Oxygen isotope ratio cycle
ઓક્સિજન આઇસોટોપ ગુણોત્તર ચક્ર એ આઇસોટોપ અપૂર્ણાંક સાથે માપવામાં આવેલા ધ્રુવીય બરફ અથવા સમુદ્રના કોર નમૂનાઓમાં કેલ્સાઇટ જેવા કેટલાક પદાર્થોમાં હાજર 16 ના અણુ સમૂહ સાથે 18 ના અણુ સમૂહ સાથે ઓક્સિજનની વિપુલતાના ગુણોત્તરમાં ચક્રીય ભિન્નતા છે. આ ગુણોત્તર પ્રાચીન સમુદ્રના તાપમાન સાથે સંકળાયેલો છે જે બદલામાં પ્રાચીન આબોહવાને પ્રતિબિંબિત કરે છે. ગુણોત્તરમાં ચક્ર પૃથ્વીના ભૌગોલિક ઇતિહાસમાં આબોહવામાં થતા ફેરફારોને પ્રતિબિંબિત કરે છે. ઓક્સિજનના આઇસોટોપ ઓક્સિજન (રાસાયણિક પ્રતીક O) માં ત્રણ કુદરતી રીતે બનતા આઇસોટોપ છેઃ 16O, 17O અને 18O, જ્યાં 16,17 અને 18 અણુ સમૂહનો સંદર્ભ આપે છે. સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં 16ઓ છે, જેની ટકાવારી 18ઓ છે અને તેનાથી પણ ઓછી ટકાવારી 17ઓ છે. ઓક્સિજન આઇસોટોપ વિશ્લેષણ નમૂનામાં હાજર 18O થી 16O ના ગુણોત્તરને જ ધ્યાનમાં લે છે. નમૂનામાં હાજર દરેકના જથ્થાના ગણતરી કરેલ ગુણોત્તરની સરખામણી પછી પ્રમાણ સાથે કરવામાં આવે છે, જે નમૂના કયા તાપમાન પર રચાયો હતો તે વિશે માહિતી આપી શકે છે-વિગતો માટે પ્રોક્સી (આબોહવા) જુઓ. આઇસોટોપ અને તાપમાન/હવામાન 18O વચ્ચેનું જોડાણ 16O કરતા ભારે બે ન્યુટ્રોન છે અને તે પાણીના અણુનું કારણ બને છે જેમાં તે તે માત્રામાં ભારે હોય છે. વધારાનું દળ હાઇડ્રોજન બંધને બદલે છે જેથી H216O કરતાં H218O ને બાષ્પીભવન કરવા માટે વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે છે, અને જ્યારે તે ઘનીકરણ કરે છે ત્યારે H218O વધુ ઊર્જાને મુક્ત કરે છે. વધુમાં, H216O વધુ ઝડપથી ફેલાય છે. કારણ કે H216O ને બાષ્પીભવન કરવા માટે ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડે છે, અને તે પ્રવાહી તબક્કામાં ફેલાય તેવી શક્યતા વધુ હોય છે, પ્રવાહી પાણીના બાષ્પીભવન દરમિયાન રચાયેલી પ્રથમ જળ વરાળ H216O માં સમૃદ્ધ થાય છે, અને શેષ પ્રવાહી H218O માં સમૃદ્ધ થાય છે. જ્યારે પાણીની વરાળ પ્રવાહીમાં ઘનીકરણ કરે છે, ત્યારે H218O પ્રાધાન્યમાં પ્રવાહીમાં પ્રવેશ કરે છે, જ્યારે H216O બાકીની વરાળમાં કેન્દ્રિત થાય છે. જેમ જેમ હવાનો જથ્થો ગરમ પ્રદેશમાંથી ઠંડા પ્રદેશમાં જાય છે, તેમ તેમ પાણીની વરાળ ઘનીકરણ થાય છે અને તેને વરસાદ તરીકે દૂર કરવામાં આવે છે. વરસાદ H218O ને દૂર કરે છે, જે ધીમે ધીમે વધુ H216O-સમૃદ્ધ પાણીની વરાળ છોડી દે છે. જેમ જેમ તાપમાનમાં ઘટાડો થાય છે તેમ તેમ આ નિસ્યંદન પ્રક્રિયામાં વરસાદ 18O/16O ઓછો થાય છે. વધારાના પરિબળો નિસ્યંદનની કાર્યક્ષમતાને અસર કરી શકે છે, જેમ કે નીચા તાપમાને પ્રવાહી પાણીને બદલે બરફના સ્ફટિકોનો સીધો વરસાદ. વાવાઝોડામાં થતા તીવ્ર વરસાદને કારણે, H216O ની સરખામણીમાં H218O ખતમ થઈ જાય છે, જેના પરિણામે પ્રમાણમાં ઓછો 18O/16O ગુણોત્તર થાય છે. વૃક્ષોમાં વાવાઝોડાના વરસાદનું અનુગામી ગ્રહણ, વાવાઝોડાના પસાર થવાનો રેકોર્ડ બનાવે છે જેનો ઉપયોગ માનવ રેકોર્ડની ગેરહાજરીમાં ઐતિહાસિક રેકોર્ડ બનાવવા માટે થઈ શકે છે. પ્રયોગશાળાઓમાં, તાપમાન, ભેજ, વેન્ટિલેશન વગેરે ઓક્સિજન આઇસોટોપ માપનની ચોકસાઈને અસર કરે છે. ઓક્સિજન આઇસોટોપ માપન માટે ઘન નમૂનાઓ (કાર્બનિક અને અકાર્બનિક) સામાન્ય રીતે ચાંદીના કપમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે અને પાયરોલિસિસ અને માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સાથે માપવામાં આવે છે. સંશોધકોએ સચોટ માપન માટે નમૂનાઓના અયોગ્ય અથવા લાંબા સમય સુધી સંગ્રહને ટાળવાની જરૂર છે. તાપમાન અને આબોહવા વચ્ચેનો સંબંધ 18O/16O ગુણોત્તર પ્રાચીન જળ તાપમાનનો રેકોર્ડ પૂરો પાડે છે. વર્તમાન કરતાં 10 થી 15 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (18 થી 27 ડિગ્રી ફેરનહીટ) ઠંડુ પાણી હિમપ્રપાતનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. જેમ જેમ ઠંડા તાપમાન વિષુવવૃત્ત તરફ ફેલાય છે, તેમ તેમ 18 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી સમૃદ્ધ પાણીની વરાળ પ્રાધાન્યમાં નીચલા અક્ષાંશો પર વરસાદ કરે છે. બાકીની પાણીની વરાળ જે ઉચ્ચ અક્ષાંશો પર ઘનીકરણ કરે છે તે પછી 16O માં સમૃદ્ધ છે. વરસાદ અને તેથી હિમનદીના બરફમાં 18 ડિગ્રી જેટલું ઓછું પાણી હોય છે. મોટા પ્રમાણમાં 16O પાણી હિમનદીના બરફ તરીકે સંગ્રહિત થઈ રહ્યું હોવાથી, દરિયાઈ પાણીની 18O સામગ્રી વધારે છે. 5 °C (9 °F) સુધીનું પાણી આજે કરતાં વધુ ગરમ હોય છે, જ્યારે દરિયાઈ પાણીની 18O સામગ્રી ઓછી હોય છે, ત્યારે તે આંતર-હિમનદીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સમય જતાં પ્રાચીન પાણીનું તાપમાન સૂચવે છે કે આબોહવા ચક્રીય રીતે વૈવિધ્યસભર છે, જેમાં મોટા ચક્ર અને સુમેળ અથવા નાના ચક્ર છે, જે મોટા ચક્ર પર લાદવામાં આવે છે. પ્લેઇસ્ટોસીનમાં હિમનદી મેક્સિમા અને મિનિમાને ઓળખવા માટે આ તકનીક ખાસ કરીને મૂલ્યવાન રહી છે. કેલ્સાઇટ અને પાણીના ચૂનાના પત્થરો વચ્ચેનું જોડાણ સુક્ષ્મસજીવોના કેલ્સાઇટ શેલોમાંથી જમા થાય છે. કેલ્સાઇટ અથવા કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ, રાસાયણિક સૂત્ર CaCO3, પાણીમાં ઓગળેલા પાણી, H2O અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, CO2 માંથી રચાય છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ કેલ્સાઇટમાં બે ઓક્સિજન પરમાણુ પૂરા પાડે છે. કેલ્શિયમ પાણીમાંથી ત્રીજું છીનવી લેવું જોઈએ. તેથી કેલ્સાઇટમાં આઇસોટોપ રેશિયો, વળતર પછી, પાણીમાં ગુણોત્તર જેટલો જ હોય છે, જેમાંથી આપેલ સ્તરના સુક્ષ્મસજીવોએ શેલની સામગ્રી કાઢી હતી. કેલ્સાઇટમાં 18O ની વધુ વિપુલતા ઠંડા પાણીના તાપમાનનું સૂચક છે, કારણ કે હળવા આઇસોટોપ બધા હિમનદીના બરફમાં સંગ્રહિત થાય છે. દરિયાઈ આઇસોટોપ તબક્કાઓને ઓળખવા માટે સૌથી વધુ વારંવાર સંદર્ભિત સુક્ષ્મસજીવો ફોરામિનિફેરા છે. સંશોધન પૃથ્વીની ગતિશીલ ઓક્સિજનકરણ ઉત્ક્રાંતિ લગભગ 2,150 થી 2,080 મિલિયન વર્ષો પહેલાંના ગેબોન પ્રજાસત્તાકના પ્રાચીન કાંપમાં નોંધવામાં આવી છે. ઓક્સિજનકરણમાં આ વધઘટ માટે જવાબદાર સંભવતઃ લોમાગુંડી કાર્બન આઇસોટોપ પર્યટન દ્વારા સંચાલિત હતા. આ પણ જુઓ δ18O આઇસોટોપ અપૂર્ણાંક સંદર્ભો આબોહવા અને હવામાન હેઠળ જ્ઞાનકોશ બ્રિટાનિકા, પ્લેઇસ્ટોસીન આબોહવા પરિવર્તન બાહ્ય કડીઓ NASA અર્થ ઓબ્ઝર્વેટરીઃ ધ ઓક્સિજન બેલેન્સ સ્ક્રિપ્સ O2 ગ્લોબલ ઓક્સિજન માપન પેલિઓક્લિમેટોલોજી જિયોક્રોનોલોજિકલ ડેટિંગ પદ્ધતિઓ ઓક્સિજન