スース効果

スース効果とは、化石燃料由来の大量の CO _2が混入することによって、炭素の重同位体 ( ¹³ C と^{14 C ) の}大気中濃度比が変化する現象です。この CO 2には¹⁴ CO ₂が含まれておらず、大気中の CO ₂や上層海洋および陸上生物圏の炭素に比べて¹³ CO _{2が少ないのです。} ^{[ 1 ]}この効果はオーストリアの化学者ハンス・スースによって発見され、彼の名にちなんで名付けられました。[ ^{2 ]彼}はこの効果が放射性炭素年代測定の精度に及ぼす影響に気づきました。最近では、スース効果は気候変動の研究にも使われています。この用語は元々、大気中の¹⁴ CO _2が¹² CO ₂に比べて希釈されることだけを指していました。その後、この概念は¹³ CO ₂や海洋や土壌などの他の炭素貯蔵庫の希釈にも拡張され、やはり¹² Cに対する比率で使われるようになりました。 ^{[ 3 ]}

産業革命期（1950年頃から始まった核兵器の大気圏実験以前）には大気中の¹⁴ CO ₂と¹² CO ₂の比率は減少したが、化石燃料の排出によりこの期間（およそ1850年から1950年）に大気中のCO _{2の量が増加したため、大気中の}¹⁴ CO ₂の量は実際にはこの期間に増加した。^{[ 4 ]}

炭素には3つの天然同位体が存在する。地球上の炭素の約99%は炭素12（^¹²C）、約1%は炭素13（^¹³C）、そして微量の炭素14（¹⁴C）である^。¹²Cと ¹³C は^安定同位体であるが、^¹⁴Cは半減期5730年で放射性崩壊して窒素14（¹⁴N）になる。地球^上の^{¹⁴Cは、ほぼ例外なく宇宙線と上層大気との相互作用によって生成される。¹⁴C原子は、}熱中性子が^¹⁴Nの陽子を置換することによって生成される。微量の¹⁴Cは他の放射性過程によっても生成される。部分的核実験禁止条約以前の核実験では、大気中に大量の^¹⁴Cが生成された。天然の^¹⁴C生成量、ひいては大気中の濃度は、時間の経過とともにわずかにしか変化しない。

植物は光合成によって大気中の炭素を固定し、14C^を取り込みます。動物は植物を摂取したり（あるいは植物を摂取する他の動物を摂取したり）することで、14Cを体内に取り込みます^。そのため、生きている植物や動物の^14Cと^12Cの比率は、大気中のCO2と_{ほぼ同じになります。生物が死ぬと、大気との炭素交換が停止し、新たな}^14Cを取り込まなくなります。この効果は放射性炭素年代測定の基礎となっており、質量依存的な同位体分別と放射性崩壊による^14Cの減少が考慮されている必要があります。

陸上植物の光合成固定炭素は、大気中の CO _{2と比較して}¹³ Cが少ない。^{[ 5 ]}この炭素同位体の分別は、運動学的同位体効果と CO ₂拡散率の質量依存性によって引き起こされる。全体的な影響はC4植物ではわずかだが、世界中の陸上バイオマスの大部分を占めるC3植物でははるかに大きい。CAM 植物の減少は、 C3植物と C4 植物で観察される値の間で変動する。さらに、ほとんどの化石燃料は、数千万年から数億年前に生成された C3 生物材料に由来する。C4 植物が一般的になったのは約 600 万年から 800 万年前であり、石炭紀の低地森林のレピドデンドロン目の現代の近縁種には CAM 光合成が存在するが、これらの植物も CAM 光合成を持っていたとしても、それらは総バイオマスの主要な構成要素ではなかった。

石炭や石油などの化石燃料は、主に数百万年前に堆積した植物性物質からできています。この期間は^14Cの半減期の数千倍に相当するため、化石燃料中の^14Cはほぼすべて崩壊しています。 ^{[ 6 ]}また、化石燃料はもともと生物から形成されたため、大気中の13Cに比べて13Cが少なくなっています^。したがって、燃焼によって大気中に戻される化石燃料由来の炭素は、大気中の二酸化炭素と比較して^13Cと^{14Cの両方が少なくなっています。}

• 環境同位体
• 爆弾の脈動

• Cabaneiro, A.; Fernandez, I. (2015年10月) 「大気変化に対する生物群系の感受性の解明：南西ヨーロッパの海岸マツとスコットランドマツの生態系における光合成によるCO2吸収中の安定炭素同位体の生態生理学的依存性」_{Environmental} Technology & Innovation . 4 : 52–61 . Bibcode : 2015EnvTI...4...52C . doi : 10.1016/j.eti.2015.04.007 .（南大西洋沿岸ヨーロッパの多年生樹木の年輪における安定炭素同位体比質量分析法を用いた25年間（1978年～2002年）にわたる樹木年代学的研究で、スース効果と生態系の関係を探り、13C-CO2大気変化に対する生物群系の感受性を^検証する_。）
• Suess, HE (1955年9月)「現代の木材における放射性炭素濃度」Science . 122 (3166): 415–417 . Bibcode : 1955Sci...122..415S . doi : 10.1126/science.122.3166.415-a . S2CID 177102578 . （北半球の場合）
• Lerman, JC; Mook, Wim ; Vogel, JC (1970). Olsson, Ingrid U. (編). Radiocarbon Variations and Absolute Chronology: Proceedings of the Twelfth Nobel Symposium held at the Institute of Physics at Uppsala University . New York: Wiley. pp. 275– 301. LCCN 73115769 .  （南半球において）

• ヨーロッパ上空における異常なスース効果
• 1981年以降の北欧海域における人為的なCO2増加と13Cスース効果_の規模^と起源
• 都市部の耕作地は、大気中のスース効果の影響を受けるのか？
• 人新世における生産性指標として、独立栄養湖タンガニーカの堆積物中の^δ13Cを用いる際のスース効果の補正の必要性