El efecto Dole , llamado así por Malcolm Dole , describe una desigualdad en la relación entre el isótopo pesado 18 O (un átomo de oxígeno "estándar" con dos neutrones adicionales ) y el más ligero 16 O, medido en la atmósfera y el agua de mar. Esta relación se suele denotar como 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 en 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, y 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 con 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 lo tanto, cuando los niveles atmosféricos de 18 O son lo suficientemente altos, la fotosíntesis actuará como un factor reductor. Sin embargo, como factor de complicación, el grado de fraccionamiento (es decir, cambio en la relación isotópica) que ocurre debido a la fotosíntesis no depende completamente del agua absorbida 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 significativos.
Como 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 terrestre resultaría en un cambio del efecto Dole de -2-3‰ con respecto al valor actual de 23,5‰ [ aclarar ] . [7]
La estabilidad (dentro del 0,5‰) de la relación atmosférica 18 O a 16 O con respecto a las aguas superficiales del mar desde el último interglacial (los últimos 130 000 años), según se desprende de los núcleos de hielo, sugiere que la productividad terrestre y marina han variado juntas durante este período de tiempo.
Se ha descubierto que las variaciones milenarias del efecto Dole están relacionadas con eventos abruptos de cambio climático en la región del Atlántico Norte durante los últimos 60 mil años (1 mil años = 1000 años). [8] Las altas correlaciones del efecto Dole con el espeleotema δ 18 O, un indicador de la precipitación monzónica , sugieren que está sujeto a cambios en la productividad terrestre en latitudes bajas. Las variaciones de escala orbital del efecto Dole, caracterizadas por períodos de 20 a 100 mil años, 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 el agua de mar, utilizándose ligeras variaciones en la química para rastrear una "parcela" discreta de agua y determinar su edad.