ドール効果

マルコム・ドールにちなんで名付けられたドール効果は、大気中および海水中で測定される、重い同位体18 O（標準的な酸素原子に2個の中性子を追加したもの）と軽い同位体16 Oの比の不均衡を表します。この比は通常、δ 18 Oと表記されます。

1935年[1] [2]に、空気中の酸素18濃度が海水よりも高いことが指摘されました。これは1975年に23.5‰と測定されましたが[3]、その後2005年に23.88‰と修正されました。[4]この不均衡は主に植物や動物の呼吸によって生じます。同位体反応の熱力学により、 [5]呼吸はより軽い（したがってより反応性の高い）酸素16を酸素18よりも優先して除去するため、大気中の酸素 18濃度が相対的に増加します。

この不均衡は光合成によって均衡が保たれる。光合成は、反応に用いられる水（​​H 2 O）と同じ同位体組成（すなわち18 Oと16 Oの比）を持つ酸素を放出するが[6] 、これは大気中の同位体比とは無関係である。したがって、大気中の18 Oレベルが十分に高い場合、光合成は還元因子として作用する。しかし、複雑な要因として、光合成によって生じる分別（すなわち同位体比の変化）の程度は、植物が吸い上げた水に完全に依存しているわけではない。分別は、より軽い酸素同位体を含む水であるH 2 16 Oの選択的蒸発の結果として起こり得ることがあり、 [明確化]、その他の小さいながらも重要なプロセスも影響する。

ドール効果の利用

蒸発によって海洋水と陸水における酸素18と酸素16の比率が異なるため、ドール効果は陸上および海洋における光合成の重要性を反映する。陸上の生産性を完全に除去した場合、ドール効果は現在の23.5‰から-2～3‰シフトする[明確化]。[7]

氷床コアから得られる最終間氷期（過去 13 万年間）以降の大気中の18 O と16 O の比の海面水に対する安定性（0.5 ‰ 以内）は、この期間中に陸上と海洋の生産性が共に変化してきたことを示唆しています。

ドール効果の千年周期変動は、過去6万年（1千年＝1000年）に北大西洋地域で発生した急激な気候変動と関連していることが判明した。 [ 8 ]ドール効果と、モンスーンの降水量の指標である洞窟生成物のδ18Oとの間に高い相関関係があることから、ドール効果は低緯度における陸上植物の生産性の変化の影響を受けていることが示唆される。2万年から10万年の周期で特徴付けられるドール効果の軌道スケール変動は、地球の軌道離心率と歳差運動に強く反応するが、黄道傾斜角には反応しない。[9]

ドール効果は海水の トレーサーとしても応用でき、化学反応のわずかな変化を利用して個別の「水塊」を追跡し、その年齢を判定することができます。

参照

参考文献

  1. ^ ドール、マルコム(1936). 「水中および空気中の酸素の相対原子量」. Journal of Chemical Physics . 4 (4): 268– 275. Bibcode :1936JChPh...4..268D. doi :10.1063/1.1749834.
  2. ^ 森田暢之 (1935). 「空気中の酸素の密度は水中の酸素に比べて高い」.日本化学会誌56 : 1291.
  3. ^ Kroopnick, P.; Craig, H. (1972). 「大気中の酸素：同位体組成と溶解度分別」. Science . 175 (4017): 54– 55. Bibcode :1972Sci...175...54K. doi :10.1126/science.175.4017.54. PMID  17833979. S2CID  24579820.
  4. ^ Barkan, E.; Luz, B. (2005). 「水中の17 O/ 16 Oおよび18 O/ 16 O比の高精度測定」Rapid Commun. Mass Spectrom . 19 (24): 3737– 3742. Bibcode :2005RCMS...19.3737B. doi :10.1002/rcm.2250. PMID  16308852.
  5. ^ Urey, HC (1947). 「同位体物質の熱力学的性質」. J. Chem. Soc. : 562– 581. doi :10.1039/JR9470000562. PMID  20249764.
  6. ^ Guy, Robert D.; et al. (1989). 「植物におけるシアン化物耐性およびシアン化物感受性呼吸による酸素同位体の分別」. Planta . 177 (4): 483– 491. Bibcode :1989Plant.177..483G. doi :10.1007/BF00392616. PMID  24212490. S2CID  22767005.
  7. ^ Bender, M.; Sowers, T.; Labeyrie, L. (1994). 「ボストーク氷床コアで測定された過去13万年間のドール効果とその変動」Global Biogeochemical Cycles . 8 (3): 363– 376. Bibcode :1994GBioC...8..363B. doi :10.1029/94GB00724.
  8. ^ Severinghaus, JP; Beaudette, R.; Headly, MA; Taylor, K.; Brook, EJ (2009). 「O2中の酸素18は、急激な気候変動が陸上生物圏に及ぼす影響を記録する」. Science . 324 (5933): 1431– 1434. Bibcode :2009Sci...324.1431S. doi :10.1126/science.11​​69473. PMID  19520957.
  9. ^ Landais, A.; Dreyfus, G.; Capron, E.; Masson-Delmotte, V.; Sanchez-Goñi, MF; Desprat, S.; Hoffmann, G.; Jouzel, J.; Leuenberger, M.; Johnsen, S. (2010). 「何がδ 18 O atmの千年周期変動と軌道変動を引き起こすのか」. Quaternary Sci. Rev. 29 ( 1– 2 ): 235– 246. Bibcode :2010QSRv...29..235L. doi :10.1016/j.quascirev.2009.07.005.
  • アメリカ地球物理学連合における「大気中の酸素循環」
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