L'effet Suess a été attribué à la diminution des rapports isotopiques des isotopes lourds du carbone (13C/12C et 14C/12C) et la dilution de leurs concentrations atmosphériques dues au mélange avec de grandes quantités de émises par l'utilisation des combustibles fossiles. Comme le carbone organique fossile a été enrichi en 12C par les réactions chimiques de la photosynthèse et ne contient plus de 14C (T½ = 5 730 ans), le dioxyde de carbone provenant de sa combustion est également enrichi en 12, appauvri en 13 et ne contient pas de 14. Cet effet doit son nom au chimiste autrichien Hans Suess, qui a observé le premier son influence sur la précision des datations au radiocarbone. Plus récemment, l'effet Suess a également été pris en compte dans les études sur le changement climatique. À l'origine, le terme ne faisait référence qu'à la dilution du 14 dans l'atmosphère par les émissions de fossile. Le concept a ensuite été étendu à la dilution du 13 et à d'autres réservoirs de carbone tels que les océans et les sols.

Isotopes du carbone Le carbone a trois isotopes naturels. Environ 99 % du carbone sur Terre est le carbone 12 (12C), le carbone 13 en constitue environ 1 % (13C), et une proportion infime correspond au carbone 14 (14C). Les isotopes 12C et 13C sont stables, tandis que le 14C se désintègre radioactivement en azote 14 (14N) avec une demi-vie de . Le 14C sur Terre est produit presque exclusivement par l'interaction du rayonnement cosmique avec les atomes de la haute atmosphère. Un atome 14C est créé lorsqu'un neutron thermique déplace un proton dans le noyau d' (14N). Des quantités minimes de 14C sont produites par d'autres procédés radioactifs, et une quantité importante a été rejetée dans l'atmosphère pendant les essais nucléaires avant la signature du traité d'interdiction partielle des essais nucléaires. La production naturelle de 14C, et donc la concentration atmosphérique, ne varie que légèrement dans le temps.

Les plantes absorbent le 14C en fixant le carbone atmosphérique par la photosynthèse. Les animaux absorbent ensuite le 14C dans leur organisme lorsqu'ils consomment des plantes (ou consomment d'autres animaux qui consomment des plantes). Ainsi, les plantes et les animaux vivants ont le même rapport de 14C à 12C que le atmosphérique. Une fois que les organismes meurent, ils cessent d'échanger du carbone avec l'atmosphère et n'absorbent plus le 14C. La désintégration radioactive épuise progressivement le 14C de l'organisme. Ce phénomène est la base de la datation au radiocarbone.

Le carbone fixé photosynthétiquement dans les plantes terrestres est appauvri en 13C par rapport au atmosphérique car il est légèrement enrichi préférentiellement en 12C par l'enzyme Rubisco lors de son entrée dans le cycle de Calvin (discrimination isotopique par effet cinétique).. Cet appauvrissement est léger dans les plantes , mais beaucoup plus important dans les plantes , qui représentent la majeure partie de la biomasse terrestre dans le monde entier. L'appauvrissement des plantes au métabolisme acide crassulacéen varie selon les valeurs observées chez les plantes et . De plus, la plupart des combustibles fossiles proviennent de la fixation du carbone en par des organismes biologiques, un processus qui s'est produit il y a des centaines de millions d'années. Les plantes en ne sont devenues communes qu'il y a environ six à huit millions d'années, et bien que la photosynthèse par la voie métabolique acide crassulacéenne soit présente dans la famille des Lepidodendrons des forêts de plaine du Carbonifère, elles n'étaient pas un composant majeur de la biomasse totale.

Les combustibles fossiles comme le charbon et le pétrole sont principalement composés de matières végétales qui se sont déposées il y a des centaines de millions d'années. Cette période de temps équivaut à des dizaines de milliers de demi-vies de 14C, de sorte que la totalité du 14C dans les combustibles fossiles s'est désintégrée. Le 13C des combustibles fossiles a également été appauvri par rapport à celui de l'atmosphère, car il a été assimilé à l'origine par des organismes vivants qui ont accumulé préférentiellement le 12C. En effet, dans les réactions chimiques, comme celles qui ont lieu lors de la photosynthèse et de la fixation du carbone par les organismes phototrophes (algues, plantes), les molécules plus légères réagissent un peu plus vite que les plus lourdes (effet cinétique). Par conséquent, le carbone provenant des combustibles fossiles, renvoyé dans l'atmosphère par leur combustion, est enrichi en 12C et appauvri en 13C par rapport au dioxyde de carbone atmosphérique, tandis que le 14C n'y est plus présent.

Articles connexes Fractionnement isotopique Isotopes du carbone Photosynthèse : Fixation du carbone en C3 Photosynthèse : Fixation du carbone en C4

Notes et références

Publications (a 25-year-long dendrochronological study (1978-2002) using stable C isotope ratio mass spectrometry in growth rings of perennial trees from the Southern Atlantic Europe that explores the Suess Effect-ecosystem relationships to examine the biome sensitivity to 13C-CO2 atmospheric changes). (in Northern hemisphere). . Lerman, J. C., Mook, Wim, Vogel, J. C. (1970). Olsson, Ingrid U., ed. Radiocarbon Variations and Absolute Chronology: Proceedings of the Twelfth Nobel Symposium held at the Institute of Physics at Uppsala University, New York, Wiley, , LCCN 73115769 (dans l'hémisphère sud).

Liens externes An anomalous Suess effect above Europe. Magnitude and Origin of the Anthropogenic Increase and 13C Suess Effect in the Nordic Seas Since 1981. Are arable soils of urban areas influenced by the atmospheric Suess-Effect?. The need to correct for the Suess effect in the application of δ13C in sediment of autotrophic Lake Tanganyika, as a productivity proxy in the Anthropocene.

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