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Tema 7
cnicas de paleontologa
isotpica
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Ser vivo:Materia
orgnica
+
Materia mineral
(Biominerali-
zacin)
CarbonesPetrleo
Fsiles,Componentesbiognicos
ROCASORGANGENAS
Paleontologa isotpica
Paleontologa molecular
Evidencias de materiaprocedentes de seres
vivos pretritos
FSILES QUMICOS
FO
SILIZACIN
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N protones + n neutrones = Masa atmica
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Oxgeno 16O99.76 %17O0.037 %18O0.2 %
Carbono 12C98.89 %13C1.11 %14C10-10% (radioactivo)
Nitrgeno 14N15N
ABUNDANCIA RELATIVADE ISTOPOS ESTABLES RELACIN ISOTPICA:
(el menos abundante enrelacin al ms abundante)
13R = 13C/12C
18R = 18O/16O
15R = 15N/14N
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!NOTACIN DELTA(DIFERENCIA) PARA ELENRIQUECIMIENTO ISOTPICO:
Valores por mil
Valores +:la muestra tiene ms istopos pesados que el estndar.Valores -:la muestra tiene menos istopos pesados que el estndar.
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!ESTNDARDS DE REFERENCIA
CARBONO 13C/12C
OXGENO18
O/16
O
VPDB (Pee Dee Belemnite Carbonate):Carbono orgnico e inorgnico
VSMOW (Standard Mean Ocean Water):Agua, minerales, etc.
VPDB:Carbonatos
!X en SMOW= 1.03090 "!X en PDB+ 30.90
NITRGENO 15N/14N Nitrgeno atmosfrico
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Istopos del Carbonoy Oxgenoen conchas deforaminferos!
!los mulos de carga de la paleoceanografa
C: productividad, ciclo del carbono
O: temperatura, volumen de hielo
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Precipitacin
Deshielo
Evaporacin
Istopos del oxgeno
Enriquecido 18O
Relacin empobrecida Msempobrecida
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Fraccionamiento de Rayleigh
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LeGrande y Schmidt, 2006
Composicin isotpica del O en aguas superficiales marinas
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Precipitacin
Deshielo
Evaporacin
Istopos del oxgeno
+Enriquecido 18O
+ Empobrecida + Msempobrecida
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La composicin isotpica del oxgenoen el carbonato
clcico marino ("c)(ej., en foraminferos) depende de:
1.-La composicin isotpica del agua marina ("w
), quedepende del tamao de los casquetes polares.
2.-De la temperatura:
tC = 16.9 - 4.38 ("c
-
"w
) + 0.1 ("c
-
"w
)2
"c Valores mayores cuanto:!ms fro!mayores casquetes polares
Istopos del oxgeno
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A bajas temperaturas, elvapor en equilibrio con el
agua (y lluvia) tiene menos18O que la fase lquida.
!18O vapor
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Relacin !18O - Salinidad en la superficie de los ocanos
(Insignificante en medios profundos)
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Composicin isotpica de las conchas de foraminferos
Construyen sus conchas en equilibrio con las aguas donde habitan
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Factores que influyen en la composicin isotpica de lasconchas de foraminferos
A menor temperatura, mayorincorporacin de 18O,
independientemente de la
relacin isotpica del agua
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PRECAUCIONESen el empleo de carbonatospara estimar paleotemperaturas:
"
Se necesitan estimaciones independientes del "w"Posible efecto vital entre especies .
"Efectos ambientalesdentro de una especie.
"Efectos ontognicos- tamao de fraccin.
"
Posible contaminacinpor sedimento o pordiagnesis.
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La composicin isotpica del carbono en organismos
calcificadores marinos refleja la composicin isotpica del
Carbono Inorgnico Disueltototal (CID) en:"
la superficie(sedimento y foraminferos planctnicos)" el fondo(foraminferos bentnicos) de los ocanos.
Istopos del carbono
**Depende de cunto carbono est almacenado/
es liberadoglobalmente de las reservas demateria orgnica.
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**El principal proceso de fraccionamiento del ciclo delcarbono es la fotosntesis.
La materia orgnica es isotpicamente muy ligera (-25)
Istopos del carbono
Valores por mil
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El " 3C en superficiedepende del fracci.:*biolgico*fisiolgico (t)
El " 3C en aguas profundas depende de:*remineralizacin (oxidacin)de materia orgnica en la columna de agua- [nutrientes]
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El ciclo del carbono
Cambios en lasentradas/salidas de larelacinmateria orgnica/carbonato
Cambios en " 3C del carbono disueltoen el sistema ocano/atmsfera = en
conchas carbonatadas
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El ciclo del carbono
Almacenamiento de istopos ligeros del Cen materia orgnica " 3C influenciado por:
Enterramiento de Corg
ProductividadDescenso del nivel del mar, erosin
- " 3C + " 3C
Ms erosin
Descenso nivel del mar
Gases invernadero
Ms Corg
enterrado
(alta productividad o
alto nivel del mar)
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APLICACIONES:
"Cambios en " 3C del DIC en aguas profundas.
"Correlacin estratigrfica.
"Identificar intervalos de entradas masivas de carbono.
empobrecido en 3C en el sistema ocano-atmsfera."Circulacin ocenica (edad de las aguas profundas).
"Fuerza de la bomba biolgica a travs del tiempo.
"Temperatura
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PRECAUCIONESen el estudio de " 3Cy " 8Oen carbonatos:
"
Efecto vital
entre especies ."Efectos ambientalesdentro de una especie.
"Efectos ontognicos- tamao de fraccin.
"Efectos de la diagnesis.
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Efecto vital
curvas isotpicas paralelas
Factores de correccin
-Cibicidoides: 0.64 por mil-Nuttallides: 0.4 por mil
Katz, M. et al. (2003)
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Schmield et al., 2004.
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Efectos ecolgicos - foraminferos bentnicos
Schmield et al., 2004
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Las lneas verticales rojas indican el 18O ms negativo para cada asociacin, y la t superficial inferida.Los cuadrados indican el hbitat: rojo, mixed-layer symbiotic; verde, encrusted mixed-layer symbiotic; marrn,hbitat intermedio; azul, termoclina; amarillo, sub- termoclina; negro, hbitat planctnico?; morado, bentnico.
Pearson et al., 2001
Nature, v. 413.
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Las lneas verticales rojas indican el 18O ms negativo para cada asociacin, y la t superficial inferida.Los cuadrados indican el hbitat: rojo, mixed-layer symbiotic; verde, encrusted mixed-layer symbiotic;marrn, hbitat intermedio; azul, termoclina; amarillo, sub- termoclina; negro, hbitat planctnico?; morado,
bentnico.
Pearson et al., 2001,
Nature, v. 413.
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Efectos ontogenticos dentro de una misma especie
La seal isotpica de los foraminferos planctnicosvara a lo largo de su vida porque se mueven
verticalmente
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Pearson et al., 2001, Nature
Efectos de laconservacin y
diagnesis
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Pearson et al., 2001. Nature, 413. Las lneas unen especies que son comunes en ambas localidades.
45 M.a.
Temperatura (C)
Angola
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Zachos et al. 2001, Science
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Elementos traza: magnesio, estroncio, cadmio y boro
En la precipitacin de la calcita que forma las conchas, algunos iones de
Mg, Sr, Cd o B, sustituyen a los iones de Ca, dependiendo de diversos
factores relacionados con el clima.
Magnesio: Cuanto mayor sea la temperaturadel agua, ms cantidad demagnesio precipita en las conchas.
Estroncio: 87Sr/86Sr relacionado con el drenaje de las corrientes fluviales(por erosin de rocas silicatadas con mayor 87Sr/86Sr, que en pocas de
fuerte erosin y escorrenta modifican la relacin en el agua ocenica).
Cadmio: La cantidad de cadmio disuelta en el agua es similar a la de losnutrientes esenciales, indicando el mayor o menor recorrido de las aguas
profundas, y dando claves sobre la circulacin general termohalina.
Boro: El estudio isotpico da una idea de la evolucin del CO2ocenico yatmosfrico. La composicin isotpica del B depende del pH, y ste del
CO2disuelto en el agua y CO2atmosfrico.
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Estudios isotpicos en mamferos fsiles
Inferencias ecofisiolgicasInferencias paleoambientales
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dentina
esmalte
Inferencias ecofisiolgicas y paleoambientales:
Colgenoseo e hidroxiapatitodel hueso: dieta de ltimos aos de vida.
Esmalte dentario: informacin ms limitada, preferencias alimenticias
durante formacin del diente.
Alteracin:
El colgeno fsil se encuentra frecuentemente alterado.
Al ser el esmaltemucho menos poroso que el hueso y la dentina, resulta
menos susceptible a diagensis.
El hueso compactoes menos sensible a la contaminacin diagentica que
el esponjoso.
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!18Ohidroxiapatito
Fuentes de oxgeno para los mamferos
agua
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18Ohidroxiapatitoagua
Contenido hdrico de lashojas enriquecido en H2
18O
( e v a p o t r a n s p i r a c i npreferente de H2
16O)18O
hidroxiapatito
Comedores mixtos y pacedores(agua a partir de la vegetacin)
>>
Herbvoros que precisanabrevar ms
>>
Protenas msempobrecidas en !18O
que carbohidratos
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13Chidroxiapatito
plantas
C3
plantas C4
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Cambio C3/C4Expansin de praderasy sabanas hace 8-6 Ma
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Cambio C3/C4Expansin de praderasy sabanas hace 8-6 Ma
pastadores
ramoneadores
pastadores
ramoneadores
Cerling et al. 1997,Nature389:153-158
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15Ncolgeno
Sntesis del N en el suelo
Dieta:aumento de 3,4!15
Ncolgenopor cada nivel trfico sobre el herbvoro
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Elementos traza
Estroncio
Diferencias segn tipo
de plantas o partes de
las mismas
Ramoneadores de hojasPacedores de hierba
Sr:Ca de consumidores primarios y secundarios
Zinc
+
Dependen de lageoqumica del suelo