Эффект Зюсса

Эффект Зюсса — это изменение соотношения в атмосфере ( концентраций тяжелых изотопов углерода ¹³С и ¹⁴в) за счет примеси большого количества CO ₂ , полученного из ископаемого топлива , который не содержит ¹⁴CO ₂ и обеднен ¹³CO ₂ по отношению к CO ₂ в атмосфере и углероду в верхних слоях океана и земной биосфере. ^{[ 1 ]} Он был открыт и назван в честь австрийского химика Ганса Зюсса . ^{[ 2 ]} который отметил влияние этого эффекта на точность радиоуглеродного датирования . Совсем недавно эффект Зюсса стал использоваться в исследованиях изменения климата . Первоначально этот термин относился только к разбавлению атмосферных ¹⁴CO ₂ относительно ¹²СО ₂ . Позднее эта концепция была расширена до разбавления ¹³CO ₂ и в другие резервуары углерода, такие как океаны и почвы, опять же относительно ¹²С. ^{[ 3 ]}

Хотя соотношение атмосферного ¹⁴CO ₂ в ¹²CO ₂ уменьшился в индустриальную эпоху (до атмосферных испытаний ядерного оружия, начиная примерно с 1950 года) из-за увеличения из-за выбросов ископаемого топлива количества атмосферного CO ₂ за этот период, примерно с 1850 по 1950 год, количество атмосферного ¹⁴Уровень CO ₂ фактически увеличился за этот период. ^{[ 4 ]}

Изотопы углерода

Углерод имеет три встречающихся в природе изотопа . Около 99% углерода на Земле — это углерод -12 ( ¹²С ), около 1% составляет углерод-13 ( ¹³C ), а следовые количества — углерод-14 ( ¹⁴С ). ¹²С и ¹³Изотопы C стабильны, а ¹⁴C радиоактивно распадается на азот -14 ( ¹⁴N ) с периодом полураспада 5730 лет. ¹⁴C на Земле образуется почти исключительно в результате взаимодействия космического излучения с верхними слоями атмосферы. А ¹⁴Атом C создается, когда тепловой нейтрон вытесняет протон в ¹⁴N. Незначительные количества ¹⁴C производятся в результате других радиоактивных процессов; большое количество было произведено в атмосфере во время ядерных испытаний до Договора об ограниченном запрещении испытаний . Естественный ¹⁴Производство углерода и, следовательно, его концентрация в атмосфере изменяются со временем лишь незначительно.

Растения занимают ¹⁴C путем фиксации атмосферного углерода посредством фотосинтеза . Затем животные берут ¹⁴C попадает в их тела, когда они едят растения (или других животных, которые едят растения). Таким образом, живые растения и животные имеют примерно одинаковое соотношение ¹⁴С до ¹²C как атмосферный CO ₂ . Когда организмы умирают, они перестают обмениваться углеродом с атмосферой и, таким образом, больше не поглощают новые. ¹⁴C. Этот эффект лежит в основе радиоуглеродного датирования , при условии, что массово-зависимое фракционирование и уменьшение ¹⁴C в результате радиоактивного распада и учитываются.

Фотосинтетически фиксированный углерод в наземных растениях обедняется ¹³C по сравнению с атмосферным CO ₂ . ^{[ 5 ]} Такое фракционирование изотопов углерода обусловлено кинетическими изотопными эффектами и массовой зависимостью коэффициента диффузии CO ₂ . Общий эффект невелик у растений C4 , но гораздо сильнее у растений C3 , которые составляют основную часть наземной биомассы во всем мире. Истощение растений CAM варьируется в зависимости от значений, наблюдаемых для растений C3 и C4. Кроме того, большая часть ископаемого топлива происходит из биологического материала C3, произведенного десятки-сотни миллионов лет назад. Растения C4 стали обычным явлением лишь примерно 6–8 миллионов лет назад, и хотя фотосинтез САМ присутствует у современных родственников Lepidodendrales . каменноугольных равнинных лесов, даже если эти растения также имели фотосинтез САМ, они не были основным компонентом общего количества растений биомасса.

Ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, состоят в основном из растительного материала, отложенного миллионы лет назад. Этот период времени равен тысячам периодов полураспада. ¹⁴C, так что, по сути, все ¹⁴C в ископаемом топливе распался. ^{[ 6 ]} Ископаемое топливо также исчерпано ¹³C относительно атмосферы, поскольку изначально они образовались из живых организмов. Таким образом, углерод из ископаемого топлива, который возвращается в атмосферу в результате сгорания, истощается как в ¹³С и ¹⁴C по сравнению с атмосферным углекислым газом.

См. также

Ссылки

^ Танс, ПП; де Йонг, AFM; Мук, WG (30 августа 1979 г.). «Природный атмосферный ¹⁴Изменение C и эффект Зюсса». Nature . 280 (5725): 826–828. Bibcode : 1979Natur.280..826T . doi : 10.1038/280826a0 . S2CID 4323299 .
^ «КАРТА: Что такое эффект Зюсса?» . Канадская археологическая база данных по радиоактивности. Архивировано из оригинала 29 сентября 2007 г. Проверено 19 октября 2007 г.
^ Килинг, компакт-диск (1979). «Эффект Зюсса: ¹³Углерод- ¹⁴Взаимосвязи углерода». Environment International . 2 (4–6): 229–300. Бибкод : 1979EnInt...2..229K . doi : 10.1016/0160-4120(79)90005-9 .
^ Шварц, SE; Хуа, Ц.; Эндрюс, Делавэр; Килинг, РФ; Леман, С.Дж.; Тернбулл, Джей Си; Реймер, П., Дж.; Миллер, Дж. Б.; Мейер, HAJ (2024). «Дискуссия: Презентация атмосферного ¹⁴ по CO ₂Данные » . Радиоуглерод . xx (xx): 1–14. doi : 10.1017/RDC.2024.27 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Фаркуар, Джорджия; Элерингер-младший; Хабик, Коннектикут (1989). «Дискриминация изотопов углерода и фотосинтез». Анну. Преподобный Физиол растений. Завод Мол. Биол . 40 : 503–537. дои : 10.1146/annurev.pp.40.060189.002443 .
^ Божинова Д.; ван дер Молен, депутат Кнессета; ван дер Вельде, ИК; Крол, MC; ван дер Лаан, С.; Мейер, HAJ; Питерс, В. (17 июля 2014 г.). «Моделирование интегрированной летней сигнатуры Δ14CO2 от антропогенных выбросов над Западной Европой» . Атмосфера. хим. Физ . 14 (14): 7273–7290. дои : 10.5194/acp-14-7273-2014 .

Дальнейшее чтение

Кабанейро, А.; Фернандес, И. (октябрь 2015 г.). «Выявление чувствительности биома к атмосферным изменениям: экофизиологические зависимости стабильного изотопа C во время фотосинтетического поглощения CO ₂ в экосистемах приморской сосны и сосны обыкновенной из юго-западной Европы» . Экологические технологии и инновации . 4 : 52–61. Бибкод : 2015EnvTI...4...52C . дои : 10.1016/j.eti.2015.04.007 . (25-летнее дендрохронологическое исследование (1978–2002 гг.) с использованием масс-спектрометрии соотношения стабильных изотопов C в годичных кольцах многолетних деревьев из Южной Атлантической Европы, в котором изучаются взаимосвязи эффекта Зюсса и экосистемы для изучения чувствительности биома к ¹³C-CO ₂ атмосферные изменения)
Зюсс, HE (сентябрь 1955 г.). «Концентрация радиоуглерода в современной древесине». Наука . 122 (3166): 415–417. Бибкод : 1955Sci...122..415S . дои : 10.1126/science.122.3166.415-a . S2CID 177102578 . (в Северном полушарии)
Лерман, Дж. К.; Мук, Вим ; Фогель, Дж. К. (1970). Олссон, Ингрид У. (ред.). Радиоуглеродные вариации и абсолютная хронология: материалы двенадцатого Нобелевского симпозиума, состоявшегося в Институте физики Уппсальского университета . Нью-Йорк: Уайли. стр. 275–301. LCCN 73115769 . (в Южном полушарии)

Внешние ссылки

[1] Танс, ПП; де Йонг, AFM; Мук, WG (30 августа 1979 г.). «Природный атмосферный ¹⁴Изменение C и эффект Зюсса». Nature . 280 (5725): 826–828. Bibcode : 1979Natur.280..826T . doi : 10.1038/280826a0 . S2CID 4323299 .

[2] «КАРТА: Что такое эффект Зюсса?» . Канадская археологическая база данных по радиоактивности. Архивировано из оригинала 29 сентября 2007 г. Проверено 19 октября 2007 г.

[3] Килинг, компакт-диск (1979). «Эффект Зюсса: ¹³Углерод- ¹⁴Взаимосвязи углерода». Environment International . 2 (4–6): 229–300. Бибкод : 1979EnInt...2..229K . doi : 10.1016/0160-4120(79)90005-9 .

[4] Шварц, SE; Хуа, Ц.; Эндрюс, Делавэр; Килинг, РФ; Леман, С.Дж.; Тернбулл, Джей Си; Реймер, П., Дж.; Миллер, Дж. Б.; Мейер, HAJ (2024). «Дискуссия: Презентация атмосферного ¹⁴ по CO ₂Данные » . Радиоуглерод . xx (xx): 1–14. doi : 10.1017/RDC.2024.27 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[5] Фаркуар, Джорджия; Элерингер-младший; Хабик, Коннектикут (1989). «Дискриминация изотопов углерода и фотосинтез». Анну. Преподобный Физиол растений. Завод Мол. Биол . 40 : 503–537. дои : 10.1146/annurev.pp.40.060189.002443 .

[6] Божинова Д.; ван дер Молен, депутат Кнессета; ван дер Вельде, ИК; Крол, MC; ван дер Лаан, С.; Мейер, HAJ; Питерс, В. (17 июля 2014 г.). «Моделирование интегрированной летней сигнатуры Δ14CO2 от антропогенных выбросов над Западной Европой» . Атмосфера. хим. Физ . 14 (14): 7273–7290. дои : 10.5194/acp-14-7273-2014 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]