アイソスケープ

アイソスケープとは、同位体分布の地図です。これは、地理情報システム（GIS）において、元素同位体分別または分布のプロセスレベルモデルを実行することで生成される、元素同位体比（δ）の空間的に明示的な予測です。

アイソスケープという言葉は、iso tope land scapeに由来し、ジェイソン・B・ウェストによって初めて造られました。[ 1 ] [ 2 ]

水素、炭素、酸素、窒素、ストロンチウム、硫黄のアイソスケープ[ 3 ]は、同位体シグネチャーを介して、天然および合成材料または生物のソース、分割、または起源に関する科学的または法医学的質問への回答に使用されてきた。これらには、地球の元素循環、人間の水使用、気候、考古学的再構成、法医学、汚染、生物の移動パターン、食物網のダイナミクスに関する質問が含まれる。水素と酸素の同位体のアイソスケープ、降水量[ 4 ] [ 5 ]表層水[ 6 ] [ 7 ]地下水[ 8 ] [ 9 ]水道水[ 10 ]のモデル化は、地域規模から地球規模での水循環の理解を深める ために開発されてきた。炭素と窒素の同位体のアイソスケープも陸上および海洋学的に開発されており[ 11 ] [ 12

海洋アイソスケープ

カーボンアイソスケープ

出典: [ 12 ] [ 7 ]

植物プランクトンの炭素同位体比に基づく海洋炭素アイソスケープ[ 12 ]

科学者は、炭素の2つの安定同位体である13 Cと12 Cの予測可能な分類により、炭素同位体比（ δ 13 C ）をマッピングすることができます。この分類は同位体分別として知られています。海洋では、水温、深海水の湧昇、大気から海洋へのCO 2の拡散、化石燃料の燃焼など、多くの環境要因によりδ 13 Cが変化します。一次生産者による炭素固定も、海洋表面のδ 13 Cに大きな影響を与えます。植物プランクトンや大型藻類などの異なるグループの一次生産者は、光合成中に炭素を固定するための異なる戦略を持っており、 δ 13 Cをさらに変えることができます。その結果、海洋の炭素アイソスケープは、温度と一次生産の地球規模のパターンをほぼ反映しています。

δ13 ​​Cは非常に多くの要因の影響を受けるため、アイソスケープは空間的または時間的なパターンを視覚化するのに非常に有効であり、海洋システムにおける安定同位体分析の応用における基本的な文脈を提供します。炭素アイソスケープは、海洋消費者または頂点捕食者の安定同位体分析と組み合わせて使用​​することで、異なる一次生産者の食物網への相対的な貢献度を決定したり、同位体的に異なる場所間での消費者の 移動パターンを推測したりすることができます。

窒素アイソスケープ

出典: [ 11 ] [ 7 ]

海洋窒素循環
海洋窒素循環

炭素と同様、科学者は窒素の 2 つの安定同位体である 14 N と 15 N の分別により窒素同位体比( δ 15 N )をマッピングすることができます。海洋窒素は、大気から海洋へのN 2の拡散、肥料やその他の陸上栄養素を含む大陸からの淡水流出、シアノバクテリアなど一次生産者による窒素固定によって発生し、これらはすべて 、特定の地域の海洋のベースラインδ 15 Nに影響を与えます。そこから、窒素分別は主に窒素を利用する生物学的プロセスによって制御され、海洋窒素循環でさらに詳しく説明されています。たとえば、脱窒プロセスや海洋生物による NH4+ (アンモニア)、NO2-、NO3- (硝酸塩)の使用は、水中のδ 15 Nを変更します。その結果、海洋のδ 15 Nパターンは、脱窒や食物網内での生物による使用によって窒素が大きく変化している地域を反映しています。季節性が一次生産性に影響を及ぼすことは、年間の特定の時期におけるδ15Nパターンにも影響を与えることに留意することが重要です。海洋窒素等高線の例としては … [ 11 ]

窒素分画における生物学的反応の大きな役割から、δ 15 Nアイソスケープは海洋生態学における安定同位体分析に貴重な情報を提供します。窒素アイソスケープは、食物網研究に有用な空間的および時間的な δ 15 Nベースラインを提供します。食物連鎖の上位に渡される窒素は変化するため、海洋消費者の安定同位体分析とδ 15 Nアイソスケープを組み合わせることで、消費者を食物網内の栄養段階に配置することができます。

参照

注記

  1. ^ 「科学会議における「アイソスケープ」の初登場」。
  2. ^ Bowen, Gabriel J.; West, Jason B.; Vaughn, Bruce H.; Dawson, Todd E.; Ehleringer, James R.; Fogel, Marilyn L.; Hobson, Keith; Hoogewerff, Jurian; Kendall, Carol; Lai, Chun-Ta; Miller, CC; Noone, David; Schwarcz, Henry; Still, Christopher J. (2009). 「大規模地球科学課題へのアイソスケープ」 . Eos, Transactions, American Geophysical Union . 90 (13): 109– 116. Bibcode : 2009EOSTr..90..109B . doi : 10.1029/2009EO130001 .
  3. ^ Clément Bataille; Klervia Jaouen (2021). 「西ヨーロッパの新しい硫黄アイソスケープを用いた考古学的遺跡の硫黄・酸素・ストロンチウム同位体三重確率的地理的割り当て」 . PLOS One . 16 (5) e0250383. Bibcode : 2021PLoSO..1650383B . doi : 10.1371/journal.pone.0250383 . PMC 8099095. PMID 33951062 .   オープンアクセス。
  4. ^ Dutton, Andrea; Wilkinson, Bruce H.; Welker, Jeffrey M.; Bowen, Gabriel J.; Lohmann, Kyger C. (2005-12-30). 「アメリカ合衆国本土における現代の降水量と河川水の 18 O/ 16 O の空間分布と季節変動」 . Hydrological Processes . 19 (20): 4121– 4146. Bibcode : 2005HyPr...19.4121D . doi : 10.1002/hyp.5876 . hdl : 2027.42/49284 . S2CID 54706113 . 
  5. ^ Bowen, Gabriel J.; Wassenaar, Leonard I.; Hobson, Keith A. (2005年4月). 「安定水素同位体および安定酸素同位体の野生生物法医学への世界的応用」 . Oecologia . 143 ( 3): 337– 348. Bibcode : 2005Oecol.143..337B . doi : 10.1007/s00442-004-1813-y . ISSN 0029-8549 . PMID 15726429. S2CID 1762342 .   
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  12. ^ a b c Magozzi, S.; Yool, A.; Vander Zanden, HB; Wunder, MB; Trueman, CN (2017). 「海洋モデルを用いた海洋炭素同位体の空間的・時間的変動の予測」 . Ecosphere . 8 (5): e01763. doi : 10.1002/ecs2.1763 . ISSN 2150-8925 . 
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