هيكل وتوازن الغازات في الغلاف الجوي. تكوين الغلاف الجوي تكوين الغلاف الجوي للأرض

هل يوجد حقاً ما يمكن أن ينظم كمية الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي؟ بالطبع يمكن. يقوم الأكسجين بهذه المهمة على أكمل وجه. لكن المشكلة تكمن في أن سكان الكوكب يتزايدون بلا هوادة، مما يعني استهلاك المزيد والمزيد من الأكسجين. خلاصنا الوحيد هو الغطاء النباتي، وخاصة الغابات. إنها تمتص ثاني أكسيد الكربون الزائد وتطلق كمية من الأكسجين أكثر بكثير مما يستهلكه الإنسان.

ظاهرة الاحتباس الحراري ومناخ الأرض

عندما نتحدث عن عواقب ظاهرة الاحتباس الحراري، فإننا نفهم تأثيرها على مناخ الأرض. بادئ ذي بدء، هذا هو الاحتباس الحراري. يساوى كثير من الناس بين مفهومي "ظاهرة الاحتباس الحراري" و"الاحتباس الحراري"، لكنهما ليسا متساويين، بل مترابطان: الأول هو سبب الثاني.

يرتبط الاحتباس الحراري ارتباطًا مباشرًا بالمحيطات.فيما يلي مثال على علاقتين بين السبب والنتيجة.

1. يرتفع متوسط ​​\u200b\u200bدرجة حرارة الكوكب، ويبدأ السائل في التبخر. ينطبق هذا أيضًا على المحيط العالمي: يخشى بعض العلماء أنه في غضون مائتي عام سيبدأ في "الجفاف".
2. في الوقت نفسه، بسبب ارتفاع درجات الحرارة، ستبدأ الأنهار الجليدية والجليد البحري في الذوبان بنشاط في المستقبل القريب. وهذا سيؤدي إلى ارتفاع لا مفر منه في مستوى سطح البحر.

إننا نشهد بالفعل فيضانات منتظمة في المناطق الساحلية، ولكن إذا ارتفع مستوى المحيط العالمي بشكل كبير، فسوف تغمر المياه جميع مناطق الأراضي القريبة وسوف تتلف المحاصيل.

التأثير على حياة الناس

ولا تنس أن ارتفاع متوسط ​​درجة حرارة الأرض سيؤثر على حياتنا. يمكن أن تكون العواقب خطيرة للغاية. ستصبح العديد من مناطق كوكبنا، المعرضة بالفعل للجفاف، غير قابلة للحياة على الإطلاق، وسيبدأ الناس في الهجرة بشكل جماعي إلى مناطق أخرى. وهذا سيؤدي حتما إلى مشاكل اجتماعية واقتصادية واندلاع الحربين العالميتين الثالثة والرابعة. نقص الغذاء وتدمير المحاصيل - هذا ما ينتظرنا في القرن القادم.

ولكن هل يجب الانتظار؟ أم أنه لا يزال من الممكن تغيير شيء ما؟ هل تستطيع البشرية الحد من الأضرار الناجمة عن ظاهرة الاحتباس الحراري؟

الإجراءات التي يمكن أن تنقذ الأرض

واليوم، أصبحت جميع العوامل الضارة التي تؤدي إلى تراكم الغازات الدفيئة معروفة، ونعرف ما يجب القيام به لوقفها. لا تظن أن شخصًا واحدًا لن يغير شيئًا. بالطبع، يمكن للبشرية جمعاء فقط تحقيق التأثير، ولكن من يدري - ربما يقرأ مائة شخص آخر مقالة مماثلة في هذه اللحظة؟

الحفاظ على الغابات

وقف إزالة الغابات. النباتات هي خلاصنا! بالإضافة إلى ذلك، من الضروري ليس فقط الحفاظ على الغابات الموجودة، ولكن أيضًا زراعة غابات جديدة بنشاط.

يجب على كل شخص أن يفهم هذه المشكلة.

عملية التمثيل الضوئي قوية جدًا لدرجة أنها يمكن أن تزودنا بكميات هائلة من الأكسجين. سيكون كافيا للحياة الطبيعية للناس والقضاء على الغازات الضارة من الغلاف الجوي.

استخدام المركبات الكهربائية

رفض استخدام المركبات التي تعمل بالوقود. تنبعث كل سيارة كمية هائلة من الغازات الدفيئة كل عام، فلماذا لا نتخذ خيارًا أكثر صحة للبيئة؟ يقدم لنا العلماء بالفعل سيارات كهربائية - سيارات صديقة للبيئة لا تستخدم الوقود. يعد ناقص سيارة "الوقود" خطوة أخرى نحو القضاء على غازات الدفيئة. يحاولون في جميع أنحاء العالم تسريع هذا التحول، ولكن حتى الآن التطورات الحديثة لهذه الآلات بعيدة عن الكمال. وحتى في اليابان، حيث يتم استخدام هذه السيارات أكثر من غيرها، فهي ليست مستعدة للتحول الكامل إلى استخدامها.

بديل للوقود الهيدروكربوني

اختراع الطاقة البديلة. الإنسانية لا تقف ساكنة، فلماذا نحن عالقون في استخدام الفحم والنفط والغاز؟ يؤدي حرق هذه المكونات الطبيعية إلى تراكم الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي، لذا حان الوقت للتحول إلى شكل صديق للبيئة من الطاقة.

لا يمكننا التخلي تماما عن كل ما تنبعث منه غازات ضارة. لكن يمكننا المساعدة في زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي. ليس فقط الرجل الحقيقي هو الذي يجب أن يزرع شجرة - بل يجب على كل شخص أن يفعل ذلك!

الغلاف الجوي (من الكلمة اليونانية atmoc - البخار والكرة - الكرة) هو الغلاف الغازي (الهواء) للأرض، الذي يدور معه. الحياة على الأرض ممكنة طالما أن الغلاف الجوي موجود. تستخدم جميع الكائنات الحية الهواء الجوي للتنفس؛ ويحمي الغلاف الجوي من التأثيرات الضارة للأشعة الكونية ودرجات الحرارة المدمرة للكائنات الحية، "أنفاس" الفضاء الباردة.

الهواء الجوي هو خليط من الغازات التي تشكل الغلاف الجوي للأرض. الهواء عديم الرائحة وشفاف، وكثافته 1.2928 جم/لتر، وقابلية ذوبانه في الماء 29.18 سم~/لتر، وفي الحالة السائلة يكتسب لونًا مزرقًا. حياة الإنسان مستحيلة بدون هواء، بدون ماء وطعام، ولكن إذا استطاع الإنسان أن يعيش بدون طعام لعدة أسابيع، بدون ماء - لعدة أيام، فإن الموت من الاختناق يحدث بعد 4 - 5 دقائق.

المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي: النيتروجين والأكسجين والأرجون وثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى الأرجون، توجد غازات خاملة أخرى بتركيزات صغيرة. يحتوي الهواء الجوي دائمًا على بخار الماء (حوالي 3 - 4٪) وجزيئات صلبة - غبار.

ينقسم الغلاف الجوي للأرض إلى الغلاف الجوي السفلي (حتى 100 كيلومتر) بتركيبة متجانسة للهواء السطحي والغلاف الجوي العلوي بتركيبة كيميائية غير متجانسة. من الخصائص المهمة للغلاف الجوي وجود الأكسجين. لم يكن هناك أكسجين في الغلاف الجوي الأساسي للأرض. ويرتبط ظهوره وتراكمه بانتشار النباتات الخضراء وعملية التمثيل الضوئي. ونتيجة للتفاعل الكيميائي للمواد مع الأكسجين، تتلقى الكائنات الحية الطاقة اللازمة لحياتها.

من خلال الغلاف الجوي، يتم تبادل المواد بين الأرض والفضاء، بينما تستقبل الأرض الغبار الكوني والنيازك وتفقد أخف الغازات - الهيدروجين والهيليوم. يتخلل الغلاف الجوي إشعاع شمسي قوي، والذي يحدد النظام الحراري لسطح الكوكب، ويسبب تفكك جزيئات غازات الغلاف الجوي وتأين الذرات. يتكون الغلاف الجوي العلوي الرقيق والواسع بشكل أساسي من الأيونات.

تتغير الخصائص الفيزيائية وحالة الغلاف الجوي بمرور الوقت: خلال النهار، والمواسم، والسنوات - وفي الفضاء، اعتمادًا على الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، وخط العرض، والمسافة من المحيط.

هيكل الغلاف الجوي

ويمتد الغلاف الجوي، الذي تبلغ كتلته الإجمالية 5.15 10 طن، إلى الأعلى من سطح الأرض إلى ما يقرب من 3 آلاف كيلومتر. يتغير التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للغلاف الجوي مع الارتفاع، لذلك فهو ينقسم إلى التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والأيونوسفير (الغلاف الحراري) والغلاف الخارجي.

يقع الجزء الأكبر من الهواء الموجود في الغلاف الجوي (ما يصل إلى 80٪) في الطبقة الأرضية السفلية - طبقة التروبوسفير. يبلغ سمك طبقة التروبوسفير في المتوسط ​​11 - 12 كم: 8 - 10 كم فوق القطبين، و16 - 18 كم فوق خط الاستواء. عند الابتعاد عن سطح الأرض في طبقة التروبوسفير، تنخفض درجة الحرارة بمقدار 6 درجات مئوية لكل كيلومتر واحد (الشكل 8). على ارتفاع 18 - 20 كم، يتوقف الانخفاض السلس في درجة الحرارة، ويظل ثابتًا تقريبًا: - 60 ... - 70 درجة مئوية. ويسمى هذا الجزء من الغلاف الجوي بالتروبوبوز. الطبقة التالية - الستراتوسفير - تحتل ارتفاع 20 - 50 كم من سطح الأرض. ويتركز الباقي (20٪) من الهواء فيه. هنا ترتفع درجة الحرارة مع المسافة من سطح الأرض بمقدار 1 - 2 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد وفي الستراتوبوز على ارتفاع 50 - 55 كم تصل إلى 0 درجة مئوية. علاوة على ذلك، على ارتفاع 55-80 كم، يقع الميزوسفير. عند الابتعاد عن الأرض، تنخفض درجة الحرارة بمقدار 2 - 3 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد، وعلى ارتفاع 80 كم، في فترة الميزوبوز تصل إلى - 75... - 90 درجة مئوية. يعد الغلاف الحراري والغلاف الخارجي، اللذان يشغلان ارتفاعات 80 - 1000 و1000 - 2000 كيلومتر، على التوالي، أكثر أجزاء الغلاف الجوي تخلخلًا. يوجد هنا فقط جزيئات وذرات وأيونات غازات فردية تكون كثافتها أقل بملايين المرات من كثافة سطح الأرض. تم العثور على آثار الغازات على ارتفاع 10 - 20 ألف كيلومتر.

سمك الغلاف الجوي صغير نسبيًا بالمقارنة مع المسافات الكونية: فهو ربع نصف قطر الأرض وواحد على عشرة آلاف من المسافة من الأرض إلى الشمس. تبلغ كثافة الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر 0.001 جم/سم3، أي 0.001 جم/سم3. أقل بألف مرة من كثافة الماء.

هناك تبادل مستمر للحرارة والرطوبة والغازات بين الغلاف الجوي وسطح الأرض والمجالات الأخرى للأرض، مما يؤثر، إلى جانب دوران الكتل الهوائية في الغلاف الجوي، على العمليات الرئيسية لتكوين المناخ. يحمي الغلاف الجوي الكائنات الحية من التدفق القوي للإشعاع الكوني. في كل ثانية، يضرب تيار من الأشعة الكونية الطبقات العليا من الغلاف الجوي: أشعة غاما، والأشعة السينية، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة المرئية، والأشعة تحت الحمراء. إذا وصلوا جميعا إلى سطح الأرض، فسوف يدمرون كل أشكال الحياة في غضون لحظات قليلة.

تتمتع شاشة الأوزون بأهم قيمة وقائية. تقع في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع يتراوح بين 20 إلى 50 كيلومترًا من سطح الأرض. وتقدر الكمية الإجمالية للأوزون (Oz) في الغلاف الجوي بـ 3.3 مليار طن. سمك هذه الطبقة صغير نسبيا: في المجموع يبلغ 2 ملم عند خط الاستواء و4 ملم عند القطبين في الظروف العادية. الحد الأقصى لتركيز الأوزون - 8 أجزاء في المليون جزء من الهواء - يقع على ارتفاع 20 - 25 كم.

تكمن الأهمية الرئيسية لشاشة الأوزون في أنها تحمي الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية الصلبة. يتم إنفاق جزء من طاقته على التفاعل: SO2 ↔ SO3. وتمتص شاشة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي حوالي 290 نانومتر أو أقل، فتصل الأشعة فوق البنفسجية المفيدة للحيوانات العليا والإنسان والمضرة بالكائنات الحية الدقيقة إلى سطح الأرض. يتم تفسير تدمير طبقة الأوزون، الذي لوحظ في أوائل الثمانينات، من خلال استخدام الفريون في وحدات التبريد وإطلاق الهباء الجوي المستخدم في الحياة اليومية في الغلاف الجوي. وصلت انبعاثات الفريون في العالم حينها إلى 1.4 مليون طن سنويًا، وكانت مساهمة كل دولة في تلوث الهواء بالفريون: 35% - الولايات المتحدة الأمريكية، 10% لكل منهما - اليابان وروسيا، 40% - دول المجموعة الاقتصادية الأوروبية، 5% - بلدان اخرى. أتاحت التدابير المنسقة تقليل إطلاق غاز الفريون في الغلاف الجوي. رحلات الطائرات والمركبات الفضائية الأسرع من الصوت لها تأثير مدمر على طبقة الأوزون.

الغلاف الجوي يحمي الأرض من العديد من النيازك. في كل ثانية، يدخل ما يصل إلى 200 مليون نيزك إلى الغلاف الجوي، يمكن رؤيتها بالعين المجردة، لكنها تحترق في الغلاف الجوي. تعمل جزيئات الغبار الكوني الصغيرة على إبطاء حركتها في الغلاف الجوي. يسقط على الأرض حوالي 10 بوصات من النيازك الصغيرة يوميًا. ويؤدي ذلك إلى زيادة كتلة الأرض بمقدار ألف طن سنويًا. الغلاف الجوي عبارة عن مرشح عازل للحرارة، وبدون الغلاف الجوي سيصل الفرق في درجات الحرارة على الأرض يوميًا إلى 200 درجة مئوية (من 100 درجة مئوية في فترة ما بعد الظهر إلى - 100 درجة مئوية في الليل).

إن التركيب الثابت نسبيًا للهواء الجوي في طبقة التروبوسفير له أهمية قصوى لجميع الكائنات الحية. يتم الحفاظ على توازن الغازات في الغلاف الجوي من خلال العمليات المستمرة لاستخدامها من قبل الكائنات الحية وإطلاق الغازات في الغلاف الجوي. يتم إطلاق النيتروجين أثناء العمليات الجيولوجية القوية (الانفجارات البركانية والزلازل) وأثناء تحلل المركبات العضوية. تتم إزالة النيتروجين من الهواء بسبب نشاط البكتيريا العقيدية.

ومع ذلك، في السنوات الأخيرة حدث تغير في توازن النيتروجين في الغلاف الجوي بسبب الأنشطة الاقتصادية البشرية. لقد زاد بشكل كبير تثبيت النيتروجين أثناء إنتاج الأسمدة النيتروجينية. من المفترض أن حجم تثبيت النيتروجين الصناعي سيزداد بشكل كبير في المستقبل القريب ويتجاوز إطلاقه في الغلاف الجوي. ومن المتوقع أن يتضاعف إنتاج الأسمدة النيتروجينية كل 6 سنوات. وهذا يلبي الاحتياجات الزراعية المتزايدة للأسمدة النيتروجينية. ومع ذلك، فإن مسألة التعويض عن إزالة النيتروجين من الهواء الجوي لا تزال دون حل. ومع ذلك، ونظرًا للكمية الإجمالية الهائلة من النيتروجين في الغلاف الجوي، فإن هذه المشكلة ليست خطيرة مثل توازن الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

منذ حوالي 3.5 - 4 مليار سنة، كان محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي أقل بـ 1000 مرة مما هو عليه الآن، حيث لم يكن هناك منتجون رئيسيون للأكسجين - النباتات الخضراء. يتم الحفاظ على النسبة الحالية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون من خلال النشاط الحيوي للكائنات الحية. نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، تستهلك النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين. يتم استخدامه للتنفس من قبل جميع الكائنات الحية. إن العمليات الطبيعية لاستهلاك ثاني أكسيد الكربون والأكسجين وإطلاقهما في الغلاف الجوي متوازنة بشكل جيد.

مع تطور الصناعة والنقل، يتم استخدام الأكسجين في عمليات الاحتراق بكميات متزايدة باستمرار. على سبيل المثال، خلال رحلة واحدة عبر المحيط الأطلسي، تحرق طائرة نفاثة 35 طنًا من الأكسجين. لمسافة 1.5 ألف كيلومتر، تستهلك سيارة الركاب متطلبات الأكسجين اليومية لشخص واحد (في المتوسط، يستهلك الشخص 500 لتر من الأكسجين يوميًا، ويمرر 12 طنًا من الهواء عبر الرئتين). وبحسب الخبراء فإن احتراق مختلف أنواع الوقود يتطلب الآن من 10 إلى 25% من الأكسجين الذي تنتجه النباتات الخضراء. يتناقص إمداد الغلاف الجوي بالأكسجين بسبب انخفاض مساحات الغابات والسافانا والسهوب وزيادة المناطق الصحراوية ونمو المدن وطرق النقل السريعة. يتناقص عدد منتجي الأكسجين بين النباتات المائية بسبب تلوث الأنهار والبحيرات والبحار والمحيطات. من المعتقد أنه خلال الـ 150 إلى 180 عامًا القادمة ستنخفض كمية الأكسجين في الغلاف الجوي بمقدار الثلث مقارنة بمحتواها الحالي.

ويتزايد استخدام احتياطيات الأكسجين في نفس الوقت الذي يتزايد فيه إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وفقا للأمم المتحدة، خلال المائة عام الماضية، زادت كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض بنسبة 10-15%. إذا استمر الاتجاه المقصود، ففي الألفية الثالثة قد تزيد كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 25%، أي 25%. من 0.0324 إلى 0.04% من حجم الهواء الجوي الجاف. إن الزيادة الطفيفة في نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لها تأثير إيجابي على إنتاجية النباتات الزراعية. وهكذا، عندما يكون الهواء في البيوت المحمية مشبعاً بثاني أكسيد الكربون، فإن إنتاجية الخضروات تزداد بسبب تكثيف عملية التمثيل الضوئي. ومع ذلك، مع زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، تنشأ مشاكل عالمية معقدة، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

يعد الغلاف الجوي أحد العوامل الرئيسية في تكوين الأرصاد الجوية والمناخ. يشمل نظام تشكيل المناخ الغلاف الجوي والمحيطات وسطح الأرض والغلاف الجليدي والمحيط الحيوي. تختلف خصائص الحركة والقصور الذاتي لهذه المكونات؛ ولها أوقات رد فعل مختلفة للاضطرابات الخارجية في الأنظمة المجاورة. وبالتالي، بالنسبة للغلاف الجوي وسطح الأرض، فإن زمن الاستجابة هو عدة أسابيع أو أشهر. يرتبط الغلاف الجوي بعمليات دوران الرطوبة وانتقال الحرارة والنشاط الإعصاري.

يحدث تأثير الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي لكوكبنا بسبب حقيقة أن تدفق الطاقة في نطاق الأشعة تحت الحمراء من الطيف، الصاعد من سطح الأرض، تمتصه جزيئات الغازات الجوية وتشع مرة أخرى في اتجاهات مختلفة، ونتيجة لذلك، فإن نصف الطاقة التي تمتصها جزيئات الغازات الدفيئة تعود إلى سطح الأرض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها وتجدر الإشارة إلى أن ظاهرة الاحتباس الحراري هي ظاهرة جوية طبيعية (الشكل 5). إذا لم يكن هناك تأثير للاحتباس الحراري على الأرض على الإطلاق، فإن متوسط ​​درجة الحرارة على كوكبنا سيكون حوالي -21 درجة مئوية، ولكن بفضل الغازات الدفيئة، فهو +14 درجة مئوية. لذلك، من الناحية النظرية البحتة، فإن النشاط البشري المرتبط بإطلاق غازات الدفيئة في الغلاف الجوي للأرض يجب أن يؤدي إلى زيادة تسخين الكوكب. غازات الدفيئة الرئيسية، حسب تأثيرها المقدر على التوازن الحراري للأرض، هي بخار الماء (36-70%)، ثاني أكسيد الكربون (9-26%)، الميثان (4-9%)، الهالوكربونات، وأكسيد النيتريك.

أرز.

إن محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، ومداخن المصانع، وعوادم السيارات، وغيرها من مصادر التلوث التي يتسبب فيها الإنسان، تنبعث منها معًا حوالي 22 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون والغازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي كل عام. تنتج تربية الماشية واستخدام الأسمدة وحرق الفحم وغيرها من المصادر حوالي 250 مليون طن من غاز الميثان سنويًا. ما يقرب من نصف الغازات الدفيئة المنبعثة من البشرية تبقى في الغلاف الجوي. حوالي ثلاثة أرباع جميع انبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ على مدى السنوات العشرين الماضية ناجمة عن استخدام النفط والغاز الطبيعي والفحم (الشكل 6). ويعود جزء كبير من الباقي إلى التغيرات في المناظر الطبيعية، وفي المقام الأول إزالة الغابات.

أرز.

بخار الماء- أهم غازات الدفيئة اليوم. ومع ذلك، فإن بخار الماء يشارك أيضًا في العديد من العمليات الأخرى، مما يجعل دوره غامضًا في ظروف مختلفة.

بادئ ذي بدء، أثناء التبخر من سطح الأرض والمزيد من التكثيف في الغلاف الجوي، يتم نقل ما يصل إلى 40٪ من إجمالي الحرارة التي تدخل الغلاف الجوي إلى الطبقات السفلية من الغلاف الجوي (التروبوسفير) بسبب الحمل الحراري. وبالتالي، عندما يتبخر بخار الماء، فإنه يؤدي إلى انخفاض طفيف في درجة حرارة السطح. لكن الحرارة المنبعثة نتيجة التكثيف في الغلاف الجوي تعمل على تسخينه وبالتالي تدفئة سطح الأرض نفسها.

ولكن بعد تكثيف بخار الماء، تتشكل قطرات الماء أو بلورات الجليد، التي تشارك بشكل مكثف في عمليات تشتيت ضوء الشمس، مما يعكس جزءًا من الطاقة الشمسية مرة أخرى إلى الفضاء. الغيوم، التي هي مجرد تراكمات لهذه القطرات والبلورات، تزيد من حصة الطاقة الشمسية (البياض) التي ينعكسها الغلاف الجوي نفسه إلى الفضاء (وبعد ذلك يمكن أن يهطل المطر من السحب على شكل ثلج، مما يزيد من بياض السطح ).

ومع ذلك، فإن بخار الماء، حتى المتكثف في قطرات وبلورات، لا يزال يتمتع بنطاقات امتصاص قوية في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف، مما يعني أن دور السحب نفسها ليس واضحًا على الإطلاق. هذه الازدواجية ملحوظة بشكل خاص في الحالات القصوى التالية - عندما تكون السماء مغطاة بالغيوم في طقس صيفي مشمس، تنخفض درجة حرارة السطح، وإذا حدث نفس الشيء في ليلة شتوية، على العكس من ذلك، فإنها تزداد. وتتأثر النتيجة النهائية أيضًا بموقع السحب - فعند الارتفاعات المنخفضة، تعكس السحب السميكة الكثير من الطاقة الشمسية، وقد يكون الميزان في هذه الحالة لصالح التأثير المضاد للاحتباس الحراري، أما على الارتفاعات العالية، فتعكس السحب الرقيقة تنقل السحب قدرًا كبيرًا من الطاقة الشمسية إلى الأسفل، ولكن حتى السحب الرقيقة تشكل عقبات لا يمكن التغلب عليها تقريبًا أمام الأشعة تحت الحمراء، وهنا يمكننا التحدث عن هيمنة تأثير الاحتباس الحراري.

ميزة أخرى لبخار الماء - يساهم الغلاف الجوي الرطب إلى حد ما في ربط غاز دفيئة آخر - ثاني أكسيد الكربون، ونقله عن طريق هطول الأمطار إلى سطح الأرض، حيث يمكن استهلاكه نتيجة لمزيد من العمليات تكوين الكربونات والمعادن القابلة للاحتراق.

النشاط البشري له تأثير مباشر ضعيف جداً على محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي – فقط بسبب زيادة مساحة الأراضي المروية والتغيرات في مساحة المستنقعات وعمل الطاقة وهو أمر لا يذكر مقابل خلفية التبخر من كامل سطح الماء للأرض والنشاط البركاني. ولهذا السبب، في كثير من الأحيان يتم إيلاء القليل من الاهتمام لها عند النظر في مشكلة ظاهرة الاحتباس الحراري.

ومع ذلك، فإن التأثير غير المباشر على محتوى بخار الماء يمكن أن يكون كبيرًا جدًا، وذلك بسبب الارتجاع بين محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي والاحترار الناجم عن الغازات الدفيئة الأخرى، وهو ما سننظر فيه الآن.

ومن المعروف أنه مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد أيضًا تبخر بخار الماء، ومع كل 10 درجات مئوية، يتضاعف المحتوى المحتمل لبخار الماء في الهواء تقريبًا. على سبيل المثال، عند 0 درجة مئوية، يكون ضغط البخار المشبع حوالي 6 ميجا بايت، وعند +10 درجة مئوية - 12 ميجا بايت، وعند +20 درجة مئوية - 23 ميجا بايت.

ويمكن ملاحظة أن محتوى بخار الماء يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، وعندما ينخفض ​​لسبب ما، أولاً، ينخفض ​​تأثير الاحتباس الحراري لبخار الماء نفسه (بسبب انخفاض المحتوى)، وثانياً، يحدث تكثيف بخار الماء، والذي بالطبع يمنع بشدة انخفاض درجة الحرارة نتيجة لانبعاث حرارة التكثيف، ولكن بعد التكثيف يزداد انعكاس الطاقة الشمسية، سواء في الغلاف الجوي نفسه (متناثرة على قطرات وبلورات الجليد) وعلى السطح (تساقط الثلوج) ، مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة بشكل أكبر.

مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي، ويزيد تأثير الاحتباس الحراري، مما يؤدي إلى تكثيف الزيادة الأولية في درجة الحرارة. من حيث المبدأ، تزداد الغيوم أيضًا (يدخل المزيد من بخار الماء إلى المناطق الباردة نسبيًا)، ولكن بشكل ضعيف للغاية - وفقًا لـ I. Mokhov، حوالي 0.4٪ لكل درجة من الاحترار، والتي لا يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الزيادة في انعكاس الطاقة الشمسية.

ثاني أكسيد الكربون- ثاني أكبر مساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري اليوم، ولا يتجمد عندما تنخفض درجة الحرارة، ويستمر في خلق ظاهرة الاحتباس الحراري حتى عند أدنى درجات الحرارة الممكنة في الظروف الأرضية. ربما، بفضل التراكم التدريجي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي نتيجة للنشاط البركاني، تمكنت الأرض من الخروج من حالة التجمعات الجليدية القوية (عندما كان خط الاستواء مغطى بطبقة سميكة من الجليد)، التي سقطت فيها في بداية ونهاية عصر البروتيروزويك.

ويشارك ثاني أكسيد الكربون في دورة كربون قوية في نظام الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي، وترتبط التغيرات في مناخ الأرض في المقام الأول بالتغيرات في توازن دخوله إلى الغلاف الجوي وإزالته منه.

نظرًا لقابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون العالية نسبيًا في الماء، فإن محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف المائي (المحيطات في المقام الأول) يبلغ الآن 4 × 104 جيجا طن (جيجا طن) من الكربون (من الآن فصاعدًا، يتم تقديم بيانات عن ثاني أكسيد الكربون من حيث الكربون)، بما في ذلك الطبقات العميقة (بوتفينسكي، 1998). يحتوي الغلاف الجوي حاليًا على حوالي 7.5x102 جيجا طن من الكربون (Alekseev et al., 1999). لم يكن محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي منخفضًا دائمًا - على سبيل المثال، في العصر الأركي (منذ حوالي 3.5 مليار سنة) كان الغلاف الجوي يتكون من حوالي 85-90٪ من ثاني أكسيد الكربون، عند ضغط ودرجة حرارة أعلى بكثير (سوروختين، أوشاكوف، 1997). ومع ذلك، فإن إمداد سطح الأرض بكميات كبيرة من الماء نتيجة تفريغ الغازات الداخلية، فضلاً عن ظهور الحياة، ضمن ربط الغلاف الجوي بأكمله تقريبًا وجزء كبير من ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء في شكل من الكربونات (يتم تخزين حوالي 5.5x107 جيجا طن من الكربون في الغلاف الصخري (تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، 2000)) . كما بدأ تحويل ثاني أكسيد الكربون عن طريق الكائنات الحية إلى أشكال مختلفة من المعادن القابلة للاحتراق. بالإضافة إلى ذلك، حدث ربط جزء من ثاني أكسيد الكربون أيضًا بسبب تراكم الكتلة الحيوية، حيث يكون إجمالي احتياطيات الكربون مشابهًا لتلك الموجودة في الغلاف الجوي، ومع مراعاة التربة، فهي أعلى عدة مرات.

ومع ذلك، فإننا مهتمون في المقام الأول بالتدفقات التي تزود الغلاف الجوي بثاني أكسيد الكربون وتزيله منه. يوفر الغلاف الصخري الآن تدفقًا صغيرًا جدًا من ثاني أكسيد الكربون الذي يدخل الغلاف الجوي بشكل أساسي بسبب النشاط البركاني - حوالي 0.1 جيجا طن من الكربون سنويًا (بوتفينسكي، 1998). لوحظت تدفقات كبيرة بشكل ملحوظ في المحيط (جنبًا إلى جنب مع الكائنات الحية التي تعيش هناك) - الغلاف الجوي والكائنات الحية الأرضية - أنظمة الغلاف الجوي. يدخل حوالي 92 جيجا طن من الكربون إلى المحيط سنويًا من الغلاف الجوي، ويعود 90 جيجا طن إلى الغلاف الجوي (بوتفينسكي، 1998). وبالتالي، تزيل المحيطات سنويًا حوالي 2 جيجا طن من الكربون من الغلاف الجوي. وفي الوقت نفسه، أثناء عمليات التنفس وتحلل الكائنات الحية الميتة الأرضية، يدخل الغلاف الجوي حوالي 100 جيجا طن من الكربون سنويًا. وفي عمليات التمثيل الضوئي، تزيل النباتات الأرضية أيضًا حوالي 100 جيجا طن من الكربون من الغلاف الجوي (بوتفينسكي، 1998). وكما نرى، فإن آلية تناول الكربون وإزالته من الغلاف الجوي متوازنة تمامًا، مما يوفر تدفقات متساوية تقريبًا. يتضمن النشاط البشري الحديث في هذه الآلية تدفقًا إضافيًا متزايدًا للكربون إلى الغلاف الجوي بسبب احتراق الوقود الأحفوري (النفط والغاز والفحم وما إلى ذلك) - وفقًا للبيانات، على سبيل المثال، للفترة 1989-1999، بمعدل حوالي 6.3 جيجا طن في السنة. كما أن تدفق الكربون إلى الغلاف الجوي يزداد بسبب إزالة الغابات والحرق الجزئي للغابات - بما يصل إلى 1.7 جيجا طن سنويًا (تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، 2000)، في حين أن الزيادة في الكتلة الحيوية التي تساهم في امتصاص ثاني أكسيد الكربون تبلغ حوالي 0.2 جيجا طن سنويًا فقط. بدلاً من 2 جيجا طن تقريبًا في العام. وحتى مع الأخذ في الاعتبار إمكانية امتصاص المحيط لحوالي 2 جيجا طن من الكربون الإضافي، لا يزال هناك تدفق إضافي كبير إلى حد ما (حاليًا حوالي 6 جيجا طن سنويًا)، مما يزيد من محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك، قد ينخفض ​​امتصاص المحيط لثاني أكسيد الكربون في المستقبل القريب، وحتى العملية العكسية ممكنة - إطلاق ثاني أكسيد الكربون من المحيط العالمي. ويرجع ذلك إلى انخفاض ذوبان ثاني أكسيد الكربون مع زيادة درجة حرارة الماء - على سبيل المثال، عندما تزيد درجة حرارة الماء من 5 إلى 10 درجات مئوية فقط، ينخفض ​​معامل ذوبان ثاني أكسيد الكربون فيه من حوالي 1.4 إلى 1.2.

لذا فإن تدفق ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي الناتج عن الأنشطة الاقتصادية ليس كبيرا مقارنة ببعض التدفقات الطبيعية، لكن عدم تعويضه يؤدي إلى تراكم ثاني أكسيد الكربون تدريجيا في الغلاف الجوي، مما يدمر توازن مدخلات ومخرجات ثاني أكسيد الكربون الذي تطور على مدار مليارات السنين من تطور الأرض والحياة عليها.

تشير العديد من الحقائق الجيولوجية والتاريخية إلى وجود صلة بين تغير المناخ وتقلبات الغازات الدفيئة. وفي الفترة من 4 إلى 3.5 مليار سنة مضت، كان سطوع الشمس أقل بنحو 30% مما هو عليه الآن. ومع ذلك، حتى تحت أشعة الشمس الشابة "الشاحبة"، تطورت الحياة على الأرض وتشكلت الصخور الرسوبية: على الأقل في جزء من سطح الأرض، كانت درجة الحرارة أعلى من نقطة تجمد الماء. يقترح بعض العلماء أنه في ذلك الوقت كان الغلاف الجوي للأرض يحتوي على محور أكثر بألف مرة ثاني أكسيد الكربونمما هو عليه الآن، وهذا يعوض عن نقص الطاقة الشمسية، حيث أن المزيد من الحرارة المنبعثة من الأرض ظلت في الغلاف الجوي. يمكن أن يكون تأثير الاحتباس الحراري المتزايد أحد أسباب المناخ الدافئ بشكل استثنائي في وقت لاحق من عصر الدهر الوسيط (عصر الديناصورات). وفقا لتحليل البقايا الأحفورية، كانت الأرض في ذلك الوقت أكثر دفئا بمقدار 10-15 درجة مما هي عليه الآن. تجدر الإشارة إلى أنه منذ 100 مليون سنة وما قبلها، كانت القارات تحتل موقعًا مختلفًا عما كانت عليه في عصرنا، وكانت الدورة المحيطية مختلفة أيضًا، لذلك يمكن أن يكون انتقال الحرارة من المناطق الاستوائية إلى المناطق القطبية أكبر. ومع ذلك، تشير الحسابات التي أجراها إريك ج. بارون، الذي يعمل الآن في جامعة بنسلفانيا، وباحثون آخرون إلى أن الجغرافيا القارية القديمة لا يمكن أن تكون مسؤولة عن أكثر من نصف ارتفاع درجة حرارة الدهر الوسيط. ويمكن بسهولة تفسير ما تبقى من ارتفاع درجات الحرارة من خلال ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون. تم طرح هذا الافتراض لأول مرة من قبل العلماء السوفييت A. B. Ronov من المعهد الهيدرولوجي الحكومي و M. I. Budyko من المرصد الجيوفيزيائي الرئيسي. تم إجراء الحسابات الداعمة لهذا الاقتراح بواسطة إريك بارون، وستارلي إل طومسون من المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR). من نموذج جيوكيميائي طوره روبرت أ. بيرنر وأنطونيو سي. لاساجا من جامعة ييل والراحل روبرت. تحولت الحقول في ولاية تكساس إلى صحراء بعد الجفاف الذي استمر لبعض الوقت في عام 1983. وهذه الصورة، كما تظهر الحسابات باستخدام نماذج الكمبيوتر، يمكن ملاحظتها في العديد من الأماكن إذا، نتيجة للاحتباس الحراري، رطوبة التربة في المناطق الوسطى من القارات يتناقص حيث يتركز إنتاج الحبوب.

جاريلز من جامعة جنوب فلوريدا، يترتب على ذلك أنه يمكن إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء نشاط بركاني قوي بشكل استثنائي عند حواف وسط المحيط، حيث تشكل الصهارة المتصاعدة قاعًا جديدًا للمحيط. يمكن "استخلاص" الأدلة المباشرة التي تشير إلى وجود صلة أثناء التجمعات الجليدية بين غازات الدفيئة في الغلاف الجوي والمناخ من فقاعات الهواء الموجودة في جليد القطب الجنوبي، والتي تشكلت في العصور القديمة نتيجة لضغط الثلوج المتساقطة. قام فريق من الباحثين بقيادة كلود لوريوكس من مختبر علم الجليد والجيوفيزياء في غرونوبل بدراسة عمود جليدي طوله 2000 متر (الموافق لفترة 160 ألف سنة) حصل عليه باحثون سوفيات في محطة فوستوك في القارة القطبية الجنوبية. أظهر التحليل المختبري للغازات الموجودة في هذا العمود من الجليد أنه في الغلاف الجوي القديم، تغيرت تركيزات ثاني أكسيد الكربون والميثان بالتزامن، والأهم من ذلك، "بالتزامن" مع التغيرات في متوسط ​​درجة الحرارة المحلية (تم تحديدها بواسطة نسبة تركيزات نظائر الهيدروجين في جزيئات الماء). خلال الفترة الجليدية الأخيرة، التي استمرت 10 آلاف سنة، وخلال الفترة الجليدية التي سبقتها (منذ 130 ألف سنة)، والتي استمرت أيضًا 10 آلاف سنة، كان متوسط ​​درجة الحرارة في هذه المنطقة أعلى بـ 10 درجات مما كان عليه خلال العصور الجليدية. (بشكل عام، كانت الأرض أكثر دفئًا بمقدار 5 مرات خلال هذه الفترات). خلال هذه الفترات نفسها، احتوى الغلاف الجوي على ثاني أكسيد الكربون بنسبة 25% أكثر و100.070 من غاز الميثان أكثر مما كان عليه خلال العصور الجليدية. ومن غير الواضح ما إذا كانت التغيرات في غازات الدفيئة هي السبب وتغير المناخ هو النتيجة، أو العكس. على الأرجح، كان سبب التجمعات الجليدية هو التغيرات في مدار الأرض والديناميكيات الخاصة لتقدم وتراجع الأنهار الجليدية؛ ومع ذلك، ربما تكون هذه التقلبات المناخية قد تضخمت بسبب التغيرات في الكائنات الحية والتقلبات في دوران المحيطات التي تؤثر على محتوى غازات الدفيئة في الغلاف الجوي. وتتوفر بيانات أكثر تفصيلاً عن تقلبات الغازات الدفيئة وتغير المناخ على مدار المائة عام الماضية، والتي شهدت خلالها زيادة أخرى بنسبة 25% في تركيزات ثاني أكسيد الكربون و100% في غاز الميثان. تم فحص "سجل" متوسط ​​درجة الحرارة العالمية خلال المائة عام الماضية من قبل فريقين من الباحثين، بقيادة جيمس إي هانسن من معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لإدارة الطيران والفضاء الوطنية، وتي إم إل ويجلي من قسم المناخ في الجامعة الشرقية. إنكلترا.

يعد احتباس الحرارة في الغلاف الجوي هو المكون الرئيسي لتوازن الطاقة على الأرض (الشكل 8). ما يقرب من 30% من الطاقة القادمة من الشمس تنعكس (يسارًا) إما من السحب أو الجسيمات أو سطح الأرض؛ ويتم امتصاص الـ 70% المتبقية. يتم إعادة إشعاع الطاقة الممتصة في الأشعة تحت الحمراء بواسطة سطح الكوكب.

أرز.

استخدم هؤلاء العلماء قياسات من محطات الأرصاد الجوية المنتشرة في جميع القارات (قام فريق قسم المناخ أيضًا بتضمين قياسات في البحر في التحليل). وفي الوقت نفسه، اعتمدت المجموعتان أساليب مختلفة لتحليل الملاحظات ومراعاة "التشوهات" المرتبطة، على سبيل المثال، بحقيقة أن بعض محطات الأرصاد الجوية "انتقلت" إلى موقع آخر على مدى مائة عام، وبعضها الموجود في المدن أعطى بيانات "ملوثة" » تأثير الحرارة الناتجة عن المؤسسات الصناعية أو المتراكمة خلال النهار من قبل المباني والأرصفة. التأثير الأخير، الذي يؤدي إلى ظهور الجزر الحرارية، ملحوظ جدًا في البلدان المتقدمة، مثل الولايات المتحدة. ومع ذلك، فحتى لو كان التصحيح المحسوب بالنسبة للولايات المتحدة (الذي حصل عليه توماس آر. كارل من المركز الوطني للبيانات المناخية في أشفيل بولاية نورث كارولينا، وبي. دي. جونز من جامعة إيست أنجليا) يمتد ليشمل جميع البيانات الموجودة على الكرة الأرضية. ، في كلا الإدخالين سيبقى "<реальное» потепление величиной 0,5 О С, относящееся к последним 100 годам. В согласии с общей тенденцией 1980-е годы остаются самым теплым десятилетием, а 1988, 1987 и 1981 гг. - наиболее теплыми годами (в порядке перечисления). Можно ли считать это «сигналом» парникового потепления? Казалось бы, можно, однако в действительности факты не столь однозначны. Возьмем для примера такое обстоятельство: вместо неуклонного потепления, какое можно ожидать от парникового эффекта, быстрое повышение температуры, происходившее до конца второй мировой войны, сменилось небольшим похолоданием, продлившимся до середины 1970-х годов, за которым последовал второй период быстрого потепления, продолжающийся по сей день. Какой характер примет изменение температуры в ближайшее время? Чтобы дать такой прогноз, необходимо ответить на три вопроса. Какое количество диоксида углерода и других парниковых газов будет выброшено в атмосферу? Насколько при этом возрастет концентрация этих газов в атмосфере? Какой климатический эффект вызовет это повышение концентрации, если будут действовать естественные и антропогенные факторы, которые могут ослаблять или усиливать климатические изменения? Прогноз выбросов - нелегкая задача для исследователей, занимающихся анализом человеческой деятельности. Какое количество диоксида углерода попадет в атмосферу, зависит главным образом от того, сколько ископаемого топлива будет сожжено и сколько лесов вырублено (последний фактор ответствен за половину прироста парниковых газов с 1800 г. и за 20070прироста в наше время). И тот и другой фактор зависят в свою очередь от множества причин. Так, на потреблении ископаемого топлива сказываются рост населения, переход к альтернативным источникам энергии и меры по экономии энергии, а также состояние мировой экономики. Прогнозы в основном сводятся к тому, что потребление ископаемого топлива на земном шаре в целом будет увеличиваться примерно с той же скоростью, что и сегодня намного медленнее, чем до энергетического кризиса 1970-х годов. В результате эмиссия (поступление в атмосферу) диоксида углерода в ближайшие несколько десятилетий, будет увеличиваться на 0,5-2070 в год. Другие парниковые газы, такие как ХФУ, оксиды азота и тропосферный озон, могут вносить в потепление климата почти столь же большой вклад, что и диоксид углерода, хотя в атмосферу их попадает значительно меньше: объясняется это тем, что они более эффективно поглощают солнечную радиацию. Предсказать, какова будет эмиссия этих газов - задача еще более трудная. Так, например, не вполне ясно происхождение некоторых газов, в частности метана; величина выбросов других газов, таких как ХФУ или озон, будет зависеть от того, какие изменения в технологии и политике произойдут в ближайшем будущем.

تبادل الكربون بين الغلاف الجوي و"الخزانات" المختلفة على الأرض (الشكل 9). يشير كل رقم، بمليارات الأطنان، إلى تدفق الكربون أو تدفقه إلى الخارج (على شكل ثاني أكسيد) سنويًا أو مخزونه في الخزان. تعمل هذه الدورات الطبيعية، واحدة على الأرض والأخرى على المحيط، على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بقدر ما تضيفه، لكن النشاط البشري مثل إزالة الغابات وحرق الوقود الأحفوري يتسبب في انخفاض مستويات الكربون في الغلاف الجوي بمعدل 3 مليارات دولار سنويًا. طن. البيانات مأخوذة من عمل بيرت بوهلين في جامعة ستوكهولم

الشكل 9

لنفترض أن لدينا توقعات معقولة لكيفية تغير انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ما هي التغيرات في هذه الحالة التي ستحدث مع تركيز هذا الغاز في الغلاف الجوي؟ "تستهلك" النباتات ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي، وكذلك المحيطات، حيث يتم استخدامه في العمليات الكيميائية والبيولوجية. ومع تغير تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، فمن المرجح أن يتغير معدل "استهلاك" هذا الغاز. وبعبارة أخرى، فإن العمليات التي تسبب تغيرات في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يجب أن تتضمن ردود فعل. ثاني أكسيد الكربون هو "المادة الخام" لعملية التمثيل الضوئي في النباتات، لذا من المرجح أن يزيد استهلاك النباتات له مع تراكمه في الغلاف الجوي، مما سيؤدي إلى إبطاء هذا التراكم. وبالمثل، بما أن محتوى ثاني أكسيد الكربون في مياه المحيطات السطحية يتوازن تقريبًا مع محتواه في الغلاف الجوي، فإن زيادة امتصاص ثاني أكسيد الكربون بواسطة مياه المحيطات سيؤدي إلى إبطاء تراكمه في الغلاف الجوي. ومع ذلك، قد يحدث أن يؤدي تراكم ثاني أكسيد الكربون وغيره من الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي إلى تحفيز آليات ردود فعل إيجابية من شأنها أن تزيد من التأثير المناخي. وبالتالي فإن التغير المناخي السريع قد يؤدي إلى اختفاء بعض الغابات والأنظمة البيئية الأخرى، مما سيضعف قدرة المحيط الحيوي على امتصاص ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى الإطلاق السريع للكربون المخزن في المواد العضوية الميتة في التربة. وهذا الكربون، وهو ضعف الكمية الموجودة في الغلاف الجوي، يتحول باستمرار إلى ثاني أكسيد الكربون والميثان بواسطة بكتيريا التربة. وقد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تسريع عملها، مما يؤدي إلى زيادة إطلاق ثاني أكسيد الكربون (من التربة الجافة) والميثان (من حقول الأرز ومدافن النفايات والأراضي الرطبة). يتم أيضًا تخزين الكثير من الميثان في الرواسب الموجودة على الجرف القاري وتحت طبقة التربة الصقيعية في القطب الشمالي على شكل شبكات جزيئية تتكون من الميثان وجزيئات الماء يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة مياه الجرف القاري وذوبان التربة الصقيعية إلى إطلاقه وعلى الرغم من هذه الشكوك، يعتقد العديد من الباحثين أن امتصاص ثاني أكسيد الكربون بواسطة النباتات والمحيطات سوف يبطئ تراكم هذا الغاز في الغلاف الجوي - على الأقل في الخمسين إلى المائة سنة القادمة، وتشير التقديرات النموذجية المستندة إلى معدلات الانبعاثات الحالية من إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون التي تدخل الغلاف الجوي، سيبقى حوالي نصفها هناك. ويترتب على ذلك أن تركيزات ثاني أكسيد الكربون سوف تتضاعف من مستويات 1900 (إلى 600 جزء في المليون) بين عامي 2030 و2080. ومع ذلك، من المرجح أن تتراكم غازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي بشكل أسرع.

غازات الاحتباس الحراري

الغازات الدفيئة هي الغازات التي يعتقد أنها تسبب ظاهرة الاحتباس الحراري العالمية.

الغازات الدفيئة الرئيسية، حسب تأثيرها المقدر على التوازن الحراري للأرض، هي بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان والأوزون والهالوكربونات وأكسيد النيتروز.

بخار الماء

بخار الماء هو غاز الدفيئة الطبيعي الرئيسي، وهو المسؤول عن أكثر من 60٪ من التأثير. التأثير البشري المباشر على هذا المصدر غير مهم. وفي الوقت نفسه فإن زيادة درجة حرارة الأرض الناجمة عن عوامل أخرى تؤدي إلى زيادة التبخر والتركيز الكلي لبخار الماء في الغلاف الجوي عند رطوبة نسبية ثابتة تقريبا، مما يؤدي بدوره إلى زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري. وبالتالي، تحدث بعض ردود الفعل الإيجابية.

الميثان

أدى انفجار هائل لغاز الميثان المتراكم تحت قاع البحر قبل 55 مليون سنة إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض بمقدار 7 درجات مئوية.

يمكن أن يحدث نفس الشيء الآن - وقد أكد هذا الافتراض باحثون من وكالة ناسا. وباستخدام المحاكاة الحاسوبية للمناخات القديمة، حاولوا فهم دور الميثان في تغير المناخ بشكل أفضل. وفي الوقت الحالي، تركز معظم الأبحاث حول ظاهرة الاحتباس الحراري على دور ثاني أكسيد الكربون في هذا التأثير، على الرغم من أن قدرة الميثان على الاحتفاظ بالحرارة في الغلاف الجوي تفوق قدرة ثاني أكسيد الكربون بمقدار 20 مرة.

تساهم مجموعة متنوعة من الأجهزة المنزلية التي تعمل بالغاز في زيادة محتوى غاز الميثان في الغلاف الجوي.

على مدار المائتي عام الماضية، تضاعف غاز الميثان في الغلاف الجوي بأكثر من الضعف بسبب تحلل المواد العضوية في المستنقعات والأراضي المنخفضة الرطبة، فضلاً عن التسربات من الأشياء التي من صنع الإنسان مثل خطوط أنابيب الغاز ومناجم الفحم وزيادة الري وانبعاث الغازات من الماشية. ولكن هناك مصدر آخر للميثان، وهو المواد العضوية المتحللة في رواسب المحيطات، والمحفوظة مجمدة تحت قاع البحر.

عادةً ما تحافظ درجات الحرارة المنخفضة والضغط المرتفع على غاز الميثان تحت المحيط في حالة مستقرة، لكن هذا لم يكن الحال دائمًا. خلال فترات الاحتباس الحراري، مثل الحد الأقصى الحراري للعصر الباليوسيني المتأخر، الذي حدث قبل 55 مليون سنة واستمر لمدة 100 ألف سنة، أدت حركة الصفائح الصخرية، خاصة في شبه القارة الهندية، إلى انخفاض الضغط على قاع البحر ويمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض الضغط على قاع البحر. تسبب انبعاث كميات كبيرة من غاز الميثان. ومع ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي والمحيطات، قد تزداد انبعاثات غاز الميثان. ويعتقد بعض العلماء أن ظاهرة الاحتباس الحراري الحالية يمكن أن تؤدي إلى تطور الأحداث وفق نفس السيناريو - إذا ارتفعت درجة حرارة المحيط بشكل كبير.

عندما يدخل الميثان الغلاف الجوي، فإنه يتفاعل مع جزيئات الأكسجين والهيدروجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، وكلاهما يمكن أن يسبب ظاهرة الاحتباس الحراري. ووفقا للتوقعات السابقة، فإن كل غاز الميثان المنبعث سيتحول إلى ثاني أكسيد الكربون وماء خلال حوالي 10 سنوات. إذا كان هذا صحيحا، فإن زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون ستكون السبب الرئيسي لارتفاع درجة حرارة الكوكب. ومع ذلك، فإن محاولات تأكيد المنطق مع الإشارات إلى الماضي لم تنجح - لم يتم العثور على آثار زيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون قبل 55 مليون سنة.

وأظهرت النماذج المستخدمة في الدراسة الجديدة أنه عندما يرتفع مستوى الميثان في الغلاف الجوي بشكل حاد، فإن محتوى الأكسجين والهيدروجين المتفاعلين مع الميثان فيه ينخفض ​​(حتى يتوقف التفاعل)، ويبقى الميثان المتبقي في الهواء لمئات من المرات. سنوات، وأصبح في حد ذاته سببا للاحتباس الحراري. وهذه مئات السنين كافية لتدفئة الغلاف الجوي وإذابة الجليد في المحيطات وتغيير النظام المناخي بأكمله.

المصادر البشرية الرئيسية للميثان هي التخمر الهضمي في الماشية، وزراعة الأرز، وحرق الكتلة الحيوية (بما في ذلك إزالة الغابات). وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن الزيادة السريعة في تركيزات الميثان في الغلاف الجوي حدثت في الألفية الأولى بعد الميلاد (ربما نتيجة للتوسع في الإنتاج الزراعي والحيواني وحرق الغابات). بين عامي 1000 و1700، انخفضت تركيزات غاز الميثان بنسبة 40%، لكنها بدأت في الارتفاع مرة أخرى في القرون الأخيرة (ربما نتيجة لتوسيع الأراضي الصالحة للزراعة والمراعي وحرق الغابات، واستخدام الخشب للتدفئة، وزيادة أعداد الماشية والصرف الصحي وزراعة الأرز). تأتي بعض المساهمة في إمدادات الميثان من التسربات أثناء تطوير رواسب الفحم والغاز الطبيعي، وكذلك انبعاث غاز الميثان كجزء من الغاز الحيوي المتولد في مواقع التخلص من النفايات.

ثاني أكسيد الكربون

مصادر ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض هي الانبعاثات البركانية، والنشاط الحيوي للكائنات الحية، والنشاط البشري. وتشمل المصادر البشرية المنشأ حرق الوقود الأحفوري، وحرق الكتلة الحيوية (بما في ذلك إزالة الغابات)، وبعض العمليات الصناعية (على سبيل المثال، إنتاج الأسمنت). المستهلكون الرئيسيون لثاني أكسيد الكربون هم النباتات. عادة، يمتص التكاثر الحيوي نفس الكمية تقريبًا من ثاني أكسيد الكربون التي ينتجها (بما في ذلك من خلال تحلل الكتلة الحيوية).

تأثير ثاني أكسيد الكربون على شدة ظاهرة الاحتباس الحراري.

ولا يزال يتعين علينا أن نتعلم الكثير عن دورة الكربون والدور الذي تلعبه محيطات العالم باعتبارها مستودعاً هائلاً لثاني أكسيد الكربون. كما ذكرنا أعلاه، تضيف البشرية كل عام 7 مليارات طن من الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون إلى الـ 750 مليار طن الموجودة. لكن حوالي نصف انبعاثاتنا فقط - 3 مليارات طن - تبقى في الهواء. ويمكن تفسير ذلك بحقيقة أن معظم ثاني أكسيد الكربون تستخدمه النباتات البرية والبحرية، أو مدفون في الرواسب البحرية، أو تمتصه مياه البحر، أو يتم امتصاصه بطريقة أخرى. ومن هذا الجزء الكبير من ثاني أكسيد الكربون (حوالي 4 مليارات طن)، تمتص المحيطات حوالي ملياري طن من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي كل عام.

كل هذا يزيد من عدد الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها: كيف بالضبط يتفاعل ماء البحر مع الهواء الجوي، ويمتص ثاني أكسيد الكربون؟ ما هو مقدار الكربون الذي يمكن للبحار أن تمتصه، وما هو مستوى الانحباس الحراري العالمي الذي قد يؤثر على قدرتها؟ ما هي قدرة المحيطات على امتصاص وتخزين الحرارة التي يحتجزها تغير المناخ؟

ليس من السهل أخذ دور السحب والجسيمات العالقة في التيارات الهوائية التي تسمى الهباء الجوي في الاعتبار عند بناء نموذج مناخي. تقوم الغيوم بتظليل سطح الأرض، مما يؤدي إلى التبريد، ولكن اعتمادًا على ارتفاعها وكثافتها وظروف أخرى، يمكنها أيضًا احتجاز الحرارة المنعكسة من سطح الأرض، مما يزيد من شدة ظاهرة الاحتباس الحراري. تأثير الهباء الجوي مثير للاهتمام أيضًا. ويقوم بعضها بتعديل بخار الماء، وتكثيفه إلى قطرات صغيرة تشكل السحب. وهذه السحب كثيفة جدًا وتحجب سطح الأرض لأسابيع. أي أنها تحجب ضوء الشمس حتى تسقط مع هطول الأمطار.

وقد يكون التأثير المشترك هائلا: فقد أطلق ثوران بركان جبل بيناتوبا في الفلبين عام 1991 كمية هائلة من الكبريتات إلى طبقة الستراتوسفير، الأمر الذي أدى إلى انخفاض درجات الحرارة في مختلف أنحاء العالم لمدة عامين.

وعلى هذا فإن التلوث الذي نعيشه، والذي يحدث في الأساس نتيجة لحرق الفحم والزيوت التي تحتوي على الكبريت، قد يعوض مؤقتاً عن التأثيرات الناجمة عن الانحباس الحراري العالمي. ويقدر الخبراء أن الهباء الجوي خفض كمية الاحترار بنسبة 20٪ خلال القرن العشرين. بشكل عام، ارتفعت درجات الحرارة منذ الأربعينيات، لكنها انخفضت منذ عام 1970. قد يساعد تأثير الهباء الجوي في تفسير التبريد الشاذ في منتصف القرن الماضي.

وفي عام 2006، بلغت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 24 مليار طن. تعارض مجموعة نشطة للغاية من الباحثين فكرة أن النشاط البشري هو أحد أسباب ظاهرة الاحتباس الحراري. في رأيها، الشيء الرئيسي هو العمليات الطبيعية لتغير المناخ وزيادة النشاط الشمسي. ولكن وفقا لكلاوس هاسيلمان، رئيس مركز المناخ الألماني في هامبورج، فإن 5% فقط يمكن تفسيرها بأسباب طبيعية، والـ 95% المتبقية هي عوامل من صنع الإنسان ناجمة عن النشاط البشري.

كما أن بعض العلماء لا يربطون الزيادة في ثاني أكسيد الكربون بزيادة درجة الحرارة. ويقول المتشككون إنه إذا كان لارتفاع درجات الحرارة أن نعزو ارتفاع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فلابد أن درجات الحرارة ارتفعت أثناء فترة الازدهار الاقتصادي في مرحلة ما بعد الحرب، عندما تم حرق الوقود الأحفوري بكميات هائلة. ومع ذلك، حسب جيري مالمان، مدير مختبر ديناميكيات الموائع الجيوفيزيائية، أن زيادة استخدام الفحم والزيوت أدت إلى زيادة محتوى الكبريت في الغلاف الجوي بسرعة، مما تسبب في التبريد. بعد عام 1970، أدى التأثير الحراري لدورات الحياة الطويلة لثاني أكسيد الكربون والميثان إلى قمع الهباء الجوي المتحلل بسرعة، مما أدى إلى ارتفاع درجات الحرارة. وهكذا يمكننا أن نستنتج أن تأثير ثاني أكسيد الكربون على شدة ظاهرة الاحتباس الحراري هائل ولا يمكن إنكاره.

ومع ذلك، فإن ظاهرة الاحتباس الحراري المتزايدة قد لا تكون كارثية. في الواقع، قد تكون درجات الحرارة المرتفعة موضع ترحيب عندما تكون نادرة جدًا. منذ عام 1900، لوحظ أكبر ارتفاع في درجات الحرارة عند خط عرض 40 إلى 70 درجة شمالًا، بما في ذلك روسيا وأوروبا والجزء الشمالي من الولايات المتحدة، حيث بدأت الانبعاثات الصناعية للغازات الدفيئة في أقرب وقت ممكن. تحدث معظم درجات الحرارة ليلاً، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة الغطاء السحابي، الذي يحبس الحرارة الخارجة. ونتيجة لذلك، تم تمديد موسم الزراعة لمدة أسبوع.

علاوة على ذلك، قد يكون تأثير ظاهرة الاحتباس الحراري بمثابة أخبار جيدة لبعض المزارعين. التركيزات العالية من ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يكون لها تأثير إيجابي على النباتات لأن النباتات تستخدم ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي، وتحوله إلى أنسجة حية. ولذلك، فإن المزيد من النباتات يعني المزيد من امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى إبطاء ظاهرة الاحتباس الحراري.

وقد تمت دراسة هذه الظاهرة من قبل متخصصين أمريكيين. قرروا إنشاء نموذج للعالم يحتوي على ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء. للقيام بذلك، استخدموا غابة الصنوبر البالغة من العمر أربعة عشر عاما في شمال كاليفورنيا. وتم ضخ الغاز عبر الأنابيب المثبتة بين الأشجار. زيادة التمثيل الضوئي بنسبة 50-60٪. لكن التأثير سرعان ما أصبح عكس ذلك. ولم تتمكن الأشجار الخانقة من التعامل مع هذه الكميات من ثاني أكسيد الكربون. تم فقدان الميزة في عملية التمثيل الضوئي. وهذا مثال آخر على كيف يؤدي التلاعب البشري إلى نتائج غير متوقعة.

لكن هذه الجوانب الإيجابية الصغيرة لظاهرة الاحتباس الحراري لا يمكن مقارنتها بالجوانب السلبية. خذ على سبيل المثال تجربة غابة الصنوبر، حيث تضاعف حجم ثاني أكسيد الكربون، وبحلول نهاية هذا القرن من المتوقع أن يتضاعف تركيز ثاني أكسيد الكربون أربع مرات. يمكن للمرء أن يتخيل مدى خطورة العواقب على النباتات. وهذا بدوره سيزيد من حجم ثاني أكسيد الكربون، لأنه كلما قل عدد النباتات، زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون.

عواقب ظاهرة الاحتباس الحراري

غازات الاحتباس الحراري المناخ

مع ارتفاع درجات الحرارة، سيزداد تبخر الماء من المحيطات والبحيرات والأنهار وغيرها. نظرًا لأن الهواء الأكثر دفئًا يمكن أن يحمل المزيد من بخار الماء، فإن هذا يخلق تأثيرًا مرتدًا قويًا: كلما أصبح أكثر دفئًا، زاد محتوى بخار الماء في الهواء، مما يؤدي بدوره إلى زيادة تأثير الاحتباس الحراري.

النشاط البشري له تأثير ضئيل على كمية بخار الماء في الغلاف الجوي. لكننا نصدر غازات دفيئة أخرى، مما يجعل تأثير الدفيئة أكثر كثافة. ويعتقد العلماء أن زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، الناتجة في الأغلب عن حرق الوقود الأحفوري، تفسر ما لا يقل عن 60% من ارتفاع درجة حرارة الأرض منذ عام 1850. ويتزايد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنحو 0.3% سنويا، وهو الآن أعلى بنحو 30% مما كان عليه قبل الثورة الصناعية. إذا عبرنا عن ذلك بالقيمة المطلقة، فإن البشرية تضيف كل عام حوالي 7 مليارات طن. وعلى الرغم من أن هذا جزء صغير مقارنة بإجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي - 750 مليار طن، وحتى أصغر مقارنة بكمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في المحيط العالمي - حوالي 35 تريليون طن، إلا أنه يظل كبيرًا للغاية. بارِز. السبب: العمليات الطبيعية في حالة توازن، مثل هذا الحجم من ثاني أكسيد الكربون يدخل الغلاف الجوي، والذي يتم إزالته من هناك. والنشاط البشري يضيف ثاني أكسيد الكربون فقط.

الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي للأرض. تمتد حتى 3000 كيلومتر من سطح الأرض. يمكن تتبع آثاره على ارتفاعات تصل إلى 10000 كيلومتر. A. لها كثافة غير متساوية 50 5 وتتركز كتلها حتى 5 كم، 75٪ - حتى 10 كم، 90٪ - حتى 16 كم.

يتكون الغلاف الجوي من الهواء - وهو خليط ميكانيكي من عدة غازات.

نتروجين(78%) في الغلاف الجوي يلعب دور مخفف الأكسجين، حيث ينظم معدل الأكسدة، وبالتالي سرعة وكثافة العمليات البيولوجية. النيتروجين هو العنصر الرئيسي في الغلاف الجوي للأرض، والذي يتبادل باستمرار مع المواد الحية في المحيط الحيوي، والأجزاء المكونة لهذا الأخير هي مركبات النيتروجين (الأحماض الأمينية، البيورينات، وما إلى ذلك). يتم استخراج النيتروجين من الغلاف الجوي بطرق غير عضوية وكيميائية حيوية، على الرغم من أنها مترابطة بشكل وثيق. ويرتبط الاستخلاص غير العضوي بتكوين مركباته N 2 O، N 2 O 5، NO 2، NH 3. توجد في هطول الأمطار وتتشكل في الغلاف الجوي تحت تأثير التفريغ الكهربائي أثناء العواصف الرعدية أو التفاعلات الكيميائية الضوئية تحت تأثير الإشعاع الشمسي.

يتم التثبيت البيولوجي للنيتروجين بواسطة بعض البكتيريا بالتعايش مع النباتات العليا في التربة. يتم تثبيت النيتروجين أيضًا بواسطة بعض الكائنات الحية الدقيقة من العوالق والطحالب في البيئة البحرية. من الناحية الكمية، فإن التثبيت البيولوجي للنيتروجين يتجاوز التثبيت غير العضوي. يتم تبادل جميع النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي خلال حوالي 10 ملايين سنة. يوجد النيتروجين في الغازات ذات الأصل البركاني وفي الصخور النارية. عندما يتم تسخين عينات مختلفة من الصخور البلورية والنيازك، يتم إطلاق النيتروجين على شكل جزيئات N 2 وNH 3. ومع ذلك، فإن الشكل الرئيسي لوجود النيتروجين، سواء على الأرض أو على الكواكب الأرضية، هو جزيئي. الأمونيا، التي تدخل الغلاف الجوي العلوي، تتأكسد بسرعة، وتطلق النيتروجين. وفي الصخور الرسوبية يتم دفنه مع المواد العضوية ويوجد بكميات متزايدة في الرواسب البيتومينية. أثناء التحول الإقليمي لهذه الصخور، يتم إطلاق النيتروجين بأشكال مختلفة في الغلاف الجوي للأرض.

دورة النيتروجين الجيوكيميائية (

الأكسجين(21%) تستخدمه الكائنات الحية للتنفس وهو جزء من مادة عضوية (بروتينات، دهون، كربوهيدرات). الأوزون O3. يؤخر الأشعة فوق البنفسجية المدمرة للحياة من الشمس.

الأكسجين هو ثاني أكثر الغازات انتشارًا في الغلاف الجوي، ويلعب دورًا مهمًا للغاية في العديد من العمليات في المحيط الحيوي. الشكل السائد لوجودها هو O2. في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية، يحدث تفكك جزيئات الأكسجين، وعلى ارتفاع حوالي 200 كيلومتر، تصبح نسبة الأكسجين الذري إلى الجزيئي (O: O 2) تساوي 10. وعندما تكون هذه النسبة تتفاعل أشكال الأكسجين في الغلاف الجوي (على ارتفاع 20-30 كم)، وحزام الأوزون (شاشة الأوزون). الأوزون (O3) ضروري للكائنات الحية، حيث يحجب معظم الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس والتي تضرها.

في المراحل الأولى من تطور الأرض، ظهر الأكسجين الحر بكميات صغيرة جدًا نتيجة التفكك الضوئي لثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. ومع ذلك، تم استهلاك هذه الكميات الصغيرة بسرعة عن طريق أكسدة الغازات الأخرى. مع ظهور كائنات التمثيل الضوئي ذاتية التغذية في المحيط، تغير الوضع بشكل كبير. بدأت كمية الأكسجين الحر في الغلاف الجوي في الزيادة بشكل تدريجي، مما أدى إلى أكسدة العديد من مكونات المحيط الحيوي. وهكذا، ساهمت الأجزاء الأولى من الأكسجين الحر في المقام الأول في تحويل أشكال الحديدوز إلى أشكال أكسيد، والكبريتيدات إلى كبريتات.

وفي نهاية المطاف، وصلت كمية الأكسجين الحر في الغلاف الجوي للأرض إلى كتلة معينة وتم توازنها بحيث أصبحت الكمية المنتجة مساوية للكمية الممتصة. تم إنشاء محتوى ثابت نسبيًا من الأكسجين الحر في الغلاف الجوي.

دورة الأكسجين الجيوكيميائية (في.أ. فرونسكي، ج.ف. فويتكيفيتش)

ثاني أكسيد الكربون، يدخل في تكوين المادة الحية، ويخلق مع بخار الماء ما يسمى بـ "تأثير الدفيئة".

الكربون (ثاني أكسيد الكربون) - يوجد معظمه في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون وأقل بكثير على شكل CH 4. إن أهمية التاريخ الجيوكيميائي للكربون في المحيط الحيوي كبيرة للغاية، لأنه جزء من جميع الكائنات الحية. داخل الكائنات الحية، تسود الأشكال المختزلة من الكربون، وفي بيئة المحيط الحيوي، تسود الأشكال المؤكسدة. وبذلك يتم إنشاء التبادل الكيميائي لدورة الحياة: ثاني أكسيد الكربون ↔ المادة الحية.

مصدر ثاني أكسيد الكربون الأولي في المحيط الحيوي هو النشاط البركاني المرتبط بالتفريغ العلماني للوشاح والآفاق السفلية لقشرة الأرض. ينشأ جزء من ثاني أكسيد الكربون أثناء التحلل الحراري للحجر الجيري القديم في مناطق متحولة مختلفة. تحدث هجرة ثاني أكسيد الكربون إلى المحيط الحيوي بطريقتين.

يتم التعبير عن الطريقة الأولى في امتصاص ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي مع تكوين المواد العضوية ثم دفنها في ظروف اختزال مواتية في الغلاف الصخري على شكل خث وفحم وزيت وصخر زيتي. وفقا للطريقة الثانية، تؤدي هجرة الكربون إلى إنشاء نظام كربونات في الغلاف المائي، حيث يتحول CO 2 إلى H 2 CO 3، HCO 3 -1، CO 3 -2. بعد ذلك، وبمشاركة الكالسيوم (وأقل شيوعًا المغنيسيوم والحديد)، يتم ترسيب الكربونات عبر مسارات حيوية وغير حيوية. تظهر طبقات سميكة من الحجر الجيري والدولوميت. بحسب أ.ب. رونوف، كانت نسبة الكربون العضوي (Corg) إلى كربونات الكربون (Ccarb) في تاريخ المحيط الحيوي 1:4.

إلى جانب دورة الكربون العالمية، هناك أيضًا عدد من دورات الكربون الصغيرة. لذلك، على الأرض، تمتص النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي أثناء النهار، وفي الليل تطلقه في الغلاف الجوي. مع موت الكائنات الحية على سطح الأرض، تحدث أكسدة المواد العضوية (بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة) مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. في العقود الأخيرة، احتل الاحتراق الهائل للوقود الأحفوري وزيادة محتواه في الغلاف الجوي الحديث مكانة خاصة في دورة الكربون.

دورة الكربون في الغلاف الجغرافي (حسب ف. رماد، 1981)

الأرجون- ثالث أكثر غازات الغلاف الجوي انتشارًا، وهو ما يميزه بشكل حاد عن الغازات الخاملة الأخرى الموزعة بشكل متناثر للغاية. إلا أن الأرجون في تاريخه الجيولوجي يشترك في مصير هذه الغازات التي تتميز بخاصيتين:

1. وعدم رجعة تراكمها في الغلاف الجوي؛
2. ارتباط وثيق مع التحلل الإشعاعي لبعض النظائر غير المستقرة.

تقع الغازات الخاملة خارج دورة معظم العناصر الدورية في المحيط الحيوي للأرض.

يمكن تقسيم جميع الغازات الخاملة إلى غازات أولية وإشعاعية. تشمل العناصر الأساسية تلك التي استولت عليها الأرض خلال فترة تكوينها. فهي نادرة للغاية. يتم تمثيل الجزء الأساسي من الأرجون بشكل رئيسي بالنظائر 36 Ar و 38 Ar، بينما يتكون الأرجون الجوي بالكامل من النظير 40 Ar (99.6٪)، وهو بلا شك مشع. في الصخور المحتوية على البوتاسيوم، حدث تراكم الأرجون الإشعاعي ويستمر في الحدوث بسبب تحلل البوتاسيوم -40 من خلال التقاط الإلكترون: 40 K + e → 40 Ar.

ولذلك، يتم تحديد محتوى الأرجون في الصخور حسب عمرها وكمية البوتاسيوم. وإلى هذا الحد، فإن تركيز الهيليوم في الصخور يعتمد على عمرها ومحتواها من الثوريوم واليورانيوم. يتم إطلاق الأرجون والهيليوم في الغلاف الجوي من أحشاء الأرض أثناء الانفجارات البركانية، من خلال الشقوق في القشرة الأرضية على شكل نفاثات غازية، وكذلك أثناء التجوية للصخور. وفقًا للحسابات التي أجراها P. Dimon وJ. Culp، يتراكم الهيليوم والأرجون في القشرة الأرضية في العصر الحديث ويدخلان الغلاف الجوي بكميات صغيرة نسبيًا. إن معدل دخول هذه الغازات المشعة منخفض جدًا لدرجة أنه خلال التاريخ الجيولوجي للأرض لم يتمكن من ضمان محتواها المرصود في الغلاف الجوي الحديث. لذلك، يبقى أن نفترض أن معظم الأرجون الموجود في الغلاف الجوي جاء من أحشاء الأرض في المراحل الأولى من تطورها، وتم إضافة كمية أقل بكثير لاحقًا أثناء عملية البراكين وأثناء تجوية الصخور المحتوية على البوتاسيوم.

وهكذا، على مر الزمن الجيولوجي، كان للهيليوم والأرجون عمليات هجرة مختلفة. يوجد القليل جدًا من الهيليوم في الغلاف الجوي (حوالي 5 * 10 -4٪) وكان "تنفس الهيليوم" للأرض أخف وزناً لأنه تبخر في الفضاء الخارجي باعتباره أخف غاز. وكان "تنفس الأرجون" ثقيلا وبقي الأرجون داخل حدود كوكبنا. ارتبطت معظم الغازات النبيلة البدائية، مثل النيون والزينون، بالنيون البدائي الذي استولت عليه الأرض أثناء تكوينها، وكذلك مع إطلاقها أثناء تفريغ الوشاح في الغلاف الجوي. تشير المجموعة الكاملة من البيانات المتعلقة بالكيمياء الجيولوجية للغازات النبيلة إلى أن الغلاف الجوي الأولي للأرض نشأ في المراحل الأولى من تطوره.

الجو يحتوي على بخار الماءو ماءفي الحالة السائلة والصلبة. الماء في الغلاف الجوي هو تراكم مهم للحرارة.

تحتوي الطبقات السفلية من الغلاف الجوي على كمية كبيرة من الغبار والهباء الجوي المعدني والتكنولوجي ومنتجات الاحتراق والأملاح والجراثيم وحبوب اللقاح وما إلى ذلك.

حتى ارتفاع 100-120 كم، بسبب الاختلاط الكامل للهواء، يكون تكوين الغلاف الجوي متجانسًا. النسبة بين النيتروجين والأكسجين ثابتة. في الأعلى، تسود الغازات الخاملة والهيدروجين وما إلى ذلك. وفي الطبقات السفلية من الغلاف الجوي يوجد بخار الماء. ومع البعد عن الأرض يقل محتواه. كلما ارتفعت نسبة الغازات، على سبيل المثال، على ارتفاع 200-800 كم، يهيمن الأكسجين على النيتروجين بنسبة 10-100 مرة.