ソース: ジェフ Salacup – マサチューセッツ大学アマースト校講座
ビデオのこのシリーズ中、天然試料は抽出され気候と過去の環境に関する情報を関連付けることができるバイオ マーカーと呼ばれる有機化合物の検索で精製します。分析試料の堆積物だった。堆積物は運動と重力に土砂の流れる液体 (水または空気) の作用により地球のくぼみ、流域の地質学的時間をかけて蓄積します。洗面器の 2 種類が存在する海洋 (海洋および海) および湖 (湖)。1 つが推測可能性があります非常にさまざまな種類の生命のこれらの設定は、それらの間で塩分濃度の差の大きな原動力で住んでいます。最後の数十年間、有機地球化学はバイオ マーカーのプロキシ、または湖沼海洋環境下での作業のいくつかをいくつかの作業気候または環境を記述する使用ことができる化合物のツールボックスを発見しました。ここで、U を使用して海洋の王国およびアルケノンの paleothermometry に目を向ける我々k’37海表面温度プロキシ。
最もよく確立され、広く応用オープン海洋バイオ マーカーの海表面温度 (SST) プロキシが Uk’37。
Uk’37 = (C37:2)/(C37:2 + C37:3) (ハーバート1レビューを参照)
インデックスは、アルケノン、ハプト藻藻2, 3のいくつかのクラスによって生成されると呼ばれる、2 つの多価不飽和長鎖アルキル ケトンの比率に基づいています。文化4、5コア上部堆積物6校正研究が U の開発につながったk’37定量的 SST プロキシとしてインデックス。Prahlらの文化ベースのキャリブレーション、驚くほど4:
Uk’37 = 0.034(SST) + 0.039、
・ ミュラーらのコア上の校正6、
Uk’37 = 0.033(SST) + 0.044、
統計学的に同じです。
U を再構築k’37温度相関ベスト7海洋の気候とハプト藻の生産体制の様々 な平均年間 SST。アルケノン現代8始新世の海底堆積物コアと高揚した海底堆積物9示唆が地質学的時間の経過と共に非常に安定し従って古ツールとして役に立つの露出の露頭が検出されます。Uk’37ドキュメント古海表面温度変化十10軌道11,12スケールし、したがって、非常に汎用性で使用されています。
開いた海洋で円石円石藻とGephyrocapsa の違いがほとんどのアルケノン生産を担当です。それはまだ知られていないこれらの haptophytes が成長の温度に基づいてアルケノンの不飽和比を変更する理由。アルケノンがハプト藻の細胞壁の成分であることと、不飽和が同様に飽和脂肪は、不飽和脂肪は、流体、室温で固体膜液を維持するために調整された当初考えた。しかし、この質問を目的とした実験はアルケノンでは、細胞膜に関連付けられているのではなく、細胞内のエネルギー ストレージ構造と関連付けられたことを発見します。従って、セル内の使用は、未解決の問題を残る。
最近、アルケノンは湖の環境で発見されています。ただし、その有用性は今のところ制限されています。海洋の領域のそれらより別のアルケノン生産者は住む湖とこの水の温度と不飽和間キャリブレーション (Uk’37) が違います。また、このキャリブレーションは湖、そう ‘global’ 校正を作成することの間で異なるです。残念ながら、ローカル校正作成は高価、時間のかかるなど U の未来k’湖で37は現在制限されても。
アルケノンは通常海洋堆積物から抽出されます。非常によくアルケノンを作り出す同じ生物は、alkenoates と呼ばれるこれらのアルケノンの脂肪酸メチルエステルを生成します。これらの化合物は、共同ガスのクロマト グラフのアルケノンの溶出し、その定量化を複雑にします。したがって、これらの抽出物は、alkenoates を削除する鹸化しばしば受けることになります。鹸化度は、ガスクロマト グラフ従順ではないカルボン酸を生成するためシリカゲルカラムを抽出物からカルボン酸を削除する鹸化後行う必要があります。アルケノンは列上に酸が残っている間にジクロロ メタンた中間極性ケトン割合で出てくる。最後に、極端な場合、堆積物中の工業中心地近くの河口のような高度汚染地域から購入したような尿素の内転がありますガス クロマト グラフのアルケノンと coelute 未知の化合物を削除する必要。
総脂質エキスを精製、抽出および精製サンプル炎イオン化検出器にガス クロマトグラフィーで実行されます。2 つのアルケノンの相対濃度 (Agilent Chemstation) などこの目的のために設計されたコンピュータ ・ ソフトウェアの化合物のそれぞれの曲線下の領域を取得することによって決定されます。U に入れているこれらの領域k’U を得るため上記37比方程式k’37値 0 と 1 間の範囲です。これらの Uk’37値が上記など調整を使用した海表面温度値にマッピングされます。
Paleothermometry は、先史時代の藻類が残した人々 のような自然なサンプルの特定の化学物質の分析による過去の気温の計算です。
藻類は、何千年も地球の海洋と湖の豊富されている生物の多様なグループです。古代藻類による土砂の堆積、特定の化学化合物、バイオ マーカー-地球の歴史に貴重な洞察力と研究者を提供することができます有機化合物として。実際には、堆積物中の藻類のバイオ マーカー コンテンツの分析は、数億年前の地球の温度を決定する研究者をことができます。
このような 1 つのレコードは、円石のいくつかの種から来る。これらの藻類は、アルケノン、環境の温度に基づいて、堅牢なバイオ マーカーのクラスの様々 な量を生成します。アルケノン解析は、主に地球の海洋の海の表面温度を計算する使用長い年月と大昔に。
このビデオは古のアルケノンの使用方法を説明し、分離、浄化、および過去の海表面温度を計算するアルケノンの分析のプロセスについて説明します。
その名の通り、「アルケノン paleothermometry」は分析に基づいてアルケノンアルケノン paleothermometry として知られている脂質がアルケノン; に基づく場合37 個の炭素原子および 2 に 4 の二重結合を含むアルキル長鎖、不飽和ケトン。各二重結合は、不飽和のサイトです。低海水温、アルケノン生産者より不飽和アルケノン飽和よりもを生成します。不飽和飽和率はアルケノン不飽和インデックスと呼ばれます。
通常評価アルケノン、C37:2 C37: 3、それぞれ 37 個の炭素と 2 つまたは 3 つの二重結合を持っています。これらのアルケノンまたは U の不飽和インデックスK’37, 積極的に海表面温度に関連しています。ガス ・ クロマトグラフィーは敏感に十分なこれらのアルケノンを分離分析法を知る。ただし、藻類のアルケノン生産は頻繁にまた化学的に類似した脂肪酸メチルエステルは、エステル、または alkenoates は、アルケノンこのテクニックを使用を区別することはできませんを生成します。炭化水素汚染汚染からはイオンクロマト グラフ分析を泥もさらに可能性があります。アルケノンの相対濃度を正確に決定するには、alkenoates と未知の炭化水素取り外す必要があります解析の前に鹸化と尿素内転の法による。
土砂アルケノン比の海表面温度との関係が見直された今、総脂質抽出・不飽和比の解析から、浄化のテクニックを見てみましょう。
海底堆積物を収集されており、抽出、一度総脂質抽出または TLE、多段階の浄化プロセスを通過する必要があります、分析します。まず、抽出物はカルボン酸塩と強塩基と熱を利用したメタノールに alkenoates を変換する鹸化を経る。他の脂肪酸エステル、TLE には、塩やグリセリンに鹸化させた「が。
部屋の温度に混合物を冷却後塩の水溶液は、フォーム塩とグリセリンに追加されます。混合物はそれからあるに脂肪酸を生産、カルボン酸の陰イオンを酸性化します。最後に、アルケノンと脂肪酸は、ヘキサンとの混合物から抽出されます。
シリカゲル クロマトグラフィーが極冠化合物と鹸化によって生成される極性の脂肪酸の両方を削除する実行されます。乾燥と鹸化 TLE がヘキサンに溶解し、列に読み込まれます。シリカは、極冠のものより強く極性化合物を保持します。
まず、ヘキサンのような極冠溶剤で極冠化合物が削除されます。次に、アルケノンは高極性の脂肪酸およびその他の不要な極性化合物を列に残して、ジクロロ メタンなどの緩やかな極性溶媒で溶出されます。
元底質試料は、高汚染地域から収集された、尿素の内転が残り高分岐または環状炭化水素を削除する実行されます。乾燥中期極性画分は強く極尿素は DCM やヘキサンなど、最低限水溶性溶媒混合物で分解します。メタノール中の尿素の集中された解決は TLE は、尿素の結晶を沈殿の原因に追加されます。
アルケノンなど直鎖状分子に尿素結晶格子中の分子間のスペースに合わせて、高度分岐環状分子はないし、抜け落ちます。
結晶成長が完了すると、尿素の結晶が乾燥し、追放された化合物を取り除くために、極冠溶剤で洗浄し。その後、結晶は少量の水に溶解しました。アルケノン解析極冠溶媒が付いている水から抽出されます。
すべての浄化手順アルケノン種を区別しなかった、沸点と分子構造の小さい相違はガス クロマトグラフィー コラムの分離のために十分。炎イオン化検出器を組み合わせた場合、アルケノンの相対濃度を決定ことができます。
分子がクロマト グラム上の保存期間または列終了する化合物のために必要な時間。アルケノン規格に必要な化合物の保持時間を見届けます。
アルケノンの相対濃度は、関心のピークの下の領域の解析から決定されます。UK’37値、C37:2と C37: 3サンプルの濃度から計算されます。海の表面温度のプロキシ関係と UK’アナリストは、土砂堆積時の海表面温度解決できる37値。
堆積物と堆積岩の解析による地球の歴史の多くの異なる側面を調べることができます。
層序は、レイヤー、または存在の化石の分析による岩石の地層の年代を決定する研究です。堆積物の多くのソースがあるので、同じ時間帯の堆積岩は世界中劇的に異なる組成があります。アンモナイトなど、地球の歴史の中で種の特定のセットは世界中に存在し、急速な進化を施行しました。両方の視覚的に異種の岩層は、アンモナイトの同じ種を含む、地層の時空間相関を描画できます。Paleothermometry などの技術と組み合わせれば、地球の歴史に関する広範な情報は天然試料の化石記録から判断できます。
有孔虫、または forams の多くの種は、世界海洋堆積物に見られます。Forams は、炭酸カルシウムの殻で何百万年の地球の海洋を通して存在しています。多くの種は海の底に住んでいるし、こうして海のより深い部分の温度情報を提供します。Forams のカルシウム比マグネシウムは、暖かい気候で自分の殻により多くのマグネシウムを組み込むので温度に対応します。Forams の豊富さや種の多数の化石の記録に化石層序、地球の歴史の中で海流の変化を追跡するために便利ななります。
プレートの発散としてそれらの間新しいロックを形成します。同様に、発散的プレート境界を取り囲む岩石のプロパティは、時間をかけてプレート運動に関する情報を提供します。例えば、地球の磁場の変化は、堆積物、岩石、化石、鉱物に保持されます。大洋中央海嶺の磁性の対称の変化の発見は、海底の広がりとプレート ・ テクトニクスの現在の理解に大きく貢献。
アルケノン Paleothermometry ゼウスの概要を見てきただけ。Paleothermometry の原則と海面水温に海底堆積物中のアルケノン比の関係を今理解する必要があります。このシリーズの次のビデオは、この複雑なプロセスについての詳細に入ります。
見てくれてありがとう!
Paleothermometry is the calculation of past temperatures by analysis of specific chemicals in natural samples, like those left behind by prehistoric algae.
Algae are a diverse group of organisms that have been abundant in Earth’s oceans and lakes for millennia. Certain chemical compounds, which are deposited in sediment by ancient algae, act as biomarkers – organic compounds that can provide researchers with valuable insight into Earth’s history. In fact, analysis of algal biomarker content in sediment allows researchers to determine the Earth’s temperature hundreds of millions of years ago.
One such record comes from some species of coccolithophores. These algae produce varying amounts of alkenones, a class of robust biomarkers, based on the temperature of their environment. Alkenone analysis is primarily used to calculate the sea surface temperature of Earth’s oceans eons and eons ago.
This video will illustrate the use of alkenones in paleoclimatology and describe the process of isolating, purifying, and analyzing alkenones to calculate past sea surface temperature.
As its name implies, “Alkenone paleothermometry” is based on the analysis of lipids, known as alkenones. Alkenone paleothermometry is based on alkenones; long-chain, unsaturated alkyl ketones that contain 37 carbon atoms and 2 to 4 double bonds. Each double bond is a site of unsaturation. At low sea surface temperatures, alkenone producers generate more unsaturated alkenones than saturated. The ratio of saturation to unsaturation is known as the Alkenone Unsaturation Index.
The alkenones usually evaluated are C37:2 and C37:3, which have 37 carbons and two or three double bonds, respectively. The Unsaturation Index of these alkenones, or the UK’37, is positively related to sea surface temperature. The analytical method know as gas chromatography is generally sensitive enough to separate these alkenones from one another. However, alkenone-producing algae often also generate chemically-similar fatty acid methyl esters, or alkenoates, which cannot be distinguished from alkenones using this technique. Hydrocarbon contamination from pollution may also further muddy chromatographic analysis. To accurately determine relative alkenone concentration, alkenoates and unknown hydrocarbons must be removed before analysis by the methods of saponification and urea adduction.
Now that the relationship of sediment alkenone ratios to sea surface temperature has been reviewed, let’s look at the techniques for their purification from a total lipid extract and analysis of the unsaturation ratio.
Once marine sediment has been collected and extracted, the total lipid extract, or TLE, must go through a multistep purification process, and analyzed. First, the extract undergoes saponification to convert alkenoates into carboxylate salts and methanol using a strong base and heat. Other fatty acid esters present in the TLE will be saponified into salts and glycerol.
After cooling the mixture to room temperature, an aqueous salt solution is added to form salts and glycerol. The mixture is then acidified to protonate the carboxylate anions, producing fatty acids. Finally, the alkenones and fatty acids are extracted from the mixture with hexane.
Silica gel chromatography is then performed to remove both apolar compounds and the polar fatty acids produced by saponification. The dried and saponified TLE is dissolved in hexane and then loaded onto a column. Silica retains polar compounds more strongly than apolar ones.
First, apolar compounds are removed with an apolar solvent, like hexane. Next, alkenones are eluted by a moderately polar solvent, such as dichloromethane, leaving the highly polar fatty acids and other unwanted polar compounds on the column.
If the original sediment sample was collected from a highly polluted area, urea adduction is performed to remove any remaining highly branched or cyclic hydrocarbons. The dried mid-polarity fraction is dissolved in a solvent mixture in which the strongly polar urea is minimally soluble, such as DCM and hexane. A concentrated solution of urea in methanol is then added to the TLE, causing urea crystals to precipitate.
Straight-chain molecules such as alkenones fit into the spaces between molecules in the urea crystal lattice, but highly branched and cyclic molecules do not, and are expelled.
Once crystal growth has finished, the urea crystals are dried and then washed with an apolar solvent to remove expelled compounds. Then, the crystals are dissolved in a small amount of water. The alkenones are extracted from the water with an apolar solvent for analysis.
While all previous purification steps did not differentiate between alkenone species, small differences in boiling point and molecular structure are sufficient for separation on a gas chromatography column. When paired with a flame-ionization detector, relative concentrations of the alkenones, can be determined.
Molecules are identified on the chromatogram by their retention time, or the time needed for the compound to be exit the column. The retention times of the desired compounds are ascertained with alkenone standards.
The relative concentrations of the alkenones are determined from analysis of the areas under the peaks of interest. The UK’37 value is then calculated from the concentrations of C37:2and C37:3 in the sample. With the sea surface temperature proxy relationship and the UK’37 value, the analyst can solve for sea surface temperature at the time of the sediment deposition.
Many different facets of Earth’s history can be investigated by analysis of sediment and sedimentary rock.
Biostratigraphy is the study of determining the ages of layers, or strata, of rock by analysis of the fossils present. As there are many sources of sediment, sedimentary rocks from the same time period may have dramatically different compositions around the world. Certain sets of species throughout Earth’s history, such as the ammonites, existed worldwide and underwent rapid evolution. If visually dissimilar rock strata both contain the same species of ammonite, then a temporal correlation between the strata can be drawn. When combined with techniques such as paleothermometry, extensive information about Earth’s history can be determined from fossil records in natural samples.
Many species of foraminifera, or forams, are found in marine sediments worldwide. Forams have calcium carbonate shells and have existed throughout Earth’s oceans for millions of years. Many species live on the ocean floor, and thus can provide temperature information about deeper parts of the ocean. The magnesium to calcium ratio of forams corresponds to temperature, as they incorporate more magnesium into their shells in warmer climates. The multitude of species and the abundance of forams makes their fossil record useful for tracking changes in ocean currents throughout Earth’s history and for biostratigraphy.
As tectonic plates diverge, new rock forms between them. Correspondingly, the properties of the rock surrounding a divergent plate boundary provide information about plate movements over time. For instance, changes in Earth’s magnetic field are preserved in some minerals found in fossils, rock, and sediment. The discovery of symmetric changes in magnetism about mid-ocean ridges significantly contributed to the current understanding of seafloor spreading and plate tectonics.
You’ve just watched JoVE’s Overview of Alkenone Paleothermometry. You should now understand the principles of paleothermometry and the relationship of alkenone ratios in marine sediment to sea surface temperature. The following videos in this series will go into more detail about this complex process.
Thanks for watching!
