पर्यावरणीय समस्थानिक

पर्यावरणीय समस्थानिक मुख्यतः समस्थानिकों का ऐसा उपसमुच्चय हैं, दोनों स्थिर समस्थानिक अनुपात और रेडियोधर्मी समस्थानिक के लिए समस्थानिक भू-रसायन का उद्देश्य प्रदर्शित करता हैं। वे मुख्य रूप से ट्रेसर के रूप में उपयोग किए जाते हैं ताकि यह देखा जा सके कि समुद्र-वायुमंडल प्रणाली के भीतर, स्थलीय बायोम के भीतर, पृथ्वी की सतह के भीतर और इन व्यापक डोमेन के बीच चीजें कैसे घूमती हैं।

आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री

रासायनिक तत्वों को उनके प्रोटॉन की संख्या से परिभाषित किया जाता है, लेकिन परमाणु द्रव्यमान नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या से निर्धारित होता है। समस्थानिक वे परमाणु होते हैं जो विशिष्ट तत्व के होते हैं, लेकिन न्यूट्रॉनों की संख्या भिन्न होती है और इस प्रकार भिन्न द्रव्यमान संख्याएँ होती हैं। एक तत्व के समस्थानिकों के बीच का अनुपात दुनिया में थोड़ा भिन्न होता है, इसलिए दुनिया भर में समस्थानिक अनुपात में परिवर्तन का अध्ययन करने के लिए, समस्थानिक अनुपात में परिवर्तन को एक मानक से विचलन के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे 1000 से गुणा किया जाता है। यह इकाई एक प्रति मील है। इस सम्मेलन के रूप में, अनुपात कम आइसोटोप के लिए भारी आइसोटोप का है।

$\delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{sample}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{standard}}}-1\right)\times 1000$ ‰

समस्थानिकों में ये विविधताएँ कई प्रकार के प्रभाजनों के माध्यम से हो सकती हैं। उन्हें सामान्यतः बड़े पैमाने पर स्वतंत्र विभाजन और बड़े पैमाने पर निर्भर विभाजन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। द्रव्यमान स्वतंत्र प्रक्रिया का एक उदाहरण ओजोन में ऑक्सीजन परमाणुओं का विभाजन करते है। यह काइनेटिक आइसोटोप प्रभाव (KIE) के कारण होता है और विभिन्न आइसोटोप अणुओं के अलग-अलग गति से प्रतिक्रिया करने के कारण होता है। द्रव्यमान पर निर्भर प्रक्रिया का एक उदाहरण पानी का विभाजन है क्योंकि यह तरल से गैस चरण में संक्रमण करता है। भारी जल (ऑक्सीजन-18|¹⁸O और ड्यूटेरियम|²H) हल्के आइसोटोप (ऑक्सीजन-16|¹⁶ओ और ¹H) अधिमानतः गैस चरण में जाएं। इसमें सम्मिलित विभिन्न समस्थानिकों में से सामान्य वर्गीकरण रेडियोन्यूक्लाइड को स्थिर न्यूक्लाइड से अलग कर रहा है। रेडियोधर्मी समस्थानिक समस्थानिक होते हैं जो अलग समस्थानिक में क्षय होंगे। उदाहरण के लिए, ³H (ट्रिटियम) हाइड्रोजन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है। हीलियम³-3 में इसका क्षय होता है, वह ~12.3 वर्ष की अर्ध-आयु के साथ क्षय हो जाती हैं। इस प्रकार तुलनात्मक रूप से, स्थिर समस्थानिक रेडियोधर्मी क्षय से नहीं गुजरते हैं, और उनके निश्चित अनुपात को पदार्थ की आयु निर्धारित करने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों के घातीय क्षय अनुपातों के विरुद्ध मापा जाता है। रेडियोधर्मी आइसोटोप सामान्यतः छोटे समय के पैमाने पर अधिक उपयोगी होते हैं, जैसे समुद्र के आधुनिक परिसंचरण ¹⁴C की जांच करना हैं, जबकि स्थिर आइसोटोप सामान्यतः लंबे समय के पैमाने पर अधिक उपयोगी होते हैं, जैसे स्ट्रोंटियम के स्थिर आइसोटोप के साथ नदी के प्रवाह में अंतर की जांच करना हैं।

रुचि की विभिन्न घटनाओं का अध्ययन करने के लिए इन समस्थानिकों का उपयोग अनुरेखक के रूप में किया जाता है। इन ट्रैसरों का स्थानिक रूप से एक निश्चित वितरण होता है, और इसलिए वैज्ञानिकों को इन ट्रैसर वितरणों को प्रभावित करने वाली विभिन्न प्रक्रियाओं को अलग करने की आवश्यकता होती है। अनुरेखक वितरण का एक तरीका रूढ़िवादी मिश्रण द्वारा निर्धारित किया जाता है। रूढ़िवादी मिश्रण में, ट्रेसर की मात्रा संरक्षित होती है। इसका एक उदाहरण अलग-अलग लवणता वाले दो जल राशियों का मिश्रण है। खारे पानी के द्रव्यमान से नमक कम नमकीन पानी के द्रव्यमान में चला जाता है, जिससे लवणता की कुल मात्रा स्थिर रहती है। ट्रेसर को मिलाने का यह तरीका बहुत महत्वपूर्ण है, एक ट्रेसर के किस मूल्य की अपेक्षा की जानी चाहिए, इसकी आधार रेखा देना हैं। एक बिंदु के रूप में अनुरेखक का मान उस क्षेत्र में प्रवाहित होने वाले स्रोतों का औसत मान होने की अपेक्षा की जाती है। इससे विचलन अन्य प्रक्रियाओं का संकेत है। इन्हें गैर-रूढ़िवादी मिश्रण कहा जा सकता है, जहां अन्य प्रक्रियाएं हैं जो अनुरेखक की मात्रा को संरक्षित नहीं करती हैं। इसका एक उदाहरण 𝛿¹⁴C है, यह पानी के द्रव्यमान के बीच मिश्रित होता है, लेकिन समय के साथ यह भी कम हो जाता है, जिससे पानी की मात्रा कम हो जाती है।

सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले समस्थानिक

सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले पर्यावरणीय समस्थानिक हैं:

• ड्यूटेरियम
• ट्रिटियम
• कार्बन -13
• कार्बन-14
• नाइट्रोजन-15
• ऑक्सीजन-18
• सिलिकॉन -29 - 29
• क्लोरीन 36
• यूरेनियम के समस्थानिक
• स्ट्रोंटियम के समस्थानिक

महासागर परिसंचरण

एक विषय जिसका अध्ययन करने के लिए पर्यावरणीय समस्थानिकों का उपयोग किया जाता है, वह महासागर परिसंचरण है। महासागर को एक बॉक्स के रूप में मानना ​​केवल कुछ अध्ययनों में उपयोगी होता है, सामान्य संचलन मॉडल (जीसीएम) में महासागरों के गहराई से विचार करने के लिए यह जानना आवश्यक है कि महासागर कैसे परिचालित होता है। इससे इस बात की समझ पैदा होती है कि कैसे महासागर (वातावरण के साथ) उष्ण कटिबंध से ध्रुवों तक गर्मी स्थानांतरित करते हैं। यह अन्य परिघटनाओं से संचलन प्रभावों को कम करने में भी सहायता करता है जो रेडियोधर्मी और जैविक प्रक्रियाओं जैसे कुछ ट्रैसर को प्रभावित करते हैं।

थर्मोहेलिन परिसंचरण के पथ का सारांश। नीले रास्ते गहरे पानी की धाराओं का प्रतिनिधित्व करते हैं, जबकि लाल रास्ते सतही धाराओं का प्रतिनिधित्व करते हैं।

अल्पविकसित अवलोकन तकनीकों का उपयोग करके, सतह महासागर का संचलन निर्धारित किया जा सकता है। अटलांटिक महासागर के बेसिन में, सतही जल सामान्य रूप से दक्षिण से उत्तर की ओर बहता है, जबकि उत्तरी और दक्षिणी अटलांटिक में महासागर चक्र भी बनाता है। प्रशांत महासागर में, गियर्स अभी भी बनते हैं, लेकिन तुलनात्मक रूप से बहुत कम बड़े पैमाने पर मेरिडियनल (उत्तर-दक्षिण) आंदोलन होता है। गहरे पानी के लिए, ऐसे दो क्षेत्र हैं जहाँ घनत्व के कारण पानी गहरे समुद्र में डूब जाता है। ये उत्तरी अटलांटिक और अंटार्कटिक में हैं। गठित गहरे पानी के द्रव्यमान उत्तरी अटलांटिक गहरे पानी (एनएडीडब्ल्यू) और अंटार्कटिक तल के पानी (एएबीडब्ल्यू) हैं। गहरा जल इन दो जलों का मिश्रण है, और यह समझना कि जल इन दो जल राशियों से कैसे बना है, हमें यह बता सकता है कि गहरे समुद्र में जल राशियाँ कैसे घूमती हैं।

इसकी जांच पर्यावरणीय समस्थानिकों ¹⁴C सहित की जा सकती है, इस प्रकार ¹⁴C मुख्य रूप से ऊपरी वायुमंडल में और परमाणु परीक्षण से उत्पन्न होता है, जिसका कोई बड़ा स्रोत या समुद्र में डूबता नहीं है। यह ¹⁴वायुमंडल से C¹⁴CO₂ में ऑक्सीकृत हो जाता है, इस प्रकार गैस स्थानांतरण के माध्यम से इसे सतह महासागर में प्रवेश करने की अनुमति देता है। इसे एनएडीडब्ल्यू और एएबीडब्ल्यू के जरिए गहरे समुद्र में स्थानांतरित किया जाता है। एनएडीडब्ल्यू में, 𝛿¹⁴C लगभग -60‰ है, और एएबीडब्ल्यू में, 𝛿¹⁴C लगभग -160‰ है। इस प्रकार, रेडियोकार्बन के रूढ़िवादी मिश्रण का उपयोग करके, उस स्थान पर एनएडीडब्ल्यू और एएबीडब्ल्यू की प्रतिशत रचनाओं का उपयोग करके विभिन्न स्थानों में रेडियोकार्बन की अपेक्षित मात्रा निर्धारित की जा सकती है। यह फॉस्फेट स्टार या लवणता जैसे अन्य ट्रैसर का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। इस अपेक्षित मूल्य से विचलन अन्य प्रक्रियाओं का संकेत है जो रेडियोकार्बन के डेल्टा अनुपात को प्रभावित करते हैं, अर्थात् रेडियोधर्मी क्षय। इस विचलन को उस स्थान पर पानी की आयु देकर, एक समय में परिवर्तित किया जा सकता है। विश्व के महासागरों पर ऐसा करने से महासागर का एक संचलन पैटर्न और गहरे समुद्र के माध्यम से पानी के प्रवाह की दर प्राप्त हो सकती है। सतह के संचलन के संयोजन में इस संचलन का उपयोग करने से वैज्ञानिकों को दुनिया के ऊर्जा संतुलन को समझने में सहायता मिलती है। गर्म सतही जल उत्तर की ओर बहता है जबकि ठंडा गहरा जल दक्षिण की ओर बहता है, जिससे ध्रुव की ओर शुद्ध ऊष्मा स्थानांतरण होता है।

पूर्व-जलवायु

पुराजलवायु विज्ञान का अध्ययन करने के लिए भी आइसोटोप का उपयोग किया जाता है। यह इस बात का अध्ययन है कि सैकड़ों साल पहले से लेकर सैकड़ों हजारों साल पहले जलवायु कैसी थी। हमारे पास इस समय का एकमात्र रिकॉर्ड है जो हमारे पास चट्टानों, तलछट, जैविक गोले, खनिज-स्तंभ निकलते और स्टैलेक्टीटीज आदि में दफन है। इन प्रमाणों में आइसोटोप अनुपात तापमान, लवणता, समुद्र के संचलन, वर्षा आदि से प्रभावित थे। उस समय की जलवायु, आइसोटोप मापन के मानकों से मापने योग्य परिवर्तन का कारण बनती है। इस प्रकार इन भूगर्भीय संरचनाओं में जलवायु की जानकारी को कूटबद्ध किया जाता है। पर्यावरण विज्ञान के लिए उपयोगी अनेक समस्थानिकों में से कुछ की चर्चा नीचे की गई है।

D¹⁸O

पिछली जलवायु के पुनर्निर्माण के लिए एक उपयोगी आइसोटोप ऑक्सीजन-18 है। यह ऑक्सीजन -16 के साथ ऑक्सीजन का एक और स्थिर आइसोटोप है, और पानी और कार्बन डाईऑक्साइड /कार्बोनेट अणुओं में इसका समावेश दृढ़ता से तापमान पर निर्भर है। उच्च तापमान का अर्थ है ऑक्सीजन -18 का अधिक समावेश, और इसके विपरीत। इस प्रकार ¹⁸O/ का अनुपात¹⁶O तापमान के बारे में कुछ बता सकता है। पानी के लिए, आइसोटोप अनुपात मानक वियना स्टैंडर्ड मीन ओशन वाटर है, और कार्बोनेट के लिए, मानक पी डी बेलेमनाइट है। पिछले समय से पानी और गोले के बारे में जानकारी दर्ज करने वाले बर्फ हिम तत्व और तलछट कोर का उपयोग करके, यह अनुपात वैज्ञानिकों को उस समय के तापमान के बारे में बता सकता है।

लोरेन लिसिएकी और मॉरीन रेमो (2005) द्वारा पुनर्निर्मित जलवायु रिकॉर्ड समय के साथ पृथ्वी के तापमान में दोलनों को दर्शाता है। इन दोलनों का लगभग 1.2 मिलियन वर्ष पहले तक 41 kyr चक्र था, जो अब हम देखते हैं कि 100 kyr चक्र पर स्विच कर रहे हैं।

इस अनुपात का उपयोग आइस कोर में स्थान पर तापमान निर्धारित करने के लिए आइस कोर के साथ किया जाता है। इसके आइस कोर में गहराई समय के समानुपाती होती है, और यह उस गहराई पर बर्फ के सही समय को निर्धारित करने के लिए अन्य रिकॉर्ड के साथ विगल-मिलान किया जाता है। यह Δ18O|δ ¹⁸O की तुलना करके किया जा सकता है, इस प्रकार कैल्शियम कार्बोनेट के खोल में तलछट कोर में पृथ्वी के तापमान में बड़े पैमाने पर परिवर्तन से मेल खाने के लिए ये रिकॉर्ड हैं। एक बार बर्फ के कोर का तलछट कोर से मिलान हो जाने के बाद, यूरेनियम-थोरियम डेटिंग जैसे अत्यधिक सटीक डेटिंग पद्धतियों का उपयोग किया जा सकता है। यू-सीरीज़ डेटिंग का उपयोग इन घटनाओं के समय को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। ऐसी कुछ प्रक्रियाएँ हैं जो अलग-अलग समय से पानी को बर्फ की कोर में एक ही गहराई में मिलाती हैं, जैसे फ़र्न उत्पादन और ढलान वाला परिदृश्य तैरता है।

लोरेन लिसिएकी और मॉरीन रेमो (2005) ने δ¹⁸ओ के मापन का उपयोग किया हैं। इस प्रकार बेंथिक फोरामिनिफेरा में 57 वैश्विक रूप से वितरित गहरे समुद्र तलछट कोर से, पिछले पांच मिलियन वर्षों से जलवायु के पुनर्निर्माण के लिए, ग्लेशियल बर्फ की चादरों के कुल वैश्विक द्रव्यमान के लिए एक प्रॉक्सी के रूप में लिया गया है। यह रिकॉर्ड इस समय के समय 2-10 डिग्री सेल्सियस के उतार-चढ़ाव को दर्शाता है। 5 मिलियन और 1.2 मिलियन वर्ष पूर्व के बीच, इन दोलनों की अवधि 41,000 वर्ष (41 kyr) थी, लेकिन लगभग 1.2 मिलियन वर्ष पहले यह अवधि 100 kyr में परिवर्तित की गई हैं। वैश्विक तापमान में ये परिवर्तन सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा के कक्षीय मापदंडों में परिवर्तन के साथ मेल खाते हैं। इन्हें मिलनकोविच चक्र कहा जाता है, और ये कक्षीय उत्केन्द्रता, तिरछापन (अक्षीय झुकाव) और अपनी धुरी के चारों ओर पृथ्वी के पुरस्सरण से संबंधित हैं। ये 100 किलोमीटर, 40 किलोमीटर और 20 किलोमीटर की अवधि वाले चक्रों के अनुरूप हैं।

δ¹⁸O का उपयोग छोटे पैमाने की जलवायु परिघटनाओं की जांच के लिए भी किया जा सकता है। कौतवास एट अल ने (2006) δ¹⁸ का उपयोग किया हैं। ग्लोबिगेरिना के ओ जी. रूबर फोरामिनिफेरा एल नीनो-दक्षिणी दोलन (ईएनएसओ) और मध्य-अभिनव युग के माध्यम से इसकी परिवर्तनशीलता का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया गया हैं। इसके अलग-अलग फ़ोरम शेल्स को अलग करके, कौटावस एट अल द्वारा δ¹⁸O का प्रसार प्राप्त करने में सक्षम थे मान एक विशिष्ट गहराई पर की जाती हैं। क्योंकि ये फ़ोरम लगभग एक महीने तक रहते हैं और यह कि अलग-अलग फ़ोरम कई अलग-अलग महीनों से थे, कोरल में एक छोटी गहराई सीमा में एक साथ गुच्छे, δ¹⁸O की परिवर्तनशीलता पर निर्धारित करने में सक्षम था। इस प्रकार पूर्वी प्रशांत क्षेत्र में, जहां इन कोर को लिया गया था, इस परिवर्तनशीलता का प्राथमिक चालक ईएनएसओ है, जो इसे कोर के समय अवधि में ईएनएसओ परिवर्तनशीलता का रिकॉर्ड बनाता है। कौतवास एट अल द्वारा पाया गया कि ईएनएसओ वर्तमान की तुलना में मध्य होलोसीन (~6,000 वर्ष पूर्व) में बहुत कम परिवर्तनशील था।

स्ट्रोंटियम समस्थानिक

पेलियोक्लाइमेट में प्रयुक्त पर्यावरणीय समस्थानिकों का एक अन्य समूह स्ट्रोंटियम समस्थानिक है। स्ट्रोंटियम-86 और स्ट्रोंटियम-87 दोनों ही स्ट्रोंटियम के स्थिर समस्थानिक हैं, लेकिन स्ट्रोंटियम-87 रेडियोजेनिक है, जो रुबिडियम-87 के क्षय से आता है। इन दो समस्थानिकों का अनुपात प्रारंभ में रुबिडियम-87 की सांद्रता और नमूने की आयु पर निर्भर करता है, यह मानते हुए कि स्ट्रोंटियम-87 की पृष्ठभूमि सांद्रता ज्ञात है। यह उपयोगी है क्योंकि ⁸⁷आरबी मुख्य रूप से महाद्वीपीय चट्टानों में पाया जाता है। इन चट्टानों के कण नदियों द्वारा अपक्षय के माध्यम से समुद्र में आते हैं, जिसका अर्थ है कि यह स्ट्रोंटियम आइसोटोप अनुपात नदियों से समुद्र में आने वाले अपक्षय आयन प्रवाह से संबंधित है। इसके लिए समुद्र में पृष्ठभूमि एकाग्रता ⁸⁷वरिष्ठ/⁸⁶सीनियर 0.709 ± 0.0012 है। क्योंकि स्ट्रोंटियम अनुपात तलछटी अभिलेखों में दर्ज है, समय के साथ इस अनुपात के दोलनों का अध्ययन किया जा सकता है। ये दोलन महासागरों या स्थानीय बेसिन में नदी के इनपुट से संबंधित हैं। रिक्टर और ट्यूरेकियन ने इस पर काम किया है, इससे प्राप्त हुआ हैं कि ग्लेशियल-इंटरग्लेशियल टाइमस्केल्स (10⁵ वर्ष), ⁸⁷वरिष्ठ/⁸⁶Sr अनुपात 3*10^{−5 से भिन्न होता है।}

यूरेनियम, प्रोटैक्टीनियम, थोरियम और लेड सहित एक्टिनाइड्स की क्षय श्रृंखला

यूरेनियम और संबंधित समस्थानिक

यूरेनियम में कई रेडियोधर्मी समस्थानिक होते हैं जो इस क्षय श्रृंखला के नीचे कणों का उत्सर्जन प्रस्तुत रखते हैं। यूरेनियम-235 ऐसी ही एक श्रृंखला में है, और प्रोटैक्टीनियम-231 और फिर अन्य उत्पादों में क्षय होता है। यूरेनियम -238 एक अलग श्रृंखला में है, जो थोरियम-230 -230 सहित तत्वों की एक श्रृंखला में क्षय हो रहा है। इन दोनों श्रृंखलाओं में यूरेनियम-235 से लीड-207 या यूरेनियम-238 से लीड-206 का निर्माण होता है। ये सभी क्षय अल्फा क्षय या बीटा क्षय हैं, जिसका अर्थ है कि ये सभी फॉर्म के प्रथम क्रम दर समीकरणों $dN/dt=\lambda N$, का पालन करते हैं, जहां λ विचाराधीन समस्थानिक का आधा जीवन है। इसमें उपस्थित रेडियोधर्मी समस्थानिकों के विभिन्न अनुपातों के आधार पर इन प्रमाणों की आयु निर्धारित करना सरल बनाता है।

एक तरह से यूरेनियम समस्थानिकों का उपयोग लाखों से अरबों साल पहले की चट्टानों को करने के लिए किया जाता है। यह यूरेनियम-नेतृत्व करना डेटिंग|यूरेनियम-लीड डेटिंग के माध्यम से है। यह तकनीक जिक्रोन के नमूनों का उपयोग करती है और उनमें सीसे की मात्रा को मापती है। जिरकोन अपनी क्रिस्टल संरचना में यूरेनियम और थोरियम परमाणुओं को शामिल करता है, लेकिन सीसा को दृढ़ता से अस्वीकार करता है। इस प्रकार, जिरकॉन क्रिस्टल में लेड का एकमात्र स्रोत यूरेनियम और थोरियम के क्षय के माध्यम से होता है। यूरेनियम -235 और यूरेनियम -238 श्रृंखला दोनों ही सीसे के समस्थानिक में क्षय हो जाते हैं। परिवर्तित करने का आधा जीवन ²³⁵Co To ²⁰⁷Pb 710 मिलियन वर्ष है, और परिवर्तित होने का आधा जीवन ²³⁸Co To ²⁰⁶Pb 4.47 अरब वर्ष है। उच्च विभेदन जन-स्पेक्ट्रोस्कोपी के कारण, दोनों श्रृंखलाओं का उपयोग चट्टानों के बारे में पूरक जानकारी देने के लिए चट्टानों की तिथि के लिए किया जा सकता है। अर्ध-जीवन में बड़ा अंतर लाखों वर्षों के क्रम से लेकर अरबों वर्षों के क्रम तक, लंबे समय के पैमाने पर तकनीक को शक्तिशाली बनाता है।

पर्यावरण विज्ञान में यूरेनियम समस्थानिकों ²³¹Pa/²³⁰ का उपयोग करने का अनुपात है, इन रेडियोजेनिक समस्थानिकों के अलग-अलग यूरेनियम पैरेंट्स हैं, लेकिन समुद्र में बहुत अलग प्रतिक्रियाएँ हैं। समुद्र में यूरेनियम प्रोफ़ाइल स्थिर है क्योंकि समुद्र के निवास समय की तुलना में यूरेनियम का निवास समय बहुत बड़ा है। इस प्रकार यूरेनियम का क्षय भी आइसोट्रोपिक है, लेकिन बेटी आइसोटोप अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं। थोरियम को कणों द्वारा सरलता से साफ किया जाता है, जिससे समुद्र से तलछट में तेजी से निष्कासन होता है। इसके विपरीत, ²³¹Pa कण-प्रतिक्रियाशील नहीं है, तलछट में बसने से पहले समुद्र के संचलन को कम मात्रा में महसूस करना हैं। इस प्रकार, दोनों समस्थानिकों की क्षय दर और प्रत्येक यूरेनियम समस्थानिकों के अंशों को जानने के बाद, अपेक्षित अनुपात ²³¹Pa/²³⁰ को निर्धारित किया जा सकता है, इस मान से कोई भी विचलन संचलन के कारण होता है। परिसंचरण उच्च की ओर ले जाता है ²³¹Pa/²³⁰ अनुपात डाउनस्ट्रीम और निम्न अनुपात अपस्ट्रीम, विचलन की परिमाण प्रवाह दर से संबंधित होने के साथ किया जाता हैं। इस तकनीक का उपयोग अंतिम हिमनद अधिकतम (LGM) के समय अटलांटिक मेरिडियनल ओवरटर्निंग सर्कुलेशन (एएमओसी) की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया गया है और पृथ्वी के भविष्य में अचानक जलवायु परिवर्तन की घटनाओं के समय किया गया है, जैसे कि हेनरिक घटना और डांसगार्ड-ओशगर इवेंट तथा डांसगार्ड-ओशगर इवेंट्स इत्यादि।

नियोडायमियम

समुद्र में संचलन निर्धारित करने के लिए नियोडिमियम समस्थानिकों का भी उपयोग किया जाता है। नियोडिमियम के सभी समस्थानिक ग्लेशियल-इंटरग्लेशियल चक्रों के कालक्रम पर स्थिर हैं, लेकिन नियोडिमियम-143 |¹⁴³ Nd Sr-147 का प्रारूप है|¹⁴⁷Sm, समुद्र में एक रेडियोधर्मी आइसोटोप हैं। समैरियम-147 में मेंटल (भूविज्ञान) चट्टानों बनाम क्रस्ट (भूविज्ञान) चट्टानों में उच्च सांद्रता है, इसलिए जिन क्षेत्रों में मेंटल व्युत्पन्न चट्टानों से नदी के इनपुट प्राप्त होते हैं, उनमें ¹⁴⁷Sm और ¹⁴³Nd की उच्च सांद्रता होती है। चूंकि, ये अंतर इतने छोटे हैं, डेल्टा मान के मानक अंकन इसके लिए कुंद नहीं हैं, नियोडिमियम समस्थानिकों के इस अनुपात में भिन्नता का वर्णन करने के लिए एक अधिक सटीक एप्सिलॉन मान का उपयोग किया जाता है। इसे $\epsilon {\ce {_{Nd}}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{143}Nd}}}{{\ce {^{144}Nd}}}}\right)_{sample}}{\left({\frac {{\ce {^{143}Nd}}}{{\ce {^{144}Nd}}}}\right)_{standard}}}-1\right)\times 10000$ के रूप में परिभाषित किया गया है।

महासागर में इसका एकमात्र प्रमुख स्रोत उत्तरी अटलांटिक और गहरे प्रशांत महासागर में हैं। क्योंकि अंतिम सदस्यों में से एक समुद्र के आंतरिक भाग में स्थापित है, इस तकनीक में हमें अन्य सभी महासागर ट्रेसरों की तुलना में पेलियोक्लाइमेट के बारे में पूरक जानकारी बताने की क्षमता है जो केवल सतह महासागर में स्थापित हैं।