# Δ13C

δ$^{13}$C (prononcé « delta treize C » ou plus souvent « delta C treize ») est une notation commode du rapport $^{13}$C/$^{12}$C des nombres d'atomes de carbone 13 et de carbone 12 dans un échantillon. δ$^{13}$C est très utilisé en géochimie, en paléoclimatologie et en paléocéanographie$^,$.

## Définition

δ$^{13}$C est la variation relative du rapport $^{13}$C/$^{12}$C entre une référence (un standard) et l'échantillon considéré, exprimée généralement en millièmes :
    δ$^{13}$C = $1\,000\left[{\frac {\left(^{13}\!\mathrm {C} /^{12}\!\mathrm {C} \right)_{\text{échantillon}}}{\left(^{13}\!\mathrm {C} /^{12}\!\mathrm {C} \right)_{\text{référence}}}}-1\right]$
Remarque : une expression telle que δ$^{13}$C = −25 est conforme à la définition ci-dessus, mais on trouve aussi écrit δ$^{13}$C = −25 ‰. Les deux expressions sont en pratique équivalentes (vu la faible amplitude des variations observées, une erreur d'ordre de grandeur d'un facteur 1 000 est tout à fait improbable), mais en toute rigueur la seconde signifie que δ$^{13}$C a été défini sans le facteur 1 000 (car −25 ‰ = −0,025).
La référence classique est la Pee Dee Belemnite (PDB), la coquille d'une belemnite fossile du Crétacé, provenant de la formation de Peedee en Caroline du Sud. En fait cet échantillon présente un rapport $^{13}$C/$^{12}$C anormalement élevé (0,0112372), si bien que la plupart des matériaux naturels ont un δ$^{13}$C négatif. Un échantillon de rapport $^{13}$C/$^{12}$C = 0,010743 aura ainsi un δ$^{13}$C de (0.010743/0.0112372 − 1)*1000 = −44. D'autres références, notamment la Vienna PDB (VPDB), ont aujourd'hui remplacé l'originale. Les références sont également utilisées pour vérifier la justesse des spectromètres de masse.

## Causes des variations de δ$^{13}$C

δ$^{13}$C évolue dans le temps comme une fonction de la productivité primaire, de l'enfouissement du carbone et du type de végétation. Les processus biologiques absorbent préférentiellement l'isotope le plus léger au travers du processus de fractionnement cinétique. Certains processus abiotiques fonctionnent de la même manière, ainsi le méthane provenant des évents hydrothermaux.
Le méthane a une valeur très basse en ce qui concerne δ$^{13}$C : méthane d'origine biologique −60 ‰, méthane d'origine thermique −40 ‰. L'émission de grandes quantités d'hydrate de méthane est susceptible d'influencer le δ$^{13}$C, comme à l'occasion du maximum thermique du passage Paléocène-Éocène.
Plus communément, le ratio est influencé par les variations de la productivité primaire et de l'enfouissement des matières organiques. Les organismes captent préférentiellement le carbone $^{12}$C, plus léger, et présentent un δ$^{13}$C de −25‰, dépendant cependant de leur voie métabolique. Par conséquent, une élévation du δ$^{13}$C dans les fossiles marins indique une augmentation de la quantité de végétation. Les plantes utilisant la voie métabolique de fixation du carbone en C$_3$ et celles utilisant la voie C$_4$ ont des signatures différentes, permettant de détecter l'abondance des plantes C$_4$ au travers du temps grâce aux valeurs du δ$^{13}$C. Alors que les plantes C$_4$ ont une valeur de δ$^{13}$C comprise entre -16 et -10 ‰, les plantes C$_3$ ont un indice variant entre -33 et -24 ‰.
Une augmentation de la productivité primaire entraîne une croissance proportionnelle du δ$^{13}$C, car les plantes captent plus de $^{12}$C.
Les extinctions massives sont souvent corrélées avec une anomalie négative du δ$^{13}$C, liée à une diminution de la productivité primaire et de la libération de carbone d'origine végétale.
L'évolution des grandes plantes terrestres durant le Dévonien tardif a conduit à une augmentation de l'enfouissement de carbone organique et par conséquent à une augmentation du δ$^{13}$C.