Hiệu ứng Dole

Hiệu ứng Dole, được đặt tên theo Malcolm Dole, mô tả sự bất bình đẳng về tỷ lệ của đồng vị nặng 18O (một nguyên tử oxy "tiêu chuẩn" với hai neutron bổ sung) so với 16O nhẹ hơn, được đo trong khí quyển và nước biển. Tỷ lệ này thường được ký hiệu là δ<sup id="mwDQ">18</sup>O.

Nó đã được nhận thấy vào năm 1935 [1][2] rằng không khí chứa nhiều 18O hơn so với nước biển; điều này đã được định lượng vào năm 1975 đến 23,5,[3] nhưng sau đó được tinh chỉnh thành 23,88 vào năm 2005.[4] Sự mất cân bằng phát sinh chủ yếu là do hô hấp ở thực vậtđộng vật. Do nhiệt động lực học của các phản ứng đồng vị,[5] hô hấp loại bỏ nguồn phát - do đó phản ứng mạnh hơn - 16O ưu tiên đến 18O, làm tăng lượng tương đối 18O trong khí quyển.

Sự bất bình đẳng được cân bằng bởi quang hợp. Quang hợp phát ra oxy có cùng thành phần đồng vị (nghĩa là tỷ lệ giữa <sup id="mwIw">18</sup>O và <sup id="mwJA">16</sup>O) là nước (H2O) được sử dụng trong phản ứng,[6] không phụ thuộc vào tỷ lệ khí quyển. Do đó, khi mức 18O trong khí quyển đủ cao, quá trình quang hợp sẽ đóng vai trò là yếu tố khử. Tuy nhiên, là một yếu tố phức tạp, mức độ phân đoạn (tức là thay đổi tỷ lệ đồng vị) xảy ra do quang hợp không hoàn toàn phụ thuộc vào nước được tạo ra bởi nhà máy, vì sự phân đoạn có thể xảy ra do sự bốc hơi ưu đãi của H216O - đồng vị oxy mang nước nhẹ hơn, và các quá trình nhỏ nhưng quan trọng khác.

Áp dụng hiệu ứng DoleSửa đổi

Do sự bốc hơi làm cho nước biển và đất liền có tỷ lệ khác nhau từ 18O đến 16O, hiệu ứng Dole sẽ phản ánh mức độ quan trọng của quang hợp trên đất liền và trên biển. Việc loại bỏ hoàn toàn năng suất trên đất sẽ dẫn đến hiệu ứng Dole thay đổi -2-3 ‰ từ giá trị hiện tại là 23,5 ‰.[7]

Độ ổn định (trong vòng 0,5 ‰) của tỷ lệ 18O đến 16O trong khí quyển đối với nước mặt biển kể từ vùng gian băng cuối cùng (130 000 năm trước), như xuất phát từ lõi băng, cho thấy năng suất trên mặt đất và trên biển đã thay đổi cùng nhau trong khoảng thời gian này

Các biến thể ngàn năm của hiệu ứng Dole đã được tìm thấy có liên quan đến các sự kiện biến đổi khí hậu đột ngột ở khu vực Bắc Đại Tây Dương trong suốt 60 kyr vừa qua.[8] Mối tương quan cao của hiệu ứng Dole với speleothem δ18O, một chỉ số cho lượng mưa gió mùa, cho thấy nó có thể thay đổi năng suất mặt đất ở vĩ độ thấp. Biến quy mô quỹ đạo của hiệu ứng Dole, đặc trưng bởi các giai đoạn 20-100 kyr, đáp ứng mạnh mẽ với Trái Đất quỹ đạo lệch tâmtuế sai, nhưng không nghiêng.[9]

Hiệu ứng Dole cũng có thể được áp dụng như một chất đánh dấu trong nước biển, với các biến đổi nhỏ trong hóa học được sử dụng để theo dõi một "mẫu" rời rạc và xác định tuổi của nó.

Xem thêmSửa đổi

Tham khảoSửa đổi

  1. ^ Dole, Malcolm (1936). “The Relative Atomic Weight of Oxygen in Water and in Air”. Journal of Chemical Physics. 4 (4): 268–275. Bibcode:1936JChPh...4..268D. doi:10.1063/1.1749834.
  2. ^ Morita, N. (1935). “The increased density of air oxygen relative to water oxygen”. J. Chem. Soc. Japan. 56: 1291.
  3. ^ Kroopnick, P.; Craig, H. (1972). “Atmospheric Oxygen: Isotopic Composition and Solubility Fractionation”. Science. 175 (4017): 54–55. Bibcode:1972Sci...175...54K. doi:10.1126/science.175.4017.54. PMID 17833979.
  4. ^ Barkan, E.; Luz, B. (2005). “High precision measurements of 17O/16O and 18O/16O ratios in H2O”. Rapid Commun. Mass Spectrom. 19: 3737–3742. doi:10.1002/rcm.2250.
  5. ^ Urey, H.C. (1947). “The thermodynamic properties of isotopic substances”. J. Chem. Soc.: 562–581. doi:10.1039/JR9470000562.
  6. ^ Guy, Robert D. (1989). “Differential fractionation of oxygen isotopes by cyanide-resistant and cyanide-sensitive respiration in plants”. Planta. 177 (4): 483–491. doi:10.1007/BF00392616. PMID 24212490. Đã bỏ qua tham số không rõ |displayauthors= (gợi ý |display-authors=) (trợ giúp)
  7. ^ Bender, M.; Sowers, T.; Labeyrie, L. (1994). “The Dole effect and its variations during the last 130,000 years as measured in the Vostok ice core”. Global Biogeochemical Cycles. 8 (3): 363–376. Bibcode:1994GBioC...8..363B. doi:10.1029/94GB00724.
  8. ^ Severinghaus, J.P.; Beaudette, R.; Headly, M.A.; Taylor, K.; Brook, E.J. (2009). “Oxygen-18 of O2 records the impact of abrupt climate change on the terrestrial biosphere”. Science. 324 (5933): 1431–1434. Bibcode:2009Sci...324.1431S. doi:10.1126/science.1169473.
  9. ^ Landais, A.; Dreyfus, G.; Capron, E.; Masson-Delmotte, V.; Sanchez-Goñi, M.F.; Desprat, S.; Hoffmann, G.; Jouzel, J.; Leuenberger, M. (2010). “What drives the millennial and orbital variations of δ18Oatm”. Quaternary Sci. Rev. 29: 235–246. Bibcode:2010QSRv...29..235L. doi:10.1016/j.quascirev.2009.07.005.

Liên kết ngoàiSửa đổi