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

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">
Paleotermometria é o cálculo de temperaturas passadas por análise de produtos químicos específicos em amostras naturais, como aquelas deixadas para trás por algas pré-históricas.
As algas são um grupo diversificado de organismos que têm sido abundantes nos oceanos e lagos da Terra por milênios. Certos compostos químicos, que são depositados em sedimentos por algas antigas, atuam como biomarcadores – compostos orgânicos que podem fornecer aos pesquisadores uma valiosa visão da história da Terra. De fato, a análise do conteúdo de biomarcadores de algas em sedimentos permite que os pesquisadores determinem a temperatura da Terra centenas de milhões de anos atrás.
Um desses registros vem de algumas espécies de coccolithophores. Essas algas produzem quantidades variadas de alkenones, uma classe de biomarcadores robustos, com base na temperatura de seu ambiente. A análise de Alkenone é usada principalmente para calcular a temperatura da superfície do mar dos oceanos da Terra e eras atrás.
Este vídeo ilustrará o uso de alkenonas na paleoclimatologia e descreverá o processo de isolar, purificar e analisar alkenones para calcular a temperatura da superfície do mar.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
Como o nome indica, "Alkenone paleothermometria" é baseada na análise de lipídios, conhecidos como alkenones. A paleotermometria alkenone é baseada em alkenonas; cetonas alquilas insaturadas de cadeia longa que contêm 37 átomos de carbono e 2 a 4 ligações duplas. Cada ligação dupla é um local de insaturação. Em baixas temperaturas da superfície do mar, os produtores de alkenona geram alkenones mais insaturados do que saturados. A razão entre saturação e insaturação é conhecida como Índice de Insaturação alkenone.
As alkenonas geralmente avaliadas são C37:2 e C37:3, que têm 37 carbonos e duas ou três ligações duplas, respectivamente. O Índice de Insaturação dessas alkenonas, ou UK'37,está positivamente relacionado com a temperatura da superfície do mar. O método analítico conhecido como cromatografia gasosa é geralmente sensível o suficiente para separar essas alquenas umas das outras. No entanto, algas produtoras de alkenona muitas vezes também geram ésteres de metila quimicamente semelhantes, ou alquenatos, que não podem ser distinguidos das alquenas que usam essa técnica. A contaminação por hidrocarbonetos por poluição também pode aprofundar a análise cromatográfica lamacenta. Para determinar com precisão a concentração relativa de alkenona, alquenatos e hidrocarbonetos desconhecidos devem ser removidos antes da análise pelos métodos de saponificação e adução da ureia.
Agora que a relação das relações de alkenona de sedimentos com a temperatura da superfície do mar foi revisada, vamos olhar para as técnicas para sua purificação a partir de um extrato lipídado total e análise da razão de insaturação.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
Uma vez coletado e extraído o sedimento marinho, o extrato lipíduo total, ou TLE, deve passar por um processo de purificação de várias etapas e analisado. Primeiro, o extrato sofre uma saponificação para converter alquenatos em sais carboxilatos e metanol usando uma base forte e calor. Outros ésteres de ácido graxo presentes na TLE serão saponificados em sais e glicerol.
Depois de resfriar a mistura à temperatura ambiente, uma solução de sal aquoso é adicionada para formar sais e glicerol. A mistura é então acidificada para protonatoar os ânions de carboxilato, produzindo ácidos graxos. Finalmente, as alkenonas e os ácidos graxos são extraídos da mistura com hexano.
A cromatografia de gel de sílica é então realizada para remover tanto compostos apolares quanto os ácidos graxos polares produzidos pela saponificação. O TLE seco e saponificado é dissolvido em hexano e depois carregado em uma coluna. A sílica retém compostos polares mais fortemente do que os apolares.
Primeiro, compostos apolares são removidos com um solvente apolar, como hexano. Em seguida, as alkenonas são elucidadas por um solvente moderadamente polar, como o diclorometano, deixando os ácidos graxos altamente polares e outros compostos polares indesejados na coluna.
Se a amostra original de sedimentos foi coletada de uma área altamente poluída, a adução da ureia é realizada para remover quaisquer hidrocarbonetos altamente ramificados ou cíclicos restantes. A fração de polaridade média seca é dissolvida em uma mistura de solventes em que a ureia fortemente polar é minimamente solúvel, como DCM e hexano. Uma solução concentrada de ureia no metanol é então adicionada ao TLE, fazendo com que os cristais de ureia precipitam.
Moléculas de cadeia reta, como alkenonas, se encaixam nos espaços entre moléculas na rede de cristal da ureia, mas moléculas altamente ramificadas e cíclicas não se encaixam, e são expelidas.
Uma vez terminado o crescimento do cristal, os cristais de ureia são secos e depois lavados com um solvente apolar para remover compostos expelidos. Então, os cristais são dissolvidos em uma pequena quantidade de água. As alkenonas são extraídas da água com um solvente apolar para análise.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
Embora todas as etapas anteriores de purificação não diferenciem entre espécies de alquena, pequenas diferenças no ponto de ebulição e na estrutura molecular são suficientes para a separação em uma coluna de cromatografia gasosa. Quando emparelhado com um detector de ionização de chamas, concentrações relativas das alkenonas, podem ser determinadas.
As moléculas são identificadas no cromatograma pelo tempo de retenção, ou pelo tempo necessário para que o composto saia da coluna. Os tempos de retenção dos compostos desejados são verificados com padrões alkenone.
As concentrações relativas das alkenonas são determinadas a partir da análise das áreas sob os picos de interesse. O valor de UK'37 é então calculado a partir das concentrações de C37:2e C37:3 na amostra. Com a relação proxy da temperatura da superfície do mar e o valor de UK'37, o analista pode resolver a temperatura da superfície do mar no momento da deposição de sedimentos.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
Muitas facetas diferentes da história da Terra podem ser investigadas pela análise de sedimentos e rochas sedimentares.
Bioestratigrafia é o estudo da determinação das idades das camadas, ou estratos, da rocha pela análise dos fósseis presentes. Como há muitas fontes de sedimentos, rochas sedimentares do mesmo período de tempo podem ter composições dramaticamente diferentes ao redor do mundo. Certos conjuntos de espécies ao longo da história da Terra, como os amonitas, existiram em todo o mundo e passaram por uma rápida evolução. Se estratos rochosos visualmente diferentes contêm a mesma espécie de amonita, então uma correlação temporal entre os estratos pode ser desenhada. Quando combinadas com técnicas como a paleotermometria, informações extensas sobre a história da Terra podem ser determinadas a partir de registros fósseis em amostras naturais.
Muitas espécies de foraminifera, ou forams, são encontradas em sedimentos marinhos em todo o mundo. Forams tem conchas de carbonato de cálcio e existem nos oceanos da Terra por milhões de anos. Muitas espécies vivem no fundo do oceano, e assim podem fornecer informações sobre a temperatura sobre partes mais profundas do oceano. A razão magnésio/cálcio de forams corresponde à temperatura, pois eles incorporam mais magnésio em suas conchas em climas mais quentes. A multiplicidade de espécies e a abundância de forams torna seu registro fóssil útil para rastrear mudanças nas correntes oceânicas ao longo da história da Terra e para a bioestratigrafia.
À medida que as placas tectônicas divergem, novas formas de rocha entre elas. Correspondentemente, as propriedades da rocha em torno de um limite de placa divergente fornecem informações sobre os movimentos das placas ao longo do tempo. Por exemplo, mudanças no campo magnético da Terra são preservadas em alguns minerais encontrados em fósseis, rochas e sedimentos. A descoberta de mudanças simétricas no magnetismo sobre cumes do meio do oceano contribuiu significativamente para a compreensão atual da propagação do fundo do mar e da tectônica das placas.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
Você acabou de ver a visão geral de Jove sobre a paleotermometria de Alkenone. Agora você deve entender os princípios da paleotermometria e a relação da relação alkenone em sedimentos marinhos à temperatura da superfície do mar. Os vídeos a seguir desta série entrarão em mais detalhes sobre este processo complexo.
Obrigado por assistir!
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uma visão geral da análise de biomarcadores de alquenonas para paleotermometria

Fonte: Laboratório de Jeff Salacup - Universidade de Massachusetts Amherst
Ao longo desta série de vídeos, amostras naturais foram extraídas e purificadas em busca de compostos orgânicos, chamados de biomarcadores, que podem relacionar informações sobre climas e ambientes do passado. Uma das amostras analisadas foi sedimento. Sedimentos se acumulam ao longo do tempo geológico em bacias, depressões na Terra nas quais os sedimentos fluem através da ação de fluido (água ou ar), movimento e gravidade. Existem dois tipos principais de bacias, marinha (oceanos e mares) e lacustrina (lagos). Como se pode imaginar, tipos muito diferentes de vida vivem nessas configurações, impulsionados em grande parte pela diferença de salinidade entre eles. Ao longo das últimas décadas, geoquímicos orgânicos descobriram uma caixa de ferramentas de proxies biomarcadores, ou compostos que podem ser usados para descrever o clima ou o meio ambiente, alguns dos quais trabalham em ambientes marinhos e alguns dos quais trabalham em lacustrina. Voltamos nossa atenção aqui para o reino marinho e a paleotermmetria alkenone usando o proxy de temperatura da superfície do mar Uk'37.
O proxy mais bem estabelecido e amplamente aplicado da temperatura da superfície do mar (SST) é Uk'37.
Uk'37 = (C37:2) / (C37:2 + C37:3) (ver Herbert1 para uma revisão)
O índice baseia-se na razão de duas cetonas de alquila de cadeia longa poli-insaturadas, chamadas alkenonas, produzidas por algumas classes de algas haptofitas2,3. Cultura4,5 e estudos de calibração de sedimentos de topo de núcleo6 levaram ao desenvolvimento do Uk'37 Index como um proxy SST quantitativo. Surpreendentemente, a calibração baseada na cultura de Prahl et al. 4:
Uk'37 = 0,034 (SST) + 0,039,
E a calibração do núcleo de Müller et al. 6,
Uk'37 = 0,033 (SST) + 0,044,
são estatisticamente idênticas.
As temperaturas reconstruídas Uk'37 se correlacionam melhor com a média anual do SST para uma variedade de regimes climáticos e de produção de haptofitos no oceano global7. Alkenonas são detectadas em núcleos de sedimentos marinhos do início do Eoceno até a idade moderna8, e em afloramentos expostos de sedimentos marinhos9, sugerindo que eles são muito estáveis ao longo do tempo geológico, e, portanto, úteis como uma ferramenta paleoclima. Uk'37 tem sido usado para documentar mudanças na temperatura da superfície do mar paleo em decadal10 para orbital11,12 escalas de tempo e, portanto, são muito versáteis.
No oceano aberto, as coccolithophores Emiliania huxleyi e Gephyrocapsa oceanica são responsáveis pela maior parte da produção alkenone. Ainda não se sabe por que esses haptofititas alteram a razão de insaturação de alkenonas com base na temperatura de crescimento. Inicialmente se pensava que as alkenonas eram componentes das paredes celulares haptofitos e que sua insaturação foi ajustada a fim de manter o fluido da membrana, assim como as gorduras saturadas são sólidas à temperatura ambiente, enquanto as gorduras insaturadas são fluidas. No entanto, experimentos direcionados a essa questão descobriram que, em vez de estarem associadas às membranas celulares, as alkenonas estavam associadas a estruturas de armazenamento de energia dentro da célula. Assim, seu uso dentro da célula permanece uma questão em aberto.
Recentemente, alkenones foram encontrados em ambientes lacodrinas. No entanto, sua utilidade até agora foi limitada. Diferentes produtores de alkenona do que os do reino marinho habitam em lagos e, portanto, a calibração entre a temperatura da água e a insaturação (Uk'37) é diferente. Além disso, essa calibração é diferente entre os lagos, tornando improvável a criação de uma calibração "global". Infelizmente, a criação de calibrações locais é cara e demorada e, portanto, o futuro para Uk'37 em lagos também é atualmente limitado.
Alkenonas são geralmente extraídas de sedimentos marinhos. Muitas vezes os mesmos organismos que produzem alkenonas produzem ésteres de metila ácidos graxos desses alkenonas chamados alquenatos. Estes compostos co-elute com as alkenonas em um cromatógrafo gasoso e complicam sua quantificação. Portanto, esses extratos muitas vezes sofrerão uma saponificação para remover alquenatos. Como a saponificação produz ácidos carboxílicos que não são amenáveis de cromatógrafo a gás, uma coluna de gel de sílica deve ser realizada após a saponificação para remover os ácidos carboxílicos do extratograma. As alkenonas saem na fração de cetona de polaridade média que elutes em diclorometano enquanto os ácidos são deixados na coluna. Por fim, em casos extremos, como em sedimentos adquiridos de áreas altamente poluídas, como estuários perto de centros industriais, também pode ser necessária uma adução de ureia para remover compostos desconhecidos que coelute com as alkenonas no cromatógrafo gasoso.
Uma vez purificado o extrato lipíduo total, a amostra extraída e purificada é executada em um cromatógrafo a gás acoplado a um detector de ionizamento de chamas. A concentração relativa das duas alkenonas é determinada pela obtenção da área sob a curva para cada um dos compostos em software de computador projetado para este fim (como Agilent Chemstation). Essas áreas são então colocadas na equação de proporção Uk'37 mostrada acima para obter um valor Uk'37 que varia entre 0 e 1. Esses valores Uk'37 são então mapeados para o valor da temperatura da superfície do mar usando uma calibração como os descritos acima.
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Paleotermometria é o cálculo de temperaturas passadas por análise de produtos químicos específicos em amostras naturais, como aquelas deixadas para trás por algas pré-históricas.
As algas são um grupo diversificado de organismos que têm sido abundantes nos oceanos e lagos da Terra por milênios. Certos compostos químicos, que são depositados em sedimentos por algas antigas, atuam como biomarcadores – compostos orgânicos que podem fornecer aos pesquisadores uma valiosa visão da história da Terra. De fato, a análise do conteúdo de biomarcadores de algas em sedimentos permite que os pesquisadores determinem a temperatura da Terra centenas de milhões de anos atrás.
Um desses registros vem de algumas espécies de coccolithophores. Essas algas produzem quantidades variadas de alkenones, uma classe de biomarcadores robustos, com base na temperatura de seu ambiente. A análise de Alkenone é usada principalmente para calcular a temperatura da superfície do mar dos oceanos da Terra e eras atrás.
Este vídeo ilustrará o uso de alkenonas na paleoclimatologia e descreverá o processo de isolar, purificar e analisar alkenones para calcular a temperatura da superfície do mar.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
Como o próprio nome indica, "Alkenone paleothermometria" baseia-se na análise se lipídios, conhecidos como alkenones Alkenone paleotermometria é baseada em alkenonas; cetonas alquilas insaturadas de cadeia longa que contêm 37 átomos de carbono e 2 a 4 ligações duplas. Cada ligação dupla é um local de insaturação. Em baixas temperaturas da superfície do mar, os produtores de alkenona geram alkenones mais insaturados do que saturados. A razão entre saturação e insaturação é conhecida como Índice de Insaturação alkenone.
As alkenonas geralmente avaliadas são C37:2 e C37:3, que têm 37 carbonos e duas ou três ligações duplas, respectivamente. O Índice de Insaturação dessas alkenonas, ou UK'37,está positivamente relacionado com a temperatura da superfície do mar. O método analítico conhecido como cromatografia gasosa é geralmente sensível o suficiente para separar essas alquenas umas das outras. No entanto, algas produtoras de alkenona muitas vezes também geram ésteres de metila quimicamente semelhantes, ou alquenatos, que não podem ser distinguidos das alquenas que usam essa técnica. A contaminação por hidrocarbonetos por poluição também pode aprofundar a análise cromatográfica lamacenta. Para determinar com precisão a concentração relativa de alkenona, alquenatos e hidrocarbonetos desconhecidos devem ser removidos antes da análise pelos métodos de saponificação e adução da ureia.
Agora que a relação das relações de alkenona de sedimentos com a temperatura da superfície do mar foi revisada, vamos olhar para as técnicas para sua purificação a partir de um extrato lipídado total e análise da razão de insaturação.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
Uma vez coletado e extraído o sedimento marinho, o extrato lipíduo total, ou TLE, deve passar por um processo de purificação de várias etapas e analisado. Primeiro, o extrato sofre uma saponificação para converter alquenatos em sais carboxilatos e metanol usando uma base forte e calor. Outros ésteres de ácido graxo presentes na TLE serão saponificados em sais e glicerol.
Depois de resfriar a mistura à temperatura ambiente, uma solução de sal aquoso é adicionada para formar sais e glicerol. A mistura é então acidificada para protonatoar os ânions de carboxilato, produzindo ácidos graxos. Finalmente, as alkenonas e os ácidos graxos são extraídos da mistura com hexano.
A cromatografia de gel de sílica é então realizada para remover tanto compostos apolares quanto os ácidos graxos polares produzidos pela saponificação. O TLE seco e saponificado é dissolvido em hexano e depois carregado em uma coluna. A sílica retém compostos polares mais fortemente do que os apolares.
Primeiro, compostos apolares são removidos com um solvente apolar, como hexano. Em seguida, as alkenonas são elucidadas por um solvente moderadamente polar, como o diclorometano, deixando os ácidos graxos altamente polares e outros compostos polares indesejados na coluna.
Se a amostra original de sedimentos foi coletada de uma área altamente poluída, a adução da ureia é realizada para remover quaisquer hidrocarbonetos altamente ramificados ou cíclicos restantes. A fração de polaridade média seca é dissolvida em uma mistura de solventes em que a ureia fortemente polar é minimamente solúvel, como DCM e hexano. Uma solução concentrada de ureia no metanol é então adicionada ao TLE, fazendo com que os cristais de ureia precipitam.
Moléculas de cadeia reta, como alkenonas, se encaixam nos espaços entre moléculas na rede de cristal da ureia, mas moléculas altamente ramificadas e cíclicas não se encaixam, e são expelidas.
Uma vez terminado o crescimento do cristal, os cristais de ureia são secos e depois lavados com um solvente apolar para remover compostos expelidos. Então, os cristais são dissolvidos em uma pequena quantidade de água. As alkenonas são extraídas da água com um solvente apolar para análise.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
Embora todas as etapas anteriores de purificação não diferenciem entre espécies de alquena, pequenas diferenças no ponto de ebulição e na estrutura molecular são suficientes para a separação em uma coluna de cromatografia gasosa. Quando emparelhado com um detector de ionização de chamas, concentrações relativas das alkenonas, podem ser determinadas.
As moléculas são identificadas no cromatograma pelo tempo de retenção, ou pelo tempo necessário para que o composto saia da coluna. Os tempos de retenção dos compostos desejados são verificados com padrões alkenone.
As concentrações relativas das alkenonas são determinadas a partir da análise das áreas sob os picos de interesse. O valor de UK'37 é então calculado a partir das concentrações de C37:2e C37:3 na amostra. Com a relação proxy da temperatura da superfície do mar e o valor de UK'37, o analista pode resolver a temperatura da superfície do mar no momento da deposição de sedimentos.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
Muitas facetas diferentes da história da Terra podem ser investigadas pela análise de sedimentos e rochas sedimentares.
Bioestratigrafia é o estudo da determinação das idades das camadas, ou estratos, da rocha pela análise dos fósseis presentes. Como há muitas fontes de sedimentos, rochas sedimentares do mesmo período de tempo podem ter composições dramaticamente diferentes ao redor do mundo. Certos conjuntos de espécies ao longo da história da Terra, como os amonitas, existiram em todo o mundo e passaram por uma rápida evolução. Se estratos rochosos visualmente diferentes contêm a mesma espécie de amonita, então uma correlação temporal entre os estratos pode ser desenhada. Quando combinadas com técnicas como a paleotermometria, informações extensas sobre a história da Terra podem ser determinadas a partir de registros fósseis em amostras naturais.
Muitas espécies de foraminifera, ou forams, são encontradas em sedimentos marinhos em todo o mundo. Forams tem conchas de carbonato de cálcio e existem nos oceanos da Terra por milhões de anos. Muitas espécies vivem no fundo do oceano, e assim podem fornecer informações sobre a temperatura sobre partes mais profundas do oceano. A razão magnésio/cálcio de forams corresponde à temperatura, pois eles incorporam mais magnésio em suas conchas em climas mais quentes. A multiplicidade de espécies e a abundância de forams torna seu registro fóssil útil para rastrear mudanças nas correntes oceânicas ao longo da história da Terra e para a bioestratigrafia.
À medida que as placas tectônicas divergem, novas formas de rocha entre elas. Correspondentemente, as propriedades da rocha em torno de um limite de placa divergente fornecem informações sobre os movimentos das placas ao longo do tempo. Por exemplo, mudanças no campo magnético da Terra são preservadas em alguns minerais encontrados em fósseis, rochas e sedimentos. A descoberta de mudanças simétricas no magnetismo sobre cumes do meio do oceano contribuiu significativamente para a compreensão atual da propagação do fundo do mar e da tectônica das placas.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
Você acabou de ver a visão geral de Jove sobre a paleotermometria de Alkenone. Agora você deve entender os princípios da paleotermometria e a relação da relação alkenone em sedimentos marinhos à temperatura da superfície do mar. Os vídeos a seguir desta série entrarão em mais detalhes sobre este processo complexo.
Obrigado por assistir!
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Uma Visão Geral da Análise de Biomarcadores de Alquenonas para Paleotermometria

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

A paleotermometria é o cálculo de temperaturas passadas pela análise de produtos químicos específicos em amostras naturais, como as deixadas para trás por algas pré-históricas. As algas são um grupo diversificado de organismos que têm sido abundantes nos oceanos e lagos da Terra há milênios. Certos compostos químicos, que são depositados nos sedimentos por algas antigas, atuam como biomarcadores ? compostos orgânicos que podem fornecer aos pesquisadores informações valiosas sobre a história da Terra. De fato, a análise do conteúdo de biomarcadores de algas em sedimentos permite que os pesquisadores determinem a temperatura da Terra centenas de milhões de anos atrás. Um desses registros vem de algumas espécies de cocolitóforos. Essas algas produzem quantidades variadas de alcenonas, uma classe de biomarcadores robustos, com base na temperatura de seu ambiente. A análise de alcenona é usada principalmente para calcular a temperatura da superfície do mar dos oceanos da Terra há eras e eras atrás. Este vídeo ilustrará o uso de alcenonas na paleoclimatologia e descreverá o processo de isolamento, purificação e análise de alcenonas para calcular a temperatura da superfície do mar no passado. Como o próprio nome indica, ? Paleotermometria de alcenona? baseia-se na análise de lipídios, conhecidos como?alcenonas.? A paleotermometria de alcenona é baseada em alcenonas; alquil cetonas insaturadas de cadeia longa que contêm 37 átomos de carbono e 2 a 4 ligações duplas. Cada ligação dupla é um local de insaturação. Em baixas temperaturas da superfície do mar, os produtores de alcenona geram mais alcenonas insaturadas do que saturadas. A proporção de saturação para insaturação é conhecida como Índice de Insaturação de Alcenona. As alcenonas usualmente avaliadas são C37:2?e C37:3, que possuem 37 carbonos e duas ou três ligações duplas, respectivamente. O Índice de Insaturação dessas alcenonas, ou UK'37, está positivamente relacionado à temperatura da superfície do mar. O método analítico conhecido como cromatografia gasosa é geralmente sensível o suficiente para separar essas alcenonas umas das outras. No entanto, as algas produtoras de alcenona geralmente também geram ésteres metílicos de ácidos graxos quimicamente semelhantes, ou alquenoatos, que não podem ser distinguidos das alcenonas usando essa técnica. A contaminação por hidrocarbonetos da poluição também pode promover a análise cromatográfica turva. Para determinar com precisão a concentração relativa de alcenona, os alquenoatos e hidrocarbonetos desconhecidos devem ser removidos antes da análise pelos métodos de saponificação e adução de uréia. Agora que a relação das proporções de alcenona de sedimentos com a temperatura da superfície do mar foi revisada, vejamos as técnicas para sua purificação a partir de um extrato lipídico total e a análise da taxa de insaturação. Uma vez que o sedimento marinho tenha sido coletado e extraído, o extrato lipídico total, ou TLE, deve passar por um processo de purificação em várias etapas e analisado. Primeiro, o extrato passa por saponificação para converter alcenoatos em sais de carboxilato e metanol usando uma base forte e calor. Outros ésteres de ácidos graxos presentes no ELT serão saponificados em sais e glicerol. Depois de resfriar a mistura à temperatura ambiente, uma solução salina aquosa é adicionada para formar sais e glicerol. A mistura é então acidificada para protonar os ânions carboxilato, produzindo ácidos graxos. Finalmente, as alcenonas e os ácidos graxos são extraídos da mistura com hexano. A cromatografia de sílica gel é então realizada para remover os compostos apolares e os ácidos graxos polares produzidos pela saponificação. O TLE seco e saponificado é dissolvido em hexano e depois carregado em uma coluna. A sílica retém compostos polares mais fortemente do que os apolares. Primeiro, os compostos apolares são removidos com um solvente apolar, como o hexano. Em seguida, as alcenonas são eluídas por um solvente moderadamente polar, como o diclorometano, deixando os ácidos graxos altamente polares e outros compostos polares indesejados na coluna. Se a amostra de sedimento original foi coletada de uma área altamente poluída, a adução de uréia é realizada para remover quaisquer hidrocarbonetos altamente ramificados ou cíclicos restantes. A fração seca de polaridade média é dissolvida em uma mistura de solventes na qual a ureia fortemente polar é minimamente solúvel, como DCM e hexano. Uma solução concentrada de ureia em metanol é então adicionada ao TLE, fazendo com que os cristais de ureia precipitem. Moléculas de cadeia linear, como as alcenonas, se encaixam nos espaços entre as moléculas na rede cristalina de uréia, mas moléculas altamente ramificadas e cíclicas não e são expelidas. Uma vez terminado o crescimento do cristal, os cristais de ureia são secos e depois lavados com um solvente apolar para remover os compostos expelidos. Em seguida, os cristais são dissolvidos em uma pequena quantidade de água. As alcenonas são extraídas da água com um solvente apolar para análise. Embora todas as etapas de purificação anteriores não diferenciassem entre as espécies de alcenona, pequenas diferenças no ponto de ebulição e na estrutura molecular são suficientes para a separação em uma coluna de cromatografia gasosa. Quando emparelhado com um detector de ionização de chama, as concentrações relativas de alcenonas podem ser determinadas. As moléculas são identificadas no cromatograma por seu tempo de retenção, ou o tempo necessário para que o composto saia da coluna. Os tempos de retenção dos compostos desejados são determinados com padrões de alcenona. As concentrações relativas das alcenonas são determinadas a partir da análise das áreas sob os picos de interesse. O valor UK37 é então calculado a partir das concentrações de C37:2 e C37:3?na amostra. Com a relação proxy da temperatura da superfície do mar e o valor UK'37?, o analista pode resolver a temperatura da superfície do mar no momento da deposição de sedimentos. Muitas facetas diferentes da história da Terra podem ser investigadas pela análise de sedimentos e rochas sedimentares. A bioestratigrafia é o estudo da determinação das idades das camadas, ou estratos, de rocha pela análise dos fósseis presentes. Como existem muitas fontes de sedimentos, as rochas sedimentares do mesmo período podem ter composições dramaticamente diferentes em todo o mundo. Certos conjuntos de espécies ao longo da história da Terra, como os amonites, existiram em todo o mundo e passaram por uma rápida evolução. Se estratos rochosos visualmente diferentes contiverem a mesma espécie de amonite, então uma correlação temporal entre os estratos pode ser traçada. Quando combinado com técnicas como a paleotermometria, informações extensas sobre a história da Terra podem ser determinadas a partir de registros fósseis em amostras naturais. Muitas espécies de foraminíferos, ou foraminíferos, são encontradas em sedimentos marinhos em todo o mundo. Os foraminíferos têm conchas de carbonato de cálcio e existem nos oceanos da Terra há milhões de anos. Muitas espécies vivem no fundo do oceano e, portanto, podem fornecer informações de temperatura sobre partes mais profundas do oceano. A proporção de magnésio para cálcio dos foraminíferos corresponde à temperatura, pois eles incorporam mais magnésio em suas conchas em climas mais quentes. A multiplicidade de espécies e a abundância de foraminíferos tornam seu registro fóssil útil para rastrear mudanças nas correntes oceânicas ao longo da história da Terra e para bioestratigrafia. À medida que as placas tectônicas divergem, novas rochas se formam entre elas. Da mesma forma, as propriedades da rocha ao redor de um limite de placa divergente fornecem informações sobre os movimentos da placa ao longo do tempo. Por exemplo, mudanças no campo magnético da Terra são preservadas em alguns minerais encontrados em fósseis, rochas e sedimentos. A descoberta de mudanças simétricas no magnetismo sobre as dorsais meso-oceânicas contribuiu significativamente para a compreensão atual da expansão do fundo do mar e das placas tectônicas. Você acabou de assistir a Visão geral da paleotermometria de alcenona da JoVE. Agora você deve entender os princípios da paleotermometria e a relação das proporções de alcenona no sedimento marinho com a temperatura da superfície do mar. Os vídeos a seguir desta série entrarão em mais detalhes sobre esse processo complexo. Obrigado por assistir!

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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

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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 coleção apresenta tópicos que vão desde geologia a geoquímica com uma variedade de demonstrações, incluindo propriedades físicas e químicas de minerais e a análise de formações rochosas.

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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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

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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 ...

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 ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14711.jpg

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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