isotopenverhältnis

Isotopenverhältnis bezeichnet das Verhältnis der Häufigkeiten oder Massen zweier Isotope desselben Elements in einer Probe. Es umfasst stabile Isotope, wie 13C/12C, 18O/16O oder 15N/14N, ebenso wie radiogene Isotope, etwa 87Sr/86Sr oder 238U/235U, die sich durch unterschiedliche Halbwertszeiten oder Zerfallsprozesse auszeichnen. Solche Verhältnisse liefern Hinweise auf Herkunft, Umweltbedingungen oder Alter der Proben.

Die Bestimmung erfolgt überwiegend durch Massenspektrometrie, insbesondere Isotopen-Verhältnis-Massenspektrometrie (IRMS) oder Multi-Collector-Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (MC-ICP-MS). Ergebnisse werden häufig als Delta-Werte angegeben, zum Beispiel δ13C oder δ18O, die das Verhältnis eines Probe-Isotops im Vergleich zu einer festgelegten Standardreferenz ausdrücken: δ = [(R_SAMPLE/R_STANDARD) − 1] × 1000 ‰, wobei R das relevante Isotopenverhältnis ist. Geeignete Referenzstandards sind VPDB (für Kohlenstoff), VSMOW (für Wasserstoff und Sauerstoff) oder andere domänenspezifische Standards.

Ursachen von Isotopenverhältnissen sind natürliche Fractionation durch physikalische, chemische oder biologische Prozesse, wobei leichtere Isotope in bestimmten Prozessen bevorzugt oder benachteiligt werden. Faktoren wie Temperatur, Verdunstung, Photosynthese, Sedimentation oder Gebirgsbildung beeinflussen die Verhältnisse und ermöglichen Rückschlüsse auf vergangene Umweltbedingungen oder Prozesse.

Anwendungen finden sich in Geowissenschaften, Hydrologie, Paläoklimaforschung, Archäologie, Umweltforschung und Forensik. Typische Beispiele sind die Temperaturrekonstruktion aus δ18O und δD, Herkunfts- oder Wanderungsverfolgung über Isotopenmuster (z. B. 87Sr/86Sr), und radiometrische Altersbestimmungen, die auf Verhältnissen wie 14C oder 238U/235U beruhen.