Una firma isotópica (también huella dactilar isotópica ) es una proporción de " isótopos estables " no radiogénicos, isótopos radiogénicos estables o isótopos radioactivos inestables de elementos particulares en un material investigado. Las proporciones de isótopos en un material de muestra se miden mediante espectrometría de masas de proporción de isótopos frente a un material de referencia isotópico . Este proceso se llama análisis de isótopos .
La masa atómica de diferentes isótopos afecta su comportamiento cinético químico , dando lugar a procesos naturales de separación de isótopos .
Por ejemplo, diferentes fuentes y sumideros de metano tienen diferente afinidad por los isótopos 12 C y 13 C , lo que permite distinguir entre diferentes fuentes por la relación 13 C / 12 C en el metano en el aire. En geoquímica , paleoclimatología y paleoceanografía esta relación se denomina δ 13 C. La relación se calcula con respecto al estándar Pee Dee Belemnite (PDB) :
De manera similar, el carbono en los carbonatos inorgánicos muestra poco fraccionamiento isotópico, mientras que el carbono en los materiales originados por la fotosíntesis está agotado de los isótopos más pesados. Además, existen dos tipos de plantas con diferentes vías bioquímicas; la fijación de carbono C3 , donde el efecto de separación de isótopos es más pronunciado, la fijación de carbono C4 , donde el 13 C más pesado está menos agotado, y las plantas de metabolismo del ácido crasuláceo (CAM), donde el efecto es similar pero menos pronunciado que con las plantas C 4 . El fraccionamiento isotópico en plantas es causado por efectos físicos (difusión más lenta de 13C en tejidos vegetales debido al aumento del peso atómico) y factores bioquímicos (preferencia de 12 C por dos enzimas: RuBisCO y fosfoenolpiruvato carboxilasa ). [2] Las diferentes proporciones de isótopos para los dos tipos de plantas se propagan a través de la cadena alimentaria , por lo que es posible determinar si la dieta principal de un ser humano o un animal consiste principalmente en plantas C 3 ( arroz , trigo , soja , patatas ). o plantas C 4 ( maíz o carne de res alimentada con maíz ) por análisis de isótoposde su colágeno de carne y hueso (sin embargo, para obtener determinaciones más precisas, también se debe tener en cuenta el fraccionamiento isotópico de carbono, ya que varios estudios han reportado una discriminación significativa de 13 C durante la biodegradación de sustratos simples y complejos). [3] [4] Dentro de las plantas C3, los procesos que regulan los cambios en δ 13 C son bien conocidos, particularmente a nivel de las hojas, [5] pero también durante la formación de la madera. [6] [7] Muchos estudios recientes combinan el fraccionamiento isotópico a nivel de las hojas con patrones anuales de formación de madera (es decir, anillo de árboles δ 13 C) para cuantificar los impactos de las variaciones climáticas y la composición atmosférica [8]sobre los procesos fisiológicos de árboles individuales y rodales forestales. [9] La siguiente fase de comprensión, al menos en los ecosistemas terrestres, parece ser la combinación de múltiples proxies isotópicos para descifrar las interacciones entre plantas, suelos y la atmósfera, y predecir cómo los cambios en el uso de la tierra afectarán el cambio climático. [10] De manera similar, los peces marinos contienen más 13 C que los peces de agua dulce, con valores que se aproximan a las plantas C 4 y C 3 respectivamente.
Las calizas formadas por la precipitación en los mares a partir del dióxido de carbono atmosférico contienen una proporción normal de 13 C. Por el contrario, la calcita que se encuentra en los domos salinos se origina a partir del dióxido de carbono formado por la oxidación del petróleo , que debido a su origen vegetal está empobrecido en 13 C. La capa de piedra caliza depositada en la extinción del Pérmico 252 Mya se puede identificar por la caída del 1% en 13 C / 12 C.
El isótopo 14 C es importante para distinguir los materiales biosintetizados de los artificiales. Los productos químicos biogénicos se derivan del carbono biosférico, que contiene 14 C. El carbono en los productos químicos fabricados artificialmente generalmente se deriva de combustibles fósiles como el carbón o el petróleo , donde el 14 C originalmente presente se ha descompuesto por debajo de límites detectables. La cantidad de 14 C actualmente presente en una muestra indica, por tanto, la proporción de carbono de origen biogénico.