Silicon isotope biogeochemistry
சிலிக்கான் ஐசோடோப்பு உயிர் வேதியியல் என்பது சி ஐசோடோப்புகளின் ஒப்பீட்டளவில் மிகுதியைப் பயன்படுத்தி சுற்றுச்சூழல் செயல்முறைகளைப் பற்றிய ஆய்வு ஆகும். வெவ்வேறு இயற்கை பொருட்களுக்கு இடையே சி நிலையான ஐசோடோப்புகளின் ஒப்பீட்டளவில் மிகுதியாக இருப்பதால், ஏராளமான வேறுபாடுகள் சி இன் மூலத்தைக் கண்டறியவும், உயிரியல், புவியியல் மற்றும் வேதியியல் செயல்முறைகளைப் படிக்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம். சீ இன் நிலையான ஐசோடோப்பு உயிர் வேதியியல் பற்றிய ஆய்வு, உலகளாவிய உயிர் வேதியியல் சிலிக்கான் சுழற்சியில் உள்ள வெவ்வேறு சி ஃப்ளக்ஸ்களை அளவிடுவதையும், உலகளாவிய சி சுழற்சியில் உயிரியக்க சிலிக்காவின் பங்கைப் புரிந்துகொள்வதையும், சுற்றுச்சூழல் மற்றும் பாலியோ கடலியல் ப்ராக்ஸியாக வண்டல் சி பதிவின் பயன்பாடுகள் மற்றும் வரம்புகளை ஆராய்வதையும் நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. பின்னணி இயற்கையில் சிலிக்கான் பொதுவாக ஆக்ஸிஜனுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, ஒரு டெட்ராவெலென்ட் ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில். திடமான சி இன் முக்கிய வடிவங்கள் சிலிக்கேட் தாதுக்கள் மற்றும் உருவமற்ற சிலிக்கா ஆகும், அதேசமயம் நீரிய கரைசல்களில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் வடிவங்கள் ஆர்த்தோசிலிசிக் அமிலம் மற்றும் அதன் பிரிக்கப்பட்ட இனங்கள் ஆகும். பின்வரும் சராசரி இயற்கை மிகுதிகளுடன் தொடர்புடைய Si இன் மூன்று நிலையான ஐசோடோப்புகள் உள்ளனஃ 28Si-92.23%, 29Si-4.67%, மற்றும் 30Si-3.10%. சி இன் ஐசோடோபிக் கலவை பெரும்பாலும் டெல்டா குறியீட்டால் பின்வருமாறு வடிவமைக்கப்படுகிறதுஃ ஒரு மாதிரியின் δ30Si ஐ வரையறுப்பதற்கான குறிப்பு பொருள் (தரநிலை) தேசிய தரநிலைகள் பணியகம் (என். பி. எஸ்) 28 மணல் குவார்ட்ஸ் ஆகும், இது தேசிய தரநிலைகள் மற்றும் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தால் (என். ஐ. எஸ். டி) சான்றளிக்கப்பட்டு விநியோகிக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் இது என். ஐ. எஸ். டி ஆர். எம் 8546 என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. தற்போது, சி ஐசோடோப்புகளை அளவிடுவதற்கு நான்கு முக்கிய பகுப்பாய்வு முறைகள் உள்ளனஃ வாயு மூல ஐசோடோப்பு-விகித மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரி (ஜி. சி-ஐ. ஆர். எம். எஸ்), இரண்டாம் நிலை அயன் மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரி (சிம்ஸ்), மல்டி-கலெக்டர் இண்டக்டிவ் கபுல்டு பிளாஸ்மா மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரி (எம். சி-ஐ. பி. சி-எம். எஸ்), மற்றும் லேசர் அப்லேஷன் எம். சி-ஐ. சி. பி-எம். எஸ். சி உயிர் வேதியியல் சுழற்சியில் உள்ள சி ஐசோடோப்புகள் முதன்மை தாதுக்கள் மற்றும் வானிலை முதன்மை தாதுக்கள் பூமியின் மேலோடு உருவாகும் போது படிகமாக்கும் தாதுக்கள் ஆகும், மேலும் அவற்றின் வழக்கமான δ30Si ஐசோடோபிக் மதிப்பு − 0.9-+ 1.4 ஆகும். பூமியின் மேலோடு தொடர்ந்து வானிலை செயல்முறைகளுக்கு உட்பட்டுள்ளது, இது Si ஐக் கரைத்து, இரண்டாம் நிலை Si தாதுக்களை ஒரே நேரத்தில் உற்பத்தி செய்கிறது. இரண்டாம் நிலை சி உருவாக்கம் கனமான சி ஐசோடோப்பிற்கு (30Si) எதிராக பாகுபாடு காட்டுகிறது, இது ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த δ30Si ஐசோடோபிக் மதிப்புகளுடன் கனிமங்களை உருவாக்குகிறது. இந்த ஐசோடோபிக் பின்னம் அலுமினிய ஹைட்ராக்சைடுகளுக்கு சி உறிஞ்சுதலின் இயக்க ஐசோடோப்பு விளைவால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது என்று பரிந்துரைக்கப்படுகிறது, இது வானிலை மாற்றத்தின் ஆரம்ப கட்டங்களில் நடைபெறுகிறது. இலகுவான சி ஐசோடோப்புகளை இரண்டாம் நிலை தாதுக்களில் இணைப்பதன் விளைவாக, மீதமுள்ள கரைந்த சி கனமான சி ஐசோடோப்பில் (30Si) ஒப்பீட்டளவில் செறிவூட்டப்பட்டு, ஒப்பீட்டளவில் அதிக δ30Si ஐசோடோபிக் மதிப்புகளுடன் தொடர்புடையதாக இருக்கும். கரைந்த சி பெரும்பாலும் ஆறுகள் மூலம் பெருங்கடல்களுக்கு கொண்டு செல்லப்படுகிறது. தாவரங்களால் நிலப்பரப்பு தாவரங்கள் சிலிக்கான் உறிஞ்சுதல் பொதுவாக ஒளி சி ஐசோடோப்பிற்கு எதிராக பாகுபாடு காட்டுகிறது, 30 சி-செறிவூட்டப்பட்ட தாவரங்களை உருவாக்குகிறது (0-6 இன் δ30Si). இந்த ஒப்பீட்டளவில் பெரிய ஐசோடோபிக் பின்னத்திற்கான காரணம் தெளிவாக இல்லை, முக்கியமாக தாவரங்கள் சி உறிஞ்சும் வழிமுறைகள் இன்னும் புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை. தாவரங்களில் உள்ள சிலிக்கானை சைலெமில் காணலாம், இது விதிவிலக்காக அதிக δ30Si மதிப்புகளுடன் தொடர்புடையது. தாவர திசுக்களில் உள்ள சிலிக்காவின் நுண்ணோக்கி கட்டமைப்புகளான பைட்டோலித்கள் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த δ30Si மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, பல்வேறு கோதுமை உறுப்புகளில் உள்ள பைட்டோலித்களின் சராசரி δ30Si-1.4-2.1, இது தாவரங்களுக்கான வழக்கமான வரம்பை விட குறைவாக உள்ளது (0-6 இன் δ30Si). பைட்டோலித்கள் ஒப்பீட்டளவில் கரையக்கூடியவை, மேலும் தாவரங்கள் சிதைவடைவதால் அவை நிலப்பரப்பில் கரைந்த சி பட்ஜெட்டுக்கு பங்களிக்கின்றன. நீர்வாழ் சூழல்களில் பயோமினரலைசேஷன் நீர்வாழ் சூழல்களில் (ஆறுகள், ஏரிகள் மற்றும் கடல்), கரைந்த சி திடமான bSiO2 கட்டமைப்புகளை உருவாக்க டயாட்டம்கள், டிக்டியோச்சேல்கள், ரேடியோலேயர்கள் மற்றும் கடற்பாசிகளால் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பயோமினரலைஸ் செய்யப்பட்ட சிலிக்கா ஒரு உருவமற்ற கட்டமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, எனவே அதன் பண்புகள் வெவ்வேறு உயிரினங்களுக்கு இடையில் மாறுபடலாம். டயாட்டம்களின் பயோமினரலைசேஷன் கடலுக்குள் மிகப்பெரிய சி ஃப்ளக்ஸைத் தூண்டுகிறது, இதனால் இது உலகளாவிய சி சுழற்சியில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. டயாட்டம்கள் உறிஞ்சும் போது, கனமான ஐசோடோப்பிற்கு எதிராக ஒரு ஐசோடோபிக் பாகுபாடு உள்ளது, இது 30Si-குறைக்கப்பட்ட உயிரியக்க சிலிக்கா தாதுக்களை உருவாக்குகிறது. இதன் விளைவாக, சுற்றியுள்ள நீரில் மீதமுள்ள கரைந்த சி 30சி-செறிவூட்டப்பட்டுள்ளது. டயாட்டம் ஒளிச்சேர்க்கைக்கு சூரிய ஒளியை நம்பியிருப்பதால், அவை மேற்பரப்பு நீரில் வாழ்கின்றன, இதனால் கடலின் மேற்பரப்பு நீர் பொதுவாக 30Si-செறிவூட்டப்பட்டுள்ளது. ரேடியோலேரியன்களால் பயோமினெரலைசேஷனின் போது ஐசோடோபிக் பின்னமாக்கல் குறித்து குறைவான தரவு இருந்தாலும், ரேடியோலேரியன்களும் கனமான ஐசோடோப்பிற்கு (30Si) எதிராக பாகுபாடு காட்டுவதாகவும், ஐசோடோபிக் பின்னமாக்கலின் அளவு டயாட்டம்களால் பயோமினெரலைசேஷனுக்கு ஒத்த வரம்பில் இருப்பதாகவும் கூறப்படுகிறது. கடற்பாசிகள் 30Si ஐ விட 28Si க்கு ஒரு ஐசோடோபிக் விருப்பத்தையும் காட்டுகின்றன, ஆனால் அவற்றின் ஐசோடோபிக் பின்னத்தின் அளவு பெரும்பாலும் பெரியதாக இருக்கும் (அளவு ஒப்பீட்டிற்கு, படம் 2 ஐப் பார்க்கவும்). ஹைட்ரோதெர்மல் வென்ட்ஸ் ஹைட்ரோதெர்மல் வென்ட்ஸ் கடல் சி நீர்த்தேக்கத்திற்கு கரைந்த சி பங்களிக்கின்றன. தற்போது, இந்த பாய்வுடன் தொடர்புடைய δ30Si மதிப்புகள் குறித்த தரவு இல்லாததால், நீர் வெப்ப சி பாய்வுகளின் அளவை தீர்மானிப்பது சவாலானது. நீர் வெப்ப துளைகளின் δ30Si மதிப்பின் இரண்டு வெளியிடப்பட்ட தரவு புள்ளிகள் மட்டுமே உள்ளன. டையாஜெனெசிஸ் வண்டல் துளைநீரின் δ30Si மதிப்பு படிதலுக்குப் பிந்தைய (டையாஜெனெடிக்) மழைப்பொழிவு அல்லது Si இன் கரைப்பால் பாதிக்கப்படலாம். இந்த செயல்முறைகளின் அளவு மற்றும் ஐசோடோபிக் பின்னங்களைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியம், ஏனெனில் அவை முதலில் டெபாசிட் செய்யப்பட்ட வண்டல்களின் δ30Si மதிப்புகளை மாற்றுகின்றன, மேலும் பாறை பதிவில் பாதுகாக்கப்பட்ட δ30Si ஐ தீர்மானிக்கின்றன. பொதுவாக, Si இன் மழைப்பொழிவு ஒளி ஐசோடோப்பை (28Si) விரும்புகிறது மற்றும் ஹோஸ்டிங் கரைசலில் 30Si செறிவூட்டப்பட்ட கரைந்த Si க்கு வழிவகுக்கிறது. சில ஆய்வுகள் கரைப்பின் போது 28Si க்கு முன்னுரிமை இருப்பதாக தெரிவிப்பதால், துளை நீரில் Si கரைப்பின் ஐசோடோபிக் விளைவு இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை, அதே நேரத்தில் மற்ற ஆய்வுகள் வண்டல் கரைப்பின் போது ஐசோடோபிக் பின்னம் வெளிப்படுத்தப்படவில்லை என்று ஆவணப்படுத்துகின்றன. சில்சிக் அமில கசிவு கருதுகோள் (சில்சிக் அமில கசிவு கருதுகோள்) என்பது பனிப்பாறை மற்றும் பனிப்பாறை காலங்களுக்கு இடையிலான வளிமண்டல CO2 மாறுபாடுகளை விளக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்ட ஒரு பரிந்துரைக்கப்பட்ட பொறிமுறையாகும். பனிப்பாறைக் காலங்களில், தெற்கு பெருங்கடலில் அதிகரித்த தூசி படிதலின் விளைவாக, டைட்டாம்கள் நைட்ரஜனுடன் ஒப்பிடும்போது குறைவான Si ஐ உட்கொள்கின்றன என்று இந்த கருதுகோள் முன்மொழிகிறது. Si: N உறிஞ்சுதல் விகிதங்களின் குறைவு தெற்கு பெருங்கடலில் அதிகப்படியான Si க்கு வழிவகுக்கிறது, இது கொக்கோலிதோபோர்களால் ஆதிக்கம் செலுத்தும் கடலின் குறைந்த அட்சரேகைகளுக்கு கசிகிறது. சி செறிவுகள் அதிகரிக்கும் போது, டயாட்டம் மக்கள் தொகை கொக்கோலிதோபோர்களை விட அதிகமாக இருக்கலாம், இது சி. ஏ. சி. ஓ 3 மழைப்பொழிவைக் குறைக்கிறது மற்றும் கடல் காரத்தன்மை மற்றும் கார்பனேட் பம்பை மாற்றுகிறது. இந்த மாற்றங்கள் குறைந்த வளிமண்டல கார்பன் டை ஆக்சைடு செறிவுகளுடன் ஒரு புதிய கடல்-வளிமண்டல நிலையான நிலையை தூண்டும், இது கடந்த பனிப்பாறை காலத்தில் காணப்பட்ட கார்பன் டை ஆக்சைடு வீழ்ச்சியுடன் ஒத்துப்போகிறது. தெற்கு கடல் டயாட்டம் வண்டல்களில் காப்பகப்படுத்தப்பட்ட δ30Si மற்றும் δ15N ஐசோடோபிக் மதிப்புகள் இந்த கருதுகோளை ஆராய பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன, ஏனெனில் கடைசி சிதைவின் போது Si மற்றும் N வழங்கல் மற்றும் பயன்பாட்டின் இயக்கவியல் இந்த பதிவிலிருந்து விளக்கப்படலாம். சில்சிக் அமில கசிவு கருதுகோளுடன் இணக்கமாக, இந்த ஐசோடோபிக் காப்பகங்கள் தெற்கு பெருங்கடலில் சி பயன்பாடு சிதைவின் போது அதிகரித்ததாகக் கூறுகின்றன. சி ஐசோடோப் பாலியோதெர்மோமெட்ரி செர்ட் சி ஐசோடோபிக் பதிவு மூலம் கடல் பேலியோடெம்பரேச்சர்களை மறுகட்டமைக்க முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டுள்ளன, இது ஆர்க்கியன் கடல் நீர் வெப்பநிலை நவீன (~ 70 டிகிரி செல்சியஸ்) ஐ விட கணிசமாக அதிகமாக இருந்தது என்று முன்மொழிந்தது. இருப்பினும், அடுத்தடுத்த ஆய்வுகள் இந்த பாலியோதெர்மோமெட்ரி முறையை கேள்விக்குள்ளாக்கி, ஆர்க்கியன் பாறைகளின் δ30Si மதிப்புகளுக்கு மாற்று விளக்கத்தை வழங்குகின்றன. இந்த சமிக்ஞைகள் அசல் δ30Si மதிப்புகளை மிகைப்படுத்தும் டயஜெனெடிக் மாற்ற செயல்முறைகளின் விளைவாக இருக்கலாம் அல்லது ஆர்க்கியன் செர்ட்கள் வெவ்வேறு சி மூலங்களால் ஆனவை என்பதை பிரதிபலிக்கின்றன. ஆர்க்கியன் காலத்தில் சி வண்டல்களின் மேலாதிக்க ஆதாரங்கள் நவீன கடலில் பரந்த சிஓ 2 பயோமினரலைசேஷனுக்கு மாறாக, வானிலை, அரிப்பு, கிளாஸ்டிக் வண்டல்களின் சிலிக்காக்கம் அல்லது நீர் வெப்ப செயல்பாடு ஆகியவை என்பது நம்பத்தகுந்ததாகும். அனுபவ அளவுத்திருத்தங்களின்படி, கடற்பாசிகளுக்கும் அவற்றின் ஹோஸ்டிங் தண்ணீருக்கும் இடையிலான δ30Si (δ30Si என குறிக்கப்படுகிறது) வேறுபாடு ஹோஸ்டிங் கரைசலின் Si செறிவுடன் தொடர்புடையது. எனவே, பண்டைய பெருங்கடல்களின் அடிப்பகுதியில் உள்ள நீரில் உள்ள சி செறிவுகளை பாறை பதிவில் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ள இணைக்கப்பட்டுள்ள கடற்பாசி கூர்முனைகளின் δ30Si இலிருந்து விளக்க முடியும் என்று பரிந்துரைக்கப்படுகிறது. இந்த உறவு வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் கடற்பாசிகளின் சி உறிஞ்சும் இயக்கவியல் ஆகியவற்றால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது என்று முன்மொழியப்பட்டுள்ளது, ஆனால் கடற்பாசி பயோமினரலைசேஷன் பாதைகள் பற்றிய தற்போதைய புரிதல் குறைவாகவே உள்ளது. இந்த உறவின் பின்னணியில் உள்ள வழிமுறை இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை என்றாலும், பல்வேறு ஆய்வக சோதனைகள், நவீன சூழல்கள் மற்றும் மைய மேல் வண்டல்கள் ஆகியவற்றில் இது சீராகத் தோன்றுகிறது. இருப்பினும், மாமிச கடற்பாசிகளின் δ30Si எதிர்பார்த்த தொடர்பிலிருந்து கணிசமாக வேறுபடலாம் என்பதற்கும் சான்றுகள் உள்ளன. மேலும் காண்க சிலிக்கான் ஐசோடோப்பின் ஐசோடோப்புகள் புவி வேதியியல் நிலையான ஐசோடோப்பு விகிதம் ஐசோடோப்பு-விகிதம் வெகுஜன நிறமாலை குறிப்புகள் புவி வேதியியல் உயிர்வேதியியல் உயிர்வேதியியல் வானிலை