Istopos Estables II' Hidrgeno y Oxgeno

1
Isótopos Estables II. Hidrógeno y Oxígeno

• Dr. Louis Santiago
• Universidad de California, Berkeley
• y
• Centro de Investigación Científicas del Yucatán

2
Presentaciones en la red

• http//www.cicy.mx/unidades/recursos/Investigadore
  s/Jose_Luis/CICY_class1.ppt
• http//www.cicy.mx/unidades/recursos/Investigadore
  s/Jose_Luis/CICY_class2.ppt

3
Gráfico Parcial de los Elementos
Cada cuadro representa un nuclido (un átomo
específico de isótopo) Número Atómico Z
(Protones) Peso Atómico Z N (Protones
Neutrones)
8 7 6 5 4 3 2 1
16 8
17 8
18 8
19 8
20 8
15 8
14 8
13 8
16 7
15 7
14 7
12 7
13 7
18 7
17 7
13 6
9 6
10 6
12 6
11 6
14 6
15 6
16 6
Número de Protones (Z)
8 5
9 5
13 4
12 5
11 5
10 5
7 4
6 4
9 4
10 4
8 4
11 4
12 4
8 3
7 3
6 3
5 3
9 3
5 2
6 2
3 2
8 2
4 2
3 1
1 1
2 1
0 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13
Número de Neutrones (N)
4
Gráfico Parcial de los Elementos
Los cuadrados cerrados son estables y los
cuadrados abiertos son inestables o nuclidos
radioactivos.
8 7 6 5 4 3 2 1
16 8
17 8
18 8
19 8
20 8
15 8
14 8
13 8
16 7
15 7
14 7
12 7
13 7
18 7
17 7
13 6
9 6
10 6
12 6
11 6
14 6
15 6
16 6
Número de Protones (Z)
8 5
9 5
13 4
12 5
11 5
10 5
7 4
6 4
9 4
10 4
8 4
11 4
12 4
8 3
7 3
6 3
5 3
9 3
5 2
6 2
3 2
8 2
4 2
3 1
1 1
2 1
0 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13
Número de Neutrones (N)
5
La composición de isótopos estables se expresa en
notación delta (d) dR en
Rmuestra
1 x 1000
Restandard
6
La composición de isótopos estables se expresa en
notación delta (d) dR en
Rmuestra
1 x 1000
Restandard
7
Destilación Rayleigh
8
Destilación Rayleigh
Destilación Rayleigh describe los patrones de
FRACCIONAMIENTO ISOTOPICO cuando un liquido
evapora, como en nubes
Destilatión Rayleigh es un FRACCIONAMIENTO EN
EQUILIBRIO que causa diferencias en valores d
Este fraccionamiento es por los comporamientos
fisico-quimicos diferentes de isotopos
9
Destilación Rayleigh
Hay cambios en los valores d del vapor y aqua
durante destilación Rayleigh. El patron depende
del sistema ABIERTO vs. CERRADO.
10
Destilación Rayleigh
En un sistema abierto, el vapor sale del sistema
inmediatamente cuando forma.
A el agua que queda en un sistema ABIERTO
(líquido) B vapor instantaneo en un sistema
ABIERTO C El vapor acumulado saliendo de un
sistema ABIERTO
A
B
C
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Destilación Rayleighun sistema abierto
C
B
A
12
Destilación Rayleigh
En un sistema abierto, el vapor sale del sistema
inmediatamente cuando forma.
A el agua que queda en un sistema ABIERTO
(líquido) B vapor instantaneo en un sistema
ABIERTO C El vapor acumulado saliendo de un
sistema ABIERTO
A
B
C
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Destilación Rayleigh
En un sistema cerrado, el vapor esta en
equilibrio con el líquido
14
Recordamos
15
Cambio en temperatura de la nube en condensación
Hay un aumento de fraccionamiento con la
disminuya de temperatura
(liquid H2O)
16
Isótopos de Agua
? Hay un aumento de fraccionamiento (a) con la
disminucion de la temperatura
? El fraccionamiento asociado con destilación
Rayleigh cambia en diferentes partes del mundo
17
Isótopos de Agua
El cambio de a con la temperatura causa un cambio
en d18O con altitud y latitud
Bowen and Wilkinson 2002. Geology 30 315-318
18
Isótopos de Agua
Destilación Rayleigh un ejemplo con dD
19
Isótopos de Agua
Destilación Rayleigh un ejemplo con dD
Ingraham (1998)
20
Isótopos de Agua
Destilación Rayleigh un ejemplo con dD
Mazor (1991)
21
Isótopos de Agua
Estos efectos causan una distribución global de
d18O.
Bowen and Wilkinson 2002. Geology 30 315-318
22
The Meteoric Water Line(La linea de agua
meteorologica)
Craig (1961) Science 1331702-1703
23
Si sabemos el valor dD y d18O, sabemos de donde
en el mundo vino este agua

• Aplicación
• Drogas
• Explosivas
• Aduanas
• Autentidad de productos

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Aplicación de isótopos de agua en ecofisiologia
de plantas

• Fuentes de agua para las plantas

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Los isótopos de agua (H O)
Como podemos usar esta variación en estudios de
uso de agua en plantas?
? Diferentes fuentes de agua, como neblina, agua
del suelo, lluvia en verano vs. invierno tienen
valores isotópicos diferentes.
? Los valores dD y d18O de agua no cambian cuando
entran a las raices de las plants o en el
transporte a traves de tejidos no-fotosinteticos
? Podemos medir los valores isotópicos de agua en
una planta y obtener información de los fuentes
de agua.
26
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
Diferente plantas usan diferentes fuentes de agua.
? Diferentes formas de vida tienen diferentes
valores de dD en su xylema-usan diferentes
fuentes de agua.
dD xylem
Ehleringer et al., 1991. Oecologia 88430-434
27
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
En el ultimo ejemplo, calcularan las proporciones
de fuentes diferentes de agua usada.
si (1) Tienes datos de un isótopo, (2) Hay solo
dos fuentes posibles (3) Los dos fuentes tienen
valores diferentes
Podemos usar un TWO SOURCE MIXING MODEL
(Modelo de mezcla de dos fuentes)
dt fAdA fBdB
donde fA es la fracción y dA el valor d de la
fuente A fB es la fracción y dB el valor d
de la fuente B dt es el valor d de agua en
el xylema y fA fB 1
28
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
En Florida
Sternberg and Swart (1987) Ecology 681898-1905
29
Uso de agua de nubes vs. suleo en hemi-epifitas
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
Feild and Dawson (1998) Ecology 791448-1452
30
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
Dawson, TE (1996) Tree Physiology 16263-272
31
El uso de neblina vs. lluvia en
CaliforniaDawson, TE (1998) Oecologia 117476-485
32
Redistribución Hidraulica
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
Dawson (1993) Oecologia 95565-574
33
El uso de agua en bosques de Panamá
Jackson, Cavelier, Meinzer, Goldstein, Holbrook
(1995) Oecologia 101197-203
34
Isótopos de 18O D y el uso de agua de plantas
Meinzer, Andrade, Goldstein, Holbrook, Cavelier,
Wright (1999) Oecologia 121293-301
35
La absorbción lateral de agua por raíces en
Amazonia un estudio con trazadoresL. Sternberg,
In press
36
Otro ejemplo del uso de trazadoresJames,
Meinzer, Goldstein, Woodruff, Jones, Restom,
Mejia, Clearwater, Campanello (2003) Oecologia
13434-45
En Panamá usaban trazadores de D para estudiar la
taza del flujo de agua del base del arbol hasta
el dosel
37
Enriquecimiento Evaporativo de Agua de Hojas
Fuente dD 0
Hoja a punto de transpiración dD 50
a
Vapor dD -50
38
Enriquecimiento Evaporativo de Agua de Hojas
? ? D18O
bajo gs alto ea/ei alto gs bajo ea/ei
? ? D18O
39
Enriquecimiento Evaporativo de Agua de Hojas
sugar ?
D13C ?
Y?
gs ?
D18O?
Cernusak et al. (2003)
40
Enriquecimiento Evaporativa en Australia
Cernusak, Arthur, Pate, Farquhar (2003) Plant
Physiology 1311544-1554
41
Isótopos de Carbono en la Vegetación
42
El rango d13C en sistemas de plantas y el ambiente

• CO2 del aire -8
• Plantas C3 -35 a -20
• Plantas C4 -18 a -10
• Plantas CAM -22 a -10

43
Podemos expresar la composición de 13C en
notación delta o discriminación
44
Los efectos isotópicos en la fijación de CO2 en
plantas
45
13C y ecología funcional de plantas
? Valores de d13C en este planeta son de 70 en
metano a 30 en carbonatos.
? VALORES de d13C en PLANTAS son entre 10 Y -35
? Porque C es incorporado en hojas durante la
fotosíntesis, es la VARIACIÓN EN PROCESOS
FOTOSINTETICOS lo que causa variación en valores
de d13C en la vegetación del mundo.
46
Enriquecimiento Evaporativa en 3 especias con
diferentes tipos de hojas en Utah
Santiago and Ehleringer, unpublished data
47
Enriquecimiento Evaporativa en 3 especias con
diferentes tipos de hojas en Utah
Santiago and Ehleringer, unpublished data
48
Enriquecimiento Evaporativa en Australia
Cernusak, Arthur, Pate, Farquhar (2003) Plant
Physiology 1311544-1554
49
dD y d18O en anillos de arboles
50
Los arboles recuerdan las condiciones
ambientalesanillostiempo
Roden, Lin, Ehleringer (2000) Geochimica et
Cosmochimica Acta 6421-35
51
dD y d18O en anillos de arboles
Ehleringer and Dawson (1992) Plant, Cell and Env.
151073-1082
52
d18O en arboles temperatura y humidadBurk and
Stuiver (1981) Science 2111417-1419
Por las diferencias en Fraccionamiento con la
temperatura, los arboles recuerdan clima en su
madera
53
d18O en arboles temperatura y humidadBurk and
Stuiver (1981) Science 2111417-1419
El valor d18O en la celulosa de arboles
representa la temperatura del ambiente y puede
ser un registro de cambios de clima
54
dD en arboles temperatura y humidad
55
d18O en arboles, temperatura y humidadRoden and
Ehleringer (1999) Oecologia 121467-477
La humidad tambien afecta el valor d18O porque
mas humidad causa menos enriquecimiento
evaporativo
56
d18O y PaleoclimaZachos et al. (2001) Science