ساختار و تعادل گازهای موجود در جو. ترکیب اتمسفر ترکیب جو زمین

آیا واقعا چیزی وجود ندارد که بتواند میزان گازهای گلخانه ای را در جو تنظیم کند؟ البته می تواند. اکسیژن این کار را به خوبی انجام می دهد. اما مشکل این است که جمعیت سیاره به طور غیرقابل افزایشی در حال افزایش است، به این معنی که اکسیژن بیشتر و بیشتر مصرف می شود. تنها راه نجات ما پوشش گیاهی به خصوص جنگل است. آنها دی اکسید کربن اضافی را جذب کرده و اکسیژن بسیار بیشتری نسبت به مصرف انسان آزاد می کنند.

اثر گلخانه ای و آب و هوای زمین

وقتی از پیامدهای اثر گلخانه ای صحبت می کنیم، تأثیر آن بر آب و هوای زمین را درک می کنیم. اول از همه، این گرمایش جهانی است. بسیاری از مردم مفاهیم "اثر گلخانه ای" و "گرمایش جهانی" را یکسان می دانند، اما آنها برابر نیستند، بلکه به هم مرتبط هستند: اولی علت دوم است.

گرمایش زمین ارتباط مستقیمی با اقیانوس ها دارد.در اینجا یک مثال از دو رابطه علت و معلولی آورده شده است.

1. دمای متوسط ​​سیاره در حال افزایش است، مایع شروع به تبخیر می کند. این در مورد اقیانوس جهانی نیز صدق می کند: برخی از دانشمندان می ترسند که در چند صد سال آینده شروع به "خشک شدن" کند.
2. در عین حال، به دلیل دمای بالا، یخچال ها و یخ های دریا در آینده نزدیک شروع به ذوب فعال خواهند کرد. این امر منجر به افزایش اجتناب ناپذیر سطح دریا خواهد شد.

ما در حال حاضر شاهد سیلاب های منظم در مناطق ساحلی هستیم، اما اگر سطح اقیانوس جهانی به میزان قابل توجهی افزایش یابد، تمام مناطق خشکی مجاور دچار سیل شده و محصولات زراعی از بین خواهند رفت.

تاثیر بر زندگی مردم

فراموش نکنید که افزایش میانگین دمای زمین بر زندگی ما تأثیر می گذارد. عواقب آن می تواند بسیار جدی باشد. بسیاری از مناطق سیاره ما که در حال حاضر مستعد خشکسالی هستند، کاملا غیرقابل زندگی خواهند شد، مردم شروع به مهاجرت دسته جمعی به مناطق دیگر خواهند کرد. این امر ناگزیر منجر به مشکلات اجتماعی-اقتصادی و وقوع جنگ جهانی سوم و چهارم خواهد شد. کمبود غذا، نابودی محصولات - این چیزی است که در قرن آینده در انتظار ما است.

اما آیا باید صبر کرد؟ یا هنوز امکان تغییر چیزی وجود دارد؟ آیا بشریت می تواند آسیب های ناشی از اثر گلخانه ای را کاهش دهد؟

اقداماتی که می تواند زمین را نجات دهد

امروزه همه عوامل مضری که منجر به تجمع گازهای گلخانه ای می شود شناخته شده است و می دانیم برای جلوگیری از آن چه باید کرد. فکر نکنید که یک نفر چیزی را تغییر نخواهد داد. البته، فقط تمام بشریت می تواند به این اثر دست یابد، اما چه کسی می داند - شاید صد نفر دیگر در حال خواندن مقاله مشابهی در این لحظه باشند؟

حفاظت از جنگل

توقف جنگل زدایی گیاهان نجات ما هستند! علاوه بر این، نه تنها باید جنگل های موجود را حفظ کرد، بلکه به طور فعال جنگل های جدید را نیز کاشت.

هر فردی باید این مشکل را درک کند.

فتوسنتز آنقدر قدرتمند است که می تواند مقادیر زیادی اکسیژن برای ما فراهم کند. برای زندگی عادی افراد و دفع گازهای مضر از جو کافی خواهد بود.

استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی

امتناع از استفاده از وسایل نقلیه سوختی. هر خودرو سالانه مقدار زیادی گازهای گلخانه ای منتشر می کند، پس چرا انتخاب سالم تری برای محیط زیست انجام ندهیم؟ دانشمندان در حال حاضر خودروهای برقی را به ما پیشنهاد می کنند - خودروهای سازگار با محیط زیست که از سوخت استفاده نمی کنند. منهای یک خودروی "سوخت" گام دیگری در جهت حذف گازهای گلخانه ای است. در سرتاسر جهان تلاش می‌کنند تا این انتقال را تسریع بخشند، اما تاکنون پیشرفت‌های مدرن چنین ماشین‌هایی به دور از ایده‌آل بودن است. حتی در ژاپن که از چنین خودروهایی بیشترین استفاده را می‌کنند، آماده نیستند که به طور کامل به استفاده از آنها روی بیاورند.

جایگزین سوخت های هیدروکربنی

اختراع انرژی جایگزین بشریت ثابت نمی ماند، پس چرا ما در استفاده از زغال سنگ، نفت و گاز گیر کرده ایم؟ سوزاندن این اجزای طبیعی منجر به تجمع گازهای گلخانه ای در اتمسفر می شود، بنابراین زمان آن رسیده که به انرژی سازگار با محیط زیست روی بیاورید.

ما نمی‌توانیم همه چیزهایی را که گازهای مضر منتشر می‌کنند کاملاً رها کنیم. اما ما می توانیم به افزایش اکسیژن در جو کمک کنیم. نه تنها یک مرد واقعی باید درخت بکارد - هر فردی باید این کار را انجام دهد!

جو (از اتمسفر یونانی - بخار و کره - توپ) پوسته گاز (هوا) زمین است که با آن می چرخد. زندگی بر روی زمین تا زمانی که جو وجود دارد امکان پذیر است. همه موجودات زنده از هوای جوی برای تنفس استفاده می کنند.

هوای اتمسفر مخلوطی از گازهایی است که جو زمین را تشکیل می دهند. هوا بی بو، شفاف، چگالی آن 1.2928 گرم در لیتر، حلالیت در آب 29.18 سانتی متر در لیتر است و در حالت مایع رنگ آبی به خود می گیرد. زندگی انسان بدون هوا، بدون آب و غذا غیرممکن است، اما اگر انسان بتواند چندین هفته بدون غذا، بدون آب - برای چند روز زندگی کند، پس از 4 تا 5 دقیقه مرگ بر اثر خفگی رخ می دهد.

اجزای اصلی جو عبارتند از: نیتروژن، اکسیژن، آرگون و دی اکسید کربن. علاوه بر آرگون، گازهای خنثی دیگری نیز در غلظت های کمی وجود دارند. هوای اتمسفر همیشه حاوی بخار آب (تقریباً 3-4٪) و ذرات جامد - گرد و غبار است.

جو زمین به هموسفر پایین (تا 100 کیلومتر) با ترکیب همگن هوای سطحی و هتوسفر بالایی با ترکیب شیمیایی ناهمگن تقسیم می شود. یکی از خواص مهم جو، وجود اکسیژن است. در جو اولیه زمین هیچ اکسیژنی وجود نداشت. ظهور و تجمع آن با گسترش گیاهان سبز و فرآیند فتوسنتز همراه است. در نتیجه برهم کنش شیمیایی مواد با اکسیژن، موجودات زنده انرژی لازم برای زندگی خود را دریافت می کنند.

از طریق جو، تبادل مواد بین زمین و فضا انجام می شود، در حالی که زمین غبار کیهانی و شهاب سنگ ها را دریافت می کند و سبک ترین گازها - هیدروژن و هلیوم را از دست می دهد. اتمسفر با تشعشعات خورشیدی قدرتمند نفوذ کرده است، که رژیم حرارتی سطح سیاره را تعیین می کند، باعث تجزیه مولکول های گازهای جوی و یونیزه شدن اتم ها می شود. جو فوقانی وسیع و نازک عمدتاً از یون ها تشکیل شده است.

خواص فیزیکی و وضعیت جو در طول زمان تغییر می کند: در طول روز، فصول، سال - و در فضا، بسته به ارتفاع از سطح دریا، عرض جغرافیایی و فاصله از اقیانوس.

ساختار جو

اتمسفر که جرم کل آن 5.15 10 اینچ تن است، از سطح زمین تا حدود 3 هزار کیلومتر به سمت بالا گسترش می یابد. ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی جو با ارتفاع تغییر می کند، بنابراین به تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، یونوسفر (ترموسفر) و اگزوسفر تقسیم می شود.

بخش عمده ای از هوا در جو (تا 80٪) در لایه پایین تر زمین - تروپوسفر قرار دارد. ضخامت تروپوسفر به طور متوسط ​​11-12 کیلومتر است: 8-10 کیلومتر بالای قطب ها، 16-18 کیلومتر بالای استوا. هنگام دور شدن از سطح زمین در تروپوسفر، دما به ازای هر 1 کیلومتر 6 اینچ کاهش می یابد (شکل 8). در ارتفاع 18 تا 20 کیلومتری، کاهش صاف دما متوقف می شود، تقریباً ثابت می ماند: - 60 ... - 70 "C. به این قسمت از جو، تروپاپوز می گویند. لایه بعدی - استراتوسفر - ارتفاع 20 تا 50 کیلومتری از سطح زمین را اشغال می کند. بقیه (20٪) هوا در آن متمرکز است. در اینجا درجه حرارت با فاصله از سطح زمین 1 تا 2 اینچ در هر کیلومتر افزایش می یابد و در استراتوپوز در ارتفاع 50 تا 55 کیلومتری به 0 اینچ می رسد. در ادامه، در ارتفاع 55-80 کیلومتری، مزوسفر قرار دارد. هنگام دور شدن از زمین، درجه حرارت 2 - 3 "C در هر 1 کیلومتر کاهش می یابد و در ارتفاع 80 کیلومتری، در مزوپوز، به - 75 ... - 90" می رسد. ترموسفر و اگزوسفر که به ترتیب ارتفاعات 80 تا 1000 و 1000 تا 2000 کیلومتری را اشغال می کنند، نادرترین بخش های جو هستند. در اینجا فقط مولکول‌ها، اتم‌ها و یون‌های گازها یافت می‌شوند که چگالی آن‌ها میلیون‌ها برابر کمتر از چگالی سطح زمین است. آثاری از گازها تا ارتفاع 10 تا 20 هزار کیلومتری پیدا شد.

ضخامت پوسته هوا در مقایسه با فواصل کیهانی نسبتاً کوچک است: یک چهارم شعاع زمین و یک ده هزارم فاصله زمین تا خورشید است. چگالی اتمسفر در سطح دریا 0.001 گرم بر سانتی متر است، یعنی. هزار برابر کمتر از چگالی آب

تبادل دائمی گرما، رطوبت و گازها بین اتمسفر، سطح زمین و سایر کره‌های زمین وجود دارد که همراه با گردش توده‌های هوا در جو، فرآیندهای اصلی تشکیل آب و هوا را تحت تأثیر قرار می‌دهد. جو از موجودات زنده در برابر جریان قدرتمند تشعشعات کیهانی محافظت می کند. در هر ثانیه جریانی از پرتوهای کیهانی به لایه های بالایی جو برخورد می کند: گاما، اشعه ایکس، فرابنفش، مرئی، فروسرخ. اگر همه آنها به سطح زمین می رسیدند، در عرض چند لحظه تمام زندگی را نابود می کردند.

صفحه اوزون مهمترین ارزش محافظتی را دارد. در استراتوسفر در ارتفاع 20 تا 50 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. مقدار کل ازن (Oz) در جو 3.3 میلیارد تن تخمین زده می شود. ضخامت این لایه نسبتاً کم است: در مجموع 2 میلی متر در استوا و 4 میلی متر در قطب ها در شرایط عادی است. حداکثر غلظت ازن - 8 قسمت در میلیون قسمت هوا - در ارتفاع 20 - 25 کیلومتری قرار دارد.

اهمیت اصلی صفحه ازن این است که از موجودات زنده در برابر اشعه ماوراء بنفش سخت محافظت می کند. بخشی از انرژی آن صرف واکنش می شود: SO2 ↔ SO3. صفحه اوزون پرتوهای فرابنفش با طول موج حدود 290 نانومتر یا کمتر را جذب می کند، بنابراین اشعه ماوراء بنفش که برای حیوانات عالی و انسان مفید است و برای میکروارگانیسم ها مضر است، به سطح زمین می رسد. تخریب لایه اوزون، که در اوایل دهه 1980 مورد توجه قرار گرفت، با استفاده از فریون ها در واحدهای تبرید و انتشار ذرات معلق در هوای مورد استفاده در زندگی روزمره در جو توضیح داده می شود. سپس انتشار فریون در جهان به 1.4 میلیون تن در سال رسید و سهم کشورهای جداگانه در آلودگی هوا با فریون ها این بود: 35٪ - ایالات متحده آمریکا، هر کدام 10٪ - ژاپن و روسیه، 40٪ - کشورهای EEC، 5٪ - کشورهای دیگر. اقدامات هماهنگ امکان کاهش انتشار فریون ها را در جو فراهم کرده است. پرواز هواپیماها و فضاپیماهای مافوق صوت تأثیر مخربی بر لایه اوزون دارد.

جو زمین را در برابر شهاب سنگ های متعدد محافظت می کند. در هر ثانیه تا 200 میلیون شهاب سنگ وارد جو می شود که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است، اما در جو می سوزند. ذرات کوچک غبار کیهانی حرکت خود را در جو کاهش می دهند. هر روز حدود 10 اینچ شهاب سنگ های کوچک به زمین می افتند. این منجر به افزایش 1000 تنی جرم زمین در سال می شود. اتمسفر یک فیلتر عایق حرارت است. بدون جو، اختلاف دمای زمین در روز به آن می رسد. 200 اینچ (از 100 اینچ در بعد از ظهر تا - 100 اینچ در شب).

ترکیب نسبتاً ثابت هوای اتمسفر در تروپوسفر برای همه موجودات زنده از اهمیت بالایی برخوردار است. تعادل گازها در اتمسفر به دلیل فرآیندهای مداوم استفاده از آنها توسط موجودات زنده و انتشار گازها در جو حفظ می شود. نیتروژن در طی فرآیندهای زمین شناسی قدرتمند (فوران های آتشفشانی، زلزله) و در طی تجزیه ترکیبات آلی آزاد می شود. نیتروژن از هوا به دلیل فعالیت باکتری های ندول حذف می شود.

با این حال، در سال های اخیر تغییراتی در تعادل نیتروژن در جو به دلیل فعالیت های اقتصادی انسان ایجاد شده است. تثبیت نیتروژن در طول تولید کودهای نیتروژن به طور قابل توجهی افزایش یافته است. فرض بر این است که حجم تثبیت نیتروژن صنعتی در آینده نزدیک به طور قابل توجهی افزایش می یابد و از انتشار آن در جو فراتر می رود. پیش بینی می شود تولید کود نیتروژن هر 6 سال دو برابر شود. این نیازهای رو به رشد کشاورزی به کودهای نیتروژنی را برطرف می کند. با این حال، موضوع جبران حذف نیتروژن از هوای اتمسفر حل نشده باقی مانده است. با این حال، به دلیل مقدار کل زیادی نیتروژن در جو، این مشکل به اندازه تعادل اکسیژن و دی اکسید کربن جدی نیست.

حدود 3.5 - 4 میلیارد سال پیش، محتوای اکسیژن در جو 1000 برابر کمتر از اکنون بود، زیرا هیچ تولید کننده اصلی اکسیژن - گیاهان سبز وجود نداشت. نسبت فعلی اکسیژن و دی اکسید کربن توسط فعالیت حیاتی موجودات زنده حفظ می شود. در نتیجه فتوسنتز، گیاهان سبز دی اکسید کربن را مصرف کرده و اکسیژن آزاد می کنند. برای تنفس توسط همه موجودات زنده استفاده می شود. فرآیندهای طبیعی مصرف CO3 و O2 و انتشار آنها در جو به خوبی متعادل است.

با توسعه صنعت و حمل و نقل، از اکسیژن در فرآیندهای احتراق در مقادیر روزافزون استفاده می شود. به عنوان مثال، در طول یک پرواز فرا اقیانوس اطلس، یک هواپیمای جت 35 تن اکسیژن می سوزاند. یک خودروی سواری اکسیژن مورد نیاز روزانه یک نفر را در هر 1.5 هزار کیلومتر مصرف می کند (به طور متوسط، یک فرد روزانه 500 لیتر اکسیژن مصرف می کند و 12 تن هوا را از طریق ریه ها عبور می دهد). به گفته کارشناسان، احتراق انواع مختلف سوخت در حال حاضر به 10 تا 25 درصد از اکسیژن تولید شده توسط گیاهان سبز نیاز دارد. عرضه اکسیژن به اتمسفر به دلیل کاهش مساحت جنگل ها، ساوانا، استپ ها و افزایش مناطق بیابانی، رشد شهرها و بزرگراه های حمل و نقل در حال کاهش است. تعداد تولیدکنندگان اکسیژن در میان گیاهان آبزی به دلیل آلودگی رودخانه ها، دریاچه ها، دریاها و اقیانوس ها در حال کاهش است. اعتقاد بر این است که در 150 تا 180 سال آینده میزان اکسیژن موجود در جو نسبت به محتوای فعلی آن یک سوم کاهش می یابد.

استفاده از ذخایر اکسیژن همزمان با افزایش معادل در انتشار دی اکسید کربن در جو در حال افزایش است. طبق گزارش سازمان ملل، در طول 100 سال گذشته میزان CO~ در جو زمین بین 10 تا 15 درصد افزایش یافته است. اگر روند مورد نظر ادامه یابد، در هزاره سوم مقدار CO~ در جو ممکن است تا 25٪ افزایش یابد. از 0.0324 تا 0.04 درصد از حجم هوای خشک اتمسفر. افزایش جزئی دی اکسید کربن در جو تأثیر مثبتی بر بهره وری گیاهان کشاورزی دارد. بنابراین وقتی هوای گلخانه ها از دی اکسید کربن اشباع می شود، به دلیل تشدید فرآیند فتوسنتز، عملکرد سبزیجات افزایش می یابد. با این حال، با افزایش COz در اتمسفر، مشکلات جهانی پیچیده ای به وجود می آید که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اتمسفر یکی از عوامل اصلی هواشناسی و تشکیل دهنده اقلیم است. سیستم تشکیل دهنده آب و هوا شامل جو، اقیانوس، سطح زمین، کرایوسفر و زیست کره است. ویژگی های تحرک و اینرسی این اجزاء متفاوت است. بنابراین، برای جو و سطح زمین، زمان پاسخ چندین هفته یا ماه است. جو با فرآیندهای گردشی رطوبت و انتقال حرارت و فعالیت سیکلونی مرتبط است.

اثر گلخانه ای در جو سیاره ما ناشی از این واقعیت است که جریان انرژی در محدوده مادون قرمز طیف، که از سطح زمین بالا می رود، توسط مولکول های گازهای اتمسفر جذب شده و در جهات مختلف تابش می شود. در نتیجه نیمی از انرژی جذب شده توسط مولکول های گازهای گلخانه ای به سطح زمین باز می گردد و باعث گرم شدن آن می شود. لازم به ذکر است که اثر گلخانه ای یک پدیده جوی طبیعی است (شکل 5). اگر هیچ اثر گلخانه ای روی زمین وجود نداشت، میانگین دمای سیاره ما حدود -21 درجه سانتیگراد بود، اما به لطف گازهای گلخانه ای، دمای آن +14 درجه سانتیگراد است. بنابراین، صرفاً از نظر تئوری، فعالیت های انسانی مرتبط با انتشار گازهای گلخانه ای در جو زمین باید منجر به گرم شدن بیشتر سیاره شود. گازهای گلخانه ای اصلی، به ترتیب تأثیر تخمینی آنها بر تعادل حرارتی زمین، بخار آب (36-70٪)، دی اکسید کربن (9-26٪)، متان (4-9٪)، هالوکربن ها، اکسید نیتریک هستند.

برنج.

نیروگاه‌های زغال‌سنگ، دودکش‌های کارخانه‌ها، اگزوز خودروها و دیگر منابع آلودگی انسان‌ساز روی هم، سالانه حدود 22 میلیارد تن دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای را وارد جو می‌کنند. دامداری، مصرف کود، احتراق زغال سنگ و سایر منابع سالانه حدود 250 میلیون تن متان تولید می کند. حدود نیمی از گازهای گلخانه ای منتشر شده توسط بشر در جو باقی می ماند. حدود سه چهارم کل انتشار گازهای گلخانه ای انسانی در 20 سال گذشته ناشی از استفاده از نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ است (شکل 6). بسیاری از بقیه ناشی از تغییرات در چشم انداز، در درجه اول جنگل زدایی است.

برنج.

بخار آب- مهمترین گاز گلخانه ای امروز. با این حال، بخار آب در بسیاری از فرآیندهای دیگر نیز دخالت دارد که نقش آن را در شرایط مختلف مبهم می کند.

اول از همه، در حین تبخیر از سطح زمین و تراکم بیشتر در جو، تا 40 درصد از کل گرمای وارد شده به اتمسفر به دلیل همرفت به لایه های پایینی جو (تروپوسفر) منتقل می شود. بنابراین، هنگامی که بخار آب تبخیر می شود، دمای سطح را کمی کاهش می دهد. اما گرمای آزاد شده در نتیجه تراکم در جو به گرم شدن آن و متعاقباً برای گرم کردن سطح خود زمین می رود.

اما پس از متراکم شدن بخار آب، قطرات آب یا کریستال های یخ تشکیل می شوند که به شدت در فرآیندهای پراکندگی نور خورشید شرکت می کنند و بخشی از انرژی خورشیدی را به فضا منعکس می کنند. ابرها که فقط انباشته شدن این قطرات و کریستال ها هستند، سهم انرژی خورشیدی (آلبدو) را افزایش می دهند که توسط خود جو به فضا بازتاب می شود (و سپس بارش از ابرها می تواند به شکل برف بیفتد و آلبدوی سطح را افزایش دهد. ).

با این حال، بخار آب، حتی به صورت قطرات و کریستال متراکم شده، همچنان دارای نوارهای جذب قدرتمندی در ناحیه مادون قرمز طیف است، که به این معنی است که نقش همان ابرها کاملاً واضح نیست. این دوگانگی به ویژه در موارد شدید زیر قابل توجه است - هنگامی که آسمان در هوای آفتابی تابستانی پوشیده از ابر است، دمای سطح کاهش می یابد و اگر همین اتفاق در یک شب زمستانی رخ دهد، برعکس، افزایش می یابد. نتیجه نهایی نیز تحت تأثیر موقعیت ابرها قرار می گیرد - در ارتفاعات پایین، ابرهای ضخیم انرژی خورشیدی زیادی را منعکس می کنند و تعادل ممکن است در این مورد به نفع اثر ضد گلخانه ای باشد، اما در ارتفاعات بالا، سیروس نازک است. ابرها انرژی خورشیدی بسیار زیادی را به سمت پایین منتقل می کنند، اما حتی ابرهای نازک نیز تقریباً موانعی غیرقابل عبور در برابر تابش مادون قرمز هستند و در اینجا می توان در مورد غلبه اثر گلخانه ای صحبت کرد.

یکی دیگر از ویژگی های بخار آب - اتمسفر مرطوب تا حدی به اتصال گاز گلخانه ای دیگر - دی اکسید کربن و انتقال آن از طریق بارندگی به سطح زمین کمک می کند، جایی که در نتیجه فرآیندهای بعدی، می توان آن را در شکل گیری مصرف کرد. کربنات ها و مواد معدنی قابل احتراق

فعالیت انسان تأثیر مستقیم بسیار ضعیفی بر محتوای بخار آب در جو دارد - تنها به دلیل افزایش مساحت زمین های آبی، تغییر در مساحت باتلاق ها و کار انرژی که در برابر آن ناچیز است. پس زمینه تبخیر از کل سطح آب زمین و فعالیت های آتشفشانی. به همین دلیل، اغلب هنگام در نظر گرفتن مشکل اثر گلخانه ای توجه کمی به آن می شود.

با این حال، اثر غیرمستقیم بر محتوای بخار آب می‌تواند بسیار زیاد باشد، به دلیل بازخورد بین محتوای بخار آب جو و گرم شدن ناشی از سایر گازهای گلخانه‌ای، که اکنون به بررسی آن خواهیم پرداخت.

مشخص است که با افزایش دما، تبخیر بخار آب نیز افزایش می‌یابد و به ازای هر 10 درجه سانتی‌گراد میزان احتمالی بخار آب در هوا تقریباً دو برابر می‌شود. به عنوان مثال، در دمای 0 درجه سانتیگراد، فشار بخار اشباع حدود 6 مگابایت، در +10 درجه سانتیگراد - 12 مگابایت، و در +20 درجه سانتیگراد - 23 مگابایت است.

مشاهده می شود که مقدار بخار آب به شدت به دما بستگی دارد و وقتی به دلایلی کاهش می یابد، اولاً اثر گلخانه ای خود بخار آب کاهش می یابد (به دلیل کاهش محتوای آن) و ثانیاً متراکم شدن بخار آب رخ می دهد. که البته به شدت از کاهش دما در اثر آزاد شدن گرمای تراکم جلوگیری می کند، اما پس از تراکم، بازتاب انرژی خورشید چه در خود جو (پراکنده شدن روی قطرات و بلورهای یخ) و چه در سطح (بارش برف) افزایش می یابد. ، که باعث کاهش بیشتر دما می شود.

با افزایش دما، محتوای بخار آب در جو افزایش می یابد، اثر گلخانه ای آن افزایش می یابد که افزایش اولیه دما را تشدید می کند. در اصل، ابری نیز در حال افزایش است (بخار آب بیشتری وارد مناطق نسبتاً سرد می شود)، اما بسیار ضعیف - به گفته I. Mokhov، حدود 0.4٪ در هر درجه گرم شدن، که نمی تواند تأثیر زیادی بر افزایش انعکاس انرژی خورشیدی بگذارد.

دی اکسید کربن- دومین عامل موثر در اثر گلخانه ای امروزه، با کاهش دما منجمد نمی شود و حتی در کمترین دمای ممکن در شرایط زمینی به ایجاد اثر گلخانه ای ادامه می دهد. احتمالاً دقیقاً به لطف تجمع تدریجی دی اکسید کربن در جو در نتیجه فعالیت های آتشفشانی بود که زمین توانست از حالت یخبندان قدرتمند خارج شود (زمانی که حتی خط استوا با لایه ضخیم یخ پوشیده شده بود). که در ابتدا و انتهای پروتروزوییک به آن سقوط کرد.

دی اکسید کربن در یک چرخه کربن قدرتمند در سیستم لیتوسفر-هیدروسفر-اتمسفر نقش دارد و تغییرات در آب و هوای زمین در درجه اول با تغییرات در تعادل ورود و حذف آن به جو مرتبط است.

به دلیل حلالیت نسبتاً بالای دی اکسید کربن در آب، محتوای دی اکسید کربن در هیدروسفر (عمدتاً اقیانوس ها) اکنون 4×104 Gt (گیگاتون) کربن است (از اینجا به بعد، داده های CO2 بر حسب کربن ارائه می شود). از جمله لایه های عمیق (پوتوینسکی، 1998). جو در حال حاضر حاوی حدود 7.5x102 Gt کربن است (Alekseev et al., 1999). محتوای CO2 در جو همیشه کم نبود - به عنوان مثال، در آرکئن (حدود 3.5 میلیارد سال پیش) جو تقریباً از 85-90٪ دی اکسید کربن تشکیل شده بود، در فشار و دمای بسیار بالاتر (Sorokhtin, Ushakov, 1997). با این حال، عرضه توده های قابل توجهی از آب به سطح زمین در نتیجه گاز زدایی از داخل و همچنین ظهور حیات، اتصال تقریباً تمام اتمسفر و بخش قابل توجهی از دی اکسید کربن محلول در آب را به شکل تضمین کرد. کربنات ها (حدود 5.5x107 Gt کربن در لیتوسفر ذخیره می شود (گزارش IPCC، 2000)). همچنین، دی اکسید کربن توسط موجودات زنده به اشکال مختلف مواد معدنی قابل احتراق تبدیل شد. علاوه بر این، جداسازی بخشی از دی اکسید کربن نیز به دلیل تجمع زیست توده رخ داده است، کل ذخایر کربنی که در آن با ذخایر موجود در جو قابل مقایسه است و با در نظر گرفتن خاک، چندین برابر بیشتر است.

با این حال، ما در درجه اول به جریان هایی که دی اکسید کربن را به اتمسفر می رسانند و آن را از آن حذف می کنند، علاقه مندیم. لیتوسفر در حال حاضر جریان بسیار کمی از دی اکسید کربن را فراهم می کند که عمدتاً به دلیل فعالیت های آتشفشانی وارد جو می شود - حدود 0.1 Gt کربن در سال (Putvinsky, 1998). جریان‌های بسیار بزرگی در اقیانوس (به همراه موجودات زنده در آنجا) - جو، و زیست‌های زمینی - سیستم‌های جو مشاهده می‌شوند. سالانه حدود 92 گیگا تن کربن از جو وارد اقیانوس می شود و 90 گیگا تن کربن به جو باز می گردد (پوتوینسکی، 1998). بنابراین، اقیانوس سالانه حدود 2 گیگا تن کربن را از جو خارج می کند. در عین حال، در طی فرآیندهای تنفس و تجزیه موجودات زنده مرده زمینی، سالانه حدود 100 Gt کربن وارد جو می شود. در فرآیندهای فتوسنتز، پوشش گیاهی زمینی نیز حدود 100 Gt کربن را از جو حذف می کند (Putvinsky, 1998). همانطور که می بینیم، مکانیسم جذب و حذف کربن از جو کاملاً متعادل است و جریان تقریباً مساوی را فراهم می کند. فعالیت انسان مدرن در این مکانیسم شامل یک جریان اضافی کربن به جو به دلیل احتراق سوخت های فسیلی (نفت، گاز، زغال سنگ و غیره) است - طبق داده ها، به عنوان مثال، برای دوره 1989-99، به طور متوسط ​​حدود 6.3 Gt در سال. همچنین، جریان کربن به جو به دلیل جنگل‌زدایی و سوزاندن جزئی جنگل‌ها افزایش می‌یابد - تا 1.7 گیگا تن در سال (گزارش IPCC، 2000)، در حالی که افزایش زیست توده که به جذب CO2 کمک می‌کند تنها حدود 0.2 گیگا تن در سال است. به جای تقریبا 2 Gt در سال. حتی با در نظر گرفتن امکان جذب حدود 2 گیگا تن کربن اضافی توسط اقیانوس، جریان اضافی نسبتا قابل توجهی (در حال حاضر حدود 6 گیگا تن در سال) وجود دارد که باعث افزایش محتوای دی اکسید کربن در جو می شود. علاوه بر این، جذب دی اکسید کربن توسط اقیانوس ممکن است در آینده نزدیک کاهش یابد و حتی روند معکوس آن امکان پذیر است - انتشار دی اکسید کربن از اقیانوس جهانی. این به دلیل کاهش حلالیت دی اکسید کربن با افزایش دمای آب است - به عنوان مثال، هنگامی که دمای آب فقط از 5 به 10 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، ضریب حلالیت دی اکسید کربن در آن از تقریباً 1.4 به 1.2 کاهش می یابد.

بنابراین، جریان دی اکسید کربن به اتمسفر ناشی از فعالیت های اقتصادی در مقایسه با برخی جریان های طبیعی زیاد نیست، اما جبران نشدن آن منجر به تجمع تدریجی CO2 در اتمسفر می شود که تعادل ورودی و خروجی CO2 را که بیش از حد ایجاد شده است، از بین می برد. میلیاردها سال از تکامل زمین و زندگی بر روی آن.

حقایق متعدد از گذشته زمین شناسی و تاریخی نشان دهنده ارتباط بین تغییرات آب و هوا و نوسانات گازهای گلخانه ای است. در دوره 4 تا 3.5 میلیارد سال پیش، روشنایی خورشید حدود 30 درصد کمتر از اکنون بود. با این حال، حتی در زیر پرتوهای خورشید جوان و "کم رنگ"، زندگی روی زمین توسعه یافت و سنگ های رسوبی شکل گرفتند: حداقل در بخشی از سطح زمین، دما بالاتر از نقطه انجماد آب بود. برخی از دانشمندان معتقدند که در آن زمان اتمسفر زمین 1000 برابر محور بیشتری داشت دی اکسید کربننسبت به حال حاضر، و این کمبود انرژی خورشیدی را جبران می کند، زیرا بیشتر گرمای ساطع شده از زمین در جو باقی مانده است. افزایش اثر گلخانه ای می تواند یکی از دلایل آب و هوای فوق العاده گرم در اواخر دوره مزوزوئیک (عصر دایناسورها) باشد. بر اساس تجزیه و تحلیل بقایای فسیلی، زمین در آن زمان 10-15 درجه گرمتر از اکنون بود. لازم به ذکر است که در آن زمان، 100 میلیون سال پیش و قبل از آن، قاره ها موقعیت متفاوتی نسبت به زمان ما داشتند و گردش اقیانوسی نیز متفاوت بود، بنابراین انتقال گرما از مناطق استوایی به مناطق قطبی می توانست بیشتر باشد. با این حال، محاسبات اریک جی بارون، اکنون در دانشگاه پنسیلوانیا، و سایر محققان نشان می دهد که جغرافیای دیرینه قاره ممکن است بیش از نیمی از گرم شدن مزوزوئیک را به خود اختصاص داده باشد. باقیمانده گرمایش را می توان به راحتی با افزایش سطح دی اکسید کربن توضیح داد. این فرض برای اولین بار توسط دانشمندان شوروی A. B. Ronov از موسسه دولتی هیدرولوژی و M. I. Budyko از رصدخانه اصلی ژئوفیزیک مطرح شد. محاسبات حمایت کننده از این پیشنهاد توسط اریک بارون، استارلی ال. تامپسون از مرکز ملی تحقیقات جوی (NCAR) انجام شد. برگرفته از یک مدل ژئوشیمیایی که توسط رابرت A. برنر و آنتونیو سی. لاساگا از دانشگاه ییل و مرحوم رابرت توسعه یافته است. مزارع تگزاس پس از مدتی خشکسالی در سال 1983 به بیابان تبدیل شدند. این تصویر، همانطور که محاسبات با استفاده از مدل های کامپیوتری نشان می دهد، اگر در نتیجه گرمایش جهانی، رطوبت خاک در مناطق مرکزی قاره ها در نتیجه گرمایش جهانی باشد، این تصویر را می توان در بسیاری از نقاط مشاهده کرد. کاهش می یابد، جایی که تولید غلات متمرکز است.

M. Garrels از دانشگاه فلوریدا جنوبی، نتیجه می‌گیرد که دی‌اکسید کربن می‌تواند در طی فعالیت‌های آتشفشانی فوق‌العاده قوی در پشته‌های میانی اقیانوس آزاد شود، جایی که افزایش ماگما کف اقیانوس جدید را تشکیل می‌دهد. شواهد مستقیمی که حاکی از ارتباط بین گازهای گلخانه ای جو و آب و هوا در طول یخبندان است را می توان از حباب های هوای موجود در یخ های قطب جنوب که در زمان های قدیم در نتیجه تراکم برف در حال ریزش تشکیل می شد، "استخراج" کرد. تیمی از محققان به رهبری کلود لوریو از آزمایشگاه یخبندان و ژئوفیزیک در گرنوبل یک ستون یخی به طول 2000 متر (مطابق با دوره 160 هزار ساله) را که توسط محققان شوروی در ایستگاه وستوک در قطب جنوب به دست آمده بود مورد مطالعه قرار دادند. تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی گازهای موجود در این ستون از یخ نشان داد که در اتمسفر باستانی، غلظت دی اکسید کربن و متان به طور هماهنگ و مهمتر از آن، "در زمان" با تغییرات در دمای متوسط ​​محلی تغییر کرده است (این توسط نسبت غلظت ایزوتوپ های هیدروژن در مولکول های آب). در آخرین دوره بین یخبندان که 10 هزار سال به طول انجامید و در دوره بین یخبندان قبل از آن (130 هزار سال پیش) که 10 هزار سال نیز به طول انجامید، میانگین دمای این منطقه 10 درجه بیشتر از زمان یخبندان بود. (به طور کلی، زمین در این دوره‌ها 5 درجه گرم‌تر بود.) در همین دوره‌ها، اتمسفر حاوی 25٪ دی اکسید کربن بیشتر و 100070 متان بیشتر از زمان یخبندان بود. مشخص نیست که آیا تغییرات در گازهای گلخانه ای علت و تغییرات آب و هوایی پیامد آن بوده است یا برعکس. به احتمال زیاد علت یخبندان ها تغییر در مدار زمین و پویایی خاص پیشروی و عقب نشینی یخچال ها بوده است. با این حال، این نوسانات آب و هوایی ممکن است با تغییرات در موجودات زنده و نوسانات در گردش اقیانوس که بر محتوای گازهای گلخانه ای در جو تأثیر می گذارد، تقویت شده باشد. حتی داده های دقیق تری در مورد نوسانات گازهای گلخانه ای و تغییرات آب و هوایی در 100 سال گذشته در دسترس است که طی آن 25 درصد غلظت دی اکسید کربن و 100 درصد متان افزایش یافته است. میانگین دمای جهانی "رکورد" در 100 سال گذشته توسط دو تیم محقق به رهبری جیمز ای. هانسن از موسسه مطالعات فضایی گودارد اداره ملی هوانوردی و فضایی و T. M. L. Wigley از بخش آب و هوای دانشگاه شرقی مورد بررسی قرار گرفت. انگلستان.

حفظ گرما توسط اتمسفر جزء اصلی تعادل انرژی زمین است (شکل 8). تقریباً 30 درصد از انرژی حاصل از خورشید از ابرها، ذرات یا سطح زمین منعکس می شود (سمت چپ). 70 درصد باقیمانده جذب می شود. انرژی جذب شده مجدداً در مادون قرمز توسط سطح سیاره تابش می شود.

برنج.

این دانشمندان از اندازه‌گیری‌های ایستگاه‌های هواشناسی پراکنده در تمام قاره‌ها استفاده کردند (تیم بخش آب و هوا نیز اندازه‌گیری‌هایی را در دریا در تجزیه و تحلیل گنجاند). در همان زمان، دو گروه روش‌های مختلفی را برای تجزیه و تحلیل مشاهدات و در نظر گرفتن «تحریف‌های» در نظر گرفتند، مثلاً با این واقعیت که برخی از ایستگاه‌های هواشناسی طی صد سال به مکان دیگری «حرکت» کردند، و برخی واقع در شهرها داده هایی که "آلوده" بودند » تأثیر گرمای تولید شده توسط شرکت های صنعتی یا انباشته شده در طول روز توسط ساختمان ها و پیاده روها. اثر اخیر، که منجر به پیدایش جزایر گرمایی می شود، در کشورهای توسعه یافته مانند ایالات متحده بسیار قابل توجه است. با این حال، حتی اگر تصحیح محاسبه شده برای ایالات متحده (توماس آر. کارل از مرکز ملی داده های آب و هوایی در اشویل، کارولینای شمالی، و پی. دی. جونز از دانشگاه آنگلیا شرقی به دست آمده است) به همه داده های روی کره زمین تعمیم داده شود. ، در هر دو ورودی باقی خواهد ماند<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 کربن بین جو و مخازن مختلف روی زمین (شکل 9). هر عدد، به میلیاردها تن، ورودی یا خروجی کربن (به شکل دی اکسید) در سال یا ذخیره آن در مخزن را نشان می دهد. این چرخه های طبیعی، یکی در خشکی و دیگری در اقیانوس، به همان اندازه که دی اکسید کربن را از جو می افزاید، حذف می کند، اما فعالیت های انسانی مانند جنگل زدایی و سوزاندن سوخت های فسیلی باعث کاهش سطح کربن در جو می شود که سالانه 3 میلیارد افزایش می یابد. تن داده ها از کار برت بوهلین در دانشگاه استکهلم گرفته شده است

شکل 9

بیایید فرض کنیم که پیش بینی معقولی از نحوه تغییر انتشار دی اکسید کربن داریم. در این حالت با غلظت این گاز در جو چه تغییراتی رخ خواهد داد؟ دی اکسید کربن اتمسفر توسط گیاهان و همچنین توسط اقیانوس ها "مصرف" می شود، جایی که در فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی مصرف می شود. با تغییر غلظت دی اکسید کربن اتمسفر، نرخ "مصرف" این گاز احتمالا تغییر خواهد کرد. به عبارت دیگر، فرآیندهایی که باعث تغییر در محتوای دی اکسید کربن اتمسفر می شوند باید شامل بازخورد باشند. دی اکسید کربن "خوراکی" برای فتوسنتز در گیاهان است، بنابراین مصرف آن توسط گیاهان احتمالاً با انباشته شدن در اتمسفر افزایش می یابد که این تجمع را کاهش می دهد. به همین ترتیب، از آنجایی که محتوای دی اکسید کربن در آب های سطحی اقیانوس ها تقریباً با محتوای آن در جو در تعادل است، افزایش جذب دی اکسید کربن توسط آب اقیانوس باعث کاهش تجمع آن در جو می شود. با این حال، ممکن است اتفاق بیفتد که تجمع دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه ای در جو مکانیسم های بازخورد مثبتی را ایجاد کند که اثر آب و هوا را افزایش دهد. بنابراین، تغییرات سریع آب و هوا ممکن است منجر به ناپدید شدن برخی از جنگل ها و سایر اکوسیستم ها شود که توانایی زیست کره برای جذب دی اکسید کربن را تضعیف می کند. علاوه بر این، گرم شدن می تواند منجر به آزاد شدن سریع کربن ذخیره شده در مواد آلی مرده در خاک شود. این کربن که دو برابر جو است، به طور مداوم توسط باکتری های خاک به دی اکسید کربن و متان تبدیل می شود. گرم شدن ممکن است عملکرد آنها را تسریع کند و منجر به افزایش انتشار دی اکسید کربن (از خاک های خشک) و متان (از مزارع برنج، محل های دفن زباله و تالاب ها) شود. همچنین مقدار زیادی متان در رسوبات در فلات قاره و زیر لایه دائمی منجمد در قطب شمال به شکل clathrates ذخیره می شود - شبکه های مولکولی متشکل از متان و مولکول های آب گرم شدن آب های قفسه و ذوب شدن یخ های دائمی می تواند منجر به انتشار شود با وجود این عدم قطعیت ها، بسیاری از محققان بر این باورند که جذب دی اکسید کربن توسط گیاهان و اقیانوس ها باعث کاهش تجمع این گاز در جو می شود - حداقل در 50 تا 100 سال آینده از مجموع دی اکسید کربن وارد شده به جو، حدود نیمی از آن باقی خواهد ماند. در نتیجه غلظت دی اکسید کربن از سطح 1900 (به 600 پی پی ام) بین سال های 2030 تا 2080 دو برابر خواهد شد.

گازهای گلخانه ای

گازهای گلخانه ای گازهایی هستند که تصور می شود باعث اثر گلخانه ای جهانی می شوند.

گازهای گلخانه ای اصلی، به ترتیب تأثیر تخمینی آنها بر تعادل حرارتی زمین، بخار آب، دی اکسید کربن، متان، ازن، هالوکربن ها و اکسید نیتروژن هستند.

بخار آب

بخار آب اصلی ترین گاز گلخانه ای طبیعی است که بیش از 60 درصد از این اثر را بر عهده دارد. تأثیر مستقیم انسانی بر این منبع ناچیز است. در عین حال، افزایش دمای زمین ناشی از عوامل دیگر باعث افزایش تبخیر و غلظت کل بخار آب در جو در رطوبت نسبی تقریبا ثابت می شود که به نوبه خود باعث افزایش اثر گلخانه ای می شود. بنابراین، برخی از بازخوردهای مثبت رخ می دهد.

متان

فوران عظیم متان انباشته شده در زیر بستر دریا در 55 میلیون سال پیش، زمین را 7 درجه سانتیگراد گرم کرد.

همین اتفاق می تواند در حال حاضر رخ دهد - این فرض توسط محققان ناسا تأیید شد. آنها با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری اقلیم های باستانی سعی کردند نقش متان را در تغییرات آب و هوایی بهتر درک کنند. در حال حاضر، بیشتر تحقیقات در مورد اثر گلخانه ای بر نقش دی اکسید کربن در این اثر متمرکز است، اگرچه پتانسیل متان برای حفظ گرما در جو 20 برابر بیشتر از توانایی دی اکسید کربن است.

انواع لوازم خانگی گازسوز به افزایش محتوای متان در جو کمک می کنند.

در طول 200 سال گذشته، متان در جو به دلیل تجزیه مواد آلی در باتلاق‌ها و زمین‌های پست مرطوب و همچنین نشت از اجسام دست‌ساز مانند خطوط لوله گاز، معادن زغال‌سنگ، افزایش آبیاری و خروج گاز از اتمسفر بیش از دو برابر شده است. دام اما منبع دیگری از متان وجود دارد - مواد آلی در حال پوسیدگی در رسوبات اقیانوسی که در زیر بستر یخ زده نگهداری می شوند.

به طور معمول، دمای پایین و فشار بالا متان را در زیر اقیانوس در حالت پایدار نگه می دارد، اما همیشه اینطور نبود. در دوره‌های گرم شدن کره زمین، مانند ماکزیمم حرارتی اواخر پالئوسن، که 55 میلیون سال پیش رخ داد و 100 هزار سال به طول انجامید، حرکت صفحات لیتوسفر، به ویژه در شبه قاره هند، منجر به کاهش فشار در بستر دریا شد و می‌توانست. باعث آزاد شدن زیاد متان می شود. با شروع گرم شدن جو و اقیانوس، انتشار گاز متان می تواند افزایش یابد. برخی از دانشمندان بر این باورند که گرمایش جهانی فعلی می تواند منجر به توسعه رویدادها بر اساس سناریو مشابه شود - اگر اقیانوس به طور قابل توجهی گرم شود.

هنگامی که متان وارد جو می شود، با مولکول های اکسیژن و هیدروژن واکنش داده و دی اکسید کربن و بخار آب ایجاد می کند که هر کدام می توانند باعث ایجاد اثر گلخانه ای شوند. طبق پیش‌بینی‌های قبلی، تمام متان منتشر شده در حدود 10 سال آینده به دی اکسید کربن و آب تبدیل می‌شود. اگر این درست باشد، افزایش غلظت دی اکسید کربن عامل اصلی گرم شدن سیاره خواهد بود. با این حال، تلاش برای تأیید استدلال با ارجاع به گذشته ناموفق بود - هیچ اثری از افزایش غلظت دی اکسید کربن در 55 میلیون سال پیش یافت نشد.

مدل‌های مورد استفاده در مطالعه جدید نشان دادند که وقتی سطح متان در جو به شدت افزایش می‌یابد، محتوای اکسیژن و هیدروژن در واکنش با متان در آن کاهش می‌یابد (تا زمانی که واکنش متوقف شود) و متان باقی‌مانده برای صدها بار در هوا باقی می‌ماند. سال ها، خود عاملی برای گرم شدن کره زمین است. و این صدها سال برای گرم شدن جو، ذوب شدن یخ های اقیانوس ها و تغییر کل سیستم آب و هوایی کافی است.

منابع اصلی انسانی متان تخمیر گوارشی در دام، کشت برنج و سوزاندن زیست توده (از جمله جنگل زدایی) است. مطالعات اخیر نشان داده است که افزایش سریع غلظت متان اتمسفر در هزاره اول پس از میلاد (احتمالاً در نتیجه گسترش تولیدات کشاورزی و دامداری و سوزاندن جنگل) رخ داده است. بین سال‌های 1000 تا 1700، غلظت متان 40 درصد کاهش یافت، اما در قرن‌های اخیر دوباره شروع به افزایش کرد (احتمالاً در نتیجه گسترش زمین‌های زراعی و مراتع و سوزاندن جنگل‌ها، استفاده از چوب برای گرم کردن، افزایش تعداد دام‌ها، فاضلاب. و کشت برنج). بخشی از کمک به تامین متان ناشی از نشت در حین توسعه ذخایر زغال سنگ و گاز طبیعی و همچنین انتشار متان به عنوان بخشی از بیوگاز تولید شده در سایت های دفع زباله است.

دی اکسید کربن

منابع دی اکسید کربن در جو زمین انتشارات آتشفشانی، فعالیت حیاتی موجودات و فعالیت های انسانی است. منابع انسانی شامل احتراق سوخت های فسیلی، سوزاندن زیست توده (از جمله جنگل زدایی) و برخی فرآیندهای صنعتی (به عنوان مثال، تولید سیمان) است. مصرف کنندگان اصلی دی اکسید کربن گیاهان هستند. به طور معمول، بیوسنوز تقریباً همان مقدار دی اکسید کربن را جذب می کند که تولید می کند (از جمله از طریق تجزیه زیست توده).

تاثیر دی اکسید کربن بر شدت اثر گلخانه ای.

هنوز چیزهای زیادی باید در مورد چرخه کربن و نقش اقیانوس های جهان به عنوان یک مخزن وسیع دی اکسید کربن آموخته شود. همانطور که در بالا ذکر شد، بشریت هر ساله 7 میلیارد تن کربن به شکل CO 2 به 750 میلیارد تن موجود اضافه می کند. اما تنها حدود نیمی از انتشار گازهای گلخانه ای ما - 3 میلیارد تن - در هوا باقی می ماند. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که بیشتر CO 2 توسط گیاهان خشکی و دریایی استفاده می شود، در رسوبات دریایی مدفون می شود، توسط آب دریا جذب می شود، یا در موارد دیگر جذب می شود. از این بخش بزرگ CO2 (حدود 4 میلیارد تن)، اقیانوس ها سالانه حدود دو میلیارد تن دی اکسید کربن اتمسفر را جذب می کنند.

همه اینها تعداد سؤالات بی پاسخ را افزایش می دهد: دقیقاً چگونه آب دریا با هوای جو تعامل می کند و CO2 را جذب می کند؟ دریاها چقدر کربن بیشتری می توانند جذب کنند و چه سطحی از گرمایش جهانی ممکن است بر ظرفیت آنها تأثیر بگذارد؟ ظرفیت اقیانوس ها برای جذب و ذخیره گرمای به دام افتاده در اثر تغییرات آب و هوایی چقدر است؟

نقش ابرها و ذرات معلق در جریان هوا به نام آئروسل به راحتی در هنگام ساخت مدل آب و هوایی در نظر گرفته نمی شود. ابرها بر سطح زمین سایه می اندازند و منجر به خنک شدن می شوند، اما بسته به ارتفاع، چگالی و سایر شرایط، می توانند گرمای منعکس شده از سطح زمین را نیز به دام بیندازند و شدت اثر گلخانه ای را افزایش دهند. تأثیر ذرات معلق در هوا نیز جالب است. برخی از آنها بخار آب را تغییر می دهند و آن را به قطرات کوچکی تبدیل می کنند که ابرها را تشکیل می دهند. این ابرها بسیار متراکم هستند و برای هفته ها سطح زمین را پنهان می کنند. یعنی جلوی نور خورشید را می گیرند تا زمانی که با بارندگی سقوط کنند.

اثر ترکیبی می تواند بسیار زیاد باشد: فوران سال 1991 کوه پیناتوبا در فیلیپین، حجم عظیمی از سولفات ها را در استراتوسفر آزاد کرد و باعث کاهش دما در سراسر جهان شد که دو سال طول کشید.

بنابراین، آلودگی خود ما، که عمدتاً ناشی از سوزاندن زغال سنگ و نفت های حاوی گوگرد است، ممکن است به طور موقت اثرات گرمایش جهانی را خنثی کند. کارشناسان تخمین می زنند که ذرات معلق در هوا میزان گرم شدن را تا 20 درصد در طول قرن بیستم کاهش دادند. به طور کلی، دما از دهه 1940 افزایش یافته است، اما از سال 1970 کاهش یافته است. اثر آئروسل ممکن است به توضیح سرمایش غیرعادی در اواسط قرن گذشته کمک کند.

در سال 2006، انتشار دی اکسید کربن در جو به 24 میلیارد تن رسید. گروه بسیار فعالی از محققان مخالف این ایده هستند که فعالیت های انسانی یکی از علل گرمایش جهانی است. به نظر او، نکته اصلی فرآیندهای طبیعی تغییرات آب و هوایی و افزایش فعالیت خورشیدی است. اما، به گفته کلاوس هاسلمان، رئیس مرکز اقلیم شناسی آلمان در هامبورگ، تنها 5 درصد را می توان با علل طبیعی توضیح داد و 95 درصد باقیمانده عاملی است که توسط انسان ایجاد می شود.

برخی از دانشمندان نیز افزایش CO 2 را با افزایش دما مرتبط نمی دانند. بدبینان می گویند که اگر افزایش دما به دلیل افزایش انتشار CO 2 باشد، دما باید در طول رونق اقتصادی پس از جنگ، زمانی که سوخت های فسیلی در مقادیر زیادی سوزانده می شد، افزایش یافته باشد. با این حال، جری مالمن، مدیر آزمایشگاه دینامیک سیالات ژئوفیزیکی، محاسبه کرد که افزایش استفاده از زغال سنگ و روغن به سرعت باعث افزایش محتوای گوگرد در اتمسفر می شود و باعث خنک شدن می شود. پس از سال 1970، اثر حرارتی چرخه عمر طولانی CO 2 و متان، ذرات معلق در هوا را که به سرعت در حال پوسیدگی بودند سرکوب کرد و باعث افزایش دما شد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که تأثیر دی اکسید کربن بر شدت اثر گلخانه ای بسیار زیاد و غیرقابل انکار است.

با این حال، افزایش اثر گلخانه ای ممکن است فاجعه بار نباشد. در واقع، دمای بالا در جایی که بسیار نادر است ممکن است مورد استقبال قرار گیرد. از سال 1900، بیشترین گرمایش بین 40 تا 70 درجه عرض شمالی مشاهده شده است، از جمله روسیه، اروپا، و بخش شمالی ایالات متحده، جایی که انتشارات صنعتی گازهای گلخانه‌ای زودتر شروع شد. بیشتر گرم شدن هوا در شب اتفاق می افتد، عمدتاً به دلیل افزایش پوشش ابر که گرمای خروجی را به دام می اندازد. در نتیجه فصل کاشت یک هفته تمدید شد.

علاوه بر این، اثر گلخانه ای ممکن است خبر خوبی برای برخی کشاورزان باشد. غلظت بالای CO 2 می تواند تأثیر مثبتی بر گیاهان داشته باشد زیرا گیاهان در طول فتوسنتز از دی اکسید کربن استفاده می کنند و آن را به بافت زنده تبدیل می کنند. بنابراین، گیاهان بیشتر به معنای جذب بیشتر CO 2 از جو است و گرمایش جهانی را کاهش می دهد.

این پدیده توسط متخصصان آمریکایی مورد مطالعه قرار گرفت. آنها تصمیم گرفتند مدلی از جهان با دو برابر میزان CO 2 موجود در هوا ایجاد کنند. برای این کار از جنگل کاج چهارده ساله در شمال کالیفرنیا استفاده کردند. گاز از طریق لوله های نصب شده در میان درختان پمپاژ شد. فتوسنتز 50-60٪ افزایش یافته است. اما اثر به زودی برعکس شد. درختان خفه کننده نتوانستند با چنین حجمی از دی اکسید کربن کنار بیایند. مزیت در فرآیند فتوسنتز از بین رفت. این مثال دیگری از این است که چگونه دستکاری انسان به نتایج غیرمنتظره ای منجر می شود.

اما این جنبه های مثبت کوچک اثر گلخانه ای را نمی توان با جنبه های منفی آن مقایسه کرد. به عنوان مثال، آزمایش یک جنگل کاج را در نظر بگیرید، که در آن حجم CO 2 دو برابر شد و تا پایان این قرن غلظت CO 2 چهار برابر می شود. می توان تصور کرد که عواقب آن چقدر می تواند برای گیاهان فاجعه بار باشد. و این به نوبه خود باعث افزایش حجم CO 2 می شود، زیرا هر چه تعداد گیاهان کمتر باشد، غلظت CO 2 بیشتر می شود.

پیامدهای اثر گلخانه ای

اقلیم گازهای گلخانه ای

با افزایش دما، تبخیر آب اقیانوس ها، دریاچه ها، رودخانه ها و غیره افزایش می یابد. از آنجایی که هوای گرم‌تر می‌تواند بخار آب بیشتری را در خود نگه دارد، این یک اثر بازخورد قدرتمند ایجاد می‌کند: هر چه گرم‌تر شود، محتوای بخار آب در هوا بیشتر می‌شود، که به نوبه خود اثر گلخانه‌ای را افزایش می‌دهد.

فعالیت انسان تأثیر کمی بر میزان بخار آب موجود در جو دارد. اما ما گازهای گلخانه ای دیگری منتشر می کنیم که باعث می شود اثر گلخانه ای بیشتر و بیشتر شود. دانشمندان بر این باورند که افزایش انتشار CO 2، عمدتاً ناشی از سوزاندن سوخت های فسیلی، حداقل حدود 60 درصد از گرم شدن زمین از سال 1850 را توضیح می دهد. غلظت دی اکسید کربن در جو حدود 0.3 درصد در سال افزایش می یابد و در حال حاضر حدود 30 درصد بیشتر از قبل از انقلاب صنعتی است. اگر این را به صورت مطلق بیان کنیم، هر سال بشریت تقریباً 7 میلیارد تن اضافه می کند. علیرغم این واقعیت که این بخش کوچکی در رابطه با مقدار کل دی اکسید کربن موجود در جو است - 750 میلیارد تن و حتی در مقایسه با مقدار CO 2 موجود در اقیانوس جهانی - تقریباً 35 تریلیون تن، بسیار کم است. قابل توجه. دلیل: فرآیندهای طبیعی در تعادل هستند، چنین حجمی از CO 2 وارد جو می شود که از آنجا خارج می شود. و فعالیت انسان فقط CO2 را اضافه می کند.

جو پوشش هوای زمین است. گسترش تا 3000 کیلومتر از سطح زمین. آثار آن را می توان تا ارتفاع 10000 کیلومتری ردیابی کرد. A. دارای چگالی ناهموار 50 5 جرم آن تا 5 کیلومتر، 75٪ - تا 10 کیلومتر، 90٪ - تا 16 کیلومتر متمرکز است.

جو از هوا تشکیل شده است - مخلوطی مکانیکی از چندین گاز.

نیتروژن(78%) در جو نقش یک رقیق کننده اکسیژن را ایفا می کند و سرعت اکسیداسیون و در نتیجه سرعت و شدت فرآیندهای بیولوژیکی را تنظیم می کند. نیتروژن عنصر اصلی جو زمین است که به طور مداوم با مواد زنده بیوسفر تبادل می کند و اجزای تشکیل دهنده آن ترکیبات نیتروژنی (اسیدهای آمینه، پورین ها و غیره) است. نیتروژن از طریق مسیرهای معدنی و بیوشیمیایی از اتمسفر استخراج می شود، اگرچه آنها ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. استخراج غیر آلی با تشکیل ترکیبات آن N 2 O , N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 همراه است. آنها در بارش یافت می شوند و در اتمسفر تحت تأثیر تخلیه های الکتریکی در هنگام رعد و برق یا واکنش های فتوشیمیایی تحت تأثیر تابش خورشیدی تشکیل می شوند.

تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط برخی باکتری ها در همزیستی با گیاهان بالاتر در خاک انجام می شود. نیتروژن همچنین توسط برخی میکروارگانیسم های پلانکتون و جلبک ها در محیط دریایی تثبیت می شود. از نظر کمی، تثبیت بیولوژیکی نیتروژن از تثبیت معدنی آن بیشتر است. مبادله تمام نیتروژن در جو در حدود 10 میلیون سال اتفاق می افتد. نیتروژن در گازهای آتشفشانی و در سنگهای آذرین یافت می شود. هنگامی که نمونه های مختلف سنگ های کریستالی و شهاب سنگ ها گرم می شوند، نیتروژن به شکل مولکول های N 2 و NH 3 آزاد می شود. با این حال، شکل اصلی حضور نیتروژن، چه در زمین و چه در سیارات زمینی، مولکولی است. آمونیاک با ورود به جو فوقانی به سرعت اکسید می شود و نیتروژن آزاد می کند. در سنگهای رسوبی همراه با مواد آلی مدفون شده و به مقدار زیاد در رسوبات قیر یافت می شود. در طی دگرگونی منطقه ای این سنگ ها، نیتروژن به اشکال مختلف در جو زمین آزاد می شود.

چرخه نیتروژن ژئوشیمیایی (

اکسیژن(21%) توسط موجودات زنده برای تنفس استفاده می شود و بخشی از مواد آلی (پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها) است. ازن O 3. تشعشعات مخرب ماوراء بنفش خورشید را به تاخیر می اندازد.

اکسیژن دومین گاز گسترده در جو است که نقش بسیار مهمی را در بسیاری از فرآیندهای زیست کره ایفا می کند. شکل غالب وجود آن O 2 است. در لایه های بالایی جو، تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تجزیه مولکول های اکسیژن رخ می دهد و در ارتفاع تقریباً 200 کیلومتری، نسبت اکسیژن اتمی به مولکولی (O: O 2) برابر با 10 می شود. اشکال اکسیژن در اتمسفر (در ارتفاع 20-30 کیلومتری)، یک کمربند ازن (صفحه ازن) برهم کنش دارند. ازن (O 3) برای موجودات زنده ضروری است و بیشتر پرتوهای فرابنفش خورشید را که برای آنها مضر است مسدود می کند.

در مراحل اولیه توسعه زمین، اکسیژن آزاد در مقادیر بسیار کم در نتیجه تفکیک نوری دی اکسید کربن و مولکول های آب در لایه های بالایی جو ظاهر شد. با این حال، این مقادیر کم به سرعت توسط اکسیداسیون گازهای دیگر مصرف شد. با ظهور موجودات فتوسنتزی اتوتروف در اقیانوس، وضعیت به طور قابل توجهی تغییر کرد. مقدار اکسیژن آزاد در اتمسفر به تدریج شروع به افزایش کرد و به طور فعال بسیاری از اجزای بیوسفر را اکسید کرد. بنابراین، اولین بخش‌های اکسیژن آزاد عمدتاً به انتقال اشکال آهنی آهن به اشکال اکسید و سولفیدها به سولفات کمک کردند.

در نهایت مقدار اکسیژن آزاد در جو زمین به جرم معینی رسید و به گونه ای متعادل شد که مقدار تولید شده برابر با مقدار جذب شد. یک محتوای ثابت نسبی از اکسیژن آزاد در جو ایجاد شده است.

چرخه اکسیژن ژئوشیمیایی (V.A. ورونسکی، G.V. ویتکویچ)

دی اکسید کربن، وارد تشکیل ماده زنده می شود و همراه با بخار آب به اصطلاح "اثر گلخانه ای (گلخانه ای)" را ایجاد می کند.

کربن (دی اکسید کربن) - بیشتر آن در جو به شکل CO 2 و بسیار کمتر به شکل CH 4 است. اهمیت تاریخ ژئوشیمیایی کربن در بیوسفر بسیار زیاد است، زیرا بخشی از همه موجودات زنده است. در موجودات زنده، اشکال کاهش یافته کربن غالب است، و در محیط زیست کره، اشکال اکسید شده غالب است. بنابراین، تبادل شیمیایی چرخه زندگی برقرار می شود: CO 2 ↔ ماده زنده.

منبع دی اکسید کربن اولیه در بیوسفر فعالیت های آتشفشانی است که با گاززدایی سکولار گوشته و افق های زیرین پوسته زمین مرتبط است. بخشی از این دی اکسید کربن در طی تجزیه حرارتی سنگ های آهکی باستانی در مناطق مختلف دگرگونی به وجود می آید. مهاجرت CO 2 در بیوسفر به دو صورت اتفاق می افتد.

روش اول در جذب CO 2 در طول فتوسنتز با تشکیل مواد آلی و دفن بعدی در شرایط احیای مطلوب در لیتوسفر به شکل ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت و شیل نفتی بیان می شود. طبق روش دوم، مهاجرت کربن منجر به ایجاد یک سیستم کربناته در هیدروسفر می شود، جایی که CO 2 به H 2 CO 3، HCO 3 -1، CO 3 -2 تبدیل می شود. سپس، با مشارکت کلسیم (به طور معمول منیزیم و آهن)، کربنات ها از طریق مسیرهای بیوژنیک و بیوژنیک رسوب می کنند. لایه های ضخیم سنگ آهک و دولومیت ظاهر می شود. به گفته A.B. Ronov، نسبت کربن آلی (Corg) به کربن کربناته (Ccarb) در تاریخ زیست کره 1:4 بود.

همراه با چرخه جهانی کربن، تعدادی چرخه کربن کوچک نیز وجود دارد. بنابراین، گیاهان سبز در خشکی، CO2 را برای فرآیند فتوسنتز در طول روز جذب می کنند و در شب آن را در جو آزاد می کنند. با مرگ موجودات زنده در سطح زمین، اکسیداسیون مواد آلی (با مشارکت میکروارگانیسم ها) با انتشار CO 2 در جو اتفاق می افتد. در دهه های اخیر، احتراق گسترده سوخت های فسیلی و افزایش محتوای آن در جو مدرن، جایگاه ویژه ای در چرخه کربن به خود اختصاص داده است.

چرخه کربن در پوشش جغرافیایی (طبق نظر F. Ramad, 1981)

آرگون- سومین گاز گسترده جوی که به شدت آن را از سایر گازهای بی اثر بسیار پراکنده متمایز می کند. با این حال، آرگون در تاریخ زمین شناسی خود سرنوشت این گازها را دارد که با دو ویژگی مشخص می شود:

1. برگشت ناپذیری تجمع آنها در جو؛
2. ارتباط نزدیک با واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ های ناپایدار خاص.

گازهای بی اثر خارج از چرخه اکثر عناصر حلقوی در بیوسفر زمین هستند.

تمام گازهای بی اثر را می توان به اولیه و پرتوزا تقسیم کرد. موارد اولیه شامل مواردی است که در طول دوره شکل گیری آن توسط زمین اسیر شده است. آنها بسیار نادر هستند. بخش اولیه آرگون عمدتاً توسط ایزوتوپ‌های 36 Ar و 38 Ar نشان داده می‌شود، در حالی که آرگون اتمسفر کاملاً از ایزوتوپ 40 Ar (99.6٪) تشکیل شده است که بدون شک پرتوزا است. در سنگ‌های حاوی پتاسیم، تجمع آرگون رادیوژنیک به دلیل فروپاشی پتاسیم-40 از طریق جذب الکترون رخ داده و همچنان ادامه دارد: 40 K + e → 40 Ar.

بنابراین میزان آرگون در سنگ ها با توجه به سن و میزان پتاسیم آنها تعیین می شود. تا این حد، غلظت هلیوم در سنگها تابعی از سن و میزان توریم و اورانیوم آنها است. آرگون و هلیوم از روده های زمین در هنگام فوران های آتشفشانی، از طریق شکاف های پوسته زمین به شکل جت های گاز و همچنین در هنگام هوازدگی سنگ ها به جو آزاد می شوند. بر اساس محاسبات انجام شده توسط P.Dimon و J.Culp، هلیوم و آرگون در دوران مدرن در پوسته زمین تجمع می یابند و در مقادیر نسبتاً کمی وارد جو می شوند. سرعت ورود این گازهای پرتوزا به حدی کم است که در طول تاریخ زمین شناسی زمین نتوانسته از محتوای مشاهده شده آنها در جو مدرن اطمینان حاصل کند. بنابراین، باید فرض شود که بیشتر آرگون موجود در اتمسفر در مراحل اولیه توسعه آن از داخل زمین آمده است و پس از آن در طی فرآیند آتشفشانی و در طی هوازدگی سنگ های حاوی پتاسیم به آن اضافه شده است. .

بنابراین، در طول زمان زمین شناسی، هلیوم و آرگون فرآیندهای مهاجرت متفاوتی داشته اند. هلیوم بسیار کمی در جو وجود دارد (حدود 5 * 10-4٪) و "تنفس هلیوم" زمین سبک تر بود، زیرا به عنوان سبک ترین گاز، به فضای بیرونی تبخیر شد. و "تنفس آرگون" سنگین بود و آرگون در مرزهای سیاره ما باقی ماند. بیشتر گازهای نجیب اولیه، مانند نئون و زنون، با نئون اولیه که توسط زمین در طول شکل‌گیری آن گرفته شده بود، و همچنین با انتشار در هنگام گاززدایی گوشته در جو مرتبط بودند. کل داده های مربوط به ژئوشیمی گازهای نجیب نشان می دهد که اتمسفر اولیه زمین در مراحل اولیه توسعه آن به وجود آمده است.

جو شامل بخار آبو ابدر حالت مایع و جامد. آب موجود در جو یک انباشته کننده حرارت مهم است.

لایه های زیرین جو حاوی مقدار زیادی گرد و غبار معدنی و فن آوری و ذرات معلق در هوا، محصولات احتراق، نمک ها، هاگ ها و گرده ها و غیره است.

تا ارتفاع 100-120 کیلومتری به دلیل اختلاط کامل هوا، ترکیب جو همگن است. نسبت نیتروژن و اکسیژن ثابت است. در بالا، گازهای بی اثر، هیدروژن و غیره غالب هستند در لایه های پایینی جو بخار آب وجود دارد. با فاصله گرفتن از زمین محتوای آن کاهش می یابد. نسبت گازها بیشتر تغییر می کند، به عنوان مثال، در ارتفاع 200-800 کیلومتری، اکسیژن 10-100 برابر بر نیتروژن غالب است.