Δ15N

En geoquímica, hidrologia, paleoclimatologia i paleoceanografia, δ¹⁵N (pronunciat «delta N quinze») o delta-N-15, és una mesura de la proporció dels dos isòtops estables del nitrogen, ¹⁵N: ¹⁴N.

Fórmules

Dues expressions molt similars per a δ¹⁵N s'utilitzen àmpliament en hidrologia. Totes dues tenen la forma

$\delta ^{15}N={\Biggl (}{\frac {{\bigl (}{\frac {^{15}N}{^{14}N}}{\bigr )}_{mostra}}{{\bigl (}{\frac {^{15}N}{^{14}N}}{\bigr )}_{estandard}}}-1{\Biggr )}\cdot 1000\ ^{o}\!/\!_{oo}$

o

$\delta ^{15}N=1000{\frac {s-a}{a}}$ ‰ (‰ = per mil o parts per mil), on s i a són les abundàncies relatives de ¹⁵N a la mostra i l'atmosfera respectivament.

La diferència és si l'abundància relativa és respecte a tot el nitrogen (és a dir, ¹⁴N més ¹⁵N), o només a ¹⁴N. Com que l'atmosfera terrestre conté 99,6337% ¹⁴N i 0,3663% ¹⁵N, a és 0,003663 en el primer cas i 0,003663/0,996337 = 0,003676 en el segon. Tanmateix s varia de manera semblant; per exemple, si a la mostra ¹⁵N és 0,385% i ¹⁴N és 99,615%, s és 0,003850 en el primer cas i 0,00385/0,99615 = 0,003865 en el segon. El valor de δ¹⁵N llavors és 51,05 ‰ en el primer cas i 51,38 ‰ en el segon, una diferència insignificant a la pràctica donat el rang típic de -20 a 80 per a δ¹⁵N.

Aplicacions

Un ús del ¹⁵N és com a traçador per determinar el camí que segueixen els fertilitzants aplicats a qualsevol cosa, des de testos fins a grans superfícies de terreny. En un punt s'aplica fertilitzant enriquit en ¹⁵N en una mesura significativament diferent de la que predomina al sòl (que pot ser diferent de l'estàndard atmosfèric a) i després es controlen les variacions de δ¹⁵N en altres punts.

Una altra aplicació és l'avaluació de l'abocament d'aigües residuals humanes a masses d'aigua. L'abundància de ¹⁵N és més gran a les aigües residuals humanes que a les fonts naturals d'aigua. Per tant, δ¹⁵N al sediment bentònic dóna una indicació de la contribució dels residus humans al nitrogen total del sediment. Els nuclis de sediments analitzats per a δ¹⁵N donen un registre històric d'aquests residus, amb mostres més antigues a més profunditat.

δ¹⁵N també s'utilitza per mesurar la longitud de la cadena tròfica i el nivell tròfic d'un organisme determinat. El nitrogen és un component de nutrients important per al metabolisme de les plantes, que també es produeix industrialment en forma de fertilitzants nitrogenats per tal d'augmentar el rendiment dels cultius. El nitrogen és utilitzat en forma d'aminoàcids per plantes i animals per construir proteïnes. Entra al cos dels herbívors a través de la cadena tròfica. Així, examinant δ¹⁵N, també es pot estudiar l'intercanvi de nitrogen entre plantes i animals. Els valors alts de δ¹⁵N es correlacionen positivament amb nivells tròfics més alts; de la mateixa manera, els organismes baixos de la cadena alimentària generalment presenten valors de δ¹⁵N més baixos. Els valors més alts de δ¹⁵N en els depredadors alfa generalment indiquen cadenes alimentàries més llargues. Per exemple, un estudi realitzat a la regió muntanyosa del mont Kilimanjaro va revelar una signatura de δ¹⁵N significativament alterada a causa del canvi climàtic i l'ús intensiu del terreny per al pasturatge. Tot i que normalment és de 3,5 ‰ allà, es van trobar valors de 6,5 ‰ a les regions greument afectades.

Bibliografia

• Bedard-Haughn, A. «Tracing δ¹⁵N through landscapes: potential uses and precautions» (en anglès). Journal of Hydrology, 272(1)-272(4), 2003, pàg. 175–190. Bibcode: 2003JHyd..272..175B. DOI: 10.1016/S0022-1694(02)00263-9.
• Katzenberg, M. A. «Cap. 13: Stable Isotope Analysis: A Tool for Studying Past Diet, Demography, and Life History». A: Biological Anthropology of the Human Skeleton (en anglès), 2008. ISBN 978-0-471-79372-4. 
• Perkins, Matthew J.; McDonald, Robbie A.; Van Veen, F. J. Frank; Kelly, Simon D.; Rees, Gareth «Application of Nitrogen and Carbon Stable Isotopes (δ15N and δ13C) to Quantify Food Chain Length and Trophic Structure» (en anglès). PLOS One, 9(3), març 2014. Bibcode: 2014PLoSO...993281P. DOI: 10.1371/journal.pone.0093281. PMC: 3968125. PMID: 24676331.
• Robinson, David «δ¹⁵N as an integrator of the nitrogen» (en anglès). TRENDS in Ecology & Evolution, 16(3), març 2001.
• Zech, Michael; Bimüller, Carolin; Hemp, Andreas; Samimi, Cyrus; Broesike, Christina «Human and climate impact on ¹⁵N natural abundance of plants and soils in high-mountain ecosystems: a short review and two examples from the Eastern Pamirs and Mt. Kilimanjaro» (en anglès). Isotopes in Environmental and Health Studies, 47(3), juliol 2011. DOI: 10.1080/10256016.2011.596277.

Vegeu també

• Anàlisi isotòpica
• Geoquímica d'isòtops
• Isòtops del nitrogen
• Isòtop traçador