نظرة عامة على تحليل المؤشرات الحيوية للألكينون لقياس الحرارة القديمة

قياس الحرارة القديمة هو حساب درجات الحرارة السابقة عن طريق تحليل مواد كيميائية معينة في عينات طبيعية ، مثل تلك التي خلفتها طحالب ما قبل التاريخ.

الطحالب هي مجموعة متنوعة من الكائنات الحية التي كانت وفيرة في محيطات وبحيرات الأرض لآلاف السنين. تعمل بعض المركبات الكيميائية ، التي تترسب في الرواسب بواسطة الطحالب القديمة ، كمؤشرات حيوية - مركبات عضوية يمكن أن تزود الباحثين بنظرة ثاقبة لتاريخ الأرض. في الواقع ، يسمح تحليل محتوى المؤشرات الحيوية للطحالب في الرواسب للباحثين بتحديد درجة حرارة الأرض منذ مئات الملايين من السنين.

يأتي أحد هذه السجلات من بعض أنواع coccolithophores. تنتج هذه الطحالب كميات متفاوتة من الألكينونات ، وهي فئة من المؤشرات الحيوية القوية ، بناء على درجة حرارة بيئتها. يستخدم تحليل الألكينون بشكل أساسي لحساب درجة حرارة سطح البحر لمحيطات الأرض منذ دهور وعصور.

سيوضح هذا الفيديو استخدام الألكينونات في علم المناخ القديم ويصف عملية عزل وتنقية وتحليل الألكينونات لحساب درجة حرارة سطح البحر السابقة.

كما يوحي اسمها ، يعتمد "قياس الحرارة القديم ألكينوني" على تحليل الدهون ، والمعروفة باسم ألكينون. يعتمد قياس الحرارة القديمة الألكينوني على الألكينونات. كيتونات الألكيل طويلة السلسلة غير المشبعة التي تحتوي على 37 ذرة كربون و 2 إلى 4 روابط مزدوجة. كل رابطة مزدوجة هي موقع لعدم التشبع. في درجات حرارة سطح البحر المنخفضة ، يولد منتجو الألكينون ألكينونات غير مشبعة أكثر من المشبعة. تعرف نسبة التشبع إلى عدم التشبع باسم مؤشر ألكينون غير التشبع.

الألكينونات التي يتم تقييمها عادة هي C _{37: 2} و C _{37: 3} ، والتي تحتوي على 37 كربوا ورابطتين أو ثلاث روابط مزدوجة ، على التوالي. يرتبط مؤشر عدم التشبع لهذه الألكينونات ، أو U^K' ₃₇ ، ارتباطا إيجابيا بدرجة حرارة سطح البحر. الطريقة التحليلية المعروفة باسم كروماتوغرافيا الغاز حساسة بشكل عام بما يكفي لفصل هذه الألكينونات عن بعضها البعض. ومع ذلك ، غالبا ما تولد الطحالب المنتجة للألكنون أيضا استرات ميثيل الأحماض الدهنية المتشابهة كيميائيا ، أو الألكينوات ، والتي لا يمكن تمييزها عن الألكينونات باستخدام هذه التقنية. قد يؤدي التلوث الهيدروكربوني من التلوث أيضا إلى زيادة التحليل الكروماتوغرافي الموحل. لتحديد تركيز الألكينون النسبي بدقة ، يجب إزالة الألكينوات والهيدروكربونات غير المعروفة قبل التحليل بطرق التصبن وتقريب اليوريا.

الآن بعد أن تمت مراجعة علاقة نسب ألكينون الرواسب بدرجة حرارة سطح البحر ، دعونا نلقي نظرة على تقنيات تنقيتها من مستخلص الدهون الكلي وتحليل نسبة عدم التشبع.

بمجرد جمع الرواسب البحرية واستخراجها ، يجب أن يمر مستخلص الدهون الكلي ، أو TLE ، بعملية تنقية متعددة الخطوات ، وتحليلها. أولا ، يخضع المستخلص للتصبن لتحويل الألكينوات إلى أملاح كربوكسيل وميثانول باستخدام قاعدة قوية وحرارة. سيتم تصبن استرات الأحماض الدهنية الأخرى الموجودة في TLE إلى أملاح وجلسرين.

بعد تبريد الخليط إلى درجة حرارة الغرفة ، يضاف محلول ملح مائي لتشكيل الأملاح والجلسرين. ثم يتم تحمض الخليط لبروتونات أنيونات الكربوكسيل ، مما ينتج عنه أحماض دهنية. أخيرا ، يتم استخراج الألكينونات والأحماض الدهنية من خليط الهكسان.

ثم يتم إجراء كروماتوغرافيا هلام السيليكا لإزالة كل من المركبات القطبية والأحماض الدهنية القطبية الناتجة عن التصبن. يتم إذابة TLE المجفف والصابني في الهكسان ثم يتم تحميله على عمود. تحتفظ السيليكا بالمركبات القطبية بقوة أكبر من المركبات القطبية.

أولا ، تتم إزالة المركبات القطبية بمذيب قطبي ، مثل الهكسان. بعد ذلك ، يتم مسح الألكينونات بواسطة مذيب قطبي معتدل ، مثل ثنائي كلورو الميثان ، تاركا الأحماض الدهنية شديدة القطبية والمركبات القطبية الأخرى غير المرغوب فيها على العمود.

إذا تم جمع عينة الرواسب الأصلية من منطقة شديدة التلوث ، يتم إجراء تقريب اليوريا لإزالة أي هيدروكربونات متبقية شديدة التفرع أو دورية. يتم إذابة الجزء المجفف متوسط القطبية في خليط مذيب تكون فيه اليوريا القطبية القوية قابلة للذوبان بالحد الأدنى ، مثل DCM والهكسان. ثم يضاف محلول مركز من اليوريا في الميثانول إلى TLE ، مما يتسبب في ترسيب بلورات اليوريا.

تتناسب جزيئات السلسلة المستقيمة مثل الألكينون مع الفراغات بين الجزيئات في الشبكة البلورية لليوريا ، لكن الجزيئات شديدة التفرع والدورية لا تفعل ذلك ، ويتم طردها.

بمجرد انتهاء نمو البلورات ، يتم تجفيف بلورات اليوريا ثم غسلها بمذيب غير قطبي لإزالة المركبات المطرودة. ثم تذوب البلورات في كمية صغيرة من الماء. يتم استخراج الألكينونات من الماء بمذيب قطبي لتحليله.

في حين أن جميع خطوات التنقية السابقة لم تفرق بين أنواع الألكينون ، إلا أن الاختلافات الصغيرة في نقطة الغليان والبنية الجزيئية كافية للفصل على عمود كروماتوغرافيا الغاز. عند إقرانها بكاشف تأين اللهب ، يمكن تحديد التركيزات النسبية للألكينونات.

يتم تحديد الجزيئات في الكروماتوجرام من خلال وقت الاحتفاظ بها ، أو الوقت اللازم لخروج المركب من العمود. يتم التأكد من أوقات الاحتفاظ بالمركبات المرغوبة بمعايير الألكينون.

يتم تحديد التركيزات النسبية للألكنونات من تحليل المناطق الواقعة تحت قمم الاهتمام. ثم يتم حساب قيمة U^K'₃₇ من تركيزات C_37:2 و C _37:3 في العينة. من خلال علاقة وكيل درجة حرارة سطح البحر وقيمة U^K'₃₇ ، يمكن للمحلل حل درجة حرارة سطح البحر في وقت ترسب الرواسب.

يمكن التحقيق في العديد من الجوانب المختلفة لتاريخ الأرض من خلال تحليل الرواسب والصخور الرسوبية.

علم الطبقات الحيوية هو دراسة تحديد أعمار طبقات أو طبقات الصخور من خلال تحليل الحفريات الموجودة. نظرا لوجود العديد من مصادر الرواسب ، فقد يكون للصخور الرسوبية من نفس الفترة الزمنية تركيبات مختلفة بشكل كبير حول العالم. مجموعات معينة من الأنواع عبر تاريخ الأرض ، مثل الأمونيت ، موجودة في جميع أنحاء العالم وخضعت لتطور سريع. إذا كانت الطبقات الصخرية غير المتشابهة بصريا تحتوي على نفس النوع من الأمونيت ، فيمكن رسم ارتباط زمني بين الطبقات. عند دمجها مع تقنيات مثل قياس الحرارة القديمة ، يمكن تحديد معلومات شاملة حول تاريخ الأرض من السجلات الأحفورية في العينات الطبيعية.

تم العثور على العديد من أنواع المنخربات ، أو الثقوب ، في الرواسب البحرية في جميع أنحاء العالم. تحتوي الثقبة على أصداف كربونات الكالسيوم وهي موجودة في جميع أنحاء محيطات الأرض منذ ملايين السنين. تعيش العديد من الأنواع في قاع المحيط ، وبالتالي يمكنها توفير معلومات عن درجة الحرارة حول الأجزاء العميقة من المحيط. تتوافق نسبة المغنيسيوم إلى الكالسيوم في الثقبة مع درجة الحرارة ، لأنها تدمج المزيد من المغنيسيوم في قشرتها في المناخات الأكثر دفئا. إن تعدد الأنواع ووفرة الثقبة يجعل سجلها الأحفوري مفيدا لتتبع التغيرات في تيارات المحيطات عبر تاريخ الأرض وعلم الطبقات الحيوية.

مع تباعد الصفائح التكتونية ، تتشكل صخور جديدة بينهما. في المقابل ، توفر خصائص الصخور المحيطة بحدود الصفيحة المتباينة معلومات حول حركات الصفائح بمرور الوقت. على سبيل المثال ، يتم الحفاظ على التغيرات في المجال المغناطيسي للأرض في بعض المعادن الموجودة في الحفريات والصخور والرواسب. ساهم اكتشاف التغيرات المتماثلة في المغناطيسية حول تلال منتصف المحيط بشكل كبير في الفهم الحالي لانتشار قاع البحر والصفائح التكتونية.

لقد شاهدت للتو نظرة عامة على JoVE لقياس الحرارة القديم Alkenone. يجب أن تفهم الآن مبادئ قياس الحرارة القديمة وعلاقة نسب الألكينون في الرواسب البحرية بدرجة حرارة سطح البحر. ستتناول مقاطع الفيديو التالية في هذه السلسلة مزيدا من التفاصيل حول هذه العملية المعقدة.

شكرا للمشاهدة!