LUOMUS

Luonnontieteellinen keskusmuseo

Stabiili-isotooppimääritykset

Laura Arppe, tutkijatohtori

Alkuaineen atomeilla voi olla erisuuri määrä neutraaleja hiukkasia, neutroneja, ytimissään. Näitä kokoonpanoja kutsutaan alkuaineen isotoopeiksi ja ei-radioaktiivisia isotooppeja stabiileiksi. Vaikka isotooppien kemialliset ominaisuudet ovat yhtäläiset, pieni massaero atomien välillä voi aiheuttaa hieman toisistaan poikkeavan käyttäytymisen fysikaalisissa prosesseissa ja kemiallisissa reaktioissa. Tämän seurauksena alkuperäinen isotooppikoostumus voi muuttua. Muutokset ovat yleensä hyvin pieniä ja niiden määrittämiseen on kehitetty tarkoitukseen sopiva isotooppisuhdemassaspektrometri (IRMS, Isotope Ratio Mass Spectrometer).

Ajoituslaboratorion DeltaPlus XL massaspektrometri

Ajoituslaboratoriossa on käytössä kolme kevyiden isotooppien luonnonpitoisuuksien mittaukseen soveltuvaa massaspektrometria, joilla voi analysoida vedyn, hiilen, typen ja hapen isotooppisuhteita (2H/1H, 13C/12C, 15N/14N ja 18O/16O). Oheislaitteita käytetään muuntamaan näytemateriaalit kaasumaisiksi isotooppimäärityksiä varten. Isotooppisuhde mitataan suhteessa tunnettuun standardiin ja ilmaistaan muutoksena promilleissa tästä standardista (δ2H, δ13C, δ15N ja δ18O).

Isotooppisuhteen muutos voi kertoa yhdisteen tai materiaalin muodostumistavasta ja -olosuhteista kuten lämpötila. Tämän ominaisuutensa vuoksi stabiili-isotooppisuhteita ja muutoksia käytetään yleisesti aineiden alkuperää ja niihin liittyviä prosessiketjuja tutkittaessa. Isotooppimäärityksiä käytetään esimerkiksi ympäristö- ja ilmastotutkimuksissa, aitous- ja alkuperätutkimuksissa sekä teollisissa sovellutuksissa (ruoka- ja juomateollisuus). Luomuksen omat hankkeet keskittyvät puun vuosilustojen isotooppisuhteiden kertomiin ympäristömuutoksiin ja luun isotooppisuhteiden avulla määritettäviin menneisyyden ihmisten ja eläinten ruokavalioihin

Itämerennorppa varmisti oletuksia suolapitoisuudesta

Itämerennorppaa voi käydä katsomassa myös Luonnontieteellisessä museossa (Kuva: Laura Hiisivuori/Luomus)The Holocene-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa selvitettiin muiden seikkojen ohella itämerennorpan luiden hiili-isotooppikoostumuksia, jotka kertovat eläimen ravinnosta ja sitä kautta sen elinaikaisesta ympäristöstä. Isotoopit ovat alkuaineen erimassaisia versioita.

Norpan luun hiili-isotoopit kertovat syödyn ravinnon, eli tässä tapauksessa norpan vatsaan päätyneen kalan hiilen isotooppisuhteista. Kalan hiili puolestaan heijastaa sen syömän ravinnon hiiltä – esimerkiksi pohjaeläinten tai levien – ja kaikki lopulta heijastaa Itämeren alkutuotannon ja sen käyttämän epäorgaanisen hiilen isotooppisuhteita. Epäorgaaninen hiili on isotooppikoostumukseltaan hyvin erilaista merivedessä – Pohjanmerellä tai Atlantilla – ja makeissa vesissä, kuten Itämereen laskevissa joissa. Näiden vesien sekoitussuhde näkyy Itämeren altaan epäorgaanisessa hiilen isotooppisuhteissa, ja tämä signaali kulkeutuu ravintoverkkoa ylöspäin.

Norpan luiden isotooppisuhteiden havaittiin heijastavan Itämeren suolaisuuskehitystä. Norppien luiden isotooppiarvot olivat korkeimmillaan 6000–4000 vuotta sitten, ja laskivat nykypäivään tultaessa – aivan kuten Itämeren suolaisuuden on ajateltu muiden tutkimusten perusteella muuttuneen.

Julkaisu The Holocene-lehdessä: Pirkko Ukkonen, Kim Aaris-Sørensen, Laura Arppe, Linas Daugnora, Antti Halkka, Lembi Lõugas, Markku Juhani Oinonen, Malgorzata Pilot, Jan Storå: An Arctic seal in temperate waters: History of the ringed seal (Pusa hispida) in the Baltic Sea and its adaptation to the changing environment (abstrakti lehden verkkosivuilla).

Sivun vastuuhenkilö: 
Antto Pesonen
25.11.2014