El efecto Suess es un cambio en la proporción de las concentraciones atmosféricas de isótopos pesados de carbono ( 13 C y 14 C) por la mezcla de grandes cantidades de CO 2 derivado de combustibles fósiles , que no contiene 14 CO 2 y se agota en 13 CO 2 en relación con el CO 2 en la atmósfera y el carbono en el océano superior y la biosfera terrestre. [1] Fue descubierto por el químico austríaco Hans Suess y lleva el nombre de este , [2] quien notó la influencia de este efecto en la precisión de la datación por radiocarbono . Más recientemente, el efecto Suess se ha utilizado en estudios sobre el cambio climático . El término originalmente se refería solo a la dilución del 14 CO 2 atmosférico en relación con el 12 CO 2. El concepto se extendió más tarde a la dilución del 13 CO 2 y a otros reservorios de carbono como los océanos y los suelos, nuevamente en relación con el 12 C. [3]
Aunque la relación entre el 14 CO 2 atmosférico y el 12 CO 2 disminuyó durante la era industrial (antes de las pruebas atmosféricas de armas nucleares, que comenzaron alrededor de 1950), debido al aumento, debido a las emisiones de combustibles fósiles, en la cantidad de CO 2 atmosférico durante este período, aproximadamente de 1850 a 1950, la cantidad de 14 CO 2 atmosférico en realidad aumentó durante este período. [4]
El carbono tiene tres isótopos naturales . Aproximadamente el 99% del carbono en la Tierra es carbono -12 ( 12 C ), aproximadamente el 1% es carbono-13 ( 13 C ), y una cantidad traza es carbono-14 ( 14 C ). Los isótopos 12 C y 13 C son estables, mientras que 14 C se desintegra radiactivamente en nitrógeno -14 ( 14 N ) con una vida media de 5730 años. 14 C en la Tierra se produce casi exclusivamente por la interacción de la radiación cósmica con la atmósfera superior. Un átomo de 14 C se crea cuando un neutrón térmico desplaza un protón en 14 N. Se producen cantidades minúsculas de 14 C por otros procesos radiactivos; una gran cantidad se produjo en la atmósfera durante las pruebas nucleares antes del Tratado de Prohibición Limitada de Ensayos . La producción natural de 14 C y, por lo tanto, la concentración atmosférica varía solo ligeramente con el tiempo.
Las plantas absorben 14 C al fijar el carbono atmosférico mediante la fotosíntesis . Luego, los animales absorben 14 C en sus cuerpos cuando consumen plantas (o consumen otros animales que consumen plantas). Por lo tanto, las plantas y los animales vivos tienen casi la misma proporción de 14 C a 12 C que el CO 2 atmosférico . Una vez que los organismos mueren, dejan de intercambiar carbono con la atmósfera y, por lo tanto, ya no absorben 14 C nuevo. Este efecto es la base de la datación por radiocarbono , con la condición de que se tengan en cuenta el fraccionamiento dependiente de la masa y la disminución de 14 C debido a la desintegración radiactiva.
El carbono fijado fotosintéticamente en las plantas terrestres se agota en 13 C en comparación con el CO 2 atmosférico . [5] Este fraccionamiento de los isótopos de carbono es causado por los efectos cinéticos de los isótopos y la dependencia de la masa de la difusividad del CO 2 . El efecto general es leve en las plantas C4 , pero mucho mayor en las plantas C3 , que forman la mayor parte de la biomasa terrestre en todo el mundo. El agotamiento en las plantas CAM varía entre los valores observados para las plantas C3 y C4. Además, la mayoría de los combustibles fósiles se originan a partir de material biológico C3 producido hace decenas a cientos de millones de años. Las plantas C4 no se volvieron comunes hasta hace unos 6 a 8 millones de años, y aunque la fotosíntesis CAM está presente en los parientes modernos de los Lepidodendrales de los bosques de tierras bajas del Carbonífero , incluso si estas plantas también tenían fotosíntesis CAM, no eran un componente principal de la biomasa total.
Los combustibles fósiles, como el carbón y el petróleo , están compuestos principalmente de material vegetal que se depositó hace millones de años. Este período de tiempo equivale a miles de vidas medias del 14 C, por lo que, esencialmente, todo el 14 C de los combustibles fósiles se ha desintegrado. [6] Los combustibles fósiles también están empobrecidos en 13 C en relación con la atmósfera, porque originalmente se formaron a partir de organismos vivos. Por lo tanto, el carbono de los combustibles fósiles que se devuelve a la atmósfera a través de la combustión está empobrecido tanto en 13 C como en 14 C en comparación con el dióxido de carbono atmosférico.
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