LES ISOTOPES STABLES
103
Atmosphère
CO2 +H2O - CH2O + O2
A = 0 %ô
Figure 3.3. Représentation
schématique de l’effet Dole.
Océan et surfaces continentales
photosynthèse ne produit pas de fractionnement isotopique entre le Ô18O de l’oxygène rejeté
dans l’air et celui de l’eau utilisée. Il résulte de ces deux processus que l’oxygène (O2) de l’air
(ô18O = + 20,8 %o) est enrichi en l8O par rapport à l’eau de mer (Ô18O = 0 %o). Il s’agit de
l’effet Dole (Figure 3.3). Les fractionnements biologiques sont particulièrement importants
dans le cas du carbone et de l’azote. Ils sont dus à une utilisation préférentielle des isotopes
légers par les êtres vivants.
Les fractionnements dépendants et indépendants de la masse
Les études théoriques prédisent que pour un élément donné, le fractionnement entre
deux isotopes est d’autant plus grand que l’écart de masse entre ces isotopes est grand ; on
dit qu’il « dépend » de la masse (Urey, 1947). La différence de masse entre IÔO et 17O étant
la moitié de la différence de masse entre 16O et 18O, on s’attend à ce que les échantillons
terrestres soient tels que Ô17O ~ 0,5 x Ô18O. Ainsi, dans un diagramme ÔI7O, en fonction
de ô18O, les échantillons terrestres se trouvent sur une droite de pente 0,516 environ. Cela
implique que ô17O contient a priori la même information que ÔI8O, si bien qu’on lui a
longtemps porté peu d’intérêt.
Cependant, il existe un petit nombre de cas où la règle de la dépendance entre le fractionnement et l’écart de masse n’est pas respectée. Le premier cas a été observé dans des
météorites constituées d’un mélange de matériaux formés par différentes réactions nucléaires
dans des étoiles. De telles variations isotopiques existaient à la formation du système solaire,
mais elles ont été complètement gommées durant la formation et l’évolution de la Terre.
Récemment, un fractionnement isotopique indépendant de la masse a été mis en évidence
dans la stratosphère durant la synthèse de l’ozone (O3) à partir de l’oxygène moléculaire (O2)
en présence de rayonnement ultraviolet. Durant cette réaction, O2 est appauvri de façon
identique en 17O et l8O par rapport à l6O alors que O, est enrichi de façon identique en 1 O et
lsO. L’explication de ce fractionnement est encore mal établie, mais il semble que l’asymétrie
des molécules 16OI7O et 16OI8O par rapport à l6Ol6O joue un rôle prépondérant.
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Atmosphère
CO2 +H2O - CH2O + O2
A = 0 %ô
Figure 3.3. Représentation
schématique de l’effet Dole.
Océan et surfaces continentales
photosynthèse ne produit pas de fractionnement isotopique entre le Ô18O de l’oxygène rejeté
dans l’air et celui de l’eau utilisée. Il résulte de ces deux processus que l’oxygène (O2) de l’air
(ô18O = + 20,8 %o) est enrichi en l8O par rapport à l’eau de mer (Ô18O = 0 %o). Il s’agit de
l’effet Dole (Figure 3.3). Les fractionnements biologiques sont particulièrement importants
dans le cas du carbone et de l’azote. Ils sont dus à une utilisation préférentielle des isotopes
légers par les êtres vivants.
Les fractionnements dépendants et indépendants de la masse
Les études théoriques prédisent que pour un élément donné, le fractionnement entre
deux isotopes est d’autant plus grand que l’écart de masse entre ces isotopes est grand ; on
dit qu’il « dépend » de la masse (Urey, 1947). La différence de masse entre IÔO et 17O étant
la moitié de la différence de masse entre 16O et 18O, on s’attend à ce que les échantillons
terrestres soient tels que Ô17O ~ 0,5 x Ô18O. Ainsi, dans un diagramme ÔI7O, en fonction
de ô18O, les échantillons terrestres se trouvent sur une droite de pente 0,516 environ. Cela
implique que ô17O contient a priori la même information que ÔI8O, si bien qu’on lui a
longtemps porté peu d’intérêt.
Cependant, il existe un petit nombre de cas où la règle de la dépendance entre le fractionnement et l’écart de masse n’est pas respectée. Le premier cas a été observé dans des
météorites constituées d’un mélange de matériaux formés par différentes réactions nucléaires
dans des étoiles. De telles variations isotopiques existaient à la formation du système solaire,
mais elles ont été complètement gommées durant la formation et l’évolution de la Terre.
Récemment, un fractionnement isotopique indépendant de la masse a été mis en évidence
dans la stratosphère durant la synthèse de l’ozone (O3) à partir de l’oxygène moléculaire (O2)
en présence de rayonnement ultraviolet. Durant cette réaction, O2 est appauvri de façon
identique en 17O et l8O par rapport à l6O alors que O, est enrichi de façon identique en 1 O et
lsO. L’explication de ce fractionnement est encore mal établie, mais il semble que l’asymétrie
des molécules 16OI7O et 16OI8O par rapport à l6Ol6O joue un rôle prépondérant.