مارك هوارد ثيمنس
أبحاثه

بدأ بحث ثيمنس في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو بعد إعادة بناء مقياس الطيف الكتلي لنسبة نظائر يوري للسماح بقياس كل من نسب نظائر الأكسجين  .(18O/16O, 17O/16O)
نشر أول منشور له بصفته أستاذًا مساعدًا في مجلة سينس عن أول تأثير للنظائر المستقلة الكتلي والذي حدث في أثناء تكوين الأوزون. إذ كان بمثابة أول عرض لعملية كيميائية يمكن أن تغير نسب النظائر بطريقة مستقلة عن اختلاف الكتلة. كان الأمر الأكثر لفتًا للنظر هو أن نمطا الكتلة المستقلة والتباين 17O/16O,18O/16O يختلفان بالتساوي ويعيدان إنتاج نفس النمط الذي لوحظ في الشوائب البدائية من نيزك الليندي الكربوني الغضروفي. كان الافتراض الأولي غير صحيح وكانت هناك حاجة إلى نماذج جديدة لتشكيل النظام الشمسي المبكر وقد تطورت منذ ذلك الحين.
عينت الكثير من أبحاث ثيمنس لاستكشاف عمليات التجزئة ذات الصلة بشكل تجريبي والتي قد تصب في صالح تدوين الملاحظات، بما في ذلك تأثيرات الانحلال الضوئي السنكروتروني في الكوبالت.
كما تبين تجريبياً أن عملية تكوين الجسيمات وتحولها من الغاز إلى المواد الصلبة الأولى في السديم تنتج شذوذ الكتلة المستقلة.
أظهرت دراسات المواد النيزكية لثيمنس في نظائر الكبريت أن أحماض السلفونيك من النيازك الغضروفية قد أظهرت أن العمليات الكيميائية الضوئية تعتبر مساهماً هامًا في تركيبها الجزيئي بالإضافة إلى أنواع الكبريت الأخرى. لتفسير تأثيرات النظائر المستقلة الجماعية في أثناء التفكك الضوئي، عمل ثيمنس بالتعاون مع رافي ليفين من الجامعة العبرية لتفسير تأثيرات النظائر المستقلة الكُتَليْة في أثناء التفكك الضوئي واستكشاف الفيزياء الكيميائية الأساسية للعمليات بشكل أفضل. لقد درس الحائز على جائزة نوبل رودي ماركوس طريقة فهم أساس تأثير الأوزون على نطاق واسع وحفز نظرة أعمق في الفيزياء الكيميائية.
عمل ثيمنس وعلى نطاق واسع على فهم نظام الأرض. إذ حدد ثيمنس وتروجلر 10٪ من الانبعاثات المتزايدة لأكسيد النيتروز، وهو من الغازات الدفيئة وله تأثير إشعاعي 200 مرة ضعف ثاني أكسيد الكربون على أساس كل جزيء و 100 عام بالإضافة إلى متوسط عمر الجزيء، بمصادر غير محددة. وتبين أن تصنيع حمض الأديبيك المستخدم في إنتاج النايلون مصدر مهم عالمياً. وقد تشكلت جمعية عالمية في العام التالي لنشر ثيمنس للقضاء على جميع انبعاثات أكسيد النيتروز، مع النظر إلى تأثير مناخي بعيد المدى. كان لعمل ثيمنس في كيمياء الغلاف الجوي تأثير واسع النطاق.
تم استخدام كيمياء الغلاف الجوي لنظائر الأكسجين لتحديد تفاعلات سطح الأوزون في الغلاف الجوي على المريخ عبر نطاقات زمنية تبلغ مليار سنة كما جرى قياس سجل كربونات نظائر الأكسجين على المريخ لتعميق الرؤية في توليف الخزان.
تسمح القياسات التنظيرية لأكسجين الهباء الجوي لكربونات الغلاف الجوي الأرضي بحل كيمياء التفاعل غير المتجانسة في كلا الغلافين الجويين. تم استخدام نظائر الكبريت المستقلة الكتلية في نيازك المريخ لإظهار تفاعلات كيميائية ضوئية فوق البنفسجية لثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي السابق للمريخ.
يقود وجود كبريت المريخ إلى أحد أهم تطبيقات تأثيرات النظائر. في الغلاف الجوي الحالي للأرض، لا تسمح الحاجة إلى ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتنفيذ التفكك الضوئي لثاني أكسيد الكبريت، بالحدوث في الغلاف الجوي السفلي اليوم بسبب فحص طبقة الأوزون في الستراتوسفير للأشعة فوق البنفسجية، ولكن سوف تمر الأشعة فوق البنفسجية في جو الأكسجين المنخفض. كشف قياس نظائر الكبريت في أقدم سجل صخري أن تأثيرات نظائر الكبريت المستقلة الكبيرة والمتغيرة الكتلة تحدث في نسب 33S / 32S، 36S / 32S كما لوحظ في نيازك المريخ وفي التجارب المعملية. يستخدم عمل الكبريت على نطاق واسع لتتبع أصل وتطور الحياة.
في الوقت الحاضر، تم استخدام نظائر الكبريت الشاذة في الكبريتيات من القطب الجنوبي وجليد جرينلاند لتحديد تأثير البراكين الضخمة على طبقة الستراتوسفير.
أظهرت العينات المأخوذة من حفرة الثلج التي حفرها ثيمنس وزملاؤه أن هناك مصادر لكيمياء الكبريت يجب تضمينها في دراسات الغلاف الجوي اليوم وغلاف الأرض البدائية. أدى دمج المشع 35S مع 4 نظائر كبريت مستقرة إلى تحسين التفاصيل الميكانيكية للمساهمين في عمليات التجزئة في عصر ما قبل الكمبريوم وحتى يومنا هذا، حيث لوحظ أن هنالك شذوذ للكبريت في الغلاف الجوي في الماس وهو يتتبع بشكل فريد ديناميكيات خلط الغلاف الجوي على أطر زمنية تبلغ مليار سنة.