समस्थानिक हस्ताक्षर

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समस्थानिक हस्ताक्षर (समस्थानिक अंगुली-चिह्न भी) गैर-रेडियोजनिक 'स्थिर समस्थानिक', स्थिर रेडियोजेनिक समस्थानिक, या परीक्षण सामग्री में विशेष तत्वों के अस्थिर रेडियोधर्मी समस्थानिक का अनुपात है। प्रतिरूप सामग्री में समस्थानिकों के अनुपात को समस्थानिक संदर्भ सामग्री के विरुद्ध समस्थानिक-अनुपात द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा मापा जाता है। इस प्रक्रिया को समस्थानिक विश्लेषण कहा जाता है।

स्थिर समस्थानिक

विभिन्न समस्थानिकों का परमाणु द्रव्यमान उनके रासायनिक गतिज व्यवहार को प्रभावित करता है, जिससे प्राकृतिक समस्थानिक पृथक्करण प्रक्रियाएँ होती हैं।

कार्बन समस्थानिक

Main article: δ13C
Algal group δ13C range[1]
HCO3-using red algae −22.5‰ to −9.6‰
CO2-using red algae −34.5‰ to −29.9‰
Brown algae −20.8‰ to −10.5‰
Green algae −20.3‰ to −8.8‰

उदाहरण के लिए, मीथेन के विभिन्न स्रोतों और सिंक में 12C और 13C समस्थानिकों के लिए भिन्न-भिन्न बंधुता होती है, जो वायु में मीथेन में 13C/12C अनुपात द्वारा विभिन्न स्रोतों के मध्य अंतर करने की अनुमति देता है। जियोकेमिस्ट्री, पेलियोक्लिमेटोलॉजी और पेलियोसियनोग्राफी में इस अनुपात को δ13C कहा जाता है। अनुपात की गणना पी डी बेलेमनाइट (पीडीबी) मानक के संबंध में की जाती है:

‰

इसी प्रकार, अकार्बनिक कार्बोनेट में कार्बन थोड़ा समस्थानिक विभाजन दिखाता है, जबकि प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पन्न सामग्री में कार्बन भारी समस्थानिकों से अल्प हो जाता है। इसके अतिरिक्त, विभिन्न जैव रासायनिक मार्गों वाले दो प्रकार के पौधे हैं; C3 कार्बन निर्धारण, जहाँ समस्थानिक पृथक्करण प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है, C4 कार्बन निर्धारण, जहाँ भारी 13C अल्प क्षीण होता है, और क्रसुलासीन अम्ल उपापचय (सीएएम) पौधे, जहाँ प्रभाव समान होता है किन्तु C4 पौधों की तुलना में अल्प स्पष्ट होता है। पौधों में समस्थानिक विभाजन भौतिक (परमाणु भार में वृद्धि के कारण पौधों के ऊतकों में 13C का धीमा प्रसार) और जैव रासायनिक (दो एंजाइमों द्वारा 12C की वरीयता: RuBisCO और फॉस्फोनिओलफ्रुवेट कार्बोक्सिलेज) कारकों के कारण होता है।[2] दो प्रकार के पौधों के लिए भिन्न-भिन्न समस्थानिक अनुपात खाद्य श्रृंखला के माध्यम से विस्तारित होते हैं, इस प्रकार यह निर्धारित करना संभव है कि मानव या जानवर के मुख्य आहार में मुख्य रूप से C3 पौधे (चावल, गेहूं, सोयाबीन, आलू) या C4 पौधे सम्मिलित हैं (मक्का, या मकई से भरे गोमांस) उनके मांस और हड्डी कोलेजन के समस्थानिक विश्लेषण द्वारा (चूँकि, अधिक त्रुटिहीन निर्धारण प्राप्त करने के लिए, कार्बन समस्थानिक विभाजन को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि कई अध्ययनों ने सरल और जटिल बायोडिग्रेडेशन के समय महत्वपूर्ण 13C सबस्ट्रेट्स भेदभाव की सूचना दी है)।[3][4] C3 पौधों के अंदर δ13C में परिवर्तनों को नियंत्रित करने वाली प्रक्रियाएँ उचित प्रकार से समझा जाता है, विशेष रूप से पत्ती के स्तर पर,[5] किन्तु लकड़ी के निर्माण के समय भी।[6][7] वर्तमान के कई अध्ययन लकड़ी के गठन के वार्षिक प्रारूप (अर्थात ट्री रिंग δ13C) के साथ पत्ती स्तर के समस्थानिक विभाजन को जोड़ा गया है जिससे कि व्यक्तिगत पेड़ों और वन स्टैंडों की शारीरिक प्रक्रियाओं पर जलवायु परिवर्तन और वायुमंडलीय संरचना के प्रभावों की मात्रा निर्धारित की जा सके।[8] [9] समझने का अगला चरण, अल्प से अल्प स्थलीय पारिस्थितिक तंत्र में, पौधों, मिट्टी और वातावरण के मध्य सम्बन्ध को समझने के लिए कई समस्थानिक प्रॉक्सी का संयोजन प्रतीत होता है, और भविष्यवाणी करता है कि भूमि उपयोग में परिवर्तन जलवायु परिवर्तन को कैसे प्रभावित करेगा।[10] इसी प्रकार समुद्री मछली में मीठे पानी की मछली की तुलना में 13C अधिक होता है, जिसमें क्रमशः C4 और C3 पौधों का अनुमान लगाया जाता है।

इस प्रकार के पौधों में कार्बन-13 तथा कार्बन-12 समस्थानिकों का अनुपात इस प्रकार है:[11]

  • C4 पौधे: -16 से -10 ‰
  • सीएएम संयंत्र: -20 से -10 ‰
  • C3 पौधे: -33 से -24 ‰

वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड से समुद्र में वर्षण द्वारा निर्मित चूना पत्थर में 13C का सामान्य अनुपात होता है। इसके विपरीत, नमक के गुंबदों में पाए जाने वाला केल्साइट पेट्रोलियम के ऑक्सीकरण द्वारा गठित कार्बन डाइऑक्साइड से उत्पन्न होता है, जो कि इसके पौधे की उत्पत्ति के कारण 13C-घटित है। पर्मियन विलोपन 252 Mya पर जमा चूना पत्थर की परत को 13C/12C में 1% की गिरावट से पहचाना जा सकता है।

14C समस्थानिक मानव निर्मित पदार्थों से जैवसंश्लेषित सामग्री को अलग करने में महत्वपूर्ण है। बायोजेनिक रसायन बायोस्फेरिक कार्बन से प्राप्त होते हैं, जिसमें 14C सम्मिलित होता है। कृत्रिम रूप से बनाए गए रसायनों में कार्बन सामान्यतः कोयला या पेट्रोलियम जैसे जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होता है, जहां मूल रूप से उपस्थित 14C को ज्ञात करने योग्य सीमा से नीचे क्षय हो गया है। प्रतिरूप में वर्तमान में उपस्थित 14C की मात्रा बायोजेनिक मूल के कार्बन के अनुपात को प्रदर्शित करता है।

नाइट्रोजन समस्थानिक

Main article: δ15N

नाइट्रोजन-15 या 15N, प्रायः कृषि और चिकित्सा अनुसंधान में प्रयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए डीएनए प्रतिकृति की प्रकृति को स्थापित करने के लिए मेसल्सन-स्टाल प्रयोग किया जाता है।[12] इस शोध के विस्तार के परिणामस्वरूप डीएनए-आधारित स्थिर-समस्थानिक परीक्षण का विकास हुआ, जो सूक्ष्मजीवविज्ञानी संस्कृति पृथककरण की आवश्यकता के बिना, पर्यावरण में सूक्ष्मजीवों की चयापचय क्रिया और टैक्सोनॉमी (जीव विज्ञान) की पहचान के मध्य संबंधों के परीक्षण की अनुमति देता है।[13][14] युक्त माध्यम में खेती करके प्रोटीन को समस्थानिकिक रूप से लेबल किया जा सकता है 15N नाइट्रोजन के मात्र स्रोत के रूप में, उदाहरण के लिए, साइलैक जैसे मात्रात्मक प्रोटिओमिक्स में होता है।

पर्यावरण में खनिज नाइट्रोजन यौगिकों (विशेष रूप से उर्वरक) का पता लगाने के लिए नाइट्रोजन-15 का बड़े स्तर पर उपयोग किया जाता है। अन्य समस्थानिक लेबल के उपयोग के साथ संयुक्त होने पर, 15N भी नाइट्रोजनयुक्त कार्बनिक प्रदूषकों के भाग्य का वर्णन करने के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण समस्थानिक अनुरेखक भी है।[15][16] नाइट्रोजन-15 अनुरेखण जैवभूरसायन में उपयोग की जाने वाली महत्वपूर्ण विधि है।

स्थिर नाइट्रोजन समस्थानिकों का अनुपात, 15N/14N या δ15N, पोषी स्तर के साथ बढ़ने लगता है, जैसे कि शाकाहारियों में पौधों की तुलना में उच्च नाइट्रोजन समस्थानिक मूल्य होते हैं, और मांसाहारियों में शाकाहारियों की तुलना में उच्च नाइट्रोजन समस्थानिक मूल्य होते हैं। परीक्षण किए जा रहे ऊतक के आधार पर, पोषण स्तर में प्रत्येक वृद्धि के साथ प्रति हजार 3-4 भागों की वृद्धि होती है।[17] शाकाहारी लोगों के ऊतकों और बालों में अधिकतर मांस खाने वाले लोगों के शरीर की तुलना में अत्यधिक अल्प δ15N होता है। इसी प्रकार, स्थलीय आहार समुद्री-आधारित आहार की तुलना में भिन्न हस्ताक्षर उत्पन्न करता है। बालों का समस्थानिक विश्लेषण पुरातत्व के लिए सूचना का महत्वपूर्ण स्रोत है, जो प्राचीन आहारों और खाद्य स्रोतों के प्रति भिन्न सांस्कृतिक दृष्टिकोण के विषय में प्रमाण प्रदान करता है।[18]

कई अन्य पर्यावरणीय और शारीरिक कारक खाद्य वेब के आधार पर (अर्थात पौधों में) या व्यक्तिगत जानवरों के स्तर पर नाइट्रोजन समस्थानिक संरचना को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, शुष्क क्षेत्रों में, नाइट्रोजन चक्र अधिक 'विवृत' होता है और 14N के हानि की संभावना होती है, जिससे मिट्टी और पौधों में δ15N बढ़ जाता है।[19] यह पौधों और जानवरों में कूलर और मोइस्टर पारिस्थितिक तंत्र के सापेक्ष गर्म और शुष्क पारिस्थितिक तंत्रों में अपेक्षाकृत उच्च δ15N मूल्यों की ओर जाता है।[20] इसके अतिरिक्त, उन्नत δ15N को 14N के अधिमान्य उत्सर्जन और लंबे समय तक पानी के तनाव की स्थिति या अपर्याप्त प्रोटीन सेवन के अनुसार शरीर में पूर्व से समृद्ध 15N ऊतकों के पुन: उपयोग से किया गया है।[21][22]

δ15N ग्रहीय विज्ञान में नैदानिक ​​उपकरण भी प्रदान करता है क्योंकि वायुमंडल और सतह सामग्री में प्रदर्शित अनुपात उन स्थितियों से निकटता से जुड़ा हुआ है जिनके अनुसार सामग्री बनती है।[23]

ऑक्सीजन समस्थानिक

Main article: δ18O

ऑक्सीजन तीन रूपों में आता है, किन्तु 17O इतना दुर्लभ है कि इसका पता लगाना अधिक कठिन है (~0.04% प्रचुर मात्रा में)।[24] पानी में 18O/16O का अनुपात अनुभव किए गए पानी के वाष्पीकरण की मात्रा पर निर्भर करता है (जैसे 18O भारी है और इसलिए इसके वाष्पीकृत होने की संभावना अल्प है)। चूँकि वाष्प तनाव घुलित लवणों की सांद्रता पर निर्भर करता है, 18O/16O अनुपात पानी की लवणता और तापमान पर सहसंबंध दर्शाता है। जैसे ही ऑक्सीजन कैल्शियम कार्बोनेट स्रावित करने वाले जीवों के गोले में निर्मित होता है, ऐसे तलछट क्षेत्र में पानी के तापमान और लवणता के कालानुक्रमिक रिकॉर्ड को प्रमाणित करते हैं।

वायुमंडल में ऑक्सीजन समस्थानिक अनुपात वर्ष के समय और भौगोलिक स्थिति के साथ अनुमानित रूप से भिन्न होता है; उदा, मोंटाना में 18O समृद्ध अवक्षेपण और फ्लोरिडा कीज में 18O ह्रास अवक्षेपण के मध्य 2% का अंतर है। इस परिवर्तनशीलता का उपयोग सामग्री की उत्पत्ति के भौगोलिक स्थान के अनुमानित निर्धारण के लिए किया जा सकता है; उदा, यह निर्धारित करना संभव है कि यूरेनियम ऑक्साइड के शिपमेंट का उत्पादन कहाँ किया गया था। पर्यावरण के साथ सतह के समस्थानिकों के आदान-प्रदान की दर को ध्यान में रखना होगा।[25]

ठोस प्रतिरूपों (कार्बनिक और अकार्बनिक) के ऑक्सीजन समस्थानिक हस्ताक्षर सामान्यतः पायरोलिसिस और द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री से मापा जाता है।[26] त्रुटिहीन माप के लिए शोधकर्ताओं को प्रतिरूपों  के अनुचित या लंबे समय तक भंडारण से बचने की आवश्यकता है।[26]

सल्फर समस्थानिक

Main article: δ34S, सल्फर के समस्थानिक

सल्फर के चार स्थिर समस्थानिक होते हैं, 32S, 33S, 34S, और 36S, जिनमें से 32S बड़े अंतर से सबसे अधिक प्रचुर मात्रा में है, क्योंकि यह सुपरनोवा में अत्यधिक सामान्य 12C द्वारा बनाया गया है। इस प्रमुख सापेक्ष प्रचुरता (95.0%) के कारण सल्फर समस्थानिक अनुपात लगभग सदैव 32S के सापेक्ष अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है। सल्फर के अन्य स्थिर समस्थानिकों की तुलना में इसकी उच्च प्रचुरता (4.25%) के कारण सल्फर समस्थानिक अंशों को सामान्यतः δ34S के संदर्भ में मापा जाता है, चूँकि δ33S को भी कभी-कभी मापा जाता है। माना जाता है कि सल्फर समस्थानिक अनुपात में अंतर मुख्य रूप से प्रतिक्रियाओं और परिवर्तनों के समय गतिज विभाजन के कारण होता है।

सल्फर समस्थानिकों को सामान्यतः मानकों के विरुद्ध मापा जाता है: 1993 से पूर्व, कैन्यन डियाब्लो ट्रिलाइट मानक (संक्षिप्त रूप में सीडीटी), जिसका 32S:34S 22.220 के समान है, समस्थानिक स्तर के लिए संदर्भ सामग्री और शून्य बिंदु दोनों के रूप में उपयोग किया गया था। 1993 से, वियना-सीडीटी मानक का उपयोग शून्य बिंदु के रूप में किया गया है, और सल्फर समस्थानिक माप के लिए संदर्भ सामग्री के रूप में उपयोग की जाने वाली कई सामग्रियां हैं। इन मानकों के विरुद्ध मापी गई प्राकृतिक प्रक्रियाओं द्वारा सल्फर अंशों को -72‰ और +147‰ के मध्य उपस्थित दिखाया गया है,[27][28] जैसा कि निम्नलिखित समीकरण द्वारा गणना की गई है:

प्राकृतिक सल्फर समस्थानिक मान
प्राकृतिक स्रोत δ34S श्रेणी
पेट्रोलियम[29] -32‰ to -8‰
नदी का पानी[30] -8‰ to 10‰
चंद्र चट्टानें[30] -2‰ to 2.5‰
उल्कापिंड[30] 0‰ to 2‰
समुद्र का पानी[30] 17‰ to 20‰
सल्फर के सबसे प्रासंगिक समस्थानिक
समस्थानिक प्रचुरता हाफ लाइफ
32S 94.99% स्थिर
33S 0.75% स्थिर
34S 4.25% स्थिर
35S <0.1% 87.4 दिन
36S 0.01% स्थिर

अत्यधिक रेडॉक्स-सक्रिय तत्व के रूप में, सल्फर पृथ्वी के पूर्ण इतिहास में प्रमुख रसायन-परिवर्तनकारी घटनाओं को रिकॉर्ड करने के लिए उपयोगी हो सकता है। पृथ्वी का इतिहास, जैसे कि समुद्री वाष्पीकरण, जो ऑक्सीकरण घटना द्वारा लाए गए वातावरण के रेडॉक्स राज्य में परिवर्तन को दर्शाता है।[31][32]

रेडियोजेनिक समस्थानिक

सीसा समस्थानिक

लीड में चार स्थिर समस्थानिक होते हैं: 204Pb, 206Pb, 207Pb, और 208Pb। यूरेनियम/थोरियम/सीसा सामग्री में स्थानीय भिन्नता विभिन्न क्षेत्रों से लीड के लिए समस्थानिक अनुपात के व्यापक स्थान-विशिष्ट भिन्नता का कारण बनती है। औद्योगिक प्रक्रियाओं द्वारा वायुमंडल में उत्सर्जित सीसे की समस्थानिक संरचना होती है जो खनिजों में सीसे से भिन्न होती है। टेट्राइथाइलैड एडिटिव के साथ पेट्रोल के दहन से कार के निकास धुएं में सर्वव्यापी माइक्रोमीटर-आकार के सीसे से भरपूर कण बनते हैं; विशेष रूप से शहरी क्षेत्रों में मानव निर्मित सीसे के कण प्राकृतिक की तुलना में अत्यधिक सामान्य हैं। वस्तुओं में पाए जाने वाले कणों में समस्थानिक सामग्री के अंतर का उपयोग वस्तु की उत्पत्ति के अनुमानित भौगोलिक स्थान के लिए किया जा सकता है।[25]

रेडियोधर्मी समस्थानिक

गर्म कण, परमाणु पतन के रेडियोधर्मी कण और रेडियोधर्मी अपशिष्ट भी विशिष्ट समस्थानिक हस्ताक्षर प्रदर्शित करते हैं। उनकी रेडियोन्यूक्लाइड संरचना (और इस प्रकार उनकी उम्र और उत्पत्ति) मास स्पेक्ट्रोमेट्री या गामा किरण स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा निर्धारित की जा सकती है। उदाहरण के लिए, परमाणु विस्फोट से उत्पन्न कणों में 60Co और 152Eu की पता लगाने योग्य मात्रा होती है। चेरनोबिल दुर्घटना ने इन कणों को नहीं त्यागा किन्तु 125Sb और 144Ce को त्यागा है। पानी के नीचे फटने से निकलने वाले कणों में अधिकतर किरणित समुद्री लवण होंगे। 152Eu/155Eu, 154Eu/155Eu और 238Pu/239Pu के अनुपात भी संलयन और विखंडन परमाणु हथियारों के लिए भी भिन्न हैं, जो अज्ञात मूल के गर्म कणों की पहचान करने की अनुमति देता है।

~ 0.72% के साथ सभी प्राकृतिक प्रतिरूपों में यूरेनियम का अपेक्षाकृत स्थिर समस्थानिक अनुपात है 235
U कुछ 55ppm 234
U (अपने मूल न्यूक्लाइड के साथ धर्मनिरपेक्ष संतुलन में 238
U) और इसके द्वारा बनाई गई शेष राशि 238
U है। समस्थानिक रचनाएँ जो उन मूल्यों से महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होती हैं, यूरेनियम के लिए साक्ष्य हैं जो किसी प्रकार से अल्पता या संवर्धन के अधीन हैं या (इसके भाग में) परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया में भाग ले रहे हैं। जबकि उत्तरार्द्ध लगभग पूर्व के दो के रूप में मानव प्रभाव के है, ओक्लो में प्राकृतिक परमाणु विखंडन रिएक्टर, गैबॉन को 235
U का महत्वपूर्ण मोड़ के माध्यम से ज्ञात हुआ था। पृथ्वी पर अन्य सभी ज्ञात निक्षेपों की तुलना में ओक्लो से प्रतिरूपों में सांद्रता हैं। यह देखते हुए कि 235
U प्रसार की चिंता का विषय है, क्योंकि अब यूरेनियम ईंधन का प्रत्येकआईएईए-अनुमोदित आपूर्तिकर्ता यूरेनियम की समस्थानिक संरचना का ट्रैक रखता है जिससे कि यह सुनिश्चित किया जा सके कि किसी को भी नापाक उद्देश्यों के लिए डायवर्ट नहीं किया गया है। इस प्रकार यह शीघ्रता से स्पष्ट हो जाएगा यदि ओक्लो के अतिरिक्त और यूरेनियम जमा प्राकृतिक परमाणु विखंडन रिएक्टर प्रमाणित होता है।

अनुप्रयोग

पुरातात्विक अध्ययन

पुरातात्विक अध्ययनों में, व्यक्तियों से विश्लेषित ऊतकों (हड्डी कोलेजन के लिए 10-15 वर्ष और दाँत तामचीनी बायोएपटाइट के लिए अंतर-वार्षिक अवधि) के समय अवधि के अंदर आहार को ट्रैक करने के लिए स्थिर समस्थानिक अनुपात का उपयोग किया गया है; खाद्य पदार्थों के व्यंजन (सिरेमिक बर्तन अवशेष); खेती के स्थान और उगाए जाने वाले पौधों के प्रकार (तलछट से रासायनिक निष्कर्ष); और व्यक्तियों का प्रवासन (दंत सामग्री) सम्मिलित है।

फोरेंसिक

स्थिर समस्थानिक अनुपात द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के आगमन के साथ, सामग्रियों के समस्थानिक हस्ताक्षर फोरेंसिक में बढ़ते उपयोग को ढूंढते हैं, अन्यथा समान सामग्रियों की उत्पत्ति को भिन्न करते हैं और सामग्री को उनके सामान्य स्रोत का निरीक्षण करते हैं। उदाहरण के लिए, पौधों के समस्थानिक हस्ताक्षर नमी और पोषक तत्वों की उपलब्धता सहित विकास की स्थिति से प्रभावित सीमा तक हो सकते हैं। सिंथेटिक सामग्री की स्थिति में, हस्ताक्षर रासायनिक प्रतिक्रिया के समय स्थितियों से प्रभावित होता है। समस्थानिक सिग्नेचर प्रोफाइलिंग उन स्थितियों में उपयोगी है जहां अन्य प्रकार की प्रोफाइलिंग, उदा, अशुद्धियों का लक्षण वर्णन, इष्टतम नहीं हैं। स्किंटिलेटर डिटेक्टरों के साथ मिलकर इलेक्ट्रॉनिक्स नियमित रूप से समस्थानिक हस्ताक्षरों का मूल्यांकन करने और अज्ञात स्रोतों की पहचान करने के लिए उपयोग किया जाता है।

बैकिंग पॉलिमर, एडिटिव्स और चिपकने वाले कार्बन, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन समस्थानिक हस्ताक्षर का उपयोग करके सामान्य ब्राउन पीएसए पैकेजिंग टेप की उत्पत्ति के निर्धारण की संभावना का प्रदर्शन करते हुए अध्ययन प्रकाशित किया गया था।[33]

शहद में मिलावट का पता लगाने के लिए कार्बन समस्थानिक अनुपात का मापन किया जा सकता है। मकई या गन्ने (C4 पौधों) से उत्पन्न शर्करा का मिश्रण शहद में उपस्थित शर्करा के समस्थानिक अनुपात को अल्प कर देता है, किन्तु प्रोटीन के समस्थानिक अनुपात को प्रभावित नहीं करता है; बिना मिलावट वाले शहद में शर्करा और प्रोटीन के कार्बन समस्थानिक अनुपात का मिलान होना चाहिए।[34] अल्प से अल्प 7% के अतिरिक्त स्तर का पता लगाया जा सकता है।[35]

वायु में कार्बन डाइऑक्साइड में 13C के साथ तीव्र न्यूट्रॉन की प्रतिक्रिया से परमाणु विस्फोट 10Be बनते हैं। यह परमाणु परीक्षण स्थलों पर पिछली गतिविधि के ऐतिहासिक संकेतकों में से है।[36]

सौर मंडल की उत्पत्ति

Main article: चंद्रमा की उत्पत्ति

सौर मंडल में सामग्रियों की उत्पत्ति का अध्ययन करने के लिए समस्थानिक उंगलियों के चिन्ह का उपयोग किया जाता है।[37] उदाहरण के लिए, चंद्रमा का ऑक्सीजन समस्थानिक अनुपात अनिवार्य रूप से पृथ्वी के समान प्रतीत होते हैं।[38] ऑक्सीजन समस्थानिक अनुपात, जिसे अधिक त्रुटिहीन रूप से मापा जा सकता है, प्रत्येक सौर मंडल निकाय के लिए अद्वितीय और विशिष्ट हस्ताक्षर उत्पन्न करता है।[39] विभिन्न ऑक्सीजन समस्थानिक हस्ताक्षर अंतरिक्ष में निकाले गए पदार्थ की उत्पत्ति का संकेत दे सकते हैं।[40] चंद्रमा का टाइटेनियम समस्थानिक अनुपात (50Ti/47Ti) पृथ्वी के निकट (4 पीपीएम के अंदर) दिखाई देता है।[41][42] 2013 में, अध्ययन प्रस्तावित किया गया था जिसमें संकेत दिया गया था कि पानी के समस्थानिकों की संरचना के आधार पर चंद्र मेग्मा में पानी कार्बोनेसस चोंड्रेइट्स से 'अप्रभेद्य' था और पृथ्वी के लगभग समान था।[37][43]

पृथ्वी पर प्रारंभिक जीवन के अभिलेख

Main article: जीवन के विकासवादी इतिहास की समयरेखा

समस्थानिक भू-रसायन विज्ञान का उपयोग जीवन के निकट की समयरेखा और पृथ्वी पर इसके प्रारंभिक विकास के परीक्षण के लिए किया गया है। तलछट में संरक्षित जीवन के विशिष्ट समस्थानिक उंगलियों के चिन्ह का उपयोग सुझाव देने के लिए किया गया है, किन्तु आवश्यक नहीं कि यह प्रमाणित हो कि 3.85 अरब साल पूर्व पृथ्वी पर जीवन अस्तित्व में था।[44]

सल्फर समस्थानिक साक्ष्य का उपयोग महान ऑक्सीकरण घटना के समय की पुष्टि करने के लिए भी किया गया है, जिस समय पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन में मापनीय वृद्धि का (आधुनिक मूल्यों का लगभग 9% तक)[45] लगभग 2.3-2.4 अरब साल में प्रथम बार अनुभव किया गया। लगभग 2.45 अरब साल पूर्व भूगर्भिक रिकॉर्ड में बड़े स्तर पर स्वतंत्र सल्फर समस्थानिक विभाजन व्यापक रूप से पाए जाते हैं, और ये समस्थानिक हस्ताक्षर बड़े स्तर पर निर्भर अंशांकन के लिए सौंपे गए हैं, जो इस विषय का दृढ़ प्रमाण देते हैं कि उस सीमा पर वातावरण एनोक्सिक से ऑक्सीजनयुक्त में स्थानांतरित हो गया।[46]

आधुनिक सल्फेट-अल्प करने वाले बैक्टीरिया 34S के अतिरिक्त लाइटर 32S को अनुकूल रूप से अल्प करने के लिए जाने जाते हैं और इन सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति समुद्र के सल्फर समस्थानिक संरचना को अधिक सीमा तक परिवर्तित कर सकती है।[31]क्योंकि सल्फाइड खनिजों के δ34S मान मुख्य रूप से सल्फ़ेट-अल्प करने वाले बैक्टीरिया की उपस्थिति से प्रभावित होते हैं,[47] सल्फाइड खनिजों में सल्फर समस्थानिक अंशों की अनुपस्थिति इन जीवाणु प्रक्रियाओं की अनुपस्थिति या स्वतंत्र रूप से उपलब्ध सल्फेट की अनुपस्थिति का सुझाव देती है। कुछ लोगों ने माइक्रोबियल सल्फर अंशांकन के इस ज्ञान का उपयोग यह सुझाव देने के लिए किया है कि अनुमानित समुद्री जल संरचना के सापेक्ष बड़े सल्फर समस्थानिक विभाजन वाले खनिज (अर्थात् पाइराइट) जीवन का प्रमाण हो सकते हैं।[48][49] चूँकि, यह प्रमाण स्पष्ट नहीं है, और कभी-कभी पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के ड्रेसर गठन में पाए जाने वाले ~3.49 Ga सल्फाइड खनिजों से भूगर्भीय साक्ष्य का उपयोग करके चुनाव लड़ा जाता है, जिसमें δ34S का मान -22‰ जितना नकारात्मक पाया जाता है।[50] क्योंकि यह सिद्ध नहीं हुआ है कि प्रमुख हाइड्रोथर्मल इनपुट की अनुपस्थिति में बनने वाले सल्फाइड और बेराइट खनिज, यह आर्कियन में जीवन या माइक्रोबियल सल्फेट अल्पता मार्ग का निर्णायक प्रमाण नहीं है।[51]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Maberly, S. C.; Raven, J. A.; Johnston, A. M. (1992). "Discrimination between 12C and 13C by marine plants". Oecologia. 91 (4): 481. doi:10.1007/BF00650320. JSTOR 4220100.
  2. ↑ Nobel, Park S. (7 February 2005). भौतिक रासायनिक और पर्यावरण संयंत्र फिजियोलॉजी. p. 411. ISBN 9780125200264.
  3. ↑ Fernandez, Irene; Cadisch, Georg (2003). "Discrimination against13C during degradation of simple and complex substrates by two white rot fungi". Rapid Communications in Mass Spectrometry. 17 (23): 2614–2620. Bibcode:2003RCMS...17.2614F. doi:10.1002/rcm.1234. ISSN 0951-4198. PMID 14648898.
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