Эффект Доула
Эффект Доула — повышенное содержание тяжелого изотопа 18О (обычного, более стабильного атома кислорода с двумя дополнительными нейтронами) в атмосфере по сравнению с морской водой, относительно его более лёгкого и менее стабильного изотопа 16О. Обычно соотношение 18O/16O, выражают как отклонение изотопной сигнатуры в образце по отношению к сигнатуре стандарта, выраженное в промилле, и обозначают как δ18O. Эффект назван в честь американского химика Малкольма Доула. В 1935 году[1][2] было обнаружено, что в воздухе содержится больше 18О чем в морской воде; количественная оценка 1975 года дала результат в 23,5 ‰[3], но в 2005 году значение уточнили до 23,88 ‰[4]. Дисбаланс возникает преимущественно в результате дыхания растений и животных. Благодаря термодинамике изотопных реакций[5], для дыхания предпочтительно используется более лёгкий, а значит и более реакционноспособный, 16O, что увеличивает относительный объём 18O в атмосфере.
Неравенство изотопного состава воды и воздуха уравновешивается фотосинтезом, который возвращает более лёгкий 16О в атмосферу. В результате фотосинтеза выделяется кислород такого же изотопного состава (то есть с таким же соотношением между 18О и 16О) как и в воде (H2O), используемой водоокисляющим комплексом[6], а её состав не зависит от атмосферного соотношение изотопов. Таким образом, при достаточно высоком атмосферном уровне 18О, фотосинтез будет выступать в качестве уравновешивающего фактора. Однако степень фракционирования (то есть изменение изотопного соотношения), обеспечивается не только фотосинтезом. Фракционирование может происходить и в результате преимущественного испарения Н216О — воды, несущей легкие изотопы кислорода, а также других небольших, но значимых процессов.
Использование эффекта Доула
Поскольку из-за испарения океанические и наземные воды имеют различное соотношение 18О/16О, то по эффекту Доула можно судить об интенсивности фотосинтеза в пресноводных и морских водоёмах[7]. Полная остановка всего наземного фотосинтеза привела бы к сдвигу величины эффекта Доула на -2-3‰ от его текущего значения в 23.8‰.
Исходя из данных, полученных из кернов льда, прослеживается стабильность (в пределах 0,5 ‰) соотношения атмосферного 18О /16О относительно 18О /16О в поверхностных морских водах начиная с последнего межледниковья (последние 130 000 лет). Это говорит о том, что в течение этого периода времени производительность наземного и морского фотосинтеза изменялись синхронно.
Изменения эффекта Доула с периодом в тысячу лет связано с резком изменению климата в северной части Атлантического океана за последние 60 тыс. лет[8]. Высокая степень корреляции эффекта Доула с δ18О в натёчных изображениях, свидетельствует о муссонных осадках, которые предположительно происходили по причине изменения производительности низкоширотных наземных растений. Орбитальный масштаб изменения эффекта характеризуется периодами в 20-100 тыс. л. н., и хорошо соотносится с орбитальным эксцентриситетом и прецессией Земли, но не с наклоном её орбиты[9].
Эффект Доула также может быть применен в качестве индикаторного в морской воде, с небольшими вариациями в химии он используется для определения дискретных «частей» воды и подсчёта её возраста.
Напишите отзыв о статье "Эффект Доула"
Примечания
- ↑ Malcolm Dole (1936). «The Relative Atomic Weight of Oxygen in Water and in Air». Journal of Chemical Physics 4 (4): 268–275. DOI:10.1063/1.1749834.
- ↑ Morita N. (1935). «The increased density of air oxygen relative to water oxygen». J. Chem. Soc. Japan 56: 1291.
- ↑ Kroopnick P. Craig, H. (1972). «Atmospheric Oxygen: Isotopic Composition and Solubility Fractionation». Science 175 (4017): 54–55. DOI:10.1126/science.175.4017.54. PMID 17833979.
- ↑ Luz, B. Barkan, E. (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.
- ↑ Urey H.C. (1947). «The thermodynamic properties of isotopic substances». J. Chem. Soc: 562–581. DOI:10.1039/JR9470000562.
- ↑ 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.
- ↑ 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. DOI:10.1029/94GB00724.
- ↑ 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. DOI:10.1126/science.1169473.
- ↑ Landais, A.; Dreyfus, G.; Capron, E.; Masson-Delmotte, V.; Sanchez-Goñi, M.F.; Desprat, S.; Hoffmann, G.; Jouzel, J.; Leuenberger, M.; Johnsen, S. (2010). «What drives the millennial and orbital variations of δ18Oatm». Quaternary Sci. Rev. 29: 235–246. DOI:10.1016/j.quascirev.2009.07.005.
См. также
Отрывок, характеризующий Эффект Доула
– Но что же это значит? – задумчиво сказала Наташа.– Ах, я не знаю, как все это необычайно! – сказала Соня, хватаясь за голову.
Через несколько минут князь Андрей позвонил, и Наташа вошла к нему; а Соня, испытывая редко испытанное ею волнение и умиление, осталась у окна, обдумывая всю необычайность случившегося.
В этот день был случай отправить письма в армию, и графиня писала письмо сыну.
– Соня, – сказала графиня, поднимая голову от письма, когда племянница проходила мимо нее. – Соня, ты не напишешь Николеньке? – сказала графиня тихим, дрогнувшим голосом, и во взгляде ее усталых, смотревших через очки глаз Соня прочла все, что разумела графиня этими словами. В этом взгляде выражались и мольба, и страх отказа, и стыд за то, что надо было просить, и готовность на непримиримую ненависть в случае отказа.
Соня подошла к графине и, став на колени, поцеловала ее руку.
– Я напишу, maman, – сказала она.
Соня была размягчена, взволнована и умилена всем тем, что происходило в этот день, в особенности тем таинственным совершением гаданья, которое она сейчас видела. Теперь, когда она знала, что по случаю возобновления отношений Наташи с князем Андреем Николай не мог жениться на княжне Марье, она с радостью почувствовала возвращение того настроения самопожертвования, в котором она любила и привыкла жить. И со слезами на глазах и с радостью сознания совершения великодушного поступка она, несколько раз прерываясь от слез, которые отуманивали ее бархатные черные глаза, написала то трогательное письмо, получение которого так поразило Николая.
На гауптвахте, куда был отведен Пьер, офицер и солдаты, взявшие его, обращались с ним враждебно, но вместе с тем и уважительно. Еще чувствовалось в их отношении к нему и сомнение о том, кто он такой (не очень ли важный человек), и враждебность вследствие еще свежей их личной борьбы с ним.
Но когда, в утро другого дня, пришла смена, то Пьер почувствовал, что для нового караула – для офицеров и солдат – он уже не имел того смысла, который имел для тех, которые его взяли. И действительно, в этом большом, толстом человеке в мужицком кафтане караульные другого дня уже не видели того живого человека, который так отчаянно дрался с мародером и с конвойными солдатами и сказал торжественную фразу о спасении ребенка, а видели только семнадцатого из содержащихся зачем то, по приказанию высшего начальства, взятых русских. Ежели и было что нибудь особенное в Пьере, то только его неробкий, сосредоточенно задумчивый вид и французский язык, на котором он, удивительно для французов, хорошо изъяснялся. Несмотря на то, в тот же день Пьера соединили с другими взятыми подозрительными, так как отдельная комната, которую он занимал, понадобилась офицеру.
Все русские, содержавшиеся с Пьером, были люди самого низкого звания. И все они, узнав в Пьере барина, чуждались его, тем более что он говорил по французски. Пьер с грустью слышал над собою насмешки.
На другой день вечером Пьер узнал, что все эти содержащиеся (и, вероятно, он в том же числе) должны были быть судимы за поджигательство. На третий день Пьера водили с другими в какой то дом, где сидели французский генерал с белыми усами, два полковника и другие французы с шарфами на руках. Пьеру, наравне с другими, делали с той, мнимо превышающею человеческие слабости, точностью и определительностью, с которой обыкновенно обращаются с подсудимыми, вопросы о том, кто он? где он был? с какою целью? и т. п.
Вопросы эти, оставляя в стороне сущность жизненного дела и исключая возможность раскрытия этой сущности, как и все вопросы, делаемые на судах, имели целью только подставление того желобка, по которому судящие желали, чтобы потекли ответы подсудимого и привели его к желаемой цели, то есть к обвинению. Как только он начинал говорить что нибудь такое, что не удовлетворяло цели обвинения, так принимали желобок, и вода могла течь куда ей угодно. Кроме того, Пьер испытал то же, что во всех судах испытывает подсудимый: недоумение, для чего делали ему все эти вопросы. Ему чувствовалось, что только из снисходительности или как бы из учтивости употреблялась эта уловка подставляемого желобка. Он знал, что находился во власти этих людей, что только власть привела его сюда, что только власть давала им право требовать ответы на вопросы, что единственная цель этого собрания состояла в том, чтоб обвинить его. И поэтому, так как была власть и было желание обвинить, то не нужно было и уловки вопросов и суда. Очевидно было, что все ответы должны были привести к виновности. На вопрос, что он делал, когда его взяли, Пьер отвечал с некоторою трагичностью, что он нес к родителям ребенка, qu'il avait sauve des flammes [которого он спас из пламени]. – Для чего он дрался с мародером? Пьер отвечал, что он защищал женщину, что защита оскорбляемой женщины есть обязанность каждого человека, что… Его остановили: это не шло к делу. Для чего он был на дворе загоревшегося дома, на котором его видели свидетели? Он отвечал, что шел посмотреть, что делалось в Москве. Его опять остановили: у него не спрашивали, куда он шел, а для чего он находился подле пожара? Кто он? повторили ему первый вопрос, на который он сказал, что не хочет отвечать. Опять он отвечал, что не может сказать этого.
