Isolab GmbH - Laboratorium für Stabilisotopenanalytik

Der Kohlenstoff-Isotopeneffekt auf die Primärreaktion der CO₂-Assimilation ist für den δ¹³C-Wert der Biomasse verantwortlich. Bei den sog. C₃-Pflanzen, den meisten unserer einheimischen Pflanzen, liegt der δ¹³C-Wert zwischen -30 und -25‰, bei den C₄-Pflanzen (Mais, Zuckerrohr, Hirse) zwischen -14 und -11‰, bei den CAM (crassulacean acid metabolism)-Pflanzen (Ananas, Vanille) zwischen -21 und -18‰. Auf dieser Basis lässt sich der Anteil an C₄-Material in pflanzlicher Biomasse bzw. im Futter von Tieren berechnen. Der jeweilig angegebene Bereich ist u.a. durch klimatische und pflanzenanatomische Besonderheiten bedingt und beinhaltet entsprechende Informationen. Tierische Produkte spiegeln die Nahrung der Tiere mit einem Trophiestufeneffekt von ca. +1.5 ‰ wieder.

Primäres N-Reservoir für organisch gebundenen Stickstoff ist der Luftstickstoff mit δ¹⁵N = 0‰. Er ist unmittelbare N-Quelle bei der Stickstoffassimilation durch Leguminosen (Verwendung bei der Gründüngung) und für technisch gewonnenes Ammoniak und Nitrat (Verwendung bei mineralischer Düngung). Nitrifikation, Denitrifikation und Ammoniak-Verdunstung führen zur ¹⁵N-Anreicherung in den nicht umgesetzten Anteilen der entsprechenden Ausgangsstoffe. Organische Dünger und im Boden gebundener Stickstoff sind ebenfalls generell an ¹⁵N relativ angereichert; dies ist u.a. die Ursache dafür, dass Produkte aus ökologischem Anbau meist einen höheren δ¹⁵N-Wert als konventionell produzierte haben. Der Trophiestufeneffekt für tierische Produkte ist ~+2 ‰ pro Stufe.

Wasser ist wesentlicher Bestandteil der meisten Lebensmittel; außerdem ist es Ausgangsstoff für organisch gebundenen Wasserstoff und Sauerstoff. Aufgrund des höheren Dampfdrucks der "leichten" Wassermoleküle (¹H¹H¹⁶O) reichern sich diese im Dampf an, während die "schweren" Wassermoleküle (¹H²H¹⁶O, ¹H¹H¹⁸O) im Kondensat angereichert werden. Niederschläge und Grundwasser sind infolgedessen um so leichter, je weiter entfernt vom Ozean (Kontinentaleffekt) und je höher (Höheneffekt) sie auftreten. Darüber hinaus bestimmen das lokale Klima und pflanzenanatomische Faktoren über die Wasserverdunstung der Pflanzen die H- und die O-Isotopencharakteristik des Blattwassers und damit letztlich der pflanzlichen Biomasse. Bei tierischer Biomasse sind die δ¹⁸O-Werte von Wasser durch die des Trinkwassers, der Nahrung und des Oxidationswassers beeinflusst. Die δ²H-Werte der Hauptfraktionen aus pflanzlichen und tierischen Gewebe (Kohlenhydrate, Proteine, Fette) unterscheiden sich untereinander charakteristisch auf Grund metabolischer H-Isotopenfraktionierungen.

δ³⁴S-([‰]_V-CDT) und δ⁸⁷Sr-Werte von Biomasse gehen auf die Isotopencharakteristika der lokalen primären Quellen zurück. Im Falle von Schwefel kommen, außer Boden-SO₄^2-, in der Nähe des Meeres SO₄^2- aus Meeresaerosol (sea spray) und in der Nähe von Industrieanlagen und Autobahnen SO₂ aus Verbrennungsprozessen hinzu. Die Zuordnung erfordert also ein entsprechendes Kataster bzw. Vergleichswerte. Ähnliches gilt auch für ⁸⁷Sr und für Isotope von (anthropogen eingebrachten) Schwermetallen (Pb u.a.). Strontium ist der wichtigste Indikator für die geographische Herkunftszuordnung.