Nisäkäshampaiden stabiiliisotooppikoostumukset

Transkriptio

1 Nisäkäshampaiden stabiiliisotooppikoostumukset muinaisten ilmastojen tutkimuksessa - johdanto stabiili-isotooppipaleoklimatologiaan Laboratory of Chronology/Finnish Museum of Natural History/ Laura Arppe

2 Isotooppigeokemialliset menetelmät muinaisten ympäristönmuutosten tutkimuksessa (Väisälän rahasto) Geologian laitos, HY Prof. Juha Karhu SA-projekti: Holocene saline water inflow changes into the Baltic Sea ecosystem responses and future scenarios Geotieteiden ja maantiet. Laitos Prof. Juha Karhu FT, Geologia Dec 2009 Isotopic records of terrestrial ice age environments in mammoth bioapatite SA-projekti: Kinnvika - Change and variability of Arctic systems in Nordaustlandet, Svalbard Late Miocene-Pliocene paleoenvironments in China: The small mammal δ 18 O and δ 13 C record Johns Hopkins University Prof. Ben Passey Oct 2011 SA-projekti: Plant physiology as palaeoenvironmental proxy - Amalgamation of mid and late Holocene tree-ring evidence from carbon isotopes and growth rates LTKM, Ajoituslaboratorio Dos. Markku Oinonen March

3 Nisäkäshampaiden stabiiliisotooppikoostumukset muinaisten ilmastojen tutkimuksessa - johdanto stabiili-isotooppipaleoklimatologiaan Paleo-? kreikaksi παλαιός (palaeos) vanha, muinainen paleobotania, paleoklimatologia, paleoantropologia tutkimuskohteina muinaiset olosuhteet

4 Geologinen aika vs. paleoklimatologia omat tutkimusaiheet mioseeniplioseeni 8-4 Ma pleistoseeni-holoseeni vuotta sitten

5 Tärkeimmät käsitteet Nisäkäshampaiden stabiiliisotooppikoostumukset ii. muinaisten versioita standardimateriaaliin ekosysteemien tutkimuksessa iii. Vedyn luonnolliset isotoopit i. Isotoopit ovat tietyn alkuaineen erimassaisia -arvo; näytteen isotooppikoostumus suhteessa Fraktioituminen = isotooppien runsaussuhteiden muutokset luonnon prosesseissa - johdanto stabiili-isotooppipaleoklimatologiaan 18 O O/ O/ O O näyte s tan dardi Delta-arvo hapelle Isotooppiarvot annetaan -poikkeamina standardin isotooppiarvosta. - X : näyte köyhtynyt raskaasta isotoopista + X : näyte rikastunut raskaasta isotoopista

6 Fraktioituminen ilman CO 2 :n vs. kasvin 13 C liuoksen vs. siitä saostuneen mineraalin 18 O Fraktioituminen on voimakkaasti lämpötilariippuvaista!

7 Nisäkäsluuston happiisotooppikoostumus Nisäkkäiden tasainen ruumiinlämpötila ~37 C helpottaa fraktioitumisyhtälöiden hallintaa. «Dis-moi ce que tu manges, je te dirai ce que tu es.» (Anthelme Brillat-Savarin, Physiologie du Gout, ou Meditations de Gastronomie Transcendante, 1826 Der Mensch ist, was er ißt. (Ludwig Andreas Feuerbach, Concerning Spiritualism and Materialism 1863/4) You are what you eat (plus a few permil). DeNiro MJ, Epstein S., Geological Society of America Abstracts with Programs 8: , 1976 δ 18 O sadanta pintavedet 18 O/ 16 O kudosneste juomavesi luustomineraali

8 Fraktioituminen: happi kevyt vesi osuus ~99,8% haihtuu helpommin, tiivistyy vaikeammin raskas vesi osuus ~0,2% haihtuu vaikeammin, tiivistyy helpommin

9 Sadannan 18 O Päiväntasaajalta navoille ja mantereiden sisäosiin liikuttaessa 18 O arvot pienenevät

10 Sadannan 18 O Voimakas lämpötilariippuvuus! vesihöyryn lähde Ilmamassojen liike vuoristoseudut, paleoaltimetria muinaiset lämpötilat

11 Näytemateriaali Tunnetut fraktioitumisprosessit ja isotooppikoostumuksia pitkiä aikoja säilyttävät näytemateriaalit ovat lähes kaiken isotooppipaleotutkimuksen perusta Selkärankais(sub)fossiilit: miljoonia vuosia Hammaskiille!

12 Näytemateriaali Diageneesi luustojäänteet pyrkivät uuteen tasapainotilaan kerrostumisympäristössä, näkyy kemiallisina ja fysikaalisina muutoksina luu hammasluu hammaskiille rakenne kidekoko mineraal. orgaanin. huokoinen, hohkainen huokostiloja ~huokoseton, tiivis ~100 nm ~100 nm ~1000 nm ~50% 70-75% ~96% ~25% ~20% ~1% Alkuperäisen isotooppisignaalin säilyminen muuttumattomana diageneettisessa ympäristössä on varmistettava

13 Photo: Juha Karhu Jääkausi-ilmasto Euroopassa vuotta sitten hammaskiille 15 cm Villamammutti (Mammuthus primigenius) 13

14 Jääkausi-ilmasto Euroopassa vuotta sitten Keski-Euroopasta aiempaa tietoa Pohjois-Euroopasta proksiaineistot tuhoutuneet mannerjäätikön vaikutuksesta

15 Jääkausi-ilmasto Euroopassa vuotta sitten Arppe & Karhu 2010

16 Jääkausi-ilmasto Euroopassa vuotta sitten Pitkän aikavälin vuotuinen keskilämpötila Voimakasta alueellista vaihtelua lämpötilamuutoksessa: 2-9 C lasku Arppe 2009

17 Kiitos!

18 Laboratory of Chonology/Finnish Museum of Natural History/ Laura Arppe

19 Nisäkäsluuston happi- ja hiiliisotooppikoostumus 13 C/ 12 C δ 13 C δ 18 O 18 O/ 16 O sadanta ravintokasvit pintavedet kudosneste juomavesi luustomineraali

20 Luuston δ 13 C: paleoekologiaa ja - ilmastoa Ilmakehä CO 2 13 C -8 C3- vs. C4- kasvillisuuden vaihtelut paikassa ja ajassa C3-kasvit: Puut, pensaat, viileän ilmaston ruohot ja heinät 13 C -25 C4-kasvit: Kuuman/kuivan ilmaston ruohot ja heinät, maissi, hirssi, durra 13 C -12 C3-syöjän hampaat: 13 C -12 C4-syöjän hampaat: 13 C +1

21 Hampaiden 13 C: muinaisekologiaa ja -ilmastoa Globaali C4-ekosysteemien leviäminen 8-6 milj. vuotta sitten CO 2 osapaine tektoniikka ilmasto Cerling et al., 1997 C4-ruohomaiden leviäminen Kiinassa Passey et al ajoitus verrattuna globaaliin aaltoon alueellinen vaihtelu yhteys Aasian kesämonsuunin syntyyn ja kehitykseen Piennisäkäsmateriaalilla tarkempi resoluutio!