# Effet Suess

L'effet Suess est un changement dans le rapport des concentrations atmosphériques d'isotopes lourds du carbone ($^{13}$C et $^{14}$C) par le mélange de grandes quantités de CO$_2$ dérivées de combustibles fossiles. Cette composition atmosphérique est appauvrie en $^{13}$CO$_2$ et ne contient pas de $^{14}$CO$_2$. Il doit son nom au chimiste autrichien Hans Suess, qui a noté l'influence de cet effet sur la précision de la datation au radiocarbone. Plus récemment, l'effet Suess a été utilisé dans des études sur le changement climatique. À l'origine, le terme ne faisait référence qu'à la dilution du $^{14}$CO$_2$ dans l'atmosphère. Le concept a ensuite été étendu à la dilution du $^{13}$CO$_2$ 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 ($^{12}$C), le carbone 13 en constitue environ 1 % ($^{13}$C), et une proportion infime pour le carbone 14 ($^{14}$C). Les isotopes $^{12}$C et $^{13}$C sont stables, tandis que le $^{14}$C se désintègre radioactivement en azote 14 ($^{14}$N) avec une demi-vie de 5 730 ans. Le $^{14}$C sur Terre est produit presque exclusivement par l'interaction du rayonnement cosmique avec les atomes de la haute atmosphère. Un atome $^{14}$C est créé lorsqu'un neutron thermique déplace un proton dans le noyau d'azote 14 ($^{14}$N). Des quantités minimes de $^{14}$C 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 $^{14}$C et donc la concentration atmosphérique ne varie que légèrement dans le temps.
Les plantes absorbent le $^{14}$C en fixant le carbone atmosphérique par photosynthèse. Les animaux absorbent ensuite le $^{14}$C 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 $^{14}$C à $^{12}$C que le CO$_2$ atmosphérique. Une fois que les organismes meurent, ils cessent d'échanger du carbone avec l'atmosphère et n'absorbent plus le $^{14}$C. La désintégration radioactive épuise graduellement le $^{14}$C dans l'organisme. Ce phénomène est la base de la datation au radiocarbone.
Le carbone fixé photosynthétiquement dans les plantes terrestres est appauvri en $^{13}$C par rapport au CO$_2$ atmosphérique. Cet appauvrissement est léger dans les plantes C$_4$, mais beaucoup plus important dans les plantes C$_3$ qui forment la majeure partie de la biomasse terrestre dans le monde entier. L'appauvrissement des plantes au métabolisme acide crassulacéen varie entre les valeurs observées pour les plantes C$_3$ et C$_4$. De plus, la plupart des combustibles fossiles proviennent de la fixation du carbone en C$_3$ par des organismes biologiques produits il y a des dizaines à des centaines de millions d'années. Les plantes en C$_4$ ne sont devenues communes qu'il y a environ six à huit millions d'années, et bien que la photosynthèse par voie métabolique acide crassulacéenne soit présente dans la famille des Lépidodendrons 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 millions d'années. Cette période de temps équivaut à des milliers de demi-vies de $^{14}$C, de sorte que la totalité du $^{14}$C dans les combustibles fossiles s'est désintégrée. Le $^{13}$C des combustibles fossiles s'est également épuisé par rapport à celui de l'atmosphère, parce qu'il a été formé à l'origine à partir d'organismes vivants. Par conséquent, le carbone provenant des combustibles fossiles qui est renvoyé dans l'atmosphère par la combustion est épuisé à la fois pour le $^{13}$C et le $^{14}$C par rapport au dioxyde de carbone atmosphérique.