эффект Суэсса
Химическая характеристика атмосферы при сжигании ископаемого топлива

Эффект Зюсса — это изменение соотношения концентраций в атмосфере тяжелых изотопов углерода ( 13 C и 14 C) за счет примеси больших количеств CO 2 , полученного из ископаемого топлива , который не содержит 14 CO 2 и обеднен 13 CO 2 относительно CO 2 в атмосфере и углерода в верхнем слое 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 использовался в исследованиях изменения климата . Первоначально этот термин относился только к разбавлению атмосферного 14 CO 2 относительно 12 CO 2. Позднее эта концепция была распространена на разбавление 13 CO 2 и другие резервуары углерода, такие как океаны и почвы, снова относительно 12 C. [3]

Хотя соотношение атмосферного 14 CO 2 к 12 CO 2 уменьшилось в индустриальную эпоху (до атмосферных испытаний ядерного оружия, начавшихся примерно в 1950 году), из-за увеличения, вызванного выбросами ископаемого топлива, количества атмосферного CO 2 за этот период, примерно с 1850 по 1950 год, количество атмосферного 14 CO 2 фактически увеличилось за этот период. [4]

Изотопы углерода

Углерод имеет три встречающихся в природе изотопа . Около 99% углерода на Земле — это углерод -12 ( 12 C ), около 1% — углерод-13 ( 13 C ), а следовое количество — углерод-14 ( 14 C ). Изотопы 12 C и 13 C стабильны, в то время как 14 C распадается радиоактивно до азота -14 ( 14 N ) с периодом полураспада 5730 лет. 14 C на Земле производится почти исключительно за счет взаимодействия космического излучения с верхними слоями атмосферы. Атом 14 C создается, когда тепловой нейтрон вытесняет протон в 14 N. Незначительные количества 14 C производятся другими радиоактивными процессами; большое количество было произведено в атмосфере во время ядерных испытаний до Договора об ограниченном запрещении испытаний . Естественное производство 14 C и, следовательно, его концентрация в атмосфере меняются лишь незначительно с течением времени.

Растения поглощают 14 C, фиксируя атмосферный углерод посредством фотосинтеза . Затем животные поглощают 14 C в свои тела, когда они потребляют растения (или потребляют других животных, которые потребляют растения). Таким образом, живые растения и животные имеют почти такое же соотношение 14 C к 12 C, как и атмосферный CO 2 . После смерти организмы прекращают обмениваться углеродом с атмосферой и, таким образом, больше не поглощают новый 14 C. Этот эффект является основой радиоуглеродного датирования , при условии, что фракционирование, зависящее от массы, и уменьшение 14 C из-за радиоактивного распада учитываются.

Фотосинтетически фиксированный углерод в наземных растениях обеднен 13 C по сравнению с атмосферным CO 2 . [5] Это фракционирование изотопов углерода вызвано кинетическими изотопными эффектами и зависимостью от массы коэффициента диффузии CO 2 . Общий эффект незначителен в растениях C4 , но гораздо больше в растениях C3 , которые составляют основную часть наземной биомассы во всем мире. Истощение в растениях CAM варьируется между значениями, наблюдаемыми для растений C3 и C4. Кроме того, большинство ископаемых видов топлива происходит из биологического материала C3, произведенного десятки-сотни миллионов лет назад. Растения C4 не были распространены до примерно 6-8 миллионов лет назад, и хотя фотосинтез CAM присутствует у современных родственников Lepidodendrales низменных лесов каменноугольного периода , даже если эти растения также имели фотосинтез CAM, они не были основным компонентом общей биомассы.

Ископаемое топливо, такое как уголь и нефть , в основном состоит из растительного материала, который отложился миллионы лет назад. Этот период времени равен тысячам периодов полураспада 14 C, поэтому по сути весь 14 C в ископаемом топливе распался. [6] Ископаемое топливо также обеднено 13 C относительно атмосферы, поскольку оно изначально образовалось из живых организмов. Поэтому углерод из ископаемого топлива, который возвращается в атмосферу посредством сгорания, обеднен как 13 C, так и 14 C по сравнению с атмосферным углекислым газом.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Tans, PP; de Jong, AFM; Mook, WG (30 августа 1979 г.). «Естественное атмосферное изменение 14 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 радиоактивных веществ. Архивировано из оригинала 29-09-2007 . Получено 19-10-2007 .
  3. ^ Килинг, CD (1979). "Эффект Зюсса: взаимосвязи 13 углерода и 14 углерода". Environment International . 2 ( 4–6 ): 229–300 . Bibcode : 1979EnInt...2..229K. doi : 10.1016/0160-4120(79)90005-9.
  4. ^ Шварц, SE; Хуа, Q.; Эндрюс, DE; Килинг, RF; Леман, SJ; Тернбулл, JC; Реймер, P, J.; Миллер, JB; Мейер, HAJ (2024). "Обсуждение: Представление данных об атмосферном 14CO2". Радиоуглерод . xx (xx): 1– 14. doi : 10.1017/RDC.2024.27 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Фаркухар, ГД; Элерингер, Дж. Р.; Хабик, КТ (1989). «Распознавание изотопов углерода и фотосинтез». Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol . 40 : 503– 537. doi :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 . doi : 10.5194/acp-14-7273-2014 .

Дальнейшее чтение

  • Кабанейро, А.; Фернандес, И. (октябрь 2015 г.). «Раскрытие чувствительности биома к атмосферным изменениям: экофизиологические зависимости стабильного изотопа C во время фотосинтетического поглощения CO2 в экосистемах приморской сосны и обыкновенной сосны из юго-западной Европы». Environmental Technology & Innovation . 4 : 52– 61. Bibcode : 2015EnvTI...4...52C. doi : 10.1016/j.eti.2015.04.007 .(25-летнее дендрохронологическое исследование (1978–2002 гг.) с использованием масс-спектрометрии соотношений стабильного изотопа C в годичных кольцах многолетних деревьев из южной части Атлантической Европы, которое изучает взаимосвязи эффекта Зюсса и экосистемы для изучения чувствительности биома к атмосферным изменениям 13 C-CO 2 )
  • Suess, HE (сентябрь 1955 г.). «Концентрация радиоуглерода в современной древесине». Science . 122 (3166): 415– 417. Bibcode :1955Sci...122..415S. doi :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: Труды Двенадцатого Нобелевского симпозиума, состоявшегося в Институте физики Уппсальского университета . Нью-Йорк: Wiley. С.  275–301 . LCCN  73115769.(в Южном полушарии)
  • Аномальный эффект Зюсса над Европой
  • Масштабы и происхождение антропогенного увеличения концентрации CO2 и эффекта Зюсса 13C в северных морях с 1981 г.
  • Подвержены ли пахотные почвы городских территорий влиянию атмосферного эффекта Зюсса?
  • Необходимость внесения поправки на эффект Зюсса при использовании δ13C в отложениях автотрофного озера Танганьика в качестве показателя продуктивности в антропоцене
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Зюсс_эффект&oldid=1219017179"