Suessov efekat

Suessov efekat je promjena u odnosu atmosferskih koncentracija teških izotopa ugljika (¹³C i ¹⁴C) primjesom velikih količina CO₂ dobivenog iz fosilnih goriva, koji ne sadrži ¹⁴CO₂ i osiromašen je sa ¹³CO₂ u odnosu na CO₂ u atmosferi i ugljik u gornjem okeanu i kopnenoj biosferi.^[1] Otkrio ga je austrijski hemičar Hans Suess, po kojem je i nazvan,^[2] nakon što je primijetio utjecaj tog efekta na tačnost datiranja radiokarbonom. U novije vrijeme, Suessov efekat se koristi u istraživanjima klimatskih promjena. Taj termin se prvobitno odnosio samo na razrjeđivanje atmosferskog ¹⁴CO₂ u odnosu na ¹²CO₂. Koncept je kasnije proširen na razrjeđivanje ¹³CO₂ i na druge rezervoare ugljika poput okeana i tla, opet u odnosu na ¹²C.^[3]

Iako se odnos atmosferskog ¹⁴CO₂ i ¹²CO₂ smanjio tokom industrijskog doba (prije atmosferskog testiranja nuklearnog oružja, koje je počelo oko 1950. godine), zbog povećanja količine atmosferskog CO₂ u tom periodu, otprilike između 1850. i 1950. godine, uzrokovanog sagorijevanjem fosilnih goriva, količina atmosferskog ¹⁴CO₂ se zapravo povećala.^[4]

Izotopi ugljika

Ugljik ima tri prirodna izotopa. Oko 99% ugljika na Zemlji je ugljik-12 (¹²C), oko 1% je ugljik-13 (¹³C), a u tragovima se javlja i ugljik-14 (¹⁴C). Izotopi ¹²C i ¹³C su stabilni, dok se ¹⁴C radioaktivno raspada na azot-14 (¹⁴N) s vremenom poluraspada od 5730 godina. ¹⁴C na Zemlji se proizvodi gotovo isključivo interakcijom kozmičkog zračenja s gornjim slojevima atmosfere. Atom ¹⁴C nastaje kada termalni neutron istisne proton u ¹⁴N. Minorne količine ¹⁴C proizvode se drugim radioaktivnim procesima; velika količina je proizvedena u atmosferi tokom nuklearnih testiranja prije Sporazuma o ograničenoj zabrani nuklearnih testiranja. Prirodna proizvodnja ¹⁴C, a time i atmosferska koncentracija, varira samo neznatno tokom vremena.

Biljke apsorbiraju ¹⁴C fiksirajući atmosferski ugljik putem fotosinteze. Životinje zatim unose ¹⁴C u svoja tijela kada konzumiraju biljke (ili druge životinje koje konzumiraju biljke). Dakle, žive biljke i životinje imaju gotovo isti omjer ¹⁴C i ¹²C kao i atmosferski CO₂. Nakon što organizmi uginu, prestaju razmjenjivati ugljik s atmosferom i stoga više ne apsorbiraju novi ¹⁴C. Taj efekat je osnova radiokarbonskog datiranja, s tim da se uzimaju u obzir frakcioniranje ovisno o masi i smanjenje ¹⁴C zbog radioaktivnog raspada.

Fotosintetski fiksirani ugljik u kopnenim biljkama je osiromašen u ¹³C u poređenju sa atmosferskim CO₂.^[5] To frakcionisanje izotopa ugljika uzrokovano je kinetičkim izotopskim efektima i ovisnošću mase o difuzivnosti CO₂. Ukupni efekat je blag kod C4 biljaka, ali mnogo veći kod C3 biljaka koje čine većinu kopnene biomase širom svijeta. Osiromašenje kod CAM biljaka varira između vrijednosti zabilježenih za C3 i C4 biljke. Osim toga, većina fosilnih goriva potiče od C3 biološkog materijala proizvedenog prije desetina do stotina miliona godina. C4 biljke nisu postale uobičajene do prije otprilike 6 do 8 miliona godina i, iako je CAM fotosinteza prisutna kod modernih srodnika lepidodendrala iz karbonskih nizinskih šuma, čak i ako su te biljke također imale CAM fotosintezu, one nisu bile glavna komponenta ukupne biomase.

Fosilna goriva poput uglja i nafte stvorena su prvenstveno od biljnog materijala koji je taložen prije stotina miliona godina. Taj vremenski period jednak je hiljadama vremena poluraspada ¹⁴C, tako da se u suštini sav ¹⁴C u fosilnim gorivima raspao.^[6] Fosilna goriva su također osiromašena sa ¹³C u odnosu na atmosferu, jer su prvobitno nastala od živih organizama. Stoga je ugljik iz fosilnih goriva koji se vraća u atmosferu sagorijevanjem osiromašen i sa ¹³C i sa ¹⁴C u poređenju sa atmosferskim ugljen dioksidom.

Povezano

Reference

↑ Tans, P.P.; de Jong, A.F.M.; Mook, W. G. (30 August 1979). „Natural atmospheric ¹⁴C variation and the Suess effect”. Nature 280 (5725): 826–828. Bibcode 1979Natur.280..826T. DOI:10.1038/280826a0.
↑ „CARD: What is the Suess effect?”. Canadian Archaeological Radioactive Database. Arhivirano iz originala na datum 2007-09-29. Pristupljeno 2007-10-19.
↑ Keeling, C. D. (1979). „The Suess effect: ¹³Carbon-¹⁴Carbon interrelations.”. Environment International 2 (4–6): 229–300. Bibcode 1979EnInt...2..229K. DOI:10.1016/0160-4120(79)90005-9.
↑ Schwartz, S. E.; Hua, Q.; Andrews, D. E.; Keeling, R. F.; Lehman, S. J.; Turnbull, J. C.; Reimer, P, J.; Miller, J. B. i dr.. (2024). „Discussion: Presentation of Atmospheric ¹⁴CO₂ Data.”. Radiocarbon xx (xx): 1–14. DOI:10.1017/RDC.2024.27.
↑ Farquhar, G. D.; Ehleringer, J. R.; Hubick, K. T. (1989). „Carbon Isotope Discrimination and Photosynthesis”. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 40: 503–537. DOI:10.1146/annurev.pp.40.060189.002443.
↑ Bozhinova, D.; van der Molen, M. K.; van der Velde, I. R.; Krol, M. C.; van der Laan, S.; Meijer, H. A. J.; Peters, W. (17 July 2014). „Simulating the integrated summertime Δ14CO2 signature from anthropogenic emissions over Western Europe”. Atmos. Chem. Phys. 14 (14): 7273–7290. DOI:10.5194/acp-14-7273-2014.

Daljnje čitanje

Cabaneiro, A.; Fernandez, I. (October 2015). „Disclosing biome sensitivity to atmospheric changes: Stable C isotope ecophysiological dependences during photosynthetic CO₂ uptake in Maritime pine and Scots pine ecosystems from southwestern Europe.”. Environmental Technology & Innovation 4: 52–61. Bibcode 2015EnvTI...4...52C. DOI:10.1016/j.eti.2015.04.007. (a 25-year-long dendrochronological study (1978–2002) using stable C isotope ratio mass spectrometry in growth rings of perennial trees from the Southern Atlantic Europe that explores the Suess Effect-ecosystem relationships to examine the biome sensitivity to ¹³C-CO₂ atmospheric changes)
Suess, H. E. (September 1955). „Radiocarbon Concentration in Modern Wood”. Science 122 (3166): 415–417. Bibcode 1955Sci...122..415S. DOI:10.1126/science.122.3166.415-a. (in Northern hemisphere)
Lerman, J. C.; Mook, Wim; Vogel, J. C. (1970). „Radiocarbon Variations and Absolute Chronology: Proceedings of the Twelfth Nobel Symposium held at the Institute of Physics at Uppsala University”. u: Olsson, Ingrid U.. New York: Wiley. pp. 275–301. LCCN 73115769. (in the Southern Hemisphere)

Vanjske poveznice

[1] Tans, P.P.; de Jong, A.F.M.; Mook, W. G. (30 August 1979). „Natural atmospheric ¹⁴C variation and the Suess effect”. Nature 280 (5725): 826–828. Bibcode 1979Natur.280..826T. DOI:10.1038/280826a0.

[2] „CARD: What is the Suess effect?”. Canadian Archaeological Radioactive Database. Arhivirano iz originala na datum 2007-09-29. Pristupljeno 2007-10-19.

[3] Keeling, C. D. (1979). „The Suess effect: ¹³Carbon-¹⁴Carbon interrelations.”. Environment International 2 (4–6): 229–300. Bibcode 1979EnInt...2..229K. DOI:10.1016/0160-4120(79)90005-9.

[4] Schwartz, S. E.; Hua, Q.; Andrews, D. E.; Keeling, R. F.; Lehman, S. J.; Turnbull, J. C.; Reimer, P, J.; Miller, J. B. i dr.. (2024). „Discussion: Presentation of Atmospheric ¹⁴CO₂ Data.”. Radiocarbon xx (xx): 1–14. DOI:10.1017/RDC.2024.27.

[5] Farquhar, G. D.; Ehleringer, J. R.; Hubick, K. T. (1989). „Carbon Isotope Discrimination and Photosynthesis”. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 40: 503–537. DOI:10.1146/annurev.pp.40.060189.002443.

[6] Bozhinova, D.; van der Molen, M. K.; van der Velde, I. R.; Krol, M. C.; van der Laan, S.; Meijer, H. A. J.; Peters, W. (17 July 2014). „Simulating the integrated summertime Δ14CO2 signature from anthropogenic emissions over Western Europe”. Atmos. Chem. Phys. 14 (14): 7273–7290. DOI:10.5194/acp-14-7273-2014.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]