Docstoc
EXCLUSIVE OFFER FOR DOCSTOC USERS
Try the all-new QuickBooks Online for FREE.  No credit card required.

Oxygen Isotopes

Document Sample
Oxygen Isotopes Powered By Docstoc
					                                                                                            2/25/2009




                           Oxygen Isotopes




A Short Course VU March, 2009                          Peter K. Swart University of Miami




                              Nomenclature


                   18O/16      OSample
                                                  -1        x 1000
                   18O/16O
                                 Standard
 ,del, or delta values are reported ino /oo or parts p thousand or p mille
   , ,                         p                 p     per           per



        Less 18O,  values are negative or said to be light


        Less 18O,  values are positive or said to be heavy
 Standard is PDB (Pee Dee Belemnite)
 V-PDB (Vienna Pee Dee Belemnite)




                                                                                                   1
                                                               2/25/2009




               Nomenclature
• SMOW                         • PDB
  – Standard Mean Ocean            – Pee Dee Belemnite
    Water                          – Vienna Pee Dee 
  – Vienna Standard Mean             Belemnite (V‐PDB)
    O     W t (V SMOW)
    Ocean Water (V‐SMOW)           – VPDB calibrated to NBS‐
                                     19




                 SMOW = 1.03086 PDB + 30.86
                 PDB = 0.97006  SMOW -29.94




                                                                      2
                                           2/25/2009




 What do Oxygen Isotopes mean?
• Temperature of precipitation/formation
• Source of Water
  – Hydrological Cycle
    Diagenetic Reactions
  – Diagenetic Reactions
• pH




          Oxygen Isotopes and 
                 p
             Temperature




                                                  3
                                                                                                                           2/25/2009




  Molluscs
  Epstein S., Buchsbaum R., Lowenstam H., and Urey H. C. (1951) Carbonate 
  water isotopic temperature scale. Bulletin of the Geological Society of America 
  62, 417‐426.
  Epstein S., Buchsbaum R., Lowenstam H. A., and Urey H. C. (1953) Revised 
  carbonate‐water isotopic temperature scale. Bulletin of the Geological Society 
  of America 64, 1315‐1326.
  Inorganic Carbonates
  O'Neil J. R., Clayton R. N., and Mayeda T. K. (1965) Oxygen isotope fractionation 
  in divalent metal carbonates. Journal of Chemical Physics 51, 5547‐5558.
  Aragonite
  Grossman E. T. and Ku T. L. (1981) Aragonite‐water isotopic paleotemperature 
  scale based on benthic Foraminifera Hoeglundia elegans. Geol. Soc. Amer. Absrt. 
  with Prog 13, 464.
  Corals
  Leder J. J., Swart P. K., Szmant A. M., and Dodge R. E. (1996) The origin of 
  variations in the isotopic record of scleractinian corals: I. Oxygen. Geochimica et 
  Cosmochimica Acta 60, 2857‐2870.




http://pubs.er.usgs.gov/djvu/PP/pp_440_kk.djvu




                                                Friedman I. and O'Neil J. R. (1977) Compilation of stable isotope 
                                                fractionation: Factors of geochemical interest. In Data of Geochemistry 
                                                6th ed. Geology Survey Prof. Paper, Vol. KK (ed. M. Fleischer). USGS.




                                       BNP#3
                            -4.5
                            -4.0
                            -3.5
                            -3.0
                                       BNP#4
                            -4.5
                            -4.0
                            -3.5
                            -3.0
                O o /oo




                                       BNP#9
                            -4.5
                            -4.0
                            -3.5
                             30
                            -3.0
               18




                            -4.5       BNP#10
               




                            -4.0
                            -3.5
                            -3.0
                              32            Reef T

                              28

                              24


                                   1988                    1989                     1990                    1991
       Data from Leder et al. (1996)




                                                                                                                                  4
                                                                                                                  2/25/2009



                                              1
                                                    1. aragonite: foram
                                                    2. calcite: symbiont-free mollusc
                                              0     3. calcite: inorganic
                                                    4. coral: Platygyra lamellina
                                                    5. coral: Porites lobata
                                              -1    6. coral: Pocillopora damicornis
                                                    7. coral: Pocillopora damicornis
                                                    8. coral: Montastraea annularis

                                              -2                                                         1
                          PDB

                                          
                                Oc-Ow 


                                                                                                         2
                                              -3                                                         3
                                18




                                              -4
                                18




                                              -5
                                                                                                         4
                                              -6                                                        85
                                                                                                         6
                                                                                                         7
                                              -7
                                              -8
                                                   15                 20                25         30        35
                                                                               Temperature (o C)

                        1. Grossman & Ku (1986) aragonite, foram;
                        2. O'Neil (1969) inorganic calcite;
                        3. Epstein et al (1953) calcite: symbiont-free mollusc;
                        4. Quinn et al (1993): Platygyra lamellina;
                        5. McConnaughey (1989a): Porites lobata;
                        6. Weil et al (1981): Pocillopora damicornis;
                        7. Dunbar & Wellington (1981): Pocillopora damicornis;
                        8. Leder et al. (1996): Montastraea annularis.




  http://pubs.er.usgs.gov/djvu/PP/pp_440_kk.djvu




Friedman I. and O'Neil J. R. (1977) Compilation of stable isotope 
fractionation: Factors of geochemical interest. In Data of Geochemistry 
6th ed. Geology Survey Prof. Paper, Vol. KK (ed. M. Fleischer). USGS.




                                                                                                                         5
                                                                                            2/25/2009




http://pubs.er.usgs.gov/djvu/PP/pp_440_kk.djvu




                 Friedman I. and O'Neil J. R. (1977) Compilation of stable isotope 
                 fractionation: Factors of geochemical interest. In Data of Geochemistry 
                 6th ed. Geology Survey Prof. Paper, Vol. KK (ed. M. Fleischer). USGS.




                 Friedman I. and O'Neil J. R. (1977) Compilation of stable isotope 
                 fractionation: Factors of geochemical interest. In Data of Geochemistry 
                 6th ed. Geology Survey Prof. Paper, Vol. KK (ed. M. Fleischer). USGS.




           Oxygen Isotopes and the 
              Hydrological Cycle
               y     g      y




                                                                                                   6
2/25/2009




       7
2/25/2009




       8
2/25/2009




       9
2/25/2009




      10
2/25/2009




      11
                               2/25/2009




Oxygen Isotopes and Salinity




                                     12
                                                                                              2/25/2009




               1.5



                 1
 O (‰ SMOW)




               0.5



                 0
18




                                                                                        16O
                      32   33    34        35              36               37     38


               -0.5                                    San Juan (r2=0.84)
                                                       Lesser Antilles (r2=0.63)
                                                       La Paguera (r2=0.91)
                -1
                                      Salinity (ppt)



                                                                       18O




               Craig H. and Gordon L. I. (1965) Deuterium and oxygen-18 variations in the
               ocean and the marine atmosphere. Stable Isotopes in Oceanographic
               Studies and Paleotemperatures Consiglio Nazionales delle Ricerche, Lab.
               Di Geo. Nucleare, Pisa, 9p.




                                                                                                    13
                                                                 2/25/2009




                         Letter from Emiliani to Mayeda (1953)




      Methods of Changing Salinity
• Dilution
   – Rivers
      • ~ ‐6 to ‐9 ‰
   – Ice Melting
           30 t 50 ‰
      • ~ ‐30 to ‐50 ‰
   – Precipitation
      • ~ ‐3 ‰
• Evaporation




                                                                       14
                                                                                2/25/2009




         20
         18
         16          0
                     25
         14
                     50
         12
                     80
         10
                     95
Oxygen




          8
          6
          4
          2
          0
          -2
          -4
          -6
          -8
         -10
               -1         -0.8         -0.6            -0.4            -0.2




   Craig H. and Gordon L. I. (1965) Deuterium and oxygen-18 variations in the
   ocean and the marine atmosphere. Stable Isotopes in Oceanographic
   Studies and Paleotemperatures Consiglio Nazionales delle Ricerche, Lab.
   Di Geo. Nucleare, Pisa, 9p.




                                                                                      15
                                                                                      2/25/2009




                             S=0.079
                    0
                   -10
                             S=0.1842
   Oxyge n (ppt)




                   -20
                   -30        S=0.79
                                                                           -3
                   -40                  S=1.31                             -7
                   -50                                                     -30
                                                                           -50
                   -60
                         0         10            20           30                 40
                                             Salinity




                                                      Flower B., Hastings D., 
                                                      Hill H., and Quinn T. 
                                                      (2004) Phasing of 
                                                      deglacial warming and 
                                                      deglacial warming and
                                                      Laurentide Ice Sheet 
                                                      meltwater in the Gulf of 
                                                      Mexico. Geology 32, 
                                                      597‐600.




Craig H. and Gordon L. I. (1965) Deuterium and oxygen-18 variations in the
ocean and the marine atmosphere. Stable Isotopes in Oceanographic
Studies and Paleotemperatures Consiglio Nazionales delle Ricerche, Lab.
Di Geo. Nucleare, Pisa, 9p.




                                                                                            16
                                                                               2/25/2009




          Rayleigh Distillation



                                40

                                35

                                30


  R
      f ( 1)
                                25

                                20
                     O ( oo)



                                15
                         o/




  Ri                            10
                     18




                                 5

                                 0

                                 -5

                                -10

                                -15
                                      0   0.2        0.4     0.6     0.8   1

                                                Fraction Remaining




   Craig –Gordan Model of Evaporation

1. Water vapor released in isotopic 
   equilibrium
2. Water diffuses away from interface
3. Vapor reaches a fully turbulent layer
3 Vapor reaches a fully turbulent layer
4. Water vapor in the atmosphere penetrates 
   the molecular diffusion layer




                                                                                     17
                                                                                           2/25/2009




Gonfiantini R. (1986) Environmental Isotopes in Lake Studies. In Handbook of 
Environmental Isotope Geochemistry, Vol. 2 (ed. P. Fritz and J. Fontes), pp. 113‐168. 
Elsevier.

                                              A B A
                                     o     f 
                                              B    B
                    h               
                          a   
                    w               
             A
                          1  h  
                                                           h            
                                                                 
                                                          w             
                                                     B
                                                               1  h  


              w  0.000543 f 2  0.018521 f 1  0.99931




             5.0
             4.5
             4.0                                               0.10
                                                               0.75
             3.5
                                                               0.78
             3.0
       gen




                                                               0.80
    Oxyg




             2.5                                               0.95

             2.0
             1.5
             1.0
             0.5
             0.0
                   35        45        55       65        75          85    95
                                               Salinity




                                                                                4

                            10 %
                                                                                3
                            60%
                                                                                     /oo
                                                                                    o




                            75%
                                                                                     O




                            85%                                                 2
                                                                                    18
                                                                                     




                                                                                1

                                                                                0
     35                                                                    40
                                          Salinity




                                                                                                 18
                                      2/25/2009




                Temperature

          25         20         15

     10   .62        .63        .64

     60    53
          .53         54
                     .54         55
                                .55
RH




     85   .41        .42        .43

     88   .36        .36        .37




                Temperature

          25         20         15

     10   .62        .63        .64

     60    53
          .53         54
                     .54         55
                                .55
RH




     85   .41        .42        .43

     88   .36        .36        .37




                Temperature

          25         20         15

     10   .62        .63        .64

     60    53
          .53         54
                     .54         55
                                .55
RH




     85   .41        .42(-15)   .43

     88   .36(-13)   .36        .37




                                            19
                         2/25/2009




Oxygen Isotopes and pH




                               20
                  2/25/2009




Carbon Isotopes




                        21

				
DOCUMENT INFO