Углеродный цикл и изменения климата

Томский политехнический университет

Кафедра

общей

физики

Углеродный цикл и

изменения климата.

Выполнил:

cтудент Молодых П.В.

гр.8г72

Принял:

доцент

Стародубцев В.А.

Томск 1998г.

Содержание.

1. Введение.

1. Взаимосвязь между энергопотреблением, экономической

деятельностью и поступлением [pic] в атмосферу.

2. Потребление энергии и выбросы углекислого газа.

2. Углерод в природе.

1. Основные химические соединения и реакции.

2. Изотопы углерода.

3. Углерод в атмосфере.

1. Атмосферный углекислый газ.

2. Содержание изотопа [pic]С в атмосферном углекислом газе.

3. Содержание изотопа [pic]С в атмосферном углекислом газе.

4. Перемешивание в атмосфере.

4. Газообмен в системе атмосфера - океан.

1. Скорость газообмена.

2. Буферные свойства карбонатной системы.

5. Углерод в морской воде.

1. Полное содержание углерода и щёлочность.

2. Фотосинтез, разложение и растворение органического вещества.

6. Углерод в континентальной биоте и в почвах.

1. Изменение содержания углерода в континентальных экосистемах.

7. Прогнозы концентрации углекислого газа в атмосфере на будущее.

Основные выводы.

8. Список литературы.

Введение.

Для определения цели своей работы позвольте обратиться к прошлому.Как

мы знаем, человек стал влиять на климат ещё несколько тысяч лет тому назад,

в связи с развитием земледелия. Часто для обработки земли уничтожали лесную

растительность, что увеличивало скорость ветра у земной по-верхности,

изменяло режим температуры и влажности нижнего слоя воздуха, а также вело к

изменению режима влажности почвы, испарения и речного сто-ка. В сухих

областях уничтожение лесов и расти-тельности вело к усилению пыльных бурь и

раз-рушению почвенного покрова,что заметно изменяло природные условия на

этих территориях.

Так как земная поверхность без растительного покрова сильно нагревается

солнечной радиацией, то относительная влажность воздуха на ней падает, что

повышает уровень конденсации и может уменьшиться количество выпадающих

осадков. Может быть,поэтому в некоторых случаях в сухих районах количество

естественной растительности не во-зобновлялось после её уничтожения

человеком.

Человек влиял на климат и путём применения искусственного

орошения,что резко изменяло микроклимат орошаемых полей,так как из-за незна-

чительного увеличения затраты тепла на испарение снижается температура

земной поверхности, что приводило к понижению температуры и повышению

относительной влажности нижнего слоя воздуха. Но такое изменение климата

быстро затухает за пре-делами орошаемых полей, поэтому орошение при-водит

только к изменениям местного климата и мало влияет на метеорологические

процессы большого масштаба.

Другие виды деятельности человека в прошлом не оказывали большого

влияния на метеоро-логический режим обширных пространств, поэтому до

недавнего времени климатические условия на Земле определялись в основном

естественными факторами. Такое положение начало изменяться с наступлением

ХХ века - из-за быстрого роста чис-ленности населения и, особенно, из-за

ускорения развития техники и энергетики.

Современные воздействия человека на климат можно разделить на две

группы, к первой из ко-торых относятся направленные воздействия на гид-

рометеорологический режим, а ко второй – воз-действия, являющиеся побочными

следствиями хо-зяйственной деятельности человека.

Итак, в данной работе я попытаюсь рассмот-реть,прежде всего, вторую

группу воздействиий, и ,в частности, влияние человека на углеродный цикл.

К сожалению,наша деятельность достигла уже такого уровня, при котором

её влияние на природу приобретает глобальный характер.Такие природные

системы, как атмосфера, суша, океан ,а также жизнь на планете в целом

подвергаются этим воздействиям. Известно, что на протяжении XX сто-летия

увеличивалось содержание в атмосфере не-которых газовых составляющих,

таких, как двуокись углерода ([pic]), закись азота ([pic]), метан ([pic]) и

тропосферный озон ([pic]). Дополнительно в атмосферу поступали и другие

газы, не являющиеся естест-венными компонентами глобальной экосистемы.

Главные из них – фторхлоруглеводороды, поглоща-ющие и излучающие радиацию,

и поэтому они спо-собны влиять на климат Земли. Все эти газы в со-

вокупности можно назвать парниковыми.

Дело в том,что эти газы, накапливаясь в атмосфере, свободно пропускают

до поверхности земли и воды тепловое излучение Солнца, но задерживают

отдачу тепла от этой поверхности,то есть выполняют роль стекла в парниках.

Поэтому влияние на климат изменения содержания указанных газов в атмосфере

называют парниковым эффектом.

В то время как для коротковолновой солнечной радиации [pic] прозрачен,

уходящую от земной поверхности длинноволновую радиацию этот газ поглощает и

переизлучает поглощённую энергию по всем направлениям. Вследствие этого

эффекта уве-личение концентрации атмосферного [pic] приводит к нагреву

поверхности Земли и нижней атмосферы. Продолжающийся рост концентрации

[pic] в атмосфере может привести к изменению глобального климата, поэтому

прогноз будущих концентраций углекислого газа является важной задачей.

Углерод в природе.

Среди множества химических элементов, без которых невозможно

существование жизни на Земле, углерод является главным. Химические

превращения органических веществ связаны со способностью атома углерода

образовывать длинные ковалентные цепи и кольца. Основными резервуарами

углерода являются атмосфера, континентальная биомасса, включая почвы,

гидросфера и литосфера. В течение последних двух столетий в системе

атмосфера - биосфера - гидросфера происходят изменения пото-ков углерода,

интенсивность которых примерно на порядок величины превышает интенсивность

геоло-гических процессов переноса этого элемента. По этой причине следует

ограничиться анализом вза-имодействий в пределах этой системы, включая

почвы.

Основные химические соединения и реакции.

Известно более миллиона углеродных сое-динений, тысячи из которых

участвуют в биоло-гических процессах. Атомы углерода могут нахо-диться в

одном из девяти возможных состояний окисления: от +IV до -IV. Наиболее

распрост-ранённое явление - это полное окисление, т.е. +IV, примерами таких

соединений могут служить [pic] и [pic]. Более 99% углерода в атмосфере

содержится в виде углекислого газа. Около 97% углерода в океанах существует

в растворённой форме ([pic]), а в литосфере - в виде минералов. Примером

состояния окисления +II является малая газовая составляющая атмосферы

[pic], которая до-вольно быстро окисляется до [pic].Элементарный уг-лерод

присутствует в атмосфере в малых коли-чествах в виде графита и алмаза, а в

почве - в форме древесного угля. Ассимиляция углерода в процессе

фотосинтеза приводит к образованию вос-становленного углерода, который

присутствует в биоте, мёртвом органическом веществе почвы, в верхних слоях

осадочных пород в виде угля, нефти и газа, захоронённых на больших

глубинах, и в литосфере - в виде рассеянного недоокисленного углерода. В

океанах содержится значительное количество растворённых соединений

органического углерода, процессы окисления которых до [pic] известны ещё

недостаточно хорошо.

Изотопы углерода.

В природе известно семь изотопов углерода, из которых существенную

роль играют три. Два из них - [pic] и [pic] - являются стабильными, а один

- [pic] - радиоактивным с периодом полураспада 5730 лет. Необходимость

изучения различных изотопов уг-лерода обусловлена тем, что скорости

переноса соединений углерода и условия равновесия в химических реакциях

зависят от того, какие изотопы углерода содержат эти соединения. По этой

причине в природе наблюдается различное рас-пределение стабильных изотопов

углерода. Рас-пределение же изотопа [pic], с одной стороны, зави-сит от его

образования в ядерных реакциях с участием нейтронов и атомов азота в

атмосфере, а с другой - от радиоактивного распада.

Углерод в атмосфере.

Атмосферный углекислый газ.

Тщательные измерения содержания атмосфер-ного [pic] были начаты в

1957 году Киллингом в обсерватории Мауна-Лоа. Регулярные измерения

содержания атмосферного [pic] проводятся также на ряде других станций. Из

анализа наблюдений можно заключить, что годовой ход концентрации [pic]

обусловлен в основном:

1.сезонными изменениями цикла фотосинтеза рас-

тений на суше;

2.на него также влияет, хотя и меньшей степени,

годовой ход температуры поверхности океана,

от которого зависит растворимость [pic] в морс-

кой воде;

3.и,вероятно, наименее важным фактором является

годовой ход интенсивности фотосинтеза в

океане. Среднее за каждый данный год со-держание [pic] в атмосфере

несколько выше в северном полушарии, поскольку источники поступления [pic]

в атмосферу расположены преимущественно в северном полушарии. Кроме того,

наблюдаются небольшие меж-годовые изменения содержания [pic], которые, ве-

роятно, определяются особенностями общей цирку-ляции атмосферы. Из

имеющихся данных по изменению концентрации [pic] в атмосфере основное

значение,к сожалению, имеют данные о наблюдаемом в течение последних 25 лет

регулярном росте содержания атмо-сферного [pic]. Более ранние измерения

содержания атмосферного углекислого газа (начиная с середины прошлого века)

были, как правило, недостаточно полны,так как образцы воздуха отбирались

без не-обходимой тщательности и не производилась оценка погрешности

результатов. С помощью анализа состава пузырьков воздуха из ледниковых

кернов стало возможным получить данные для периода с 1750 по 1960 год. Было

также выявлено, что определённые путём анализа воздушных включений ледников

значения концентраций атмосферного [pic] для 50-х годов хорошо согласуются

с данными обсерватории Мауна-Лоа.Итак, концентрация [pic] в течение 1750-

1800 годов оказалась близкой к значению 280 млн[pic], после чего она стала

медленно расти и к 1984 году составляла 343[pic]1 млн[pic].

Содержание изотопа [pic]С в

атмосферном углекислом газе.

Содержание изотопа [pic] выражается отклонением ([pic]) ([pic])

отношения [pic] от общепринятого стандарта. Первые измерения содержания

изотопа [pic] в атмосфере были проведены Килингом в 1956 году и повторены

им же в 1978 году. Значение [pic] для атмосферного [pic] в 1956 году было

равно 7[pic], а в 1978 составляло -7,65[pic]. Недавно были опубли-кованы

также данные измерений [pic] в углекислом газе воздушных включений в

ледниках. В среднем оценки уменьшения [pic] в атмосферном [pic] в течение

последних 200 лет составляют 1,0-1,5[pic]. Наб-людаемые изменения

содержания [pic] вызваны главным образом поступлением [pic] в атмосферу с

меньшим значением [pic] при вырубке лесов, изменении харак-тера

землепользования и сжигания ископаемого топ-лива.

Содержание изотопа [pic]С в атмосферном

углекислом газе.

Количество изотопа [pic] на Земле зависит от баланса между

образованием [pic] под воздействием космического излучения и его

радиоактивным распа-дом. По-видимому, до начала сельскохозяйственной и

промышленной революции распределение изотопа [pic] в различных резервуарах

углерода сохранялось примерно неизменным. До начала заметных измене-ний,

вызванных выбросами [pic] при испытаниях ядер-ного оружия, с начала

прошлого века до середины текущего происходило уменьшение содержания [pic].

Оно было главным образом вызвано выбросом [pic] за счёт сжигания

ископаемого топлива, в котором не содержится радиоактивный изотоп [pic].

Это привело к уменьшению содержания [pic] в атмосфере. Начиная с первых

испытаний ядерного оружия в 1952 и 1954 годах наблюдались существенные

изменения в со-держании [pic] в атмосферном углекислом газе. Боль-шое

поступление [pic] в атмосферу произошло в ре-зультате ядерных испытаний,

проведённых США в Тихом океане в 1958 году и СССР в 1961-1962 годах. После

этого выбросы были заметно огра-ничены. Первоначально большая часть

радиоактивных продуктов переносилась в стратосферу. Поскольку время обмена

между стратосферой и атмосферой сос-тавляет несколько лет, то уменьшение

концент-рации изотопа [pic] в тропосфере, обусловленное вза-имодействием с

континентальной биотой и океанами, начиная с 1965 года происходило более

медленно за счёт поступления этого изотопа из стратосферы.

Перемешивание в атмосфере.

Перемешивание воздуха в тропосфере проис-ходит довольно быстро.

Пассаты в средних широтах в обоих полушариях огибают Землю в среднем при-

мерно за один месяц, вертикальное перемещение между земной поверхностью и

тропопаузой (на вы-соте от 12 до 16 км) также происходит в течение месяца,

перемешивание в направлении с севера на юг в пределах полушария происходит

приблизительно за три месяца, а эффективный обмен между двумя полушариями

осуществляется примерно за год. Так как в данной работе я рассматриваю

процессы, изменения которых происходят за время порядка нескольких лет,

десятилетий и столетий, можно считать, что тропосфера в любой момент

времени хорошо перемешана. Это предположение основано на том, что средние

годовые значения концентрации [pic] для высоких северных и высоких южных

широт отли-чаются только на 1,5-2,0 млн[pic].Очевидно, что в северном

полушарии концентрация [pic] выше, чем в южном. Различие концентраций в

северном и южном полушариях, вероятно, вызвано тем, что около 90%

источников промышленных выбросов расположено в северном полушарии. За

последние десятилетия эта разница увеличилась, поскольку потребление иско-

паемого топлива также возросло.

Обмен между стратосферой и тропосферой про-исходит значительно

медленнее, чем в тропосфере, поэтому сезонные колебания концентрации

атмосфер-ного углекислого газа выше тропопаузы быстро уменьшаются. В

стратосфере рост концентрации [pic] значительно запаздывает по сравнению с

её ростом в тропосфере. Так, согласно измерениям, концент-рации [pic] на

высоте 36 км примерно на 7 млн[pic] меньше, чем на уровне тропопаузы (т.е.

на высоте 15 км). Это соответствует времени перемешивания между

стратосферой и тропосферой, равному 5-8 годам.

Газообмен в системе атмосфера - океан.

Скорость газообмена.

В стационарном состоянии, существовавшем в до-индустриальное время,

более 90% содержащегося на Земле изотопа [pic] находилось в морской воде и

донных отложениях (содержание [pic] в последних сос-тавляет всего несколько

процентов). Существовал примерный баланс между переносом [pic] из атмосферы

в океан и радиоактивным распадом внутри океана. Средний глобальный обмен

[pic] между атмосферой и океаном можно определить путём измерения разности

содержания [pic] в углекислом газе атмосферы и растворённом [pic] в

поверхностном слое океана. Данные наблюдений за уменьшением концентрации

[pic] в атмосфере и её увеличением в поверхностных водах океана после

проведения испытаний ядерного оружия дают ещё одну возможность определить

скорость газообмена. Третий способ оценки скорости газообмена между

атмосферой и океаном заключается в измерении отклонения от состояния

равновесия между [pic] и [pic], обусловленного поступлением [pic] из океана

в атмосферу. Средняя скорость газообмена [pic] между атмосферой и океаном

при концентрации [pic] в атмосфере 300 млн[pic], по-лученная на основе этих

трёх способов, равна 18[pic]5 моль/(м[pic]год). Это означает, что среднее

время пребывания [pic] в атмосфере равно 8,5[pic]2 лет. Скорость газообмена

на границе раздела между атмосферой и океаном зависит от состояния

поверхности океана, от скорости ветра и волнения.

Буферные свойства карбонатной системы.

При растворении [pic] в морской воде проис-ходит реакция гидратации с

образованием угольной кислоты [pic], которая в свою очередь диссоциирует на

ионы [pic]. Карбонатная система опреде-ляется суммарной концентрацией

растворённого неорганического углерода ([pic]), кислотностью (pH);

парциальным давлением расворённого углекислого газа [pic], которое при

условии равновесия с атмо-сферой равно парциальному давлению [pic] в атмо-

сфере. При поглощении [pic] морской водой щё-лочность остаётся неизменной,

а образование и разложение органических и неорганических соединений

приводит к изменению как [pic]. Карбо-натная система имеет следующие

основные особенности:

1. Растворимость [pic] в морской воде и соот-ветственно концентрация

суммарного углерода, находящегося в равновесии с атмосферным [pic] при

заданном значении концентрации послед-него, зависят от температуры.

2. Обмен [pic] между газовой фазой и раствором зависит от так называемого

буферного фактора, который также называют фактором Ревелла.

Растворимость и буферный фактор увеличиваются при понижении температуры.

Так как изменение парци-ального давления углекислого газа в направлении от

полюса к экватору невелико, в среднем [pic] переносится из атмосферы в

океан в высоких ши-ротах и в противоположном направлении в низких. Буферный

фактор имеет величину порядка 10 и увеличивается с ростом значений [pic].

Это означает, что [pic] чувствительно к довольно малым изменениям [pic] в

воде. При сохранении равновесия в системе ат-мосфера - поверхностные воды

океана изменение концентрации [pic] в атмосфере примерно на 25% в течение

последних 100 лет вызовет изменение содержания суммарного расворённого

неорганичес-кого углерода в поверхностных водах только на 2-2,5%. Таким

образом, способность океана поглощать избыточный атмосферный [pic] в 10 раз

меньше той, которую можно было бы ожидать исходя из сравнения размеров

природных резервуаров углерода.

Углерод в морской воде.

Полное содержание углерода и щёлочность.

Как показали исследования, содержание сум-марного неорганического

углерода в океане в 1983 году более, чем в 50 раз превышало содержание

[pic] в атмосфере. Кроме того, в океане находятся зна-чительные количества

растворённого органического углерода. Вертикальное распределение [pic] не

явля-ется однородным, его концентрации в глубинных слоях океана выше, чем в

поверхностных. На-блюдается также увеличение концентрации [pic] от довольно

низких значений в глубинных водах Се-верного Ледовитого океана к более

высоким зна-чениям в глубинных водах Атлантического океана, к ещё более

высоким в Южном и Индийском океанах до максимальных в Тихом океане.

Вертикальное распре-деление щёлочности очень похоже на распределение [pic],

однако пределы изменений щёлочности значи-тельно меньше и составляют

примерно 30% изменений [pic]. Интересно отметить, что поверхностные концент-

рации [pic] были бы на примерно на 15% выше, если бы океаны были хорошо

перемешаны, что в свою очередь означало бы, что концентрация [pic] в

атмосфере должна быть около 700 млн[pic]. Наличие вертикальных градиендов

[pic](так же как и щёлочности) в океанах оказывает существенное влияние на

концентрации атмосферного [pic].

Фотосинтез, разложение и растворение

органического вещества.

Деятельность морской биоты практически пол-ностью ограничена

поверхностными слоями океана, где происходит интенсивный фотосинтез. В про-

цессе образования первичной продукции, включающей как органические, так и

неорганические соединения углерода, концентрация [pic] уменьшается. Влияние

этого процесса на щёлочность может быть различным.Несомненно, что

увеличение концентрации атмосферного [pic] создаёт поток [pic] из атмосферы

в океан, который в свою очередь должен был изменить доиндустриальное

распределение [pic] в верхних слоях океана.

Ежегодно около [pic]г С откладывается на дне океана, часть этих

отложений представляет собой органический углерод, а другая часть - [pic].

Органический углерод является основным источником энергии для организмов,

обитающих на дне моря, и только малая его часть захороняется в осадках,

исключение составляют прибрежные зоны и шельфы. В некоторых ограниченных

областях (например, в некоторых районах Балтийского моря) содержание

кислорода в придонных водах может быть очень низким, соответственно

уменьшается скорость окис-ления и значительные количества органического уг-

лерода захороняются в осадках. Области с бес-кислородными условиями

увеличиваются вследствие загрязнения прибрежных вод, и в последние годы,

вероятно, количество легко окисляемого органичес-кого вещества также

увеличилось.

Вследствие буферных свойств карбонатной системы, изменение

концентрации [pic] растворённого суммарного неорганического углерода в

морской воде, необходимое для достижения состояния рав-новесия с

возрастающей концентрацией атмосферного углекислого газа, мало, и

равновесное состояние между атмосферным и растворённым в поверхностных

водах [pic] устанавливается быстро. Роль океана в глобальном углеродном

цикле определяется главным образом скоростью обмена вод в океане.

Поверхностные слои океана довольно хорошо перемешаны вплоть до

верхней границы термоклина, т.е. до глубины около 75 м в области широт

примерно 45[pic]с. - 45[pic]ю. В более высоких широтах зимнее охлаждение

вод приводит к перемешиванию до значительно больших глубин, а в

ограниченных областях и в течение коротких интервалов времени перемешивание

вод распространяется до дна океанов (как, например, в Гренландском море и

море Уэд-делла). Кроме того, из областей основных течений в широтном поясе

45-55[pic] (Гольфстрим в Северной Атлантике, Куросио в северной части

Тихого океана и Антарктическое циркумполярное течение) про-исходит

крупномасштабный перенос холодных поверхностных вод в область главного

термоклина (глубина 100-1000 м). В слое термоклина про-исходит также

вертикальное перемешивание. Оба процесса играют важную роль при переносе

углерода в океане.

Между углекислым газом в атмосфере и растворённым неорганическим

углеродом в поверхностных слоях морской воды равновесие устанавливается

примерно в течение года (если пренебречь сезонными изменениями).

Растворённый неорганический углерод переносится вместе с водными массами из

поверхностных вод в глубинные слои океана. Возникающее в результате

увеличение содержания суммарного растворённого неоргани-ческого углерода

можно вычислить, принимая во внимание сопутствующий рост содержания пита-

тельных веществ и щёлочности. Однако, таким спо-собом нельзя достаточно

точно определить значения концентрации [pic] для времени, когда происходило

образование глубинных вод. При поглощении ант-ропогенного [pic] океаном

поток растворённого не-органического углерода из глубинных слоёв к по-

верхностным уменьшается из-за повышения кон-центрации [pic] в поверхностных

слоях океана, но при этом направленный вниз поток детрита остаётся не-

изменным. Справедливость этого предположения под-тверждает тот факт, что

первичная продуктивность в поверхностном слое океана обычно лимитируется

наличием питательных веществ.

Автор статьи, использованной в качестве основы для написания этого

реферата, проанализировал некоторые из этих возможных факторов и показал,

что при определённых условиях в поверхностных слоях океана могут

наблюдаться более низкие значения концентраций растворённого неорганичес-

кого углерода по сравнению с современными, соответственно концентрации

атмосферного [pic] будут также другими.

При оценках возможных значений концентраций атмосферного [pic] в будущем

обычно считают, что об-щая циркуляция океанов не будет изменятся. Однако

несомненно, что в прошлом она менялась. Если по-тепление, вызванное ростом

концентрации [pic] в ат-мосфере, будет значительным, то, вероятно, про-

изойдёт какое-то изменение циркуляции океана. В частности, может

уменьшиться интенсивность обра-зования холодных глубинных вод, что в свою

оче-редь может привести к уменьшению поглощения промышленного [pic]

океаном.

Изменение круговорота углерода могло бы произойти также при

увеличении суммарного количества питательных веществ в океане. Если наличие

питательных веществ в поверхностных слоях по-прежнему будет основным

фактором, лимитирующим фотосинтез, их концентрации в этих слоях должны быть

очень низкими. Следовательно, должна увели-чится концентрация питательных

веществ между обеднёнными этими веществами поверхностными вода-ми и

глубинными слоями. В этом случае за счёт вертикального перемешивания в

океане в поверх-ностные слои будет переноситься больше пита-тельных

веществ, что приведёт к росту интен-сивности фотосинтеза. Вертикальный

градиент концентрации [pic] также возрастёт, а поверхностные значения [pic]

и парциальное давление [pic] при этом уменьшатся.

Для грубой оценки возможного роста первичной продуктивности в водных

системах можно считать, что в процессе фотосинтеза используется 20-50 %

имеющегося количества фосфатов и что образованное таким образом

органическое вещество становится частью углеродного цикла в океане или

захоро-няется в отложениях. Такое изменение продук-тивности приведёт к

удалению из атмосферы и по-верхностных слоёв водных систем [pic] г. С/год.

Это количество соответствует 2-6 % годового выброса углерода в атмосферу за

счёт сжигания ископаемого топлива в 1972 году, поэтому данный процесс

нельзя не учитывать при построении моделей изменения глобального климата.

Углерод в континентальной биоте

и в почвах.

В течение последних 20 лет были предприняты многочисленные попытки

определения запасов уг-лерода в континентальной растительности и харак-

теристик его годового круговорота - общей пер-вичной продуктивности и

дыхания. Оценка, харак-теризующая состояние континентальной биомассы на

1980 год без учёта сухостоя, равна [pic] г С. В более поздних работах,

основанных на большем количестве данных, указывается, что эта оценка

содержания углерода в живом веществе биомассы скорее всего завышена.

Среднее время пребывания углерода в лесных системах составляет 16-20

лет, но средний возраст деревьев по крайней мере в два раза больше, так как

менее половины чистой первичной продукции превращается в целлюлозу. Среднее

время жизни уг-лерода в растениях, не входящих в лесные системы, равно

примерно 3 годам.

По разным оценкам, суммарное содержание углерода в составляет около

[pic] г С. Главная неопределённость существующих оценок обусловлена

недостаточной полнотой сведений о площадях и содержании углерода в

торфяниках планеты.

Изменения содержания углерода в

континентальных экосистемах.

За последние 200 лет произошли значительные изменения в

континентальных экосистемах в ре-зультате возрастающего антропогенного

воздейст-вия. Когда земли, занятые лесами и травянистыми сообществами,

превращаются в сельскохозяйственные угодья, органическое вещество, т.е.

живое вещест-во растений и мёртвое органическое вещество почв, окисляется и

поступает в атмосферу в форме [pic]. Какое-то количество элементарного

углерода может также захораниваться в почве в виде древесного угля (как

продукт, оставшийся от сжигания леса) и, таким образом, изыматься из

быстрого оборота в углеродном цикле. Содержание углерода в различных

компонентах экосистем изменяется, поскольку восстановление органического

вещества зависит от географической широты и типа растительности.

Были проведены многочисленные исследования, имевшие своей целью

разрешить существующую не-определённость в оценке изменений запасов угле-

рода в континентальных экосистемах. Основываясь на данных этих

исследований, можно прийти к вы-воду о том, что поступление [pic] в

атмосферу с 1860 по 1990 год составило [pic] г С и что в 1990 году

биотический выброс углерода был равен [pic] г С/год. Кроме того, возможно

влияние возрастающих атмосферных концентраций [pic] и выб-росов

загрязняющих веществ, таких, как [pic] и [pic], на интенсивность

фотосинтеза органического ве-щества континентальных экосистем. По-

видимому, интенсивность фотосинтеза растёт с увеличением концентрации [pic]

в атмосфере. Наиболее вероятно, что этот рост характерен для

сельскохозяйственных культур, а в естественных континентальных эко-системах

повышение эффективности использования воды могло бы привести к ускорению

образования органического вещества.

Прогнозы концентрации углекислого

газа в атмосфере на будущее.

Основные выводы.

За последние десятилетия было создано боль-шое количество моделей

глобального углеродного цикла, рассматреть которые в данной работе я не

смог из-за того, что они сложны и объёмны. Рассмотрю лишь кратко основные

их выводы. Раз-личные сценарии, использованные для прогноза со-держания

[pic] в атмосфере в будущем, дали сходные результаты. Ниже я попытался

подвести общий итог, касающихся проблемы антропогенного изменения кон-

центрации [pic] в атмосфере.

1. С 1860 по 1984 год в атмосферу поступило [pic] г С за счёт сжигания

ископаемого топ-лива, скорость выброса [pic] в настоящее время (по

данным на 1990 год) равна [pic] г С/год.

2. В течение этого же периода времени поступление [pic] в атмосферу за

вырубки лесов и изменения характера землепользования составило [pic] г

С, интенсивность этого поступления в нас-тоящее время равна [pic] г

С/год.

3. С середины прошлого века концентрация [pic] в атмосфере увеличилась от

[pic] до [pic] млн[pic] в 1990 году.

4. Основные характеристики глобального углеродного цикла хорошо изучены.

Стало возможным создание количественных моделей, которые могут быт

положены в основу прогнозов роста концентрации [pic] в атмосфере при

использовании определённых сценариев выброса.

5. Если интенсивность выбросов [pic] в атмосферу в течение ближайших

четырёх десятилетий останется постоянной или будет возрастать очень

медленно (не более 0,5% в год) и в более отдалённом бу-дущем также будет

расти очень медленно, то к концу XXI века концентрация атмосферного

[pic] составит около 440 млн[pic], т.е. не более, чем на 60% превысит

доиндустриальный уровень.

6. Если интенсивность выбросов [pic] в течение бли-жайших четырёх

десятилетий будет возрастать в среднем на 1-2 % в год, т.е. также, как

она возрастала с 1973 года до настоящего времени, а в более отдалённом

будущем темпы её роста за-медлятся, то удвоение содержания [pic] в атмо-

сфере по сравнению с доиндустриальным уровнем произойдёт к концу XXI

века.

7. Основные неопределённости прогнозов концент-рации [pic] в атмосфере

вызваны недостаточным знанием роли таких факторов,как:

8. скорости водообмена между поверхностными, промежуточными и

глубинными слоями океана;

9. чувствительности морской первичной продукции к изменениям

содержания пита-тельных веществ в поверхностных водах;

10. захоронения органического вещества в осад-ках в прибрежных районах

(и озёрах);

11. изменение щёлочности, и, следовательно, буферного фактора морской

воды, вызванных ростом содержания растворённого неоргани-ческого

углерода;

12. увеличения интенсивности фотосинтеза и рос-та биомассы и почвенного

органического ве-щества в континентальных экосистемах за счёт роста

концентрации [pic] в атмосфере и возможного отложения питательных

веществ, поступающих из антропогенных источников;

13. увеличения скорости разложения органичес-кого вещества почв,

особенно в процессе эксплуатации лесов;

14. образование древесного угля в процессе го-рения биомассы.

Величина ожидаемого изменения средней гло-бальной температуры при

удвоении концентрации [pic] приблизительно соответствует величине её изме-

нения при переходе от последнего ледникового пе-риода к современному

межледниковью. Более уме-ренное потребление ископаемого топлива в течение

ближайших десятилетий могло бы продлить воз-можность его использования на

более отдалённую перспективу. В этом случае концентрация [pic] в ат-мосфере

не достигнет удвоенного значения по срав-нению с доиндустриальным уровнем.

Проблема изменения климата в результате эмиссии парниковых газов

должна рассматриваться как одна из самых важных современных проблем,

связанных с долгосрочными воздействиями на окружающую среду, и

рассматривать её нужно в со-вокупности с другими проблемами, вызванными ант-

ропогенными воздействиями на природу.

Список литературы.

1. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. / Под редакцией Б.

Болина, Б. Р. Десса, Дж. Ягера, Р. Уоррика. / Ленинград, Гидрометеоиздат

- 1989.

2. “Земля и Вселенная”, 2-93: “Углекислый газ и климатические изменения” –

С.А.Щепинов

3. “Земля и Вселенная”, 1-95: “Экологические следствия начавшегося

глобального потепления Земли” – А.Л.Яншин