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

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North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

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ESS.EES.2.3

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An Overview of Alkenone Biomarker Analysis for Paleothermometry

<div class="chapter_text" id="script_0">
古温度計は、先史時代の藻類が残したような天然サンプル中の特定の化学物質を分析することにより、過去の温度を計算することです。
藻類は、何千年もの間、地球の海や湖に豊富に生息してきた多様な生物群です。古代の藻類によって堆積物に堆積した特定の化合物は、バイオマーカー、つまり地球の歴史に関する貴重な洞察を研究者に提供できる有機化合物として機能します。実際、堆積物中の藻類バイオマーカー含有量を分析することで、研究者は数億年前の地球の温度を決定することができます。
そのような記録の1つは、コッコリトフォアのいくつかの種から来ています。これらの藻類は、環境の温度に基づいて、堅牢なバイオマーカーの一種であるアルケノンをさまざまな量で生成します。アルケノン分析は、主に地球の海の海面温度を大昔から数え直前に計算するために使用されます。
このビデオでは、古気候学におけるアルケノンの使用について説明し、過去の海面温度を計算するためのアルケノンの分離、精製、分析のプロセスについて説明します。
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<div class="chapter_text" id="script_1">
その名前が示すように、「アルケノン古温度測定法」は、アルケノンとして知られる脂質の分析に基づいています。 アルケノン古温度測定はアルケノンに基づいています。37個の炭素原子と2〜4個の二重結合を含む長鎖不飽和アルキルケトン。各二重結合は不飽和の部位です。海面水温が低い場合、アルケノン生産者は飽和アルケノンよりも不飽和アルケノンを多く生成します。飽和度と不飽和度の比率は、アルケノン不飽和指数として知られています。
通常評価されるアルケノンは、C37:2とC37:3で、それぞれ炭素数が37、二重結合が2つまたは3つあります。これらのアルケノンの不飽和指数、またはUK'37は、海面温度と正の相関があります。ガスクロマトグラフィーとして知られる分析法は、一般に、これらのアルケノンを互いに分離するのに十分な感度があります。しかし、アルケノンを産生する藻類は、化学的に類似した脂肪酸メチルエステル(アルケノエート)も生成することが多く、この手法ではアルケノンと区別できません。汚染による炭化水素汚染も、クロマトグラフィー分析の曖昧さをさらに悪化させる可能性があります。相対的なアルケノン濃度を正確に測定するには、アルケノエートと未知の炭化水素を鹸化および尿素付加法による分析前に除去する必要があります。
さて、堆積物アルケノン比と海面水温との関係が検討されたところで、総脂質抽出物からの精製技術と、その不飽和比の解析について見ていきましょう。
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<div class="chapter_text" id="script_2">
海洋堆積物が収集および抽出されたら、総脂質抽出物(TLE)は、多段階の精製プロセスを経て分析する必要があります。まず、抽出物を鹸化し、強塩基と熱を使用してアルケノエートをカルボン酸塩とメタノールに変換します。TLEに存在する他の脂肪酸エステルは、塩とグリセロールに鹸化されます。
混合物を室温に冷却した後、水溶液を添加して塩とグリセロールを形成します。次に、混合物を酸性化してカルボン酸アニオンをプロトン化し、脂肪酸を生成します。最後に、アルケノンと脂肪酸をヘキサンとの混合物から抽出します。
次に、シリカゲルクロマトグラフィーを実行して、非極性化合物と鹸化によって生成された極性脂肪酸の両方を除去します。乾燥して鹸化したTLEをヘキサンに溶解し、カラムにロードします。シリカは、非極性化合物よりも極性化合物を強く保持します。
まず、無極性化合物をヘキサンなどの無極性溶媒で除去します。次に、アルケノンはジクロロメタンなどの中程度極性の溶媒によって溶出され、高極性脂肪酸やその他の不要な極性化合物がカラム上に残ります。
元の堆積物サンプルが高度に汚染された地域から収集された場合、尿素の吸着が行われ、残っている高度に分岐した炭化水素または環状炭化水素が除去されます。乾燥した中極性画分は、DCMやヘキサンなどの強極性尿素が最小限に溶解する溶媒混合物に溶解されます。次に、メタノール中の尿素の濃縮溶液をTLEに添加し、尿素結晶を沈殿させます。
アルケノンなどの直鎖分子は尿素結晶格子の分子間の空間に収まりますが、高度に分岐した環状分子は収まらず、排出されます。
結晶成長が終了したら、尿素結晶を乾燥させ、無極性溶媒で洗浄して排出された化合物を除去します。次に、結晶を少量の水に溶解します。アルケノンは、分析のために無極性溶媒を用いて水から抽出されます。
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<div class="chapter_text" id="script_3">
これまでの精製ステップではアルケノン種が区別されませんでしたが、沸点と分子構造のわずかな違いがあれば、ガスクロマトグラフィーカラムでの分離には十分です。水素炎イオン化検出器と組み合わせると、アルケノンの相対濃度を決定できます。
分子は、クロマトグラム上で保持時間、または化合物がカラムから出るまでに必要な時間によって識別されます。目的の化合物の保持時間は、アルケノン標準で確認されます。
アルケノンの相対濃度は、対象ピークの下の領域の分析から決定されます。次に、サンプル中の C37:2 と C37:37 の濃度から UK'37{{}} の濃度から U{{}}{{}}37 の値が計算されます。海面水温の代理関係と UK'37 の値により、アナリストは堆積物の堆積時の海面水温を解くことができます。
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<div class="chapter_text" id="script_4">
堆積物と堆積岩の分析により、地球の歴史のさまざまな側面を調査できます。
生層序学は、存在する化石の分析によって岩石の層または地層の年代を決定する研究です。堆積物の供給源は数多くあるため、同じ時代の堆積岩は世界中で劇的に異なる組成を持つ可能性があります。アンモナイトなど、地球の歴史を通じて特定の種のセットは世界中に存在し、急速な進化を遂げました。視覚的に異なる岩石層の両方に同じ種のアンモナイトが含まれている場合、地層間に時間的な相関関係を描くことができます。古温度計などの技術と組み合わせることで、自然試料の化石記録から地球の歴史に関する広範な情報を得ることができます。
有孔虫、または有孔虫の多くの種は、世界中の海洋堆積物に見られます。有孔虫は炭酸カルシウムの殻を持ち、何百万年もの間、地球の海全体に存在してきました。多くの種が海底に生息しているため、海のより深い部分の温度情報を提供できます。有孔虫のマグネシウムとカルシウムの比率は温度に対応しており、温暖な気候ではより多くのマグネシウムが殻に組み込まれます。多数の種と豊富な有孔虫は、その化石記録を地球の歴史を通じて海流の変化を追跡し、生層序学に役立てています。
構造プレートが分岐すると、プレートの間に新しい岩石が形成されます。これに対応して、発散したプレート境界を囲む岩石の特性は、時間の経過に伴うプレートの動きに関する情報を提供します。たとえば、地球の磁場の変化は、化石、岩石、堆積物に含まれる一部の鉱物に保存されています。中央海嶺付近の磁気の対称的な変化の発見は、海底の広がりとプレートテクトニクスの現在の理解に大きく貢献しました。
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<div class="chapter_text" id="script_5">
JoVEの「アルケノン古温度測定法の概要」をご覧になりました。これで、古温度測定の原理と、海底堆積物中のアルケノン比と海面温度の関係を理解できたはずです。このシリーズの次のビデオでは、この複雑なプロセスについて詳しく説明します。
ご覧いただきありがとうございます!
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paleothermometry のアルケノン バイオ マーカー解析の概要

<>ソース: ジェフ Salacup - マサチューセッツ大学アマースト校講座
ビデオのこのシリーズ中、天然試料は抽出され気候と過去の環境に関する情報を関連付けることができるバイオ マーカーと呼ばれる有機化合物の検索で精製します。分析試料の堆積物だった。堆積物は運動と重力に土砂の流れる液体 (水または空気) の作用により地球のくぼみ、流域の地質学的時間をかけて蓄積します。洗面器の 2 種類が存在する海洋 (海洋および海) および湖 (湖)。1 つが推測可能性があります非常にさまざまな種類の生命のこれらの設定は、それらの間で塩分濃度の差の大きな原動力で住んでいます。最後の数十年間、有機地球化学はバイオ マーカーのプロキシ、または湖沼海洋環境下での作業のいくつかをいくつかの作業気候または環境を記述する使用ことができる化合物のツールボックスを発見しました。ここで、U を使用して海洋の王国およびアルケノンの paleothermometry に目を向ける我々k'37海表面温度プロキシ。
最もよく確立され、広く応用オープン海洋バイオ マーカーの海表面温度 (SST) プロキシが Uk'37。
Uk'37 = (C37:2)/(C37:2 + C37:3) (ハーバート1レビューを参照)
インデックスは、アルケノン、ハプト藻藻2, 3のいくつかのクラスによって生成されると呼ばれる、2 つの多価不飽和長鎖アルキル ケトンの比率に基づいています。文化4、5コア上部堆積物6校正研究が U の開発につながったk'37定量的 SST プロキシとしてインデックス。Prahlらの文化ベースのキャリブレーション、驚くほど4:
Uk'37 = 0.034(SST) + 0.039、
・ ミュラーらのコア上の校正6、
Uk'37 = 0.033(SST) + 0.044、
統計学的に同じです。
U を再構築k'37温度相関ベスト7海洋の気候とハプト藻の生産体制の様々 な平均年間 SST。アルケノン現代8始新世の海底堆積物コアと高揚した海底堆積物9示唆が地質学的時間の経過と共に非常に安定し従って古ツールとして役に立つの露出の露頭が検出されます。Uk'37ドキュメント古海表面温度変化十10軌道11,12スケールし、したがって、非常に汎用性で使用されています。
開いた海洋で円石円石藻とGephyrocapsa の違いがほとんどのアルケノン生産を担当です。それはまだ知られていないこれらの haptophytes が成長の温度に基づいてアルケノンの不飽和比を変更する理由。アルケノンがハプト藻の細胞壁の成分であることと、不飽和が同様に飽和脂肪は、不飽和脂肪は、流体、室温で固体膜液を維持するために調整された当初考えた。しかし、この質問を目的とした実験はアルケノンでは、細胞膜に関連付けられているのではなく、細胞内のエネルギー ストレージ構造と関連付けられたことを発見します。従って、セル内の使用は、未解決の問題を残る。
最近、アルケノンは湖の環境で発見されています。ただし、その有用性は今のところ制限されています。海洋の領域のそれらより別のアルケノン生産者は住む湖とこの水の温度と不飽和間キャリブレーション (Uk'37) が違います。また、このキャリブレーションは湖、そう 'global' 校正を作成することの間で異なるです。残念ながら、ローカル校正作成は高価、時間のかかるなど U の未来k'湖で37は現在制限されても。
アルケノンは通常海洋堆積物から抽出されます。非常によくアルケノンを作り出す同じ生物は、alkenoates と呼ばれるこれらのアルケノンの脂肪酸メチルエステルを生成します。これらの化合物は、共同ガスのクロマト グラフのアルケノンの溶出し、その定量化を複雑にします。したがって、これらの抽出物は、alkenoates を削除する鹸化しばしば受けることになります。鹸化度は、ガスクロマト グラフ従順ではないカルボン酸を生成するためシリカゲルカラムを抽出物からカルボン酸を削除する鹸化後行う必要があります。アルケノンは列上に酸が残っている間にジクロロ メタンた中間極性ケトン割合で出てくる。最後に、極端な場合、堆積物中の工業中心地近くの河口のような高度汚染地域から購入したような尿素の内転がありますガス クロマト グラフのアルケノンと coelute 未知の化合物を削除する必要。
総脂質エキスを精製、抽出および精製サンプル炎イオン化検出器にガス クロマトグラフィーで実行されます。2 つのアルケノンの相対濃度 (Agilent Chemstation) などこの目的のために設計されたコンピュータ ・ ソフトウェアの化合物のそれぞれの曲線下の領域を取得することによって決定されます。U に入れているこれらの領域k'U を得るため上記37比方程式k'37値 0 と 1 間の範囲です。これらの Uk'37値が上記など調整を使用した海表面温度値にマッピングされます。
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Paleothermometry は、先史時代の藻類が残した人々 のような自然なサンプルの特定の化学物質の分析による過去の気温の計算です。
藻類は、何千年も地球の海洋と湖の豊富されている生物の多様なグループです。古代藻類による土砂の堆積、特定の化学化合物、バイオ マーカー-地球の歴史に貴重な洞察力と研究者を提供することができます有機化合物として。実際には、堆積物中の藻類のバイオ マーカー コンテンツの分析は、数億年前の地球の温度を決定する研究者をことができます。
このような 1 つのレコードは、円石のいくつかの種から来る。これらの藻類は、アルケノン、環境の温度に基づいて、堅牢なバイオ マーカーのクラスの様々 な量を生成します。アルケノン解析は、主に地球の海洋の海の表面温度を計算する使用長い年月と大昔に。
このビデオは古のアルケノンの使用方法を説明し、分離、浄化、および過去の海表面温度を計算するアルケノンの分析のプロセスについて説明します。
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その名の通り、「アルケノン paleothermometry」は分析に基づいてアルケノンアルケノン paleothermometry として知られている脂質がアルケノン; に基づく場合37 個の炭素原子および 2 に 4 の二重結合を含むアルキル長鎖、不飽和ケトン。各二重結合は、不飽和のサイトです。低海水温、アルケノン生産者より不飽和アルケノン飽和よりもを生成します。不飽和飽和率はアルケノン不飽和インデックスと呼ばれます。
通常評価アルケノン、C37:2 C37: 3、それぞれ 37 個の炭素と 2 つまたは 3 つの二重結合を持っています。これらのアルケノンまたは U の不飽和インデックスK'37, 積極的に海表面温度に関連しています。ガス ・ クロマトグラフィーは敏感に十分なこれらのアルケノンを分離分析法を知る。ただし、藻類のアルケノン生産は頻繁にまた化学的に類似した脂肪酸メチルエステルは、エステル、または alkenoates は、アルケノンこのテクニックを使用を区別することはできませんを生成します。炭化水素汚染汚染からはイオンクロマト グラフ分析を泥もさらに可能性があります。アルケノンの相対濃度を正確に決定するには、alkenoates と未知の炭化水素取り外す必要があります解析の前に鹸化と尿素内転の法による。
土砂アルケノン比の海表面温度との関係が見直された今、総脂質抽出・不飽和比の解析から、浄化のテクニックを見てみましょう。
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<div class="chapter_text" id="script_2">
海底堆積物を収集されており、抽出、一度総脂質抽出または TLE、多段階の浄化プロセスを通過する必要があります、分析します。まず、抽出物はカルボン酸塩と強塩基と熱を利用したメタノールに alkenoates を変換する鹸化を経る。他の脂肪酸エステル、TLE には、塩やグリセリンに鹸化させた「が。
部屋の温度に混合物を冷却後塩の水溶液は、フォーム塩とグリセリンに追加されます。混合物はそれからあるに脂肪酸を生産、カルボン酸の陰イオンを酸性化します。最後に、アルケノンと脂肪酸は、ヘキサンとの混合物から抽出されます。
シリカゲル クロマトグラフィーが極冠化合物と鹸化によって生成される極性の脂肪酸の両方を削除する実行されます。乾燥と鹸化 TLE がヘキサンに溶解し、列に読み込まれます。シリカは、極冠のものより強く極性化合物を保持します。
まず、ヘキサンのような極冠溶剤で極冠化合物が削除されます。次に、アルケノンは高極性の脂肪酸およびその他の不要な極性化合物を列に残して、ジクロロ メタンなどの緩やかな極性溶媒で溶出されます。
元底質試料は、高汚染地域から収集された、尿素の内転が残り高分岐または環状炭化水素を削除する実行されます。乾燥中期極性画分は強く極尿素は DCM やヘキサンなど、最低限水溶性溶媒混合物で分解します。メタノール中の尿素の集中された解決は TLE は、尿素の結晶を沈殿の原因に追加されます。
アルケノンなど直鎖状分子に尿素結晶格子中の分子間のスペースに合わせて、高度分岐環状分子はないし、抜け落ちます。
結晶成長が完了すると、尿素の結晶が乾燥し、追放された化合物を取り除くために、極冠溶剤で洗浄し。その後、結晶は少量の水に溶解しました。アルケノン解析極冠溶媒が付いている水から抽出されます。
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<div class="chapter_text" id="script_3">
すべての浄化手順アルケノン種を区別しなかった、沸点と分子構造の小さい相違はガス クロマトグラフィー コラムの分離のために十分。炎イオン化検出器を組み合わせた場合、アルケノンの相対濃度を決定ことができます。
分子がクロマト グラム上の保存期間または列終了する化合物のために必要な時間。アルケノン規格に必要な化合物の保持時間を見届けます。
アルケノンの相対濃度は、関心のピークの下の領域の解析から決定されます。UK'37値、C37:2と C37: 3サンプルの濃度から計算されます。海の表面温度のプロキシ関係と UK'アナリストは、土砂堆積時の海表面温度解決できる37値。
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<div class="chapter_text" id="script_4">
堆積物と堆積岩の解析による地球の歴史の多くの異なる側面を調べることができます。
層序は、レイヤー、または存在の化石の分析による岩石の地層の年代を決定する研究です。堆積物の多くのソースがあるので、同じ時間帯の堆積岩は世界中劇的に異なる組成があります。アンモナイトなど、地球の歴史の中で種の特定のセットは世界中に存在し、急速な進化を施行しました。両方の視覚的に異種の岩層は、アンモナイトの同じ種を含む、地層の時空間相関を描画できます。Paleothermometry などの技術と組み合わせれば、地球の歴史に関する広範な情報は天然試料の化石記録から判断できます。
有孔虫、または forams の多くの種は、世界海洋堆積物に見られます。Forams は、炭酸カルシウムの殻で何百万年の地球の海洋を通して存在しています。多くの種は海の底に住んでいるし、こうして海のより深い部分の温度情報を提供します。Forams のカルシウム比マグネシウムは、暖かい気候で自分の殻により多くのマグネシウムを組み込むので温度に対応します。Forams の豊富さや種の多数の化石の記録に化石層序、地球の歴史の中で海流の変化を追跡するために便利ななります。
プレートの発散としてそれらの間新しいロックを形成します。同様に、発散的プレート境界を取り囲む岩石のプロパティは、時間をかけてプレート運動に関する情報を提供します。例えば、地球の磁場の変化は、堆積物、岩石、化石、鉱物に保持されます。大洋中央海嶺の磁性の対称の変化の発見は、海底の広がりとプレート ・ テクトニクスの現在の理解に大きく貢献。
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<div class="chapter_text" id="script_5">
アルケノン Paleothermometry ゼウスの概要を見てきただけ。Paleothermometry の原則と海面水温に海底堆積物中のアルケノン比の関係を今理解する必要があります。このシリーズの次のビデオは、この複雑なプロセスについての詳細に入ります。
見てくれてありがとう!
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Paleothermometry のアルケノン バイオ マーカー解析の概要

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

古温度計は、先史時代の藻類が残したような天然サンプル中の特定の化学物質を分析することにより、過去の温度を計算することです。藻類は、何千年もの間、地球の海や湖に豊富に生息してきた多様な生物群です。古代の藻類によって堆積物に堆積する特定の化合物は、バイオマーカーとして機能しますか?地球の歴史についての貴重な洞察を研究者に提供できる有機化合物。実際、堆積物中の藻類バイオマーカー含有量の分析により、研究者は数億年前の地球の温度を決定することができます。そのような記録の1つは、コッコリトフォアのいくつかの種から来ています。これらの藻類は、環境の温度に基づいて、堅牢なバイオマーカーの一種であるアルケノンをさまざまな量で生成します。アルケノン分析は、主に地球の海の海面温度を大昔から数え直前に計算するために使用されます。このビデオでは、古気候学におけるアルケノンの使用について説明し、過去の海面温度を計算するためのアルケノンの分離、精製、分析のプロセスについて説明します。その名前が示すように、?アルケノン古温度計?は、アルケノンとして知られる脂質の分析に基づいています。?アルケノン古温度測定はアルケノンに基づいています。37個の炭素原子と2〜4個の二重結合を含む長鎖不飽和アルキルケトン。各二重結合は不飽和の部位です。海面水温が低い場合、アルケノン生産者は飽和アルケノンよりも不飽和アルケノンを多く生成します。飽和度と不飽和度の比率は、アルケノン不飽和指数として知られています。通常評価されるアルケノンはC37:2とC37:3で、それぞれ炭素が37個、二重結合が2個または3個あります。これらのアルケノンの不飽和指数、またはUK'37は、海面温度と正の相関があります。ガスクロマトグラフィーとして知られる分析法は、一般に、これらのアルケノンを互いに分離するのに十分な感度があります。しかし、アルケノン産生藻類は、化学的に類似した脂肪酸メチルエステル、またはアルケノエートも生成することが多く、この技術を使用してアルケノンと区別することはできません。汚染による炭化水素汚染も、クロマトグラフィー分析の泥沼化を促進する可能性があります。相対的なアルケノン濃度を正確に測定するには、アルケノエートと未知の炭化水素を鹸化および尿素付加法による分析前に除去する必要があります。さて、堆積物アルケノン比と海面水温との関係が検討されたところで、総脂質抽出物からの精製技術と、その不飽和比の解析について見ていきましょう。海洋堆積物が収集および抽出されたら、総脂質抽出物(TLE)は、多段階の精製プロセスを経て分析する必要があります。まず、抽出物を鹸化し、強塩基と熱を使用してアルケノエートをカルボン酸塩とメタノールに変換します。TLEに存在する他の脂肪酸エステルは、塩とグリセロールに鹸化されます。混合物を室温に冷却した後、水溶液を添加して塩とグリセロールを形成します。次に、混合物を酸性化してカルボン酸アニオンをプロトン化し、脂肪酸を生成します。最後に、アルケノンと脂肪酸をヘキサンとの混合物から抽出します。次に、シリカゲルクロマトグラフィーを実行して、非極性化合物と鹸化によって生成された極性脂肪酸の両方を除去します。乾燥して鹸化したTLEをヘキサンに溶解し、カラムにロードします。シリカは、非極性化合物よりも極性化合物を強く保持します。まず、無極性化合物をヘキサンなどの無極性溶媒で除去します。次に、アルケノンはジクロロメタンなどの中程度極性の溶媒によって溶出され、高極性脂肪酸やその他の不要な極性化合物がカラム上に残ります。元の堆積物サンプルが高度に汚染された地域から収集された場合、尿素の吸着が行われ、残っている高度に分岐した炭化水素または環状炭化水素が除去されます。乾燥した中極性画分は、DCMやヘキサンなどの強極性尿素が最小限に溶解する溶媒混合物に溶解されます。次に、メタノール中の尿素の濃縮溶液をTLEに添加し、尿素結晶を沈殿させます。アルケノンなどの直鎖分子は尿素結晶格子の分子間の空間に収まりますが、高度に分岐した環状分子は収まらず、排出されます。結晶成長が終了したら、尿素結晶を乾燥させ、無極性溶媒で洗浄して排出された化合物を除去します。次に、結晶を少量の水に溶解します。アルケノンは、分析のために無極性溶媒を用いて水から抽出されます。これまでの精製ステップではアルケノン種が区別されませんでしたが、沸点と分子構造のわずかな違いがあれば、ガスクロマトグラフィーカラムでの分離には十分です。水素炎イオン化検出器と組み合わせると、アルケノンの相対濃度を決定できます。分子は、クロマトグラム上で保持時間、または化合物がカラムから出るまでに必要な時間によって識別されます。目的の化合物の保持時間は、アルケノン標準で確認されます。アルケノンの相対濃度は、対象ピークの下の領域の分析から決定されます。次に、サンプル中のC37:2およびC37:3の濃度からUK'37'値を計算します。海面水温の代理関係と UK'37' の値により、分析者は堆積物堆積時の海面温度を解くことができます。堆積物と堆積岩の分析により、地球の歴史のさまざまな側面を調査できます。生層序学は、存在する化石の分析によって岩石の層または地層の年代を決定する研究です。堆積物の供給源は数多くあるため、同じ時代の堆積岩は世界中で劇的に異なる組成を持つ可能性があります。アンモナイトなど、地球の歴史を通じて特定の種のセットは世界中に存在し、急速な進化を遂げました。視覚的に異なる岩石層の両方に同じ種のアンモナイトが含まれている場合、地層間に時間的な相関関係を描くことができます。古温度計などの技術と組み合わせることで、自然試料の化石記録から地球の歴史に関する広範な情報を得ることができます。有孔虫、または有孔虫の多くの種は、世界中の海洋堆積物に見られます。有孔虫は炭酸カルシウムの殻を持ち、何百万年もの間、地球の海全体に存在してきました。多くの種が海底に住んでいるため、海のより深い部分の温度情報を提供できます。有孔虫のマグネシウムとカルシウムの比率は、温暖な気候でより多くのマグネシウムを殻に取り込むため、温度に対応します。多数の種と豊富な有孔虫は、その化石記録を地球の歴史を通じて海流の変化を追跡し、生層序学に役立てています。構造プレートが分岐すると、プレートの間に新しい岩石が形成されます。これに対応して、発散したプレート境界を囲む岩石の特性は、時間の経過に伴うプレートの動きに関する情報を提供します。たとえば、地球の磁場の変化は、化石、岩石、堆積物に含まれる一部の鉱物に保存されています。中央海嶺付近の磁気の対称的な変化の発見は、海底の広がりとプレートテクトニクスの現在の理解に大きく貢献しました。JoVEの「アルケノン古温度測定法の概要」をご覧になりました。これで、古温度測定の原理と、海底堆積物中のアルケノン比と海面温度の関係を理解できたはずです。このシリーズの次のビデオでは、この複雑なプロセスについて詳しく説明します。ご覧いただきありがとうございます!

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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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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

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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

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

このコレクションでは、地質学から地球化学まで、鉱物の物理的・化学的特性や岩石層の分析などをさまざまな実演を交えて特集しています。

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

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Physical Science

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Life Science

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

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 ...

Variation of Atmospheric Pressure

Change in atmospheric pressure with height is particularly interesting. The decrease in atmospheric pressure with increasing altitude is due to the ...

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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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