δ13C

Ratio des isotopes 13C/12C du carbone

δ13C (prononcé « delta treize C » ou plus souvent « delta C treize ») est un rapport isotopique utilisé en géochimie, paléoclimatologie et paléocéanographie. C'est le rapport entre deux des isotopes stables du carbone, 13C / 12C, exprimé en « pour mille (‰) »[1],[2].

La formule de calcul est la suivante :

‰, où « standard » est une norme de référence et « sample » le taux relevé dans l'échantillon.

δ13C évolue dans le temps comme une fonction de la productivité primaire, de l'enfouissement du carbone et du type de végétation. Les processus biologiques absorbent préférentiellement l'isotope le plus léger au travers du processus de fractionnement cinétique. Certains processus abiotiques fonctionnent de la même manière, ainsi le méthane provenant des évents hydrothermaux[3].

Norme de référenceModifier

La norme pour le carbone 13 est la Pee Dee Belemnite (PDB) ; il s'agit de la mesure du ratio des isotopes du carbone de la coquille d'une belemnite fossile du Crétacé, provenant de la formation de Peedee en Caroline du Sud. Cet échantillon présente un ratio 13C/12C anormalement élevé (0,0112372) et il sert de valeur zéro pour le δ13C. Cela fait que la plupart des matériaux naturels ont une valeur négative pour leur δ13C[4]. Un échantillon avec un ratio de 0,010743 aura ainsi un δ13C de (0.010743/0.0112372 − 1)*1000 = −44. Cette norme est utilisée pour vérifier la précision de la spectroscopie de masse. D'autres normes, calibrées selon le même ratio, dont celle connue sous le nom de VPDB (« Vienna PDB »), ont remplacé l'originale[5].

Causes des variations de δ13CModifier

Le méthane a une valeur très basse en ce qui concerne δ13C : méthane d'origine biologique −60 ‰, méthane d'origine thermique −40 ‰. L'émission de grandes quantités d'hydrate de méthane est susceptible d'influencer le δ13C, comme à l'occasion du maximum thermique du passage Paléocène-Éocène[6].

Plus communément, le ratio est influencé par les variations de la productivité primaire et de l'enfouissement des matières organiques. Les organismes captent préférentiellement le carbone 12C, plus léger, et présentent un δ13C de −25‰, dépendant cependant de leur voie métabolique. Par conséquent, une élévation du δ13C dans les fossiles marins indique une augmentation de la quantité de végétation. Les plantes utilisant la voie métabolique de fixation du carbone en C3 et celles utilisant la voie C4 ont des signatures différentes, permettant de détecter l'abondance des plantes C4 au travers du temps grâce aux valeurs du δ13C[7]. Alors que les plantes C4 ont une valeur de δ13C comprise entre -16 et -10 ‰, les plantes C3 ont un indice variant entre -33 et -24 ‰[8].

Une augmentation de la productivité primaire entraîne une croissance proportionnelle du δ13C, car les plantes captent plus de 12C.

Les extinctions massives sont souvent corrélées avec une anomalie négative du δ13C, liée à une diminution de la productivité primaire et de la libération de carbone d'origine végétale.

L'évolution des grandes plantes terrestres durant le Dévonien tardif a conduit à une augmentation de l'enfouissement de carbone organique et par conséquent à une augmentation du δ13C[9].

Articles connexesModifier

RéférencesModifier

  1. (en) Susan M. Libes, Introduction to Marine Biogeochemistry, New York, Wiley, , 1re éd.
  2. « Cycle du carbone et effet de serre. Delta 13 C », sur Institut français de l'éducation, Ministère de l'éducation (France) (consulté le 24 juin 2018)
  3. (en) J.M. McDermott, J.S. Seewald, C.R. German et S.P. Sylva, « Pathways for abiotic organic synthesis at submarine hydrothermal fields », Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 112, no 25,‎ , p. 7668-7672 (lire en ligne).
  4. (en) « Overview of Stable Isotope Research », University of Georgia, Stable Isotope Ecology Laboratoty, (consulté le 23 juin 2018)
  5. Miller et Miller 2012, p. 186.
  6. (en) K. Panchuk, A. Ridgwell et L.R. Kump, « Sedimentary response to Paleocene-Eocene Thermal Maximum carbon release: A model-data comparison », Geology, vol. 36, no 4,‎ , p. 315–318 (DOI 10.1130/G24474A.1).
  7. (en) G.J. Retallack, « Cenozoic Expansion of Grasslands and Climatic Cooling », The Journal of Geology, vol. 109, no 4,‎ , p. 407–426 (DOI 10.1086/320791)
  8. (en) M. H. O'Leary, « Carbon Isotopes in Photosynthesis », BioScience, vol. 38, no 5,‎ , p. 328–336 (DOI 10.2307/1310735)
  9. (en) M.M. Joachimski et W. Buggisch, « The late Devonian mass extinction. Impact or earth-bound event? », Catastrophic Events Conference, Lunar and Planetary Institute,

BibliographieModifier

  • (en) Charles B. Miller et Patricia A. Miller, Biological Oceanography, Oxford, John Wiley & Sons, , 2e éd. (1re éd. 2003), 464 p. (ISBN 978-1-4443-3301-5, lire en ligne)
  • (en) Wim Mook et F. C. Tan, « Stable carbon isotopes in rivers and estuaries », dans Biogeochemistry of major world rivers, John Wiley and Sons, coll. « Scope report » (no 42), , p. 245–264