|
|
 |
Реферат: Углеродный цикл и изменения климата.
Реферат: Углеродный цикл и изменения климата.
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.
Человек и климат.
Введение.
в атмосферу.
Потребление энергии и выбросы углекислого газа.
Углерод в природе.
Основные химические соединения и реакции.
Изотопы углерода.
Углерод в атмосфере.
Атмосферный углекислый газ.
С в атмосферном углекислом газе.
С в атмосферном углекислом газе.
Перемешивание в атмосфере.
Газообмен в системе атмосфера - океан.
Скорость газообмена.
Буферные свойства карбонатной системы.
Углерод в морской воде.
Полное содержание углерода и щёлочность.
Фотосинтез, разложение и растворение органического вещества.
С в океане.
Донные осадки океана.
Процессы переноса в океане.
Углерод в континентальной биоте и в почвах.
Углерод в биоте и первичная продуктивность.
Углерод в почве.
Изменение содержания углерода в континентальных экосистемах.
Прогнозы концентрации углекислого газа в атмосфере на будущее. Основные
выводы.
Список литературы.
Человек и климат.
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.
). 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.
с деятельностью человека.
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.
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.
.
Потребление энергии и выбросы
углекислого газа.
в атмосферу можно достичь путём изменения структуры экономики в
результате внедрения более эффективных методов производства товаров и
усовершенствований в сфере предоставления услуг населению.
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. Биогеохимический цикл
углерода, естественно, очень сложный, так как он включает не только
функционирование всех форм жизни на Земле, но и перенос неорганических
веществ как между различными резервуарами углерода, так и внутри них.
Основными резервуарами углерода являются атмосфера, континентальная
биомасса, включая почвы, гидросфера с морской биотой и литосфера. В
течение последних двух столетий в системе атмосфера - биосфера -
гидросфера происходят изменения потоков углерода, интенсивность которых
примерно на порядок величины превышает интенсивность геологических
процессов переноса этого элемента. По этой причине следует ограничиться
анализом взаимодействий в пределах этой системы, включая почвы.
Основные химические соединения и реакции.
известны ещё недостаточно хорошо.
Изотопы углерода.
, с одной стороны, зависит 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.
.
С в
атмосферном углекислом газе.
при вырубке лесов, изменении характера землепользования и сжигания
ископаемого топлива.
С в атмосферном
углекислом газе.
в тропосфере, обусловленное взаимодействием с континентальной биотой и
океанами, начиная с 1965 года происходило более медленно за счёт
поступления этого изотопа из стратосферы.
Перемешивание в атмосфере.
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 ископаемого топлива также возросло.
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.
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.
, так и А. Карбонатная система имеет следующие основные особенности:
при заданном значении концентрации последнего, зависят от температуры.
между газовой фазой и раствором зависит от так называемого буферного
фактора, который также называют фактором Ревелла.
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.
.
Фотосинтез, разложение и растворение
органического вещества.
г С/год, но скорость фотосинтеза на единицу площади значительно
изменяется: от 0,5 г
сутки) и более в зонах интенсивного апвеллинга до менее 10% этого
значения в пустынных областях океана, которые характеризуются
даунвеллингом и недостатком питательных веществ. Фотосинтез зависит от
доступного количества питательных веществ. Везде, где достаточно света,
питательные вещества расходуются быстро. Отсутствие азота и фосфора чаще
всего лимитирует скорость образования первичной продукции. Однако в
высоких широтах, особенно в Южном океане, наличие сравнительно больших
концентраций как азота, так и фосфора в поверхностных водах указывает на
то, что какой-то другой фактор (вероятно, освещённость) лимитирует
первичную продуктивность.
в верхних слоях океана.
С в океане.
в растворённом органическом углероде. Они оказались очень низкими. Это
даёт основание считать, что расворённый органический углерод в основном
состоит из устойчивых соединений. Легко окисляемые вещества (такие, как
сахара и белки) являются важным источником энергии.
Донные осадки океана.
медленно обменивается с неорганическим углеродом морской воды, главным
образом на глубине лизокнина.
в осадках мало по сравнению с его содержанием в атмосфере, биосфере и
океанах.
Процессы переноса в океанах.
устанавливается быстро. Роль океана в глобальном углеродном цикле
определяется главным образом скоростью обмена вод в океане.
(Гольфстрим в Северной Атлантике, Куросио в северной части Тихого
океана и Антарктическое циркумполярное течение) происходит
крупномасштабный перенос холодных поверхностных вод в область главного
термоклина (глубина 100-1000 м). В слое термоклина происходит также
вертикальное перемешивание. Оба процесса играют важную роль при переносе
углерода в океане.
ю.ш. Это обстоятельство указыавет на то, что имеются другие факторы,
лимитирующие рост фитопланктона в таких широтах: например, приходящая
радиация, определяющая распространение границ морского льда в северные
широты весной и ранним летом южном полушарии. При других климатических
режимах факторы, лимитирующие продуктивность, могут быть совершенно
иными. Соответственно может изменяться и глобальный углеродный цикл.
в атмосфере.
океаном.
при этом уменьшатся.
.
г. И в дальнейшем значительно возросла. В водные системы (озёра, реки,
моря) поступает не более 50% фосфора, а возможно, и значительно меньше,
так как часть фосфора, использованного в качестве удобрений на полях и в
лесах, остаётся в почвах.
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.
Углерод в биоте и первичная
продуктивность.
г С. Однако различные оценки продуктивности трудно сравнивать из-за
различия использованных систем классификации. Сейчас становится ясным,
что содержание углерода во вторичных лесах значительно меньше, чем в
девственных тропических лесах, а площадь, занимаемая первыми, больше,
чем считалась ранее. Многие площади, которые ранее предполагались
полностью занятыми сомкнутыми лесами, сейчас оказались занятыми частично
сомкнутыми лесами.
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 углерода в растениях, не входящих в
лесные системы, равно примерно 3 годам.
Углерод в почве.
По разным оценкам, суммарное содержание углерода в составляет
около
г С. Главная неопределённость существующих оценок обусловлена
недостаточной полнотой сведений о площадях и содержании углерода в
торфяниках планеты.
за несколько лет. В чернозёмах около 98% углерода подстилки
характеризуется временем оборота около 5 месяцев, а 2% углерода
подстилки остаются в почве в среднем в течение 500-1000 лет. Эта
характерная черта почвообразовательного процесса проявляется также в
том, что возраст почв в средних широтах, определяемый радиоизотопным
методом, составляет от нескольких сотен до тысячи лет и более. Однако
скорость разложения органического вещества при трансформации земель,
занятых естественной растительностью, в сельскохозяйственные угодья
совершенно другая. Например, высказывается мнение, что 50% органического
углерода в почвах, используемых в сельском хозяйстве Северной Америки,
могло быть потеряно вследствие окисления, так как эти почвы начали
эксплуатироваться до начала прошлого века или в самом его начале.
Изменения содержания углерода в
континентальных экосистемах.
. 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 и деструкция органического вещества зависят от
географической широты и типа растительности.
в атмосфере. Наиболее вероятно, что этот рост характерен для
сельскохозяйственных культур, а в естественных континентальных
экосистемах повышение эффективности использования воды могло бы привести
к ускорению образования органического вещества.
Прогнозы концентрации углекислого
газа в атмосфере на будущее.
Основные выводы.
в атмосфере.
г С/год.
г С/год.
в 1984 году.
в атмосфере при использовании определённых сценариев выброса.
в будущем, получаемых на основе сценариев выбросов, значительно меньше
значительно меньше неопределённостей самих сценариев выбросов.
, т.е. не более, чем на 60% превысит доиндустриальный уровень.
в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем произойдёт к концу
XXI века.
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;
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.
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.
Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. / Под редакцией Б.
Болина, Б. Р. Десса, Дж. Ягера, Р. Уоррика. / Ленинград, Гидрометеоиздат
- 1989.
М. И. Будыко. Климат и жизнь. / Ленинград, Гидрометеоиздат - 1971.
М. И. Будыко. Изменения климата. / Ленинград, Гидрометеоиздат - 1974.
|
|
 |
 |
 |
 |
|
|
Кто на сайте?
Сейчас на сайте находятся:
345 гостей
|
|
|
