Эффект Доула
Эффект Доула , названный в честь Малкольма Доула , описывает неравенство в соотношении тяжелого изотопа 18 O («стандартный» атом кислорода с двумя дополнительными нейтронами ) превращается в более легкий 16 О, измерено в атмосфере и морской воде. Это соотношение обычно обозначается δ 18 .
Это было замечено в 1935 году. [ 1 ] [ 2 ] этот воздух содержал больше 18 О, чем морская вода; в 1975 году этот показатель был определен количественно как 23,5 ‰, [ 3 ] но позже уточнено до 23,88 ‰ в 2005 году. [ 4 ] Дисбаланс возникает главным образом в результате дыхания у растений и животных . Согласно термодинамике изотопных реакций, [ 5 ] дыхание удаляет более легкие, следовательно, более реактивные 16 О, предпочитая 18 О, увеличивая относительное количество 18 О, в атмосфере.
Неравенство уравновешивается фотосинтезом . Фотосинтез выделяет кислород с одинаковым изотопным составом (т.е. соотношением между 18 О и 16 O ) в качестве воды (H 2 O), используемой в реакции, [ 6 ] которое не зависит от атмосферного соотношения. Таким образом, при атмосферном 18 Уровни O достаточно высоки, фотосинтез будет действовать как восстанавливающий фактор. Однако, как осложняющий фактор, степень фракционирования (т.е. изменение соотношения изотопов), происходящего вследствие фотосинтеза, не полностью зависит от воды, всасываемой растением, поскольку фракционирование может происходить в результате преимущественного испарения H 2 16 О – вода, содержащая более легкие изотопы кислорода, [ объяснить ] и другие небольшие, но важные процессы.
Использование эффекта Доула
[ редактировать ]Поскольку испарение приводит к тому, что океанические и земные воды имеют разное соотношение 18 Вот и все 16 О, эффект Доула отразит важную роль наземного и морского фотосинтеза. Полное устранение продуктивности наземных ресурсов приведет к сдвигу эффекта Доула на -2-3‰ по сравнению с текущим значением 23,5‰. [ объяснить ] . [ 7 ]
Стабильность (с точностью до 0,5‰) атмосферного 18 Вот и все 16 Соотношение O в поверхностных водах моря со времени последнего межледниковья (последние 130 000 лет), полученное по кернам льда, позволяет предположить, что продуктивность суши и моря в течение этого периода времени менялась вместе.
Было обнаружено, что тысячелетние вариации эффекта Доула связаны с резкими изменениями климата в Североатлантическом регионе за последние 60 тысяч лет (1 тысяча лет = 1000 лет). [ 8 ] Высокие корреляции эффекта Доула с образованиями δ. 18 O, индикатор муссонных осадков, предполагает, что он подвержен изменениям продуктивности суши в низких широтах. Вариации эффекта Доула в орбитальном масштабе, характеризующиеся периодами 20–100 тыс. лет, сильно реагируют на эксцентриситет и прецессию орбиты Земли , но не на наклон . [ 9 ]
Эффект Доула также можно применять в качестве индикатора морской воды, при этом небольшие изменения в химическом составе используются для отслеживания дискретного «участка» воды и определения его возраста.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Доул, Малькольм (1936). «Относительный атомный вес кислорода в воде и воздухе». Журнал химической физики . 4 (4): 268–275. Бибкод : 1936ЖЧФ...4..268Д . дои : 10.1063/1.1749834 .
- ^ Морита, Н. (1935). «Повышенная плотность кислорода воздуха по сравнению с кислородом воды». Дж. Хим. Соц. Япония . 56 : 1291.
- ^ Крупник, П.; Крейг, Х. (1972). «Атмосферный кислород: изотопный состав и фракционирование по растворимости». Наука . 175 (4017): 54–55. Бибкод : 1972Sci...175...54K . дои : 10.1126/science.175.4017.54 . ПМИД 17833979 . S2CID 24579820 .
- ^ Баркан, Э.; Луз, Б. (2005). «Высокоточные измерения 17 Т/ 16 О и 18 Т/ 16 Соотношения O в H 2 O». Rapid Commun. Mass Spectrom . 19 (24): 3737–3742. Bibcode : 2005RCMS...19.3737B . doi : 10.1002/rcm.2250 . PMID 16308852 .
- ^ Юри, ХК (1947). «Термодинамические свойства изотопных веществ». Дж. Хим. Соц. : 562–581. дои : 10.1039/JR9470000562 . ПМИД 20249764 .
- ^ Гай, Роберт Д.; и др. (1989). «Дифференциальное фракционирование изотопов кислорода посредством цианид-устойчивого и цианид-чувствительного дыхания у растений». Планта . 177 (4): 483–491. Бибкод : 1989Завод.177..483Г . дои : 10.1007/BF00392616 . ПМИД 24212490 . S2CID 22767005 .
- ^ Бендер, М.; Сауэрс, Т.; Лабейри, Л. (1994). «Эффект Доула и его вариации за последние 130 000 лет, измеренные в ледяном керне Востока» . Глобальные биогеохимические циклы . 8 (3): 363–376. Бибкод : 1994GBioC...8..363B . дои : 10.1029/94GB00724 .
- ^ Северингхаус, JP; Бодетт, Р.; Хедли, Массачусетс; Тейлор, К.; Брук, Э.Дж. (2009). «Кислород-18 O 2 фиксирует влияние резкого изменения климата на земную биосферу». Наука . 324 (5933): 1431–1434. Бибкод : 2009Sci...324.1431S . дои : 10.1126/science.1169473 . ПМИД 19520957 .
- ^ Ландэ, А.; Дрейфус, Г.; Капрон, Э.; Массон-Дельмотт, В.; Санчес-Гони, MF; Депра, С.; Хоффманн, Г.; Жузель, Дж.; Лейенбергер, М.; Джонсен, С. (2010). «Что движет тысячелетними и орбитальными вариациями δ 18 O atm ». Quaternary Sci. Rev. 29 ( 1–2): 235–246. Бибкод : 2010QSRv...29..235L . doi : 10.1016/j.quascirev.2009.07.005 .