Isotopsammansättning av t.ex. syre-isotoper i havsvatten varierar på grund av lite olika kemiska/fysiska egenskaper. Detta kan användas till att studera fossil eller att förstå klimatförändringar under förhistorisk tid.

Du har kanske lärt dig att hos de flesta grundämnen finns det flera naturligt förekommande isotoper (det finns 26 st monoisotopiska grundämnen, där det bara finns en naturligft förekommande isotop). Och att dessa alltid förekommer i samma andelar, vilket kan ses på den atommassa som visas i t.ex. periodiska systemet (det är medelvärdet av den förekommande blandningen). Nu tänkte jag berätta att detta är fel. Ok, det är inte helt fel, det är till och med mest rätt. Men inte 100% rätt. Dags för en förklaring?

Av allt syre på jorden är 99.762% syre-16, medan bara 0,2% är syre-16. Tänk dig nu två vattenmolekyler, den ena med en syre-18, den andra med en syre-16. Räknar du på atommassan för dessa ser man att det skiljer sig lite, faktiskt ca 10% mellan dessa. Vad gör detta för skillnad? Om du värmer upp vatten kommer en del av det att avdunsta, alltså att dess rörelseenergi blir stor nog att den skall röra sig fritt från de övriga vattenmolekylerna (till vilken den binds med främst vätebindningar). De lättare vattenmolekylerna kommer då att ha lite lättare att övergå i gasfas, och med tiden kommer halten O-16 att minska. Detta sker i högre grad där det är varmt, och havsvattnet avdunstar snabbare. Därför kommer tropiskt havsvatten (särskilt ytvattnet) att ha lite mer O-18 än havsvatten närmare polerna.

I atmosfären kommer de tyngre syre-18 innehållande vattenmolekylerna att kondensera lite lättare än de med en syre-16, och regn har därför mer O-18 än havsvattnet. Eftersom detta pågår kontinuerligt kommer det regn som faller längre söderut att ha en högre halt O-18 än det som faller på nordligare latituder. Och när skaldjur bygger upp sina kalkhaltiga skal kommer kvoten mellan O-18 och O-16 att ge en fingervisning om vilka förhållanden som djuret levde under.

Syre-18-halterna
Källa: NASA

Kol-14 kan visa fel

I kol-14 metoden använder man sig av förhållandet mellan kol-14 och kol-12 för att avgöra åldern på organiskt material. Eftersom kol-14 hela tiden nybildas i atmosfären, när en kväve-14 kollidrar med en neutron och ger upphov till en kol-14 och en proton. Detta kol binds sedan i koldioxid, som i sin tur tas upp av växterna i fotosyntesen. Men i haven, särskilt i de djupare delarna kommer allt kol sparsamt nedsinglande från ytan, och återanvänds många gånger under lång tid. Därför kan man få felaktiga svar när man försöker kol-14 datera material från haven, det kol som djur i haven tar upp är ibland redan flera hundra år “gammalt” jämfört med det på land.

Andra isotoper kan ge information

Genom att havslevande organismer har en annan “isotopmiljö” än de på land kan man studera till exempel stenåldersmänniskans kost, De väster som använder sig av C3- respektive C4-fotosyntesen får lite annorlunda isotopsammansättning, vilket innebär att arkeologer delvis kan avgöra vilka växter som utgjorde födan för t.ex. en stenåldersmänniska. Om man t.ex. studerar strontium får man tillgång till ytterligare data om var en människa levde och fick sin mat ifrån.