El efecto Dole , llamado así por Malcolm Dole , describe una desigualdad en la proporción del isótopo pesado 18 O (un átomo de oxígeno "estándar" con dos neutrones adicionales ) y el 16 O más ligero , medido en la atmósfera y el agua de mar. Esta relación se denota generalmente δ 18 O .
En 1935 [1] [2] se observó que el aire contenía más 18 O que el agua de mar; esto se cuantificó en 1975 a 23,5 ‰, [3] pero luego se refinó a 23,88 ‰ en 2005. [4] El desequilibrio surge principalmente como resultado de la respiración en plantas y animales . Debido a la termodinámica de las reacciones isotópicas, [5] la respiración elimina el 16 O más ligero, por lo tanto más reactivo, en lugar del 18 O, lo que aumenta la cantidad relativa de 18 O en la atmósfera.
La desigualdad se equilibra mediante la fotosíntesis . La fotosíntesis emite oxígeno con la misma composición isotópica (es decir, la relación entre 18 O y 16 O ) que el agua (H 2 O) utilizada en la reacción, [6] que es independiente de la relación atmosférica. Por tanto, cuando los niveles atmosféricos de 18 O son lo suficientemente altos, la fotosíntesis actuará como factor reductor. Sin embargo, como factor de complicación, el grado de fraccionamiento (es decir, el cambio en la proporción de isótopos) que ocurre debido a la fotosíntesis no depende completamente del agua extraída por la planta, ya que el fraccionamiento puede ocurrir como resultado de la evaporación preferencial de H 2 16 O - agua que contiene isótopos de oxígeno más ligeros, [ aclarar ] y otros procesos pequeños pero importantes.
Uso del efecto Dole
Dado que la evaporación hace que las aguas oceánicas y terrestres tengan una proporción diferente de 18 O a 16 O, el efecto Dole reflejará la importancia relevante de la fotosíntesis terrestre y marina. La eliminación completa de la productividad basada en la tierra resultaría en un cambio del efecto Dole de -2-3 ‰ del valor actual de 23,5 ‰ [ aclarar ] . [7]
La estabilidad (dentro de 0,5 ‰) de la relación atmosférica de 18 O a 16 O con respecto a las aguas superficiales del mar desde el último interglaciar (los últimos 130 000 años), según se deriva de los núcleos de hielo, sugiere que la productividad terrestre y marina han variado juntas durante este período de tiempo.
Se encontró que las variaciones milenarias del efecto Dole estaban relacionadas con eventos abruptos de cambio climático en la región del Atlántico Norte durante los últimos 60 kyr (1kyr = 1000years). [8] Las altas correlaciones del efecto Dole con el espeleotema δ 18 O, un indicador de la precipitación del monzón , sugieren que está sujeto a cambios en la productividad terrestre en latitudes bajas. Las variaciones de escala orbital del efecto Dole, caracterizado por períodos de 20-100 kyr, responden fuertemente a la excentricidad y precesión orbital de la Tierra , pero no a la oblicuidad . [9]
El efecto Dole también se puede aplicar como trazador en agua de mar, con ligeras variaciones en la química que se utilizan para rastrear una "parcela" discreta de agua y determinar su edad.
Ver también
Referencias
- ^ Dole, Malcolm (1936). "El peso atómico relativo del oxígeno en el agua y en el aire". Revista de Física Química . 4 (4): 268-275. Código Bibliográfico : 1936JChPh ... 4..268D . doi : 10.1063 / 1.1749834 .
- ^ Morita, N. (1935). "El aumento de la densidad del oxígeno del aire en relación con el oxígeno del agua". J. Chem. Soc. Japón . 56 : 1291.
- ^ Kroopnick, P .; Craig, H. (1972). "Oxígeno atmosférico: composición isotópica y fraccionamiento de solubilidad". Ciencia . 175 (4017): 54–55. Código Bibliográfico : 1972Sci ... 175 ... 54K . doi : 10.1126 / science.175.4017.54 . PMID 17833979 .
- ^ Barkan, E .; Luz, B. (2005). "Medidas de alta precisión de proporciones de 17 O / 16 O y 18 O / 16 O en H 2 O". Rapid Commun. Mass Spectrom . 19 (24): 3737–3742. Código Bibliográfico : 2005RCMS ... 19.3737B . doi : 10.1002 / rcm.2250 . PMID 16308852 .
- ^ Urey, HC (1947). "Las propiedades termodinámicas de las sustancias isotópicas". J. Chem. Soc. : 562–581. doi : 10.1039 / JR9470000562 . PMID 20249764 .
- ^ Guy, Robert D .; et al. (1989). "Fraccionamiento diferencial de isótopos de oxígeno por respiración resistente al cianuro y sensible al cianuro en plantas". Planta . 177 (4): 483–491. doi : 10.1007 / BF00392616 . PMID 24212490 .
- ^ Bender, M .; Sembradoras, T .; Labeyrie, L. (1994). "El efecto Dole y sus variaciones durante los últimos 130.000 años medidos en el núcleo de hielo de Vostok". Ciclos biogeoquímicos globales . 8 (3): 363–376. Código Bibliográfico : 1994GBioC ... 8..363B . doi : 10.1029 / 94GB00724 .
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enlaces externos
- "El ciclo del oxígeno atmosférico" en la Unión Geofísica Estadounidense