Углеродный цикл и изменения климата

? Написан Артём Губанков 1996 год Формат MS-WORD 7.0 Тема Изменение климата Сдавался МГУ, ф-т почвоведения, преподаватель Богатырёв Л. Г. Оценка пять , экзамен автоматом Содержание. 1 Человек и климат. 2 Введение. 2.1 Взаимосвязь между энергопотреблением, экономической деятельностью и поступлением в атмосферу. 2.2 Потребление энергии и выбросы углекислого газа. 3 Углерод в природе. 3.1 Основные химические соединения и реакции. 3.2 Изотопы углерода. 4 Углерод в атмосфере. 4.1 Атмосферный углекислый газ. 4.2 Содержание изотопа С в атмосферном углекислом газе. 4.3 Содержание изотопа С в атмосферном углекислом газе. 4.4 Перемешивание в атмосфере. 5 Газообмен в системе атмосфера - океан. 5.1 Скорость газообмена. 5.2 Буферные свойства карбонатной системы. 6 Углерод в морской воде. 6.1 Полное содержание углерода и щёлочность. 6.2 Фотосинтез, разложение и растворение органического вещества. 6.3 С в океане. 6.4 Донные осадки океана. 6.5 Процессы переноса в океане. 7 Углерод в континентальной биоте и в почвах. 7.1 Углерод в биоте и первичная продуктивность. 7.2 Углерод в почве. 7.3 Изменение содержания углерода в континентальных экосистемах. 8 Прогнозы концентрации углекислого газа в атмосфере на будущее. Основные выводы. 9 Список литературы Влияние человека на климат начало проявляться несколько тысяч лет тому назад в связи с развитием земледелия.

Во многих районах для обработки земли уничтожалась лесная растительность, что приводило к увеличению скорости ветра у земной поверхности, некоторому изменению режима температуры и влажности нижнего слоя воздуха, а также к изменению режима влажности почвы, испарения и речного стока.

В сравнительно сухих областях уничтожение лесов часто сопровождается усилением пыльных бурь и разрушением почвенного покрова, заметно изменяющими природные условия на этих территориях.

Вместе с этим уничтожение лесов даже на обширных пространствах оказывает ограниченное влияние на метеорологические процессы большого масштаба.

Уменьшение шероховатости земной поверхности и некоторое изменение испарения на освобождённых от лесов территориях несколько изменяет режим осадков, хотя такое изменение сравнительно невелико, если леса заменяются другими видами растительности.

Более существенное влияние на осадки может оказать полное уничтожение растительного покрова на некоторой территории, что неоднократно происходило в прошлом в результате хозяйственной деятельности человека. Такие случаи имели место после вырубки лесов в горных районах со слабо развитым почвенным покровом.

В этих условиях эрозия быстро разрушает не защищённую лесом почву, в результате чего становится невозможным дальнейшее существование развитого растительного покрова. Похожее положение возникает в некоторых областях сухих степей, где естественный растительный покров, уничтоженный вследствие неограниченного выпаса сельскохозяйственных животных, не возобновляется, в связи с чем эти области превращаются в пустыни. Поскольку земная поверхность без растительного покрова сильно нагревается солнечной радиацией, относительная влажность воздуха на ней падает, что повышает уровень конденсации и может уменьшать количество выпадающих осадков.

Вероятно, именно этим можно объяснить случаи невозобновления естественной растительности в сухих районах после её уничтожения человеком. Другой путь влияния деятельности человека на климат связан с применением искусственного орошения. В засушливых районах орошение используется в течение многих тысячелетий, начиная с эпохи древнейших цивилизаций, возникших в долине Нила и междуречье Тигра и Ефрата.

Применение орошения резко изменяет микроклимат орошаемых полей. Из-за незначительного увеличения затраты тепла на испарение снижается температура земной поверхности, что приводит к понижению температуры и повышению относительной влажности нижнего слоя воздуха. Тем не менее такое изменение метеорологического режима быстро затухает за пределами орошаемых полей, поэтому орошение приводит только к изменениям местного климата и мало влияет на метеорологические процессы большого масштаба.

Другие виды деятельности человека в прошлом не оказывали заметного влияния на метеорологический режим сколько-нибудь обширных пространств, поэтому до недавнего времени климатические условия на нашей планете определялись в основном естественными факторами. Такое положение начало изменяться в середине ХХ века из-за быстрого роста численности населения и особенно из-за ускорения развития техники и энергетики. Современные воздействия человека на климат можно разделить на две группы, из которой к первой относятся направленные воздействия на гидрометеорологический режим, а ко второй - воздействия, являющиеся побочными следствиями хозяйственной деятельности человека.

Данная работа ставит своей целью рассмотреть в первую очередь вторую группу воздействиий, и, в частности, влияние человека на углеродный цикл.

Введение

Введение. Деятельность человека достигла уже такого уровня развития, при котором её влияние на природу приобретает глобальный характер.

Природные системы - атмосфера, суша, океан а также жизнь на планете в целом подвергаются этим воздействиям. Известно, что на протяжении последнего столетия увеличивалось содержание в атмосфере некоторых газовых составляющих, таких, как двуокись углерода, закись азота, метан и тропосферный озон. Дополнительно в атмосферу поступали и другие газы, не являющиеся естественными компонентами глобальной экосистемы. Главные из них - фторхлоруглеводороды. Эти газовые примеси поглощают и излучают радиацию и поэтому способны влиять на климат Земли. Все эти газы в совокупности можно назвать парниковыми.

Представление о том, что климат мог меняться в результате выброса в атмосферы двуокиси углерода, появилось не сейчас. Аррениус указал на то, что сжигание ископаемого топлива могло привести к увеличению концентрации атмосферного и тем самым изменить радиационный баланс Земли. В настоящие время мы приблизительно известно, какое количество поступило в атмосферу за счёт сжигания ископаемого топлива и изменений в использовании земель сведения лесов и расширения сельскохозяйственных площадей, и можно связать наблюдаемое увеличение концентрации атмосферного с деятельностью человека. Механизм воздействия на климат заключается в так называемом парниковом эффекте.

В то время как для коротковолновой солнечной радиации прозрачен, уходящую от земной поверхности длинноволновую радиацию этот газ поглощает и переизлучает поглощённую энергию по всем направлениям.

Вследствие этого эффекта увеличение концентрации атмосферного приводит к нагреву поверхности Земли и нижней атмосферы. Продолжающийся рост концентрации в атмосфере может привести к изменению глобального климата, поэтому прогноз будущих концентраций углекислого газа является важной задачей. Поступление углекислого газа в атмосферу в результате промышленных выбросов. Взаимосвязь между энергопотреблением, экономической деятельностью и поступлением углекислого газа в атмосферу. Основным антропогенным источником выбросов является сжигание всевозможных видов углеродосодержащего топлива.

В настоящее время экономическое развитие обычно связывается с ростом индустриализации. Исторически сложилось, что подъём экономики зависит от наличия доступных источников энергии и количества сжигаемого ископаемого топлива. Данные о развитии экономики и энергетики для большинства стран за период 1860-1973 гг. Свидетельствуют не только об экономическом росте, но и о росте энергопотребления.

Тем не менее одно не является следствием другого. Начиная с 1973 года во многих странах отмечается снижение удельных энергозатрат при росте реальных цен на энергию. Недавнее исследование промышленного использования энергии в США показало, что начиная с 1920 года отношение затрат первичной энергии к экономическому эквиваленту производимых товаров постоянно уменьшалось. Более эффективное использование энергии достигается в результате совершенствования промышленной технологии, транспортных средств и проектирования зданий.

Кроме того, в ряде промышленно развитых стран произошли сдвиги в структуре экономики, выразившиеся в переходе от развития сырьевой и перерабатывающей промышленности к расширению отраслей, производящих конечный продукт. Минимальный уровень потребления энергии на душу населения, необходимый в настоящее время для удовлетворения нужд медицины, образования и рекреации, значительно меняется от региона к региону и от страны к стране. Во многих развивающихся странах значительный рост потребления высококачественных видов топлива на душу населения является существенным фактором для достижения более высокого уровня жизни.

Сейчас представляется вероятным, что продолжение экономического роста и достижение желаемого уровня жизни не связаны с уровнем энергопотребления на душу населения, однако этот процесс ещё недостаточно изучен. Можно предположить, что до достижения середины следующего столетия экономика большинства стран сумеет приспособиться к повышенным ценам на энергию, уменьшая потребности в рабочей силе и в других видах ресурсов, а также увеличивая скорость обработки и передачи информации или, возможно, изменяя структуру экономического баланса между производством товаров и предоставлением услуг.

Таким образом, от выбора стратегии развития энергетики с той или иной долей использования угля или ядерного топлива в энергетической системе будет непосредственно зависеть скорость промышленных выбросов.

Потребление энергии и выбросы углекислого газа

Во многих недавно выполненных исследованиях показано, что современный ... Так, было рассчитано, что если бы США перешли бы при производстве това... Потребление энергии и выбросы углекислого газа. Результирующее уменьшение выбросов в целом по земному шару при этом со... Подобный эффект имел бы место и в других промышленно развитых странах....

Углерод в природе

Углерод в природе. Биогеохимический цикл углерода, естественно, очень сложный, так как он... Химические превращения органических веществ связаны со способностью ат... По этой причине следует ограничиться анализом взаимодействий в предела... Среди множества химических элементов, без которых невозможно существов...

Основные химические соединения и реакции

Известно более миллиона углеродных соединений, тысячи из которых участ... Наиболее распространённое явление - это полное окисление, т.е. IV, примерами таких соединений могут служить и. Более 99 углерода в атмосфере содержится в виде углекислого газа. Около 97 углерода в океанах существует в растворённой форме, а в литос...

Углерод в атмосфере

Углерод в атмосфере.

Атмосферный углекислый газ

Оно было главным образом вызвано выбросом за счёт сжигания ископаемого... Значение для атмосферного в 1956 году было равно 7, а в 1978 составлял... Наблюдаемые изменения содержания вызваны главным образом поступлением ... Тщательные измерения содержания атмосферного были начаты в 1957 году К... Поскольку время обмена между стратосферой и атмосферой составляет неск...

Перемешивание в атмосфере

Перемешивание в атмосфере. Поскольку в данной работе рассматриваются процессы, изменения которых ... Различие концентраций в северном и южном полушариях, вероятно, вызвано... Обмен между стратосферой и тропосферой происходит значительно медленне... В стратосфере рост концентрации значительно запаздывает по сравнению с...

Газообмен в системе атмосфера - океан

Скорость газообмена на границе раздела между атмосферой и океаном зави... Это означает, что среднее время пребывания в атмосфере равно 8,52 лет. Средняя скорость газообмена между атмосферой и океаном при концентраци... Существовал примерный баланс между переносом из атмосферы в океан и ра... Третий способ оценки скорости газообмена между атмосферой и океаном за...

Буферные свойства карбонатной системы

Карбонатная система определяется суммарной концентрацией растворённого... При поглощении морской водой щёлочность остаётся неизменной, а образов... Карбонатная система имеет следующие основные особенности 1. Растворимость в морской воде и соответственно концентрация суммарного ... Обмен между газовой фазой и раствором зависит от так называемого буфер...

Углерод в морской воде

Углерод в морской воде.

Полное содержание углерода и щёлочность

Фотосинтез, разложение и растворение органического вещества. Деятельно... Полное содержание углерода и щёлочность. Как показали исследования, со... Полная первичная продуктивность океана составляет около г С год, но ск... Вертикальное распределение не является однородным, его концентрации в ... Несомненно, что увеличение концентрации атмосферного создаёт поток из ...

С в океане

Они оказались очень низкими. Это даёт основание считать, что расворённый органический углерод в осн... С в океане. Распределение в растворённом неорганическом углероде во вс... Оказалось, что максимальные значения концентрации в поверхностных вода... Имеется также небольшое число данных в основном для глубинных слоёв ок...

Донные осадки океана

В некоторых ограниченных областях например, в некоторых районах Балтий... Тем не менее полное содержание в осадках мало по сравнению с его содер... Как было отмечено ранее, стационарное распределение в океанах обеспечи... Однако питательные вещества не являются лимитирующим фактором для прод... Однако несомненно, что в прошлом она менялась. Если потепление, вызван...

Углерод в континентальной биоте и в почвах

Углерод в континентальной биоте и в почвах.

Углерод в биоте и первичная продуктивность

Углерод в биоте и первичная продуктивность. В течение последних 20 лет были предприняты многочисленные попытки опр... Оценка, характеризующая состояние континентальной биомассы на 1950 год... Однако различные оценки продуктивности трудно сравнивать из-за различи... Многие площади, которые ранее предполагались полностью занятыми сомкну...

Углерод в почве

Однако скорость разложения органического вещества при трансформации зе... Углерод в почве. Прогнозы концентрации углекислого газа в атмосфере на будущее. Основны... Наиболее вероятно, что этот рост характерен для сельскохозяйственных к... По разным оценкам, суммарное содержание углерода в составляет около г ...

выводы. За последние десятилетия было создано большое количество моделей глобального углеродного цикла, рассматривать которые в данной работе не представляется целесообразным из-за того, что они в достаточной мере сложны и объёмны. Рассмотрим лишь кратко основные их выводы. Различные сценарии, использованные для прогноза содержания в атмосфере в будущем, дали сходные результаты. Ниже приведёна попытка подвести общий итог наших сегодняшних знаний и предположений, касающихся проблемы антропогенного изменения концентрации в атмосфере.

С 1860 по 1984 год в атмосферу поступило г С за счёт сжигания ископаемого топлива, скорость выброса в настоящее время по данным на 1984 год равна г С год. В течение этого же периода времени поступление в атмосферу за вырубки лесов и изменения характера землепользования составило г С, интенсивность этого поступления в настоящее время равна г С год. С середины прошлого века концентрация в атмосфере увеличилась от до млн в 1984 году. Основные характеристики глобального углеродного цикла хорошо изучены. Стало возможным создание количественных моделей, которые могут быт положены в основу прогнозов роста концентрации в атмосфере при использовании определённых сценариев выброса.

Неопределённости прогнозов вероятных изменений концентрации в будущем, получаемых на основе сценариев выбросов, значительно меньше значительно меньше неопределённостей самих сценариев выбросов. Если интенсивность выбросов в атмосферу в течение ближайших четырёх десятилетий останется постоянной или будет возрастать очень медленно не более 0,5 в год и в более отдалённом будущем также будет расти очень медленно, то к концу XXI века концентрация атмосферного составит около 440 млн, т.е. не более, чем на 60 превысит доиндустриальный уровень.

Если интенсивность выбросов в течение ближайших 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 замедлятся, то удвоение содержания в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем произойдёт к концу XXI века. Основные неопределённости прогнозов концентрации в атмосфере вызваны недостаточным знанием роли следующих факторов скорости водообмена между поверхностными, промежуточными и глубинными слоями океана чувствительности морской первичной продукции к изменениям содержания питательных веществ в поверхностных водах захоронения органического вещества в осадках в прибрежных районах и озёрах изменение щёлочности, и, следовательно, буферного фактора морской воды, вызванных ростом содержания растворённого неорганического углерода увеличения интенсивности фотосинтеза и роста биомассы и почвенного органического вещества в континентальных экосистемах за счёт роста концентрации в атмосфере и возможного отложения питательных веществ, поступающих из антропогенных источников увеличения скорости разложения органического вещества почв, особенно в процессе эксплуатации лесов образования древесного угля в процессе горения биомассы. Величина ожидаемого изменения средней глобальной температуры при удвоении концентрации приблизительно соответствует величине её изменения при переходе от последнего ледникового периода к современному межледниковью.

Более умеренное потребление ископаемого топлива в течение ближайших десятилетий могло бы продлить возможность его использования на более отдалённую перспективу.

В этом случае концентрация в атмосфере не достигнет удвоенного значения по сравнению 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 совокупности с другими проблемами, вызванными антропогенными 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. М. И. Будыко. Климат и жизнь. Ленинград, Гидрометеоиздат - 1971. 3. М. И. Будыко. Изменения климата. Ленинград, Гидрометеоиздат - 1974.