marine Biogeochemistry (en anglès). Nova York: Wiley, 1992.
* McDermott, J. M.; Seewald, J. S.; German, C. R.; Sylva, S. P. «Pathways for abiotic organic synthesis at submarine hydrothermal fields» ( PDF) (en anglès). Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(25), 2015..
* Meier-Augenstein, Wolfram. Stable isotope forensics: methods and forensic applications of stable isotope analysis (en anglès), setembre 2017. ISBN 978-1-119-08022-0. OCLC 975998493.
* Meija, Juris; Coplen, Tyler B.; Berglund, Michael; Brand, Willi A.; De Bièvre, Paul «Isotopic compositions of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)» (en anglès). Pure and Applied Chemistry, 88(3), gener 2016. DOI: 10.1515/pac-2015-0503. ISSN: 1365-3075.
* Michener, Robert; Lajtha, Kate. Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science (en anglès). Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd, 2007. DOI 10.1002/9780470691854. ISBN 978-0-470-69185-4.
* Miller, Charles B.; Wheeler, Patricia A. Biological Oceanography (en anglès). Oxford: John Wiley & Sons, 2012. ISBN 978-1-4443-3301-5.
* Mook, W. G.; Tan, F. C. «Stable carbon isotopes in rivers and estuaries» (en anglès). Biogeochemistry of major world rivers, 42, 1991, pàg. 245-264.
* O'Leary, M. H. «Carbon Isotopes in Photosynthesis» (en anglès). BioScience, 38(5), 1988. DOI: 10.2307/1310735. JSTOR: 1310735.
* Panchuk, K.; Ridgwell, A.; Kump, L. R. «Sedimentary response to Paleocene-Eocene Thermal Maximum carbon release: A model-data comparison» (en anglès). Geology, 36(4), 2008. Bibcode: 2008Geo....36..315P. DOI: 10.1130/G24474A.1.
* Retallack, G. J. «Cenozoic Expansion of Grasslands and Climatic Cooling» (en anglès). The Journal of Geology, 109(4), 2001. Bibcode: 2001JG....109..407R. DOI: 10.1086/320791.
* Schwarcz, Henry P.; Schoeninger, Margaret J. «Stable isotope analyses in human nutritional ecology» (en anglès). American Journal of Physical Anthropology, 34(S13), 1991. DOI: 10.1002/ajpa.1330340613.

## Vegeu també

* Anàlisi isotòpica
* Geoquímica d'isòtops
* Isòtops del carboni