δ13C (pronunciato "delta C tredici") è una firma isotópica usata in geochimica, paleoclimatologia e paleoceanografia. Si tratta di una misura della proporzione d'isotopi stabili13C / 12C, espressa in parti per mille (‰). La misura viene usata per correggere i risultati del 14C dagli effetti del frazionamento isotopico. In archeologia , il δ13C può dare indicazioni sull'ambiente (terrestre, fluviale o marino) in cui ha vissuto l'essere da cui deriva il campione, nonché sulla sua zona di provenienza e persino ricostruire le antiche diete, particolarmente per identificare alimenti marini o certi tipi di piante.
La definizione è, in parti per mille:
‰
dove lo standard è un materiale di riferimento prestabilito.
Standard di riferimento
Lo standard di riferimento classico è la Pee Dee Belemnite (PDB) basato sul carbonato di calcio nella conchiglia di un fossile marino cretacico, la Belemnitella americana, proveniente dalla Formazione Peedee in Carolina del Sud. Questo campione ha un rapporto 13C/12C anomalamente alto (0.01118), per cui la maggioranza dei materiali naturali hanno un δ13C negativo. Visto che il campione PDB originale non è più disponibile, il rapporto 13C/12C si calcola a partire da uno standard di carbonato ampiamente misurato NBS-19, che ha un valore δ13C di +1.95 ‰. Il rapporto 13C/12C del NBS-19 è , da cui si deduce il rapporto per PDB: .
Altri standard calibrati con la stessa relazione, incluso il VPDB ("PDB di Vienna"), hanno sostituito l'originale. Il rapporto 13C/12C per il VPDB definito dall'Organismo Internazionale d'Energia Atomica (OIEA) ha come valore zero di δ13C 0.01123720.
Cause delle variazioni del δ13C
Il metano ha una firma δ13C molto leggera: il metano biogenico fa −60 ‰, il metano termogenico, −40 ‰. La liberazione di grandi quantità di clatrato di metano può incidere i valori globali di δ13C, come avvenne durante il massimo termico Paleoceno-Eoceno.
Più comunemente, la relazione viene modificata dalle variazioni nella produttività primaria e la cattura dei composti organici. Gli organismi includono preferenzialmente 12C e hanno una firma δ13C di circa −25 ‰, dipendendo dalla via metabolica. Perciò, un aumento in δ13C in fossili marini è indicativo di un aumento dell'abbondanza di vegetazione.
Significato biologico e geologico delle escursioni di δ13C
Le piante C3 e C4 hanno firme differenti, il che permette rilevare l'abbondanza delle specie attraverso il registro δ13C; le piante C; hanno un δ13C de −16 a −10 ‰, le piante C3 hanno un δ13C de −33 a −24 ‰.
Pecore sulla spiaggia di North Ronaldsay. In inverno, queste pecore si nutrono di alghe marine, che hanno un δ13C maggiore dell'erba; campioni estratti da queste pecore presentano un δ13C intorno al −13‰, molto superiore a quello delle pecore nutrite con erba.
Per gli organismi marini i dettagli delle reazioni di fotosintesi sono meno ben conosciuti; misure del δ13C del plancton vanno dal −31‰ al −10‰, con la maggioranza situata tra il −22‰ e il −17‰.
I valori del δ13C per gli organismi marini fotosintetici dipendono anche dalla temperature: infatti quando l'acqua è più calda la solubilità della CO2 diminuisce, il che significa che è disponibile una minor quantità di anidride carbonica per le reazioni di fotosintesi: a 14°C i valori del δ13C sono maggiori, raggiungendo il −13‰; a temperature inferiori, la CO2 diventa più solubile e quindi gli organismi marini dispongono di quantità maggiori, il frazionamento aumenta e il δ13C arriva fino al −32‰.
Il valore del δ13C per gli animali dipende dalla loro dieta: un animale che mangia cibo con elevato δ13C ha un δ13C maggiore di uno che mangia cibo con minore δ13C. Inoltre vi sono altri processi biochimici che possono avere un impatto su risultati; ad esempio i minerali e il collagene delle ossa hanno tipicamente una concentrazione di 13C maggiore rispetto a quella che si trova nel cibo e questo si riflette anche negli escrementi, che hanno una concentrazione di 13C inferiore a quella che si trova nel cibo.
Dato che l'isotopo 13C è pari a circa l'1% del carbonio di un campione, il rapporto 13C/12C è misurabile con estrema precisione mediante la spettrometria di massa. Attraverso vari esperimenti si sono rilevati i valori di δ13C di molte piante e di svariate parti di animali come le ossa e il collagene, ma risulta più preciso, durante l'analisi di un campione, rilevare direttamente il valore del δ13C piuttosto che affidarsi ai dati pubblicati.
Visto che la differente presenza di 13C rispetto al 12C è proporzionale alla differenza di massa atomica dei due isotopi, una volta trovato il valore δ13C, si può calcolare facilmente la quantità di 14C originariamente presente, che sarà pari alla metà del 13C.
Spesso le estinzioni in massa sono marcate da una anomalia negativa di δ13C che rappresenta una diminuzione nella produttività primaria e la liberazione di carbonio a base di piante.
↑(EN) Paleo CO₂, su www.paleo-co2.org. URL consultato il 23 ottobre 2026.
↑(EN) Margaret J. Schoeninger, Diet reconstruction and ecology using stable isotope ratios, in Clark Spencer Larsen (a cura di), A Companion to Biological Anthropology, Oxford, Blackwell, 2010, p.446, ISBN978-1-4051-8900-2.
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