Δ13C

En geoquímica, paleoclimatología y paleo-oceanografía δ13C (pronunciado "delta c trece") es una firma isotópica, una medida de la proporción de isótopos estables ¹³C: ¹²C, informada en partes por mil (por mil, ‰).^[1]​ La medida también se usa ampliamente en arqueología para la reconstrucción de dietas pasadas, particularmente para ver si se consumieron alimentos marinos o ciertos tipos de plantas.^[2]​

La definición es, en por mil:

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\mathrm {sample} }}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\mathrm {standard} }}}-1\right)\times 1000}$ ‰

donde el estándar es un material de referencia establecido.

δ¹³C varía en el tiempo en función de la productividad, la firma de la fuente inorgánica, el entierro de carbono orgánico y el tipo de vegetación. Los procesos biológicos ocupan preferentemente el isótopo de menor masa mediante fraccionamiento cinético. Sin embargo, algunos procesos abióticos hacen lo mismo, el metano de los respiraderos hidrotermales puede agotarse hasta en un 50%.^[3]​

El estándar establecido para el trabajo de carbono 13 fue la Beelemita Pee Dee (PDB) y se basó en un fósil marino cretáceo, Belemnitella americana, que provenía de la Formación Peedee en Carolina del Sur. Este material tenía una relación ¹³C:¹²C anómalamente alta (0.01118), y se estableció como un valor δ¹³C de cero. Dado que el espécimen PDB original ya no está disponible, su relación ¹³C:¹²C se calcula actualmente a partir de un estándar de carbonato ampliamente medido NBS-19, que tiene un valor δ¹³C de +1.95 ‰.^[4]​ La relación ¹³C:¹²C de NBS-19 es ${\displaystyle 0.011078/0.988922=0.011202}$^[5]​ Por lo tanto, la relación ¹³C:¹²C correcta de PDB derivada de NBS-19 debe ser ${\displaystyle 0.011202/(1.95/1000+1)=0.011202/1.00195=0.01118}$. Tenga en cuenta que existe una relación PDB ¹³C:¹²C ampliamente utilizada pero incorrecta de 0.0112372, que es el resultado de un error de signo en la interconversión entre estándares. El uso del estándar PDB le da a la mayoría del material natural un δ¹³C negativo.^[6]​ Un material con una relación de 0.010743, por ejemplo, tendría un valor δ¹³C de –39 ‰ de ${\displaystyle (0.010743\div 0.01118-1)\times 1000}$. Los estándares se utilizan para verificar la precisión de la espectroscopía de masas; a medida que los estudios de isótopos se hicieron más comunes, la demanda del estándar agotó la oferta. Otros estándares calibrados con la misma relación, incluido uno conocido como VPDB (para "PDB de Viena"), han reemplazado al original.^[7]​ La relación ¹³C:¹²C para VPDB, que el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) define como valor δ¹³C de cero es 0.01123720.^[8]​

El metano tiene una firma δ¹³C muy ligera: metano biogénico de −60 ‰, metano termogénico −40 ‰. La liberación de grandes cantidades de clatrato de metano puede afectar los valores globales de δ¹³C, como en el máximo térmico paleoceno-eoceno.^[9]​

Más comúnmente, la relación se ve afectada por las variaciones en la productividad primaria y el entierro orgánico. Los organismos toman preferentemente el ¹²C ligero y tienen una firma δ¹³C de aproximadamente −25 ‰, dependiendo de su vía metabólica. Por lo tanto, un aumento en δ¹³C en fósiles marinos es indicativo de un aumento en la abundancia de vegetación.

Un aumento en la productividad primaria causa un aumento correspondiente en los valores de δ¹³C a medida que más ¹²C está encerrado en las plantas. Esta señal también es función de la cantidad de entierro de carbono; Cuando el carbono orgánico está enterrado, más ¹²C queda bloqueado del sistema en sedimentos que la relación de fondo.

Las plantas C₃ y C₄ tienen diferentes firmas, lo que permite detectar la abundancia de gramíneas C₄ a través del tiempo en el registro δ¹³C.^[10]​ Mientras que las plantas C₄ tienen un δ¹³C de −16 a −10 ‰, las plantas C₃ tienen un δ¹³C de −33 a −24 ‰.^[11]​

Las extinciones en masa a menudo están marcadas por una anomalía negativa δ¹³C que se cree que representa una disminución en la productividad primaria y la liberación de carbono a base de plantas.

La evolución de las grandes plantas terrestres en el Devónico tardío condujo a un mayor entierro de carbono orgánico y, en consecuencia, a un aumento de δ¹³C.^[12]​