Name: sea surface temperature from alkenone ratios
Uploaded: 2023-04-30T06:47:01.000Z
Duration: 10 min 10 s
Channel: JoVE

K12 Standards

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North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

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 paléothermométrie est le calcul des températures passées par l’analyse de produits chimiques spécifiques dans des échantillons naturels, comme ceux laissés par les algues préhistoriques. 
Les algues sont un groupe diversifié d'organismes qui ont été abondants dans les océans et les lacs de la Terre pendant des millénaires. Certains composés chimiques, qui sont déposés dans les sédiments par d’anciennes algues, agissent comme des biomarqueurs – des composés organiques qui peuvent fournir aux chercheurs des informations précieuses sur l’histoire de la Terre. En fait, l’analyse de la teneur en biomarqueurs d’algues dans les sédiments permet aux chercheurs de déterminer la température de la Terre il y a des centaines de millions d’années. 
L’une de ces mentions provient de certaines espèces de coccolithophores. Ces algues produisent des quantités variables d’alcénones, une classe de biomarqueurs robustes, en fonction de la température de leur environnement. L'analyse de l'alcénone est principalement utilisée pour calculer la température de surface de la mer des océans de la Terre il y a des éons et des éons. 
Cette vidéo illustrera l’utilisation des alcénones en paléoclimatologie et décrira le processus d’isolement, de purification et d’analyse des alcénones pour calculer la température passée de la surface de la mer. 
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<div class="chapter_text" id="script_1">
Comme son nom l’indique, la « paléothermométrie des alcénones » est basée sur l’analyse des lipides, connus sous le nom de alcénones. La paléothermométrie des alcénones est basée sur les alcénones ; Cétones alkyliques insaturées à longue chaîne contenant 37 atomes de carbone et 2 à 4 doubles liaisons. Chaque double liaison est un site d’insaturation. À de basses températures de surface de la mer, les producteurs d’alcénones produisent plus d’alcénones insaturés que d’alcénons saturés. Le rapport entre la saturation et l’insaturation est connu sous le nom d’indice d’insaturation de l’alcénone. 
Les alcénones généralement évaluées sont C37:2 et C37:3, qui ont respectivement 37 carbones et deux ou trois doubles liaisons. L'indice d'insaturation de ces alcénones, ou UK'37, est positivement lié à la température de surface de la mer. La méthode analytique connue sous le nom de chromatographie en phase gazeuse est généralement suffisamment sensible pour séparer ces alcénones les unes des autres. Cependant, les algues productrices d’alcénones génèrent souvent des esters méthyliques d’acides gras chimiquement similaires, ou alcénoates, qui ne peuvent pas être distingués des alcénones utilisant cette technique. La contamination par les hydrocarbures due à la pollution peut également rendre l’analyse chromatographique boueuse. Pour déterminer avec précision la concentration relative en alcénones, les alcénoates et les hydrocarbures inconnus doivent être éliminés avant l’analyse par les méthodes de saponification et d’adduction d’urée. 
Maintenant que la relation entre les rapports d'alcénone des sédiments et la température de surface de la mer a été examinée, examinons les techniques de purification à partir d'un extrait lipidique total et l'analyse du rapport d'insaturation. 
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<div class="chapter_text" id="script_2">
Une fois les sédiments marins collectés et extraits, l’extrait lipidique total, ou TLE, doit passer par un processus de purification en plusieurs étapes et être analysé. Tout d’abord, l’extrait subit une saponification pour convertir les alcénoates en sels de carboxylate et en méthanol à l’aide d’une base forte et de chaleur. D’autres esters d’acides gras présents dans le TLE seront saponifiés en sels et en glycérol. 
Après avoir refroidi le mélange à température ambiante, une solution aqueuse de sel est ajoutée pour former des sels et du glycérol. Le mélange est ensuite acidifié pour protoner les anions carboxylates, produisant des acides gras. Enfin, les alcénones et les acides gras sont extraits du mélange avec de l’hexane. 
Une chromatographie sur gel de silice est ensuite réalisée pour éliminer à la fois les composés apolaires et les acides gras polaires produits par saponification. Le TLE séché et saponifié est dissous dans de l’hexane puis chargé sur une colonne. La silice retient les composés polaires plus fortement que les composés apolaires. 
Tout d’abord, les composés apolaires sont éliminés avec un solvant apolaire, comme l’hexane. Ensuite, les alcénones sont éluées par un solvant modérément polaire, tel que le dichlorométhane, laissant les acides gras hautement polaires et autres composés polaires indésirables sur la colonne. 
Si l’échantillon de sédiment d’origine a été prélevé dans une zone très polluée, une adduction d’urée est effectuée pour éliminer tous les hydrocarbures hautement ramifiés ou cycliques restants. La fraction de polarité moyenne séchée est dissoute dans un mélange de solvants dans lequel l’urée fortement polaire est peu soluble, comme le DCM et l’hexane. Une solution concentrée d’urée dans du méthanol est ensuite ajoutée au TLE, provoquant la précipitation des cristaux d’urée. 
Les molécules à chaîne droite telles que les alcénones s’insèrent dans les espaces entre les molécules du réseau cristallin d’urée, mais les molécules hautement ramifiées et cycliques ne le font pas et sont expulsées. 
Une fois la croissance cristalline terminée, les cristaux d’urée sont séchés puis lavés avec un solvant apolaire pour éliminer les composés expulsés. Ensuite, les cristaux sont dissous dans une petite quantité d’eau. Les alcénones sont extraites de l’eau à l’aide d’un solvant apolaire pour analyse. 
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<div class="chapter_text" id="script_3">
Bien que toutes les étapes de purification précédentes n’aient pas permis de différencier les espèces d’alcénones, de petites différences de point d’ébullition et de structure moléculaire sont suffisantes pour la séparation sur une colonne de chromatographie en phase gazeuse. Lorsqu’il est associé à un détecteur à ionisation de flamme, les concentrations relatives des alcénones peuvent être déterminées. 
Les molécules sont identifiées sur le chromatogramme par leur temps de rétention, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que le composé sorte de la colonne. Les temps de rétention des composés souhaités sont déterminés à l’aide d’étalons d’alcénones. 
Les concentrations relatives des alcénones sont déterminées à partir de l’analyse des zones sous les pics d’intérêt. La valeur UK'37 est ensuite calculée à partir des concentrations de C37:2et C37:3 dans l'échantillon. Avec la relation proxy de température de surface de la mer et la valeur UK'37, l'analyste peut calculer la température de surface de la mer au moment du dépôt de sédiments. 
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<div class="chapter_text" id="script_4">
De nombreuses facettes de l'histoire de la Terre peuvent être étudiées par l'analyse des sédiments et des roches sédimentaires. 
La biostratigraphie est l’étude de la détermination de l’âge des couches, ou strates, de roche par l’analyse des fossiles présents. Comme il existe de nombreuses sources de sédiments, les roches sédimentaires de la même période peuvent avoir des compositions radicalement différentes dans le monde. Certains ensembles d'espèces tout au long de l'histoire de la Terre, tels que les ammonites, ont existé dans le monde entier et ont connu une évolution rapide. Si des strates rocheuses visuellement différentes contiennent toutes deux la même espèce d’ammonite, alors une corrélation temporelle entre les strates peut être établie. Lorsqu'elles sont combinées à des techniques telles que la paléothermométrie, des informations détaillées sur l'histoire de la Terre peuvent être déterminées à partir des archives fossiles d'échantillons naturels. 
De nombreuses espèces de foraminifères, ou forams, se trouvent dans les sédiments marins du monde entier. Les forams ont des coquilles de carbonate de calcium et existent dans tous les océans de la Terre depuis des millions d'années. De nombreuses espèces vivent au fond de l’océan et peuvent donc fournir des informations sur la température des parties plus profondes de l’océan. Le rapport magnésium/calcium des forams correspond à la température, car ils incorporent plus de magnésium dans leur coquille dans les climats plus chauds. La multitude d'espèces et l'abondance de forams rendent leurs archives fossiles utiles pour suivre les changements dans les courants océaniques tout au long de l'histoire de la Terre et pour la biostratigraphie. 
Au fur et à mesure que les plaques tectoniques divergent, de nouvelles roches se forment entre elles. En conséquence, les propriétés de la roche entourant une limite de plaque divergente fournissent des informations sur les mouvements des plaques au fil du temps. Par exemple, les changements dans le champ magnétique terrestre sont préservés dans certains minéraux trouvés dans les fossiles, les roches et les sédiments. La découverte de changements symétriques du magnétisme autour des dorsales médio-océaniques a contribué de manière significative à la compréhension actuelle de l’étalement des fonds marins et de la tectonique des plaques. 
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<div class="chapter_text" id="script_5">
Vous venez de regarder l'aperçu de la paléothermométrie d'alcénone de JoVE. Vous devriez maintenant comprendre les principes de la paléothermométrie et la relation entre les rapports d’alcénone dans les sédiments marins et la température de surface de la mer. Les vidéos suivantes de cette série aborderont plus en détail ce processus complexe. 
Merci d’avoir regardé ! 
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un aperçu de l'analyse des biomarqueurs d'alcénones pour la paléothermométrie

<>Source : Laboratoire de Jeff Sanoussi - University of Massachusetts Amherst
Tout au long de cette série de vidéos, les échantillons naturels ont été extraites et purifiées à la recherche de composés organiques appelés biomarqueurs, qui peuvent transmettre de l’information sur les climats et les environnements du passé. Un des échantillons analysés a été de sédiments. Les sédiments s’accumulent au fil des temps géologiques dans les bassins, les dépressions dans le sol dans lesquels circule de sédiments par l’action du fluide (eau ou air), mouvement et la gravité. Deux principaux types de bassins existent, marine (les océans et les mers) et lacustres (lacs). Comme on peut le deviner, très différents types de vie vivent dans ces milieux, grâce en grande partie la différence de salinité entre eux. Au cours des dernières décennies, géochimistes organiques a découvert une panoplie de procurations biomarqueur, ou des composés qui peuvent être utilisés pour décrire le climat ou l’environnement, dont certains travaillent dans les milieux marins et certains qui agissent en lacustre. Nous portons notre attention ici sur le paleothermometry marine de Royaume et alcénone à l’aide de l’Uk'37 proxy de mer la température de surface.
Le proxy de température de surface (SST) de mer biomarqueur de haute mer plus bien établi et largement appliquée est Uk'37.
Uk'37 = (C37:2) / (C37:2 + C37:3) (voir Herbert1 pour un examen)
L’indice est basé sur le rapport entre les deux polyinsaturés à chaîne longue alkyl cétones, appelé alkénones, produites par certaines classes de Haptophyta algues2,3. La culture4,5 et base-sommet sédiments6 calibration études ont conduit à l’élaboration de l’Uk'37 Index comme une approximation quantitative de la SST. Étonnamment, la calibration basée sur l’élevage des Prahl et al. 4:
Uk'37 = 0.034(SST) + 0,039,
Et l’étalonnage de base-sommet de Müller et al. 6,
Uk'37 = 0.033(SST) + 0,044,
sont statistiquement identiques.
Reconstruit la Uk'des températures de37 correspondent mieux aux moyenne annuelle SST pour une variété de régimes de production climatiques et les haptophytes dans l' océan mondial7. Alkénones sont détectés dans des carottes de sédiments marins de l’Éocène précoce à l’âge moderne8et dans des affleurements exposés de sédiments marins soulevés9 suggérant qu’ils sont très stables dans le temps géologique et donc utile comme outil paléoclimatiques. Uk'37 a été utilisé pour documenter les changements de température de surface de mer paléo décennale10 périodes orbitales11,12 et sont donc très polyvalent.
En plein océan, les coccolithophoridés Emiliania huxleyi et Gephyrocapsa oceanica sont responsables de la plupart de la production alcénone. On ne sait pas encore pourquoi ces haptophytes modifier le rapport de l’insaturation des alkénones basé sur la température de croissance. On pensait initialement qu’alkénones étaient des éléments des parois cellulaires haptophytes et que leur insaturation a été ajustée afin de maintenir le fluide de la membrane, tout comme les gras saturés sont solides à température ambiante, tandis que les gras insaturés sont liquides. Cependant, les expériences visant à cette question trouvent qu’au lieu d’être associés avec les membranes cellulaires, alkénones ont été associés à des structures de stockage d’énergie à l’intérieur de la cellule. Par conséquent, leur utilisation à l’intérieur de la cellule reste une question ouverte.
Récemment, les alkénones ont été trouvés dans des milieux lacustres. Cependant, leur utilité a été jusqu'à présent limitée. Alcénone différents producteurs que ceux dans le Royaume marin habitent dans des lacs et donc l’étalonnage entre la température de l’eau et l’insaturation (Uk'37) est différent. En outre, cet étalonnage est différent entre lacs, rendant la création d’un « global » étalonnage improbable. Malheureusement, la création d’étalonnages locales est coûteux et beaucoup de temps et donc l’avenir pour Uk'37 dans les lacs est également actuellement limité.
Alkénones sont généralement extraites de sédiments marins. Très souvent les mêmes organismes qui produisent des alcénones produisent des esters méthyliques d’acides gras de ces alkénones appelés alkénoates. Ces composés éluer conjointement avec l’alkénones sur un chromatographe en phase gazeuse et compliquent leur quantification. Par conséquent, ces extraits subira souvent une saponification pour supprimer Oates. Étant donné que la saponification produit des acides carboxyliques qui ne sont pas prêtent chromatographe en phase gazeuse, une colonne de gel de silice doit être effectuée après la saponification pour éliminer les acides carboxyliques de l’extrait. Les alcénones sortent dans la fraction de cétone de polarité moyenne qui élué dans le dichlorométhane tandis que les acides sont laissés sur la colonne. Enfin, dans des cas extrêmes, telles que dans les sédiments acquis de zones fortement polluées, comme les estuaires, près de centres industriels, une adduction d’urée peut-être également être nécessaire pour éliminer les composés inconnus qui élués avec l’alkénones sur le chromatographe en phase gazeuse.
Une fois l’extrait lipidique total est purifié, l’échantillon extrait et purifié est exécuté sur un chromatographe en phase gazeuse couplée à une flamme ionisant détecteur. La concentration relative des deux alkénones est déterminée par l’obtention de l’aire sous la courbe pour chacun des composés sur ordinateur un logiciel destiné à cet effet (par exemple, Agilent Chemstation). Ces domaines sont ensuite placés dans l’Uk'37 équation de taux indiquée ci-dessus pour obtenir un Uk'valeur de37 qui varie entre 0 et 1. Ces Uk'37 valeurs sont alors mappées à la valeur de température de surface de mer à l’aide d’un étalonnage telles que celles décrites ci-dessus.
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Paleothermometry est le calcul des températures passées par l’analyse des substances chimiques spécifiques dans les échantillons naturels, comme ceux laissés par les algues préhistoriques.
Les algues sont un groupe diversifié d’organismes qui ont été abondant dans les lacs et les océans de la terre depuis des millénaires. Certains composés chimiques, qui sont déposés dans les sédiments par les algues antiques, servent de biomarqueurs – composés organiques qui peuvent fournir aux chercheurs un aperçu précieux dans l’histoire de la terre. En fait, l’analyse de la teneur en algues biomarqueur dans les sédiments permet aux chercheurs de déterminer la température de la terre des centaines de millions d’années.
Un tel enregistrement vient de certaines espèces de coccolithophores. Ces algues produisent des quantités variables d’alkénones, une classe de biomarqueurs robustes, basée sur la température de leur environnement. Alcénone analyse est principalement utilisé pour calculer la température de surface des Océans de la terre des éons et des éons il y a.
Cette vidéo sera illustrent l’utilisation d’alkénones en paléoclimatologie et décrire le processus d’isolement, purifiant et l’analyse alkénones pour calculer passé la température de surface de mer.
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Comme son nom l’indique, « Alcénone paleothermometry » repose sur l’analyse si lipides, appelées alkénones alcénone paleothermometry est basé sur alkénones ; cétones de longue chaîne, unsaturated alkyl qui contiennent des atomes de carbone 37 et 2 à 4 doubles liaisons. Chaque double liaison est un site d’insaturation. À basses températures de surface, alcénone producteurs génèrent plus insaturés alkénones que saturé. Le taux de saturation d’insaturation est connu comme l’indice d’insaturation alcénone.
Les alkénones habituellement évaluées sont C37 : 2 et C37 : 3, 37 carbones et ayant deux ou trois doubles liaisons, respectivement. L’Index de l’insaturation de ces alkénones, ou le UK'37, est positivement reliée à la température de surface de mer. La méthode d’analyse sais comme la chromatographie en phase gazeuse est généralement assez sensible pour séparer ces alkénones uns des autres. Toutefois, des algues productrices d’alcénone souvent génèrent esters méthyliques chimiquement semblable acide gras ou Oates, qui ne peut être distinguée d’alkénones en utilisant cette technique. Contamination de la pollution par des hydrocarbures peut aussi encore boueuses analyse chromatographique. Pour déterminer avec précision la concentration relative alcénone, Oates et hydrocarbures inconnus doivent être retirés avant l’analyse par les méthodes de saponification et d’adduction de l’urée.
Maintenant que la relation des ratios d’alcénone de sédiments à la température de surface de mer a été revue, nous allons étudier les techniques pour leur purification à partir d’un extrait lipidique total et une analyse du ratio insaturation.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
Une fois que les sédiments marins a été recueilli et extrait, l’extrait lipidique total, ou TLE, doit passer par un processus de purification multi-étapes et analysés. Tout d’abord, l’extrait subit une saponification pour convertir alkénoates en sels de carboxylates et du méthanol à l’aide d’une base forte et la chaleur. Autres esters d’acides gras présents dans le TLE vont être saponifiés en sels et en glycérol.
Après refroidissement du mélange à la température ambiante, une solution aqueuse de sel est ajoutée pour former les sels et le glycérol. Le mélange est ensuite acidifié à protoner les anions carboxylate, produisant des acides gras. Enfin, les alkénones et les acides gras sont extraites le mélange avec de l’hexane.
Chromatographie sur gel de silice est ensuite effectuée pour éliminer les composés apolaires et les acides gras polaires produites par saponification. La TLE séché et saponifiée est dissous dans de l’hexane et ensuite chargée sur une colonne. Silice conserve les composés polaires plus fortement qu’apolaire ones.
Tout d’abord, les composés apolaires sont enlevés avec un solvant apolaire, comme l’hexane. Ensuite, les alkénones sont éluées par un solvant modérément polaire, comme le dichlorométhane, laissant les acides gras hautement polaires et autres composés polaires indésirables sur la colonne.
Si l’échantillon original de sédiments a été collecté dans une zone très polluée, adduction de l’urée est exécutée pour supprimer n’importe quel autres hydrocarbures hautement ramifiés ou cycliques. La fraction de polarité moyenne séchée est dissous dans un mélange de solvants dont l’urée fortement polaire est très peu soluble, tels que le DCM et l’hexane. Une solution concentrée d’urée dans le méthanol est ensuite ajoutée à la TLE, causant des cristaux d’urée à précipiter.
Molécules à chaîne droite tels qu’alkénones s’insérer dans les espaces entre les molécules dans le réseau cristallin d’urée, mais ne sont pas des molécules hautement ramifiés et cycliques et sont expulsés.
Une fois que la croissance des cristaux est terminée, les cristaux d’urée sont séchés et ensuite lavés avec un solvant apolaire pour éliminer les composés expulsés. Ensuite, les cristaux sont dissous dans un peu d’eau. Les alcénones sont extraites de l’eau avec un solvant apolaire pour analyse.
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Alors que toutes les précédentes étapes de purification ne fait pas distinction entre espèces alcénone, petites différences dans la structure moléculaire et de la température d’ébullition sont suffisants pour séparation sur une colonne de chromatographie en phase gazeuse. Lorsqu’il est associé avec un détecteur à ionisation de flamme, les concentrations relatives de l’alkénones, peut être déterminé.
Les molécules sont identifiées sur le chromatogramme par leurs temps de rétention, ou le temps nécessaire pour le composé à être sortie de la colonne. Les temps de rétention des composés désirés sont constatés avec les normes d’alcénone.
Les concentrations relatives de l’alkénones sont déterminées à partir de l’analyse des zones sous les pics d’intérêt. L’UK'37 est ensuite calculée d’après les concentrations de C37 : 2et C37 : 3 dans l’échantillon. Avec la relation de proxy de température de surface de mer et le UK'valeur de37 , l’analyste peut résoudre pour la température de surface au moment de la sédimentation.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
Beaucoup de différentes facettes de l’histoire de la terre peuvent être étudiées par l’analyse des sédiments et roches sédimentaires.
Biostratigraphie est l’étude de la détermination de l’âge des couches ou strates de roche par l’analyse des fossiles présents. Comme il existe de nombreuses sources de sédiments, des roches sédimentaires de la même période de temps peuvent avoir radicalement différentes compositions dans le monde entier. Certains ensembles d’espèces tout au long de l’histoire de la terre, comme les ammonites, existaient dans le monde entier et a subi une évolution rapide. Si les strates de roche dissemblables visuellement les deux contiennent les mêmes espèces d’ammonites, puis une corrélation temporelle entre les strates peut être tirée. Lorsqu’il est combiné avec des techniques telles que paleothermometry, des informations détaillées sur l’histoire de la terre peuvent être déterminées de registres fossiles dans des échantillons naturels.
Beaucoup d’espèces de foraminifères ou Fotso, se trouvent dans les sédiments marins dans le monde entier. Fotso ont des coquilles de carbonate de calcium et existence dans tous les océans de la terre depuis des millions d’années. De nombreuses espèces vivent sur le fond de l’océan et donc peuvent fournir des informations de température sur les parties plus profondes de l’océan. Le magnésium ratio calcium de FOTSO correspond à la température, car elles intègrent plus de magnésium dans leur coquille dans des climats plus chauds. La multitude d’espèces et l’abondance des fotso rendent leurs fossiles utile pour le suivi des modifications dans les courants océaniques tout au long de l’histoire de la terre et la biostratigraphie.
Lorsque les plaques tectoniques divergent, nouveau rock forme entre eux. Parallèlement, les propriétés de la roche entourant une bordure de plaque divergente fournissent des informations sur les mouvements des plaques au fil du temps. Par exemple, des changements dans le champ magnétique terrestre sont conservés dans certains minéraux présents dans les fossiles, roches et les sédiments. La découverte des changements symétriques en magnétisme sur les dorsales médio-océaniques a largement contribué à la compréhension actuelle de la propagation du plancher océanique et la tectonique des plaques.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
Vous avez juste regardé aperçu d’alcénone Paleothermometry de JoVE. Vous devez maintenant comprendre les principes de la paleothermometry et la relation des ratios d’alcénone dans les sédiments marins à la température de surface de mer. Vidéos suivantes dans cette série vont entrer dans les détails sur ce processus complex.
Merci de regarder !
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Un aperçu de l'analyse des biomarqueurs d'alcénones pour la paléothermométrie

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

La paléothermométrie est le calcul des températures passées par l’analyse de produits chimiques spécifiques dans des échantillons naturels, comme ceux laissés par les algues préhistoriques. Les algues sont un groupe diversifié d’organismes qui ont été abondants dans les océans et les lacs de la Terre pendant des millénaires. Certains composés chimiques, qui se déposent dans les sédiments par les algues anciennes, agissent comme des biomarqueurs ? des composés organiques qui peuvent fournir aux chercheurs des informations précieuses sur l’histoire de la Terre. En fait, l’analyse du contenu en biomarqueurs d’algues dans les sédiments permet aux chercheurs de déterminer la température de la Terre il y a des centaines de millions d’années. L’une de ces mentions provient de certaines espèces de coccolithophores. Ces algues produisent des quantités variables d’alcénones, une classe de biomarqueurs robustes, en fonction de la température de leur environnement. L’analyse de l’alcénone est principalement utilisée pour calculer la température de surface de la mer des océans de la Terre il y a des éons et des éons. Cette vidéo illustrera l’utilisation des alcénones en paléoclimatologie et décrira le processus d’isolement, de purification et d’analyse des alcénones pour calculer la température passée de la surface de la mer. Comme son nom l’indique, ? Paléothermométrie à l’alcénone ? est basé sur l’analyse des lipides, connus sous le nom d’alcénones. La paléothermométrie des alcénones est basée sur les alcénones ; Cétones alkyliques insaturées à longue chaîne contenant 37 atomes de carbone et 2 à 4 doubles liaisons. Chaque double liaison est un site d’insaturation. À de basses températures de surface de la mer, les producteurs d’alcénones produisent plus d’alcénones insaturés que d’alcénons saturés. Le rapport entre la saturation et l’insaturation est connu sous le nom d’indice d’insaturation de l’alcénone. Les alcénones généralement évalués sont C37:2 et C37:3, qui ont respectivement 37 carbones et deux ou trois doubles liaisons. L’indice d’insaturation de ces alcénones, ou UK'37, est positivement lié à la température de surface de la mer. La méthode analytique connue sous le nom de chromatographie en phase gazeuse est généralement suffisamment sensible pour séparer ces alcénones les unes des autres. Cependant, les algues productrices d’alcénones génèrent souvent des esters méthyliques d’acides gras chimiquement similaires, ou alcénoates, qui ne peuvent pas être distingués des alcénones en utilisant cette technique. La contamination par les hydrocarbures due à la pollution peut également rendre l’analyse chromatographique boueuse. Pour déterminer avec précision la concentration relative en alcénones, les alcénoates et les hydrocarbures inconnus doivent être éliminés avant l’analyse par les méthodes de saponification et d’adduction d’urée. Maintenant que la relation entre les rapports d’alcénone des sédiments et la température de surface de la mer a été examinée, examinons les techniques de purification à partir d’un extrait lipidique total et l’analyse du rapport d’insaturation. Une fois les sédiments marins collectés et extraits, l’extrait lipidique total, ou TLE, doit passer par un processus de purification en plusieurs étapes et être analysé. Tout d’abord, l’extrait subit une saponification pour convertir les alcénoates en sels de carboxylate et en méthanol à l’aide d’une base forte et de chaleur. D’autres esters d’acides gras présents dans le TLE seront saponifiés en sels et en glycérol. Après avoir refroidi le mélange à température ambiante, une solution aqueuse de sel est ajoutée pour former des sels et du glycérol. Le mélange est ensuite acidifié pour protoner les anions carboxylates, produisant des acides gras. Enfin, les alcénones et les acides gras sont extraits du mélange avec de l’hexane. Une chromatographie sur gel de silice est ensuite réalisée pour éliminer à la fois les composés apolaires et les acides gras polaires produits par saponification. Le TLE séché et saponifié est dissous dans de l’hexane puis chargé sur une colonne. La silice retient les composés polaires plus fortement que les composés apolaires. Tout d’abord, les composés apolaires sont éliminés avec un solvant apolaire, comme l’hexane. Ensuite, les alcénones sont éluées par un solvant modérément polaire, tel que le dichlorométhane, laissant les acides gras hautement polaires et autres composés polaires indésirables sur la colonne. Si l’échantillon de sédiment d’origine a été prélevé dans une zone très polluée, une adduction d’urée est effectuée pour éliminer tous les hydrocarbures hautement ramifiés ou cycliques restants. La fraction de polarité moyenne séchée est dissoute dans un mélange de solvants dans lequel l’urée fortement polaire est peu soluble, comme le DCM et l’hexane. Une solution concentrée d’urée dans du méthanol est ensuite ajoutée au TLE, provoquant la précipitation des cristaux d’urée. Les molécules à chaîne droite telles que les alcénones s’insèrent dans les espaces entre les molécules du réseau cristallin d’urée, mais les molécules hautement ramifiées et cycliques ne le font pas et sont expulsées. Une fois la croissance cristalline terminée, les cristaux d’urée sont séchés puis lavés avec un solvant apolaire pour éliminer les composés expulsés. Ensuite, les cristaux sont dissous dans une petite quantité d’eau. Les alcénones sont extraites de l’eau à l’aide d’un solvant apolaire pour analyse. Bien que toutes les étapes de purification précédentes n’aient pas permis de différencier les espèces d’alcénones, de petites différences de point d’ébullition et de structure moléculaire sont suffisantes pour la séparation sur une colonne de chromatographie en phase gazeuse. Lorsqu’il est associé à un détecteur à ionisation de flamme, les concentrations relatives des alcénones peuvent être déterminées. Les molécules sont identifiées sur le chromatogramme par leur temps de rétention, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que le composé sorte de la colonne. Les temps de rétention des composés souhaités sont déterminés à l’aide d’étalons d’alcénones. Les concentrations relatives des alcénones sont déterminées à partir de l’analyse des zones sous les pics d’intérêt. La valeur UK'37 est ensuite calculée à partir des concentrations de C37:2 et C37:3 dans l’échantillon. Avec la relation proxy de la température de surface de la mer et la valeur UK'37 ?, l’analyste peut calculer la température de surface de la mer au moment du dépôt des sédiments. De nombreuses facettes de l’histoire de la Terre peuvent être étudiées par l’analyse des sédiments et des roches sédimentaires. La biostratigraphie est l’étude de la détermination de l’âge des couches, ou strates, de roche par l’analyse des fossiles présents. Comme il existe de nombreuses sources de sédiments, les roches sédimentaires de la même période peuvent avoir des compositions radicalement différentes dans le monde. Certains ensembles d’espèces tout au long de l’histoire de la Terre, tels que les ammonites, ont existé dans le monde entier et ont connu une évolution rapide. Si des strates rocheuses visuellement différentes contiennent toutes deux la même espèce d’ammonite, alors une corrélation temporelle entre les strates peut être établie. Lorsqu’elles sont combinées à des techniques telles que la paléothermométrie, des informations détaillées sur l’histoire de la Terre peuvent être déterminées à partir des archives fossiles d’échantillons naturels. De nombreuses espèces de foraminifères, ou forams, se trouvent dans les sédiments marins du monde entier. Les forams ont des coquilles de carbonate de calcium et existent dans tous les océans de la Terre depuis des millions d’années. De nombreuses espèces vivent au fond de l’océan et peuvent donc fournir des informations sur la température des parties plus profondes de l’océan. Le rapport magnésium/calcium des forams correspond à la température, car ils incorporent plus de magnésium dans leur coquille dans les climats plus chauds. La multitude d’espèces et l’abondance de forams rendent leurs archives fossiles utiles pour suivre les changements dans les courants océaniques tout au long de l’histoire de la Terre et pour la biostratigraphie. Au fur et à mesure que les plaques tectoniques divergent, de nouvelles roches se forment entre elles. En conséquence, les propriétés de la roche entourant une limite de plaque divergente fournissent des informations sur les mouvements des plaques au fil du temps. Par exemple, les changements dans le champ magnétique terrestre sont préservés dans certains minéraux trouvés dans les fossiles, les roches et les sédiments. La découverte de changements symétriques du magnétisme autour des dorsales médio-océaniques a contribué de manière significative à la compréhension actuelle de l’étalement des fonds marins et de la tectonique des plaques. Vous venez de regarder l’aperçu de la paléothermométrie d’alcénone de JoVE. Vous devriez maintenant comprendre les principes de la paléothermométrie et la relation entre les rapports d’alcénone dans les sédiments marins et la température de surface de la mer. Les vidéos suivantes de cette série aborderont plus en détail ce processus complexe. Merci d’avoir regardé !

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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

determining-spatial-orientation-rock-layers-with-brunton

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

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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

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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

Cette collection rassemble des thèmes allant de la géologie à la géochimie ; avec une variété de démonstrations incluant les propriétés physiques et chimiques des minéraux et l'analyse des formations rocheuses.

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

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ES.5

ES.5.a

ES.9

ES.9.a

ES.10

ES.10.d

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Earth Systems Science

112.49.c.11

112.49.c.11.E.

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SC.912.E.7.7

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Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

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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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