Name: sea surface temperature from alkenone ratios
Uploaded: 2023-04-30T06:47:01.000Z
Duration: 10 min 10 s
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North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

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Earth and Environmental Science

Earth's Systems

ESS.EES.2.3

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An Overview of Alkenone Biomarker Analysis for Paleothermometry

<div class="chapter_text" id="script_0">
La paleotermometría es el cálculo de temperaturas pasadas mediante el análisis de sustancias químicas específicas en muestras naturales, como las que dejan las algas prehistóricas.
Las algas son un grupo diverso de organismos que han sido abundantes en los océanos y lagos de la Tierra durante milenios. Ciertos compuestos químicos, que son depositados en los sedimentos por las algas antiguas, actúan como biomarcadores, compuestos orgánicos que pueden proporcionar a los investigadores información valiosa sobre la historia de la Tierra. De hecho, el análisis del contenido de biomarcadores de algas en los sedimentos permite a los investigadores determinar la temperatura de la Tierra hace cientos de millones de años.
Uno de esos registros proviene de algunas especies de cocolitóforos. Estas algas producen cantidades variables de alquenonas, una clase de biomarcadores robustos, basados en la temperatura de su entorno. El análisis de alquenona se utiliza principalmente para calcular la temperatura de la superficie del mar de los océanos de la Tierra hace eones y eones.
Este video ilustrará el uso de alquenonas en paleoclimatología y describirá el proceso de aislamiento, purificación y análisis de alquenonas para calcular la temperatura de la superficie del mar en el pasado.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
Como su nombre lo indica, la "paleotermometría de alquenonas" se basa en el análisis de lípidos, conocidos como alquenonas.La paleotermometría de alquenonas se basa en alquenonas; Alquilcetonas insaturadas de cadena larga que contienen 37 átomos de carbono y de 2 a 4 dobles enlaces. Cada doble enlace es un sitio de insaturación. A bajas temperaturas de la superficie del mar, los productores de alquenonas generan más alquenonas insaturadas que saturadas. La relación entre saturación y insaturación se conoce como índice de insaturación de alquenona.
Las alquenonas que se suelen evaluar son C37:2 y C37:3, que tienen 37 carbonos y dos o tres dobles enlaces, respectivamente. El índice de insaturación de estas alquenonas, o UK'37, está relacionado positivamente con la temperatura de la superficie del mar. El método analítico conocido como cromatografía de gases es generalmente lo suficientemente sensible como para separar estos alquenonas entre sí. Sin embargo, las algas productoras de alquenonas a menudo también generan ésteres metílicos de ácidos grasos químicamente similares, o alquenatos, que no se pueden distinguir de las alquenonas mediante esta técnica. La contaminación por hidrocarburos por contaminación también puede enturbiar aún más el análisis cromatográfico. Para determinar con precisión la concentración relativa de alquenona, los alquenoatos y los hidrocarburos desconocidos deben eliminarse antes del análisis mediante los métodos de saponificación y aducción de urea.
Ahora que se ha revisado la relación de las proporciones de alquenona de los sedimentos con la temperatura de la superficie del mar, veamos las técnicas para su purificación a partir de un extracto lipídico total y el análisis de la relación de insaturación.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
Una vez que se ha recolectado y extraído el sedimento marino, el extracto lipídico total, o TLE, debe pasar por un proceso de purificación de varios pasos y analizarse. Primero, el extracto se somete a saponificación para convertir los alquenoatos en sales de carboxilato y metanol utilizando una base fuerte y calor. Otros ésteres de ácidos grasos presentes en el TLE se saponificarán en sales y glicerol.
Después de enfriar la mezcla a temperatura ambiente, se agrega una solución salina acuosa para formar sales y glicerol. A continuación, la mezcla se acidifica para protonar los aniones carboxilato, produciendo ácidos grasos. Finalmente, las alquenonas y los ácidos grasos se extraen de la mezcla con hexano.
A continuación, se realiza una cromatografía en gel de sílice para eliminar tanto los compuestos apolares como los ácidos grasos polares producidos por la saponificación. El TLE seco y saponificado se disuelve en hexano y luego se carga en una columna. La sílice retiene los compuestos polares con más fuerza que los apolares.
En primer lugar, los compuestos apolares se eliminan con un disolvente apolar, como el hexano. A continuación, las alquenonas son eluidas por un disolvente moderadamente polar, como el diclorometano, dejando los ácidos grasos altamente polares y otros compuestos polares no deseados en la columna.
Si la muestra de sedimento original se recolectó de un área altamente contaminada, se realiza la aducción de urea para eliminar cualquier hidrocarburo muy ramificado o cíclico restante. La fracción de polaridad media seca se disuelve en una mezcla de disolventes en la que la urea fuertemente polar es mínimamente soluble, como el DCM y el hexano. A continuación, se añade una solución concentrada de urea en metanol al TLE, lo que hace que precipiten los cristales de urea.
Las moléculas de cadena lineal, como las alquenonas, encajan en los espacios entre las moléculas en la red cristalina de urea, pero las moléculas altamente ramificadas y cíclicas no lo hacen y son expulsadas.
Una vez finalizado el crecimiento de los cristales, los cristales de urea se secan y luego se lavan con un disolvente apolar para eliminar los compuestos expulsados. Luego, los cristales se disuelven en una pequeña cantidad de agua. Las alquenonas se extraen del agua con un disolvente apolar para su análisis.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
Si bien todos los pasos de purificación anteriores no diferenciaron entre las especies de alquenona, pequeñas diferencias en el punto de ebullición y la estructura molecular son suficientes para la separación en una columna de cromatografía de gases. Cuando se combina con un detector de ionización de llama, se pueden determinar las concentraciones relativas de las alquenonas.
Las moléculas se identifican en el cromatograma por su tiempo de retención, o el tiempo necesario para que el compuesto salga de la columna. Los tiempos de retención de los compuestos deseados se determinan con estándares de alquenona.
Las concentraciones relativas de las alquenonas se determinan a partir del análisis de las áreas bajo los picos de interés. A continuación, se calcula el valor UK'37 a partir de las concentraciones de C37:2y C37:3 en la muestra. Con la relación del proxy de la temperatura de la superficie del mar y el valor UK'37, el analista puede resolver la temperatura de la superficie del mar en el momento de la deposición de sedimentos.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
Muchas facetas diferentes de la historia de la Tierra pueden ser investigadas mediante el análisis de sedimentos y rocas sedimentarias.
La bioestratigrafía es el estudio de la determinación de las edades de las capas, o estratos, de la roca mediante el análisis de los fósiles presentes. Como hay muchas fuentes de sedimentos, las rocas sedimentarias del mismo período de tiempo pueden tener composiciones dramáticamente diferentes en todo el mundo. Ciertos conjuntos de especies a lo largo de la historia de la Tierra, como los amonites, existieron en todo el mundo y experimentaron una rápida evolución. Si estratos rocosos visualmente diferentes contienen la misma especie de amonite, entonces se puede establecer una correlación temporal entre los estratos. Cuando se combina con técnicas como la paleotermometría, se puede determinar una amplia información sobre la historia de la Tierra a partir de registros fósiles en muestras naturales.
Muchas especies de foraminíferos, o foraminíferos, se encuentran en los sedimentos marinos de todo el mundo. Los foraminíferos tienen conchas de carbonato de calcio y han existido en todos los océanos de la Tierra durante millones de años. Muchas especies viven en el fondo del océano y, por lo tanto, pueden proporcionar información sobre la temperatura de las partes más profundas del océano. La proporción de magnesio a calcio de los foraminíferos corresponde a la temperatura, ya que incorporan más magnesio a sus conchas en climas más cálidos. La multitud de especies y la abundancia de foraminíferos hacen que su registro fósil sea útil para rastrear los cambios en las corrientes oceánicas a lo largo de la historia de la Tierra y para la bioestratigrafía.
A medida que las placas tectónicas divergen, se forman nuevas rocas entre ellas. En consecuencia, las propiedades de la roca que rodea un límite de placa divergente proporcionan información sobre los movimientos de las placas a lo largo del tiempo. Por ejemplo, los cambios en el campo magnético de la Tierra se conservan en algunos minerales que se encuentran en fósiles, rocas y sedimentos. El descubrimiento de cambios simétricos en el magnetismo alrededor de las dorsales oceánicas contribuyó significativamente a la comprensión actual de la expansión del fondo marino y la tectónica de placas.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
Acabas de ver el Resumen de la paleotermometría de alquenona de JoVE. Ahora debe comprender los principios de la paleotermometría y la relación de las proporciones de alquenona en los sedimentos marinos con la temperatura de la superficie del mar. Los siguientes videos de esta serie entrarán en más detalles sobre este complejo proceso.
¡Gracias por mirar!
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un resumen del análisis de biomarcadores alkenone para paleothermometry

<>Fuente: Laboratorio de Jeff Salacup - Universidad de Massachusetts Amherst
A lo largo de esta serie de videos, muestras naturales extrajeron y purificaron en busca de compuestos orgánicos, llamados biomarcadores, que pueden relacionar información sobre climas y ambientes del pasado. Una de las muestras analizadas fue sedimento. Sedimentos acumulan en el tiempo geológico en cuencas, depresiones en la tierra en que flujos de sedimento por la acción del fluido (agua o aire), el movimiento y la gravedad. Existen dos tipos principales de cuencas, marino (océanos y mares) y lacustres (lagos). Como uno podría suponer, muy diferentes tipos de vida viven en estos entornos, impulsados en gran parte por la diferencia de salinidad entre ellos. En las últimas décadas, geoquímicos orgánicos descubrieron una caja de herramientas de proxies de biomarcadores o compuestos que pueden utilizarse para describir el clima o medio ambiente, algunos de los cuales trabajan en ambientes marinos y algunos de los que trabajan en lacustre. Nos volvemos nuestra atención aquí a la Marina paleothermometry del Reino y alkenone con la Uk'proxy de temperatura superficial de mar37 .
El proxy de biomarcadores de mar abierto más bien establecida y ampliamente aplicada mar temperatura superficial (SST) es Uk'37.
Uk'37 = (C37:2) / (C37:2 + C37:3) (véase Herbert1 para una revisión)
El índice se basa en la relación de dos cetonas alkyl poliinsaturados de cadena larga, llamados alkenones, producida por algunas clases de algas de Haptophyta2,3. Cultura4,5 y base-tapa sedimento6 calibración estudios condujeron al desarrollo de la Uk'37 índice como un proxy cuantitativo de SST. Sorprendentemente, la calibración basada en la cultura de Prahl et al. 4:
Uk'37 = 0.034(SST) + 0.039,
Y la calibración de la base superior de Müller et al. 6,
Uk'37 = 0.033(SST) + 0.044,
son estadísticamente idénticas.
Reconstruida Uk'temperaturas de37 correlacionan mejor con media anual SST para una variedad de clima y Haptophyta regímenes de producción en el océano global7. Alkenones se detectan en núcleos de sedimentos marinos del Eoceno a edad moderna8y expuestos afloramientos de sedimentos marinos levantada9 sugiriendo son muy estables en el tiempo geológico y por lo tanto útil como herramienta de paleoclima. Uk'37 se ha utilizado a los cambios de temperatura de la superficie de mar documento paleo decenal10 a plazos orbital11,12 y son por lo tanto muy versátil.
En el océano abierto, los cocolitóforos Emiliania buenos y Gephyrocapsa oceanica son responsables de la mayoría de alkenone la producción. No se sabe todavía por qué estas algas calcáreas alteran la relación de saturación de alkenones basándose en la temperatura de crecimiento. Inicialmente se pensó que alkenones eran componentes de paredes celulares del Haptophyta y que su insaturación se ajustó para mantener el fluido de la membrana, como las grasas saturadas son sólidas a temperatura ambiente, mientras que las grasas insaturadas son fluidas. Sin embargo, experimentos a esta pregunta encontraron que en lugar de estar asociado con las membranas celulares, alkenones se asocian con estructuras de almacenamiento de energía dentro de la célula. Por lo tanto, su uso dentro de la célula sigue siendo una incógnita.
Recientemente, se han encontrado alkenones en ambientes lacustres. Sin embargo, su utilidad ha sido limitada. Productores de diferentes alkenone que en el Reino marino habitan en lagos y, por tanto, la calibración entre la temperatura del agua y la insaturación (Uk'37) es diferente. Por otra parte, esta calibración es diferente entre lagos, haciendo poco probable la creación de una calibración 'global'. Por desgracia, la creación de calibraciones locales es costoso y desperdiciador de tiempo y así el futuro de Uk'37 en los lagos también es actualmente limitado.
Alkenones generalmente se extrae de los sedimentos marinos. Muy a menudo los mismos organismos que producen alkenones producen ésteres metílicos de ácidos grasos de los alkenones llamados alkenoates. Estos compuestos responsables conjuntamente con el alkenones en un cromatógrafo de gases y complican su cuantificación. Por lo tanto, estos extractos a menudo serán sometidos a una saponificación para eliminar alkenoates. Debido a la saponificación produce ácidos carboxílicos que no son susceptibles de la cromatografía de gas, una columna de gel de silicona debe realizarse después de la saponificación para quitar los ácidos carboxílicos del extracto. Las alkenones salen en la fracción de cetona de polaridad intermedia que elutes en diclorometano, mientras que los ácidos se dejan en la columna. Por último, en casos extremos, como en los sedimentos adquiridos en áreas altamente contaminadas, como estuarios cerca de centros industriales, una aducción de urea también puede requerir para quitar compuestos desconocidos que coelute con el alkenones en el cromatógrafo de gases.
Una vez que el extracto total de lípidos se purifica, se ejecuta la muestra extraída y purificada en un cromatógrafo de gases acoplado a una detector de ionización de llama. La concentración relativa de los dos alkenones se determina por la obtención del área bajo la curva para cada uno de los compuestos en software informático diseñado para sólo ello (como Chemstation de Agilent). Estas áreas se ponen entonces en el Uk'37 ecuación de proporción se muestra arriba para obtener una Uk'37 valor que oscila entre 0 y 1. Estos Uk'37 valores entonces se asignan a valor de temperatura de la superficie del mar usando una calibración como los descritos arriba.
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Paleothermometry es el cálculo de temperaturas pasadas por el análisis de productos químicos específicos en muestras naturales, como los de algas prehistóricas.
Las algas son un grupo diverso de organismos que han sido abundantes en lagos y océanos de la tierra por milenios. Ciertos compuestos químicos, que son depositados en los sedimentos por algas antiguas, actúan como biomarcadores – compuestos orgánicos que pueden proporcionar a los investigadores información valiosa sobre la historia de la tierra. De hecho, análisis de contenido de algas bioindicadores en sedimento permite a los investigadores determinar la temperatura de la tierra cientos de millones de años.
Un tal registro proviene de algunas especies de cocolitóforos. Estas algas producen cantidades variables de alkenones, una clase de biomarcadores sólidas, basada en la temperatura de su entorno. Análisis de Alkenone se utilizan principalmente para calcular la temperatura superficial del mar de los océanos de la tierra eones y eones atrás.
Este video se ilustra el uso de alkenones en paleoclimatología y describir el proceso de aislamiento, purificación y análisis de alkenones para calcular más allá de la temperatura superficial del mar.
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Como su nombre lo indica, "Alkenone paleothermometry" se basa en el análisis si los lípidos, conocidos como alkenones paleothermometry de Alkenone se basa en alkenones; cetonas de alquilo de cadena larga, no saturados que contienen 37 átomos de carbono y 2 a 4 dobles enlaces. Cada enlace doble es un sitio de insaturación. En las temperaturas superficiales del mar baja, alkenone productores generan más insaturados alkenones que saturado. La relación de saturación de insaturación se conoce como el índice de saturación de Alkenone.
El alkenones generalmente evaluados son C37:2 y C37:3, que tiene 37 átomos de carbono y dos o tres dobles enlaces, respectivamente. El índice de saturación de estos alkenones, o la UK'37, está relacionado positivamente con temperatura superficial del mar. El método de análisis conocido como cromatografía de gases es generalmente lo suficientemente sensible para separar estos alkenones uno del otro. Sin embargo, las algas productoras de alkenone a menudo también generan ésteres metílicos de ácidos grasos químicamente similar, o alkenoates, que no puede ser distinguido de alkenones utilizando esta técnica. Contaminación de hidrocarburos de la contaminación también puede enturbiar análisis cromatográfico. Para determinar con precisión la concentración relativa de alkenone, alkenoates e hidrocarburos desconocidas deben eliminarse antes del análisis por los métodos de saponificación y la aducción de la urea.
Ahora que la relación de coeficientes de alkenone de sedimentos a temperatura superficial del mar ha sido revisada, echemos un vistazo a las técnicas para su purificación a partir de un extracto lípido total y análisis de la relación de insaturación.
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Sedimentos marinos ha sido recogido y extrae, el extracto total de lípidos, o ELT, debe pasar por un proceso de purificación multietapa y analizados. En primer lugar, el extracto somete a saponificación para convertir alkenoates en sales de carboxilato y el metanol con una base fuerte y el calor. Otros ésteres de ácidos grasos presentes en la TLE se saponificados en sales y glicerol.
Después de enfriar la mezcla a temperatura ambiente, se añade una solución salina acuosa para formar sales y glicerol. La mezcla es luego acidificado al protonate los aniones carboxilato, produciendo ácidos grasos. Finalmente, el alkenones y los ácidos grasos son extraídos de la mezcla de hexano.
Cromatografía de gel de silicona se realiza para eliminar compuestos apolar y los ácidos grasos polares producidos por saponificación. La TLE seco y saponificado es disuelto en hexano y luego cargado en una columna. Sílice retiene más fuertemente que apolar los compuestos polares.
En primer lugar, compuestos apolar se retiran con un disolvente apolar como el hexano. A continuación, alkenones se eluyen por un solvente moderado polar, como el diclorometano, dejando los ácidos grasos altamente polares y otros compuestos polares no deseados en la columna.
Si la muestra de sedimento original fue recopilada de una zona altamente contaminada, aducción de urea se realiza para eliminar cualquier resto hidrocarburos altamente ramificados o cíclicos. La fracción seca de polaridad media se disuelve en una mezcla solvente en el cual la urea fuertemente polar es mínimamente soluble, como DCM y hexano. Una solución concentrada de urea en metanol se agrega entonces a la TLE, causando cristales de urea a precipitar.
Moléculas de cadena recta como alkenones encajan en los espacios entre las moléculas en el enrejado cristalino de urea, pero no moléculas altamente ramificadas y cíclicas y son expulsadas.
Una vez haya finalizado el crecimiento cristalino, los cristales de urea son secados y luego se lava con un solvente apolar para separar compuestos expelidos. Entonces, los cristales se disuelven en una pequeña cantidad de agua. Las alkenones se extraen del agua con un solvente apolar para análisis.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
Mientras que todos los anteriores pasos de purificación no distinguió entre las especies de alkenone, las pequeñas diferencias de punto de ebullición y estructura molecular son suficientes para la separación en una columna de cromatografía de gases. Cuando se combina con un detector de ionización de llama, pueden determinarse concentraciones relativas de los alkenones.
Las moléculas se identifican en el cromatograma por su tiempo de retención, o el tiempo necesario para que el compuesto a ser salir de la columna. Los tiempos de retención de los compuestos deseados son comprobados con normas alkenone.
Se determinan las concentraciones relativas de la alkenones del análisis de las áreas bajo los picos de interés. La UK'entonces se calcula el valor de37 de las concentraciones de C37:2y C37:3 en la muestra. Con la relación de poder de temperatura de la superficie de mar y la UK'valor37 , el analista puede solucionar para la temperatura superficial del mar en el momento de la deposición de sedimentos.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
Muchas facetas diferentes de la historia de la tierra pueden ser investigadas por el análisis de sedimentos y rocas sedimentarias.
La Bioestratigrafía es el estudio de determinación de la edad de capas o estratos de roca por el análisis de los fósiles presentes. Como hay muchas fuentes de sedimentos, rocas sedimentarias de la misma época pueden tener dramáticamente diferentes composiciones del mundo. Ciertos conjuntos de especies a lo largo de la historia de la tierra, como los amonites, existieron en todo el mundo y experimentaron la evolución rápida. Si los estratos de roca visualmente diferentes ambos contienen la misma especie de la amonita, puede establecerse una correlación temporal entre los estratos. Cuando se combina con técnicas como la paleothermometry, amplia información sobre historia de la tierra puede ser determinado de registros fósiles en muestras naturales.
Muchas especies de foraminíferos o forams, se encuentran en los sedimentos marinos en todo el mundo. Forams tienen conchas de carbonato de calcio y han existido a lo largo de los océanos de la tierra durante millones de años. Muchas especies viven en el fondo del océano y así pueden proporcionar información sobre las partes más profundas del océano. El magnesio al cociente de calcio de forams corresponde a temperatura, ya que incorporan más magnesio en sus conchas en climas cálidos. La multitud de especies y la abundancia de forams hacen su registro fósil útil para el seguimiento de cambios en las corrientes oceánicas a lo largo de la historia de la tierra y bioestratigrafía.
Como las placas tectónicas divergen, Roca nueva de la forma entre ellos. En consecuencia, las propiedades de la roca alrededor de un límite de placa divergente proporcionan información acerca de los movimientos de la placa con el tiempo. Por ejemplo, cambios en el campo magnético de la tierra se conservan en algunos minerales encontrados en fósiles, rocas y sedimentos. El descubrimiento de cambios simétricos en magnetismo sobre dorsales oceánicas contribuido significativamente a la comprensión actual de separarse del suelo marino y la tectónica de placa.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
Sólo ha visto Resumen de Alkenone Paleothermometry de Zeus. Ahora usted debe entender los principios de la paleothermometry y la relación de las tasas alkenone de sedimentos marinos a temperatura superficial del mar. Los siguientes videos de esta serie entrará en más detalle sobre este complejo proceso.
¡Gracias por ver!
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Un resumen del análisis de biomarcadores Alkenone para Paleothermometry

Source: Laboratory of Jeff Salacup&#160;- University of Massachusetts Amherst
Throughout this series of videos, natural samples were extracted and ...

La paleotermometría es el cálculo de temperaturas pasadas mediante el análisis de sustancias químicas específicas en muestras naturales, como las que dejan las algas prehistóricas. Las algas son un grupo diverso de organismos que han sido abundantes en los océanos y lagos de la Tierra durante milenios. Ciertos compuestos químicos, que son depositados en los sedimentos por las algas antiguas, actúan como biomarcadores. compuestos orgánicos que pueden proporcionar a los investigadores información valiosa sobre la historia de la Tierra. De hecho, el análisis del contenido de biomarcadores de algas en los sedimentos permite a los investigadores determinar la temperatura de la Tierra hace cientos de millones de años. Uno de esos registros proviene de algunas especies de cocolitóforos. Estas algas producen cantidades variables de alquenonas, una clase de biomarcadores robustos, basados en la temperatura de su entorno. El análisis de alquenona se utiliza principalmente para calcular la temperatura de la superficie del mar de los océanos de la Tierra hace eones y eones. Este video ilustrará el uso de alquenonas en paleoclimatología y describirá el proceso de aislamiento, purificación y análisis de alquenonas para calcular la temperatura de la superficie del mar en el pasado. Como su nombre lo indica, ? ¿Paleotermometría de alquenona? se basa en el análisis de los lípidos, conocidos como "alquenonas". La paleotermometría de alquenonas se basa en alquenonas; Alquilcetonas insaturadas de cadena larga que contienen 37 átomos de carbono y de 2 a 4 dobles enlaces. Cada doble enlace es un sitio de insaturación. A bajas temperaturas de la superficie del mar, los productores de alquenonas generan más alquenonas insaturadas que saturadas. La relación entre saturación y insaturación se conoce como índice de insaturación de alquenona. Las alquenonas generalmente evaluadas son C37:2 y C37:3, que tienen 37 carbonos y dos o tres dobles enlaces, respectivamente. El índice de insaturación de estas alquenonas, o el UK'37, está positivamente relacionado con la temperatura de la superficie del mar. El método analítico conocido como cromatografía de gases es generalmente lo suficientemente sensible como para separar estos alquenonas entre sí. Sin embargo, las algas productoras de alquenonas a menudo también generan ésteres metílicos de ácidos grasos químicamente similares, o alquenatos, que no se pueden distinguir de las alquenonas utilizando esta técnica. La contaminación por hidrocarburos también puede enturbiar aún más el análisis cromatográfico. Para determinar con precisión la concentración relativa de alquenona, los alquenoatos y los hidrocarburos desconocidos deben eliminarse antes del análisis mediante los métodos de saponificación y aducción de urea. Ahora que se ha revisado la relación de las proporciones de alquenona de los sedimentos con la temperatura de la superficie del mar, veamos las técnicas para su purificación a partir de un extracto lipídico total y el análisis de la relación de insaturación. Una vez que se ha recolectado y extraído el sedimento marino, el extracto lipídico total, o TLE, debe pasar por un proceso de purificación de varios pasos y analizarse. Primero, el extracto se somete a saponificación para convertir los alquenoatos en sales de carboxilato y metanol utilizando una base fuerte y calor. Otros ésteres de ácidos grasos presentes en el TLE se saponificarán en sales y glicerol. Después de enfriar la mezcla a temperatura ambiente, se agrega una solución salina acuosa para formar sales y glicerol. A continuación, la mezcla se acidifica para protonar los aniones carboxilato, produciendo ácidos grasos. Finalmente, las alquenonas y los ácidos grasos se extraen de la mezcla con hexano. A continuación, se realiza una cromatografía en gel de sílice para eliminar tanto los compuestos apolares como los ácidos grasos polares producidos por la saponificación. El TLE seco y saponificado se disuelve en hexano y luego se carga en una columna. La sílice retiene los compuestos polares con más fuerza que los apolares. En primer lugar, los compuestos apolares se eliminan con un disolvente apolar, como el hexano. A continuación, las alquenonas son eluidas por un disolvente moderadamente polar, como el diclorometano, dejando los ácidos grasos altamente polares y otros compuestos polares no deseados en la columna. Si la muestra de sedimento original se recolectó de un área altamente contaminada, se realiza la aducción de urea para eliminar cualquier hidrocarburo muy ramificado o cíclico restante. La fracción de polaridad media seca se disuelve en una mezcla de disolventes en la que la urea fuertemente polar es mínimamente soluble, como el DCM y el hexano. A continuación, se añade una solución concentrada de urea en metanol al TLE, lo que hace que precipiten los cristales de urea. Las moléculas de cadena lineal, como las alquenonas, encajan en los espacios entre las moléculas en la red cristalina de urea, pero las moléculas altamente ramificadas y cíclicas no lo hacen y son expulsadas. Una vez finalizado el crecimiento de los cristales, los cristales de urea se secan y luego se lavan con un disolvente apolar para eliminar los compuestos expulsados. Luego, los cristales se disuelven en una pequeña cantidad de agua. Las alquenonas se extraen del agua con un disolvente apolar para su análisis. Si bien todos los pasos de purificación anteriores no diferenciaron entre las especies de alquenona, pequeñas diferencias en el punto de ebullición y la estructura molecular son suficientes para la separación en una columna de cromatografía de gases. Cuando se combina con un detector de ionización de llama, se pueden determinar las concentraciones relativas de las alquenonas. Las moléculas se identifican en el cromatograma por su tiempo de retención, o el tiempo necesario para que el compuesto salga de la columna. Los tiempos de retención de los compuestos deseados se determinan con estándares de alquenona. Las concentraciones relativas de las alquenonas se determinan a partir del análisis de las áreas bajo los picos de interés. A continuación, se calcula el valor UK'37 a partir de las concentraciones de C37:2 y C37:3 en la muestra. Con la relación proxy de la temperatura de la superficie del mar y el valor UK'37?, el analista puede resolver la temperatura de la superficie del mar en el momento de la deposición de sedimentos. Muchas facetas diferentes de la historia de la Tierra pueden ser investigadas mediante el análisis de sedimentos y rocas sedimentarias. La bioestratigrafía es el estudio de la determinación de las edades de las capas, o estratos, de la roca mediante el análisis de los fósiles presentes. Como hay muchas fuentes de sedimentos, las rocas sedimentarias del mismo período de tiempo pueden tener composiciones dramáticamente diferentes en todo el mundo. Ciertos conjuntos de especies a lo largo de la historia de la Tierra, como los amonites, existieron en todo el mundo y experimentaron una rápida evolución. Si estratos rocosos visualmente diferentes contienen la misma especie de amonite, entonces se puede establecer una correlación temporal entre los estratos. Cuando se combina con técnicas como la paleotermometría, se puede determinar una amplia información sobre la historia de la Tierra a partir de registros fósiles en muestras naturales. Muchas especies de foraminíferos, o foraminíferos, se encuentran en los sedimentos marinos de todo el mundo. Los foraminíferos tienen conchas de carbonato de calcio y han existido en todos los océanos de la Tierra durante millones de años. Muchas especies viven en el fondo del océano y, por lo tanto, pueden proporcionar información sobre la temperatura de las partes más profundas del océano. La proporción de magnesio a calcio de los foraminíferos corresponde a la temperatura, ya que incorporan más magnesio a sus conchas en climas más cálidos. La multitud de especies y la abundancia de foraminíferos hacen que su registro fósil sea útil para rastrear los cambios en las corrientes oceánicas a lo largo de la historia de la Tierra y para la bioestratigrafía. A medida que las placas tectónicas divergen, se forman nuevas rocas entre ellas. En consecuencia, las propiedades de la roca que rodea un límite de placa divergente proporcionan información sobre los movimientos de las placas a lo largo del tiempo. Por ejemplo, los cambios en el campo magnético de la Tierra se conservan en algunos minerales que se encuentran en fósiles, rocas y sedimentos. El descubrimiento de cambios simétricos en el magnetismo alrededor de las dorsales oceánicas contribuyó significativamente a la comprensión actual de la expansión del fondo marino y la tectónica de placas. Acabas de ver el Resumen de la paleotermometría de alquenona de JoVE. Ahora debe comprender los principios de la paleotermometría y la relación de las proporciones de alquenona en los sedimentos marinos con la temperatura de la superficie del mar. Los siguientes videos de esta serie entrarán en más detalles sobre este complejo proceso. ¡Gracias por mirar!

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Ciencias de la Tierra

sea surface temperature from alkenone ratios

Sea surface temperature can be reconstructed from alkenone ratios preserved in marine sediment. Alkenones are long-chain, unsaturated alkyl ketones made by some haptophyte algae, especially coccolithophores such as Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica in the open ocean. The most widely used proxy is the U K'37 index, which compares the C37:2 and C37:3 alkenones. Because the ratio changes with growth temperature, it can be used to estimate past sea surface temperature.

The U K'37 proxy was developed from both culture studies and core-top sediment calibration work. The culture-based relationship reported by Prahl and colleagues and the core-top relationship reported by Müller and colleagues are statistically very similar. Reconstructed U K'37 temperatures tend to match mean annual sea surface temperature across many ocean settings. Alkenones are also stable enough to be found in marine sediment cores from the early Eocene to modern deposits and in exposed outcrops of uplifted marine sediment. That long record makes them useful for studying climate change across both short and long time scales.

Scientists first thought alkenones were part of algal cell walls and helped control membrane fluidity, similar to how unsaturated fats stay fluid. Later work showed that alkenones are associated with energy storage structures inside the cell instead. Their exact role in the cell is still not fully known. Alkenones have also been found in lakes, but lacustrine use is more limited because the producers are different and the calibration between temperature and unsaturation changes from one lake to another. A single global lake calibration is unlikely, and making local calibrations takes time and money.

Marine sediment samples usually need several cleanup steps before analysis. Alkenone-producing algae often make alkenoates, which are fatty acid methyl esters that can co-elute with alkenones on a gas chromatograph and make quantification harder. To remove them, the total lipid extract is saponified, which converts the alkenoates into carboxylic acids and salts. The mixture is then acidified, and the resulting fatty acids are separated from the alkenones by silica gel chromatography. In polluted samples, such as sediment from estuaries near industrial centers, urea adduction may also be needed to remove unknown compounds that co-elute with the target molecules.

After purification, the sample is analyzed by gas chromatography with a flame ionization detector. The alkenones are identified by retention time using standards, and the areas under the peaks are used to determine the relative amounts of C37:2 and C37:3. Those values are inserted into the U K'37 equation to obtain a number between 0 and 1. A temperature calibration then converts that value into sea surface temperature at the time the sediment was deposited. This approach helps researchers study past ocean climates using biomarkers preserved in natural samples.

Alkenone paleothermometry is one part of a larger field of paleothermometry, which uses chemicals in sediments and rocks to estimate past temperatures. Algal biomarkers can preserve climate information from hundreds of millions of years ago. Sediment records can also be compared with other tools from Earth science, including biostratigraphy, which uses fossils to match rock layers by age. For example, ammonites can link separate strata, and foraminifera can provide temperature clues because their magnesium-to-calcium ratio changes with warmer water. Together with evidence from magnetism in rocks and sediment, these methods help scientists rebuild Earth’s history and track processes such as seafloor spreading and plate tectonics.

Sea Surface Temperature from Alkenone Ratios

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determining spatial orientation of rock layers with the brunton compass

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Measuring Rock Layer Strike and Dip

The Brunton compass is used to measure the spatial orientation of rock layers and other rock features. Many rock units show planar surfaces or linear features. These include bedding surfaces, fault surfaces, fracture surfaces, joint surfaces, foliation, and mineral alignment. These measurements give geologists the raw data they need to study how rock units formed and how they changed over time. The directions are recorded as strike and dip. Strike is the direction of a flat surface, and dip...

using topographic maps to generate topographic profiles

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Reading Contour Lines on Topographic Maps

Topographic maps show Earth’s surface in a plan view, which means an overhead view. They give a clear look at land shape from above. These maps are a standard way to represent three-dimensional terrain on a flat page. Contour lines are the key feature of a topographic map. Each line connects places with the same elevation, or height above sea level. The spacing between contour lines is called the elevation interval, and it depends on how much detail the map shows and on the land itself. <br...

making a geologic cross section

Reading Geologic Maps in 3D

Geologic maps show rock units at Earth’s surface and help geologists infer what lies below it. They began in Europe in the mid-to-late 18th century and have since become a key tool for studying rock distribution, subsurface structure, and changes through time. A modern geologic map is a data-rich, two-dimensional plan view built on a topographic map. On these maps, color variations mark specific rock units. The lines where one unit meets another are called contacts. Geologic maps also use...

physical properties of minerals i: crystals and cleavage

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Mineral Crystal Shapes and Cleavage

Mineral crystal shapes and cleavage reveal how a mineral is built at the atomic level. These physical properties are measurable and visible traits that help identify minerals. They include color, streak, magnetic properties, hardness, crystal growth form, and crystal cleavage. Each of these properties is specific to a mineral. They are tied to the mineral’s chemical make-up and atomic structure. Crystal growth form and crystal cleavage both come mainly from the repeated pattern of basic atomic...

physical properties of minerals ii: polymineralic analysis

physical-properties-of-minerals-ii-polymineralic-analysis

Mineral Clues for Rock Identification

Mineral color, streak, luster, hardness, magnetism, and acid reaction help identify minerals and rocks. These physical properties can be seen or measured in hand samples and in the field. They are tied to a mineral’s chemical makeup and, to a lesser extent, its atomic structure. The video also explains why these clues work for rocks as well as minerals. Rocks are made of mineral grains, and most rocks contain more than one mineral type, which means they are polymineralic. Some rocks are...

igneous volcanic rock

How Volcanic Rock Forms From Lava

Volcanic rock forms when magma reaches Earth’s surface and cools. It is a type of igneous rock, which means it comes from cooling and crystallization of molten material. When magma is on the surface, it is called lava. Magma is molten rock that is usually between about 800 °C and 1,200 °C. It forms inside Earth through three main melting processes. These are the addition of heat, the addition of volatiles, and decompression. Each way of making magma can produce a different kind of magma. That...

igneous intrusive rock

Magma Cooling and Igneous Rock

Igneous rocks form when hot liquid rock, called magma, cools and crystallizes. Magma temperatures typically range from about 800 °C to 1,200 °C. These rocks record the freezing of molten material inside Earth.

an overview of bgdgt biomarker analysis for paleoclimatology

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Sediment Biomarkers for Past Climate Records

Sediment biomarkers can record past climate conditions, and branched GDGTs are one example used to study temperature in freshwater basins. These organic compounds are extracted from natural samples, purified, and then measured to help reconstruct environments from the past. In paleoclimatology, scientists use these records to better understand climate change over time. Sediments build up over geologic time in sedimentary basins, which are low areas in the Earth’s crust where material is...

an overview of alkenone biomarker analysis for paleothermometry

Sea surface temperature can be reconstructed from alkenone ratios preserved in marine sediment. Alkenones are long-chain, unsaturated alkyl ketones made by some haptophyte algae, especially coccolithophores such as Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica in the open ocean. The most widely used proxy is the U K'37 index, which compares the C37:2 and C37:3 alkenones. Because the ratio changes with growth temperature, it can be used to estimate past sea surface temperature. The U K'37 proxy...

sonication extraction of lipid biomarkers from sediment

sonication-extraction-of-lipid-biomarkers-from-sediment

How Organic Carbon Becomes Biomarkers

Organic material and inorganic material are chemically different. In an ecosystem, living material includes leaves, fungi, bark, and tissue. Non-living material includes rocks, their minerals, oxygen, water, and metals. Organic matter contains carbon linked to other carbon and hydrogen molecules, which sets it apart from inorganic matter. Carbon is especially flexible in the kinds of bonds it can form. Its valence range from -4 to +4 lets it make up to four separate covalent bonds with nearby...

soxhlet extraction of lipid biomarkers from sediment

soxhlet-extraction-of-lipid-biomarkers-from-sediment

Large-Volume Sediment Extraction for Standards

Large-volume sediment extraction is used to isolate compounds for chemical standards. These standards help labs track the performance, accuracy, and precision of instruments over time. That way, a measurement made today can be compared with one made a year later. Because standards must be checked over long periods, labs often need large amounts of material. Many chemical standards can be bought from companies such as Sigma-Aldrich and Fisher. But some natural compounds needed for paleoclimatic...

extraction of biomarkers from sediments - accelerated solvent extraction

extraction-of-biomarkers-from-sediments-accelerated-solvent-extraction

Sediment biomarkers can help scientists reconstruct past air and water temperatures. In this method, a group of organic biomarkers called glycerol-dialkyl glycerol-tetraethers, or GDGTs, is studied in modern sediments and in older sediment layers of known age. GDGTs are produced by a suite of archaea and bacteria. Their distribution changes in a predictable way in response to temperature. That pattern lets researchers use sediment records to track how climate changed over time. These...

conversion of fatty acid methyl esters by saponification for uk'37 paleothermometry

conversion-fatty-acid-methyl-esters-saponification-for-uk-37

Saponification for Cleaner GC-FID Analysis

Saponification helps clean up complex lipid samples before gas chromatography analysis. A total lipid extract, or TLE, from an organic solvent extraction can contain hundreds or even thousands of compounds. Researchers may only need a few target compounds. They may also need to remove unwanted material that gets in the way or co-elutes, meaning it comes off the gas chromatograph at the same time as another compound. This sample cleanup supports measurement on a gas chromatograph coupled to a...

purification of a total lipid extract with column chromatography

purification-of-a-total-lipid-extract-with-column-chromatography

Separating Lipid Classes by Column Chromatography

Column chromatography is used to separate lipid classes in a total lipid extract. A total lipid extract, or TLE, is often a complex mixture made up of hundreds or even thousands of compounds. Researchers may only need a few target compounds, so they remove the compounds they are not studying. Those target compounds can belong to different classes, including alkanes, ketones, alcohols, and acids. In some studies, a sample may contain many compounds, but only a small set matters for analysis.

removal of branched and cyclic compounds by urea adduction for uk'37 paleothermometry

removal-branched-cyclic-compounds-urea-adduction-for-uk-37

Urea Adduction Separates Lipid Shapes

Urea adduction separates straight-chain lipids from branched and cyclic compounds in a total lipid extract. Researchers use this step when they want only a small set of target molecules from a sample that may contain hundreds or even thousands of compounds. For paleothermometry, the target compounds are the alkenones used in U k'37 and the isoprenoidal glycerol dialkyl glycerol tetraethers, or GDGTs, used in MBT/CBT. Together, these organic paleothermometers depend on only six compounds: two...

earth science

Esta colección presenta temas que van desde la geología hasta la geoquímica; con una variedad de demostraciones incluyendo características físicas y químicas de los minerales y el análisis de las formaciones rocosas.

Learn how alkenone biomarkers in marine sediment are purified and measured with gas chromatography to estimate past sea surface temperature using the U K'37 proxy.

Sea Surface Temperature from Alkenone Ratios | JoVE K12

Pennsylvania State Academic Standards

Earth and Space Science

3.3.9-12.I

History of Earth

3.3.9-12.F

3.3.9-12.G

3.3.9-12.J

Weather and Climate

3.3.9-12.E

Louisiana Student Standards for Science

High School

Earth’s Systems

HS-ESS2-1

HS-ESS2-3

HS-ESS2-4

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

Physical Geology

Minerals

properties-minerals-hardness-luster-cleavage-streak-crystal-shape

Properties of minerals (hardness, luster, cleavage, streak, crystal shape, fluorescence, flammability, density/specific gravity, malleability)

Earth's History

The geologic rock record

Plate Tectonics

Internal Earth

Historical review

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

ES.5

ES.5.a

ES.9

ES.9.a

ES.10

ES.10.d

Texas Essential Knowledge and Skills

Earth Systems Science

112.49.c.11

112.49.c.11.E.

Alabama Course of Study Science

9-12.ESS.2.5.d

Florida Department of Education

SC.912.E.6

SC.912.E.6.3

SC.912.E.7

SC.912.E.7.7

Georgia Standards of Excellence

Geology

Geologic Time

SG3.a

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Life Science

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Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

HS-LS2-4.

Earth and Space Sciences

HS-ESS2-2.

HS-ESS2-6.

HS-ESS2-7.

Jeff Salacup

Overview

Principles of Alkenone Paleothermometry

Alkenone Purification

Analysis of Relative Alkenone Concentrations

Applications

Summary

Igneous Volcanic Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are the products of cooling and crystallization of magma. Volcanic rocks ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Igneous Intrusive Rock

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Igneous rocks are products of the cooling and crystallization of high temperature ...

Using Topographic Maps to Generate Topographic Profiles

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Topographic maps are &#34;plan-view&#34; representations of Earth&#39;s ...

Determining Spatial Orientation of Rock Layers with the Brunton Compass

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Most rock units exhibit some form of planar surfaces or linear features. Examples ...

Making a Geologic Cross Section

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Geologic maps were first made and utilized in Europe, in the mid-to-late 18th century. ...

Use models to explain how mantle convection powers plate tectonics.

ESS.EES.2.1

Analyze and interpret data to predict locations of volcanoes and earthquakes based on plate boundaries.

ESS.EES.2.2

Topographic Surveying and Contours

Topographic surveying is critical for documenting the Earth's surface, focusing on capturing elevations, slopes, and natural and man-made features. It is ...

Plotting of Topographic Maps

Topographic maps represent the Earth's surface features using contour lines, which connect points of equal elevation to create a two-dimensional ...

Methods of Obtaining Topography

Topography involves measuring and mapping land elevations, natural features, and artificial structures to create accurate representations of the terrain. ...

Use models to explain how plate tectonics influence topography.

The Soil Ecosystem

Plants obtain inorganic minerals and water from the soil, which acts as a natural medium for land plants. The composition and quality of soil depend not ...

Conditions on Early Earth

What are Biogeochemical Cycles?

The most common elements in organic molecules, carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus, are only available in the ecosystem in limited ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

The Nitrogen Cycle

Nitrogen atoms, present in all proteins and DNA, are recycled between abiotic and biotic components of the ecosystem. However, the primary form of ...

The Phosphorus Cycle

Unlike carbon, water, and nitrogen, phosphorus is not present in the atmosphere as a gas. Instead, most phosphorus in the ecosystem exists as compounds, ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Carry out investigations to explain how the rock cycle and rates of weathering, erosion, and soil formation influence Earth's systems.

ESS.EES.2.4

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

Analyze and interpret data to explain how volcanic activity influences changes in Earth's atmosphere, geosphere, biosphere, and hydrosphere.

ESS.EES.2.5

Analyze how the geosphere is shaped by plate tectonics and the rock cycle.

Sea Surface Temperature from Alkenone Ratios

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