Struktura i ravnoteža plinova u atmosferi. Sastav atmosfere Sastav zemljine atmosfere

Ne postoji li doista ništa što može regulirati količinu stakleničkih plinova u atmosferi? Naravno da može. Kisik savršeno obavlja ovaj posao. Ali problem je u tome što stanovništvo planeta neumoljivo raste, što znači da se troši sve više kisika. Jedini spas nam je vegetacija, pogotovo šume. Apsorbiraju višak ugljičnog dioksida i oslobađaju mnogo više kisika nego što ljudi konzumiraju.

Efekt staklenika i klima na Zemlji

Kada govorimo o posljedicama efekta staklenika, podrazumijevamo njegov utjecaj na klimu na Zemlji. Prije svega, to je globalno zatopljenje. Mnogi poistovjećuju pojmove “efekt staklenika” i “globalno zagrijavanje”, ali oni nisu jednaki, već su međusobno povezani: prvi je uzrok drugome.

Globalno zatopljenje izravno je povezano s oceanima. Evo primjera dva uzročno-posljedična odnosa.

1. Prosječna temperatura planeta raste, tekućina počinje isparavati. To se također odnosi i na Svjetski ocean: neki se znanstvenici boje da će se za nekoliko stotina godina početi "sušiti".
2. Istodobno, zbog visokih temperatura, ledenjaci i morski led počet će se aktivno topiti u bliskoj budućnosti. To će dovesti do neizbježnog porasta razine mora.

Već smo svjedoci redovitih poplava u obalnim područjima, ali ako se razina Svjetskog oceana značajno podigne, sva obližnja kopnena područja bit će poplavljena i usjevi će propasti.

Utjecaj na živote ljudi

Ne zaboravite da će povećanje prosječne temperature Zemlje utjecati na naše živote. Posljedice mogu biti vrlo ozbiljne. Mnoga područja našeg planeta, već sklona suši, postat će apsolutno neodrživa, ljudi će početi masovno migrirati u druge regije. To će neizbježno dovesti do socioekonomskih problema i izbijanja trećeg i četvrtog svjetskog rata. Nedostatak hrane, uništavanje usjeva - to je ono što nas čeka u sljedećem stoljeću.

Ali treba li čekati? Ili je ipak moguće nešto promijeniti? Može li čovječanstvo smanjiti štetu od efekta staklenika?

Radnje koje mogu spasiti Zemlju

Danas su poznati svi štetni čimbenici koji dovode do nakupljanja stakleničkih plinova i znamo što treba učiniti da se to zaustavi. Nemojte misliti da jedna osoba neće ništa promijeniti. Naravno, samo cijelo čovječanstvo može postići učinak, ali tko zna - možda još stotinjak ljudi u ovom trenutku čita sličan članak?

Očuvanje šuma

Zaustavljanje krčenja šuma. Biljke su naš spas! Osim toga, potrebno je ne samo očuvati postojeće šume, već i aktivno saditi nove.

Svaka osoba treba razumjeti ovaj problem.

Fotosinteza je toliko snažna da nam može osigurati ogromne količine kisika. Bit će to dovoljno za normalan život ljudi i eliminaciju štetnih plinova iz atmosfere.

Korištenje električnih vozila

Odbijanje korištenja vozila s pogonom na gorivo. Svaki automobil svake godine emitira ogromnu količinu stakleničkih plinova, pa zašto ne bismo napravili zdraviji izbor za okoliš? Znanstvenici nam već sada nude električne automobile – ekološki prihvatljive automobile koji ne troše gorivo. Minus automobila na "gorivo" još je jedan korak prema eliminaciji stakleničkih plinova. U cijelom svijetu pokušavaju ubrzati ovu tranziciju, ali do sada je moderni razvoj takvih strojeva daleko od savršenog. Ni u Japanu, gdje se takvi automobili najviše koriste, nisu spremni potpuno prijeći na njihovu uporabu.

Alternativa ugljikovodičnim gorivima

Izum alternativne energije. Čovječanstvo ne miruje, pa zašto smo zapeli u korištenju ugljena, nafte i plina? Izgaranjem ovih prirodnih sastojaka dolazi do nakupljanja stakleničkih plinova u atmosferi, stoga je vrijeme da prijeđemo na ekološki prihvatljiviji oblik energije.

Ne možemo u potpunosti napustiti sve što ispušta štetne plinove. Ali možemo pomoći u povećanju kisika u atmosferi. Ne samo pravi muškarac treba posaditi drvo - to mora učiniti svaka osoba!

Atmosfera (od grčkog atmoc - para i sphere - kugla) je plinska (zračna) ljuska Zemlje koja rotira s njom. Život na Zemlji je moguć sve dok postoji atmosfera. Svi živi organizmi koriste atmosferski zrak za disanje; atmosfera štiti od štetnog djelovanja kozmičkih zraka i temperatura koje su destruktivne za žive organizme, hladnog "daha" svemira.

Atmosferski zrak je mješavina plinova koji čine Zemljinu atmosferu. Zrak je bez mirisa, proziran, gustoće mu je 1,2928 g/l, topljivosti u vodi 29,18 cm~/l, a u tekućem stanju poprima plavičastu boju. Ljudski život je nemoguć bez zraka, bez vode i hrane, ali ako osoba može živjeti bez hrane nekoliko tjedana, bez vode - nekoliko dana, tada smrt od gušenja nastupa nakon 4 - 5 minuta.

Glavne komponente atmosfere su: dušik, kisik, argon i ugljikov dioksid. Osim argona, u malim su koncentracijama sadržani i drugi inertni plinovi. Atmosferski zrak uvijek sadrži vodenu paru (cca 3 - 4%) i krute čestice - prašinu.

Zemljina se atmosfera dijeli na donju (do 100 km) homosferu s homogenim sastavom prizemnog zraka i gornju hetosferu s heterogenim kemijskim sastavom. Jedno od važnih svojstava atmosfere je prisutnost kisika. U Zemljinoj primarnoj atmosferi nije bilo kisika. Njegova pojava i nakupljanje povezano je sa širenjem zelenih biljaka i procesom fotosinteze. Kao rezultat kemijske interakcije tvari s kisikom, živi organizmi dobivaju energiju potrebnu za svoj život.

Preko atmosfere se odvija izmjena tvari između Zemlje i Svemira, pri čemu Zemlja prima kozmičku prašinu i meteorite, a gubi najlakše plinove - vodik i helij. Atmosfera je prožeta snažnim sunčevim zračenjem, koje određuje toplinski režim površine planeta, uzrokuje disocijaciju molekula atmosferskih plinova i ionizaciju atoma. Ogromna, tanka gornja atmosfera sastoji se prvenstveno od iona.

Fizička svojstva i stanje atmosfere mijenjaju se tijekom vremena: tijekom dana, godišnjih doba, godina - iu prostoru, ovisno o nadmorskoj visini, geografskoj širini i udaljenosti od oceana.

Struktura atmosfere

Atmosfera, čija je ukupna masa 5,15 10" tona, proteže se prema gore od Zemljine površine do otprilike 3 tisuće km. Kemijski sastav i fizikalna svojstva atmosfere mijenjaju se s visinom, pa se ona dijeli na troposferu, stratosferu, mezosferu, ionosferu (termosferu) i egzosferu.

Glavnina zraka u atmosferi (do 80%) nalazi se u donjem, prizemnom sloju – troposferi. Debljina troposfere je prosječno 11 - 12 km: 8 - 10 km iznad polova, 16 - 18 km iznad ekvatora. Kada se odmakne od površine Zemlje u troposferi, temperatura se smanjuje za 6 "C po 1 km (slika 8). Na nadmorskoj visini od 18 - 20 km, glatko smanjenje temperature prestaje, ostaje gotovo konstantno: - 60 ... - 70 "C. Ovaj dio atmosfere naziva se tropopauza. Sljedeći sloj - stratosfera - zauzima visinu od 20 - 50 km od površine zemlje. U njemu je koncentriran ostatak (20%) zraka. Ovdje temperatura raste s udaljenošću od Zemljine površine za 1 - 2 "C po 1 km, au stratopauzi na visini od 50 - 55 km dostiže 0" C. Dalje, na nadmorskoj visini od 55-80 km, nalazi se mezosfera. Pri udaljavanju od Zemlje temperatura pada za 2 - 3 "C na 1 km, a na visini od 80 km, u mezopauzi, dostiže - 75... - 90" C. Termosfera i egzosfera, koje zauzimaju visine od 80 - 1000, odnosno 1000 - 2000 km, najrjeđi su dijelovi atmosfere. Ovdje se nalaze samo pojedinačne molekule, atomi i ioni plinova čija je gustoća milijune puta manja od gustoće površine Zemlje. Tragovi plinova pronađeni su do visine od 10 - 20 tisuća km.

Debljina zračnog omotača relativno je mala u usporedbi s kozmičkim udaljenostima: iznosi jednu četvrtinu polumjera Zemlje i jednu desettisućinku udaljenosti od Zemlje do Sunca. Gustoća atmosfere na razini mora je 0,001 g/cm~, tj. tisuću puta manje od gustoće vode.

Postoji stalna izmjena topline, vlage i plinova između atmosfere, zemljine površine i ostalih sfera Zemlje, što zajedno s kruženjem zračnih masa u atmosferi utječe na glavne procese stvaranja klime. Atmosfera štiti žive organizme od snažnog toka kozmičkog zračenja. Svake sekunde struja kozmičkih zraka pogađa gornje slojeve atmosfere: gama, x-zrake, ultraljubičaste, vidljive, infracrvene. Kada bi svi stigli do Zemljine površine, uništili bi sav život u roku od nekoliko trenutaka.

Ozonski štit ima najvažniju zaštitnu vrijednost. Nalazi se u stratosferi na visini od 20 do 50 km od površine Zemlje. Ukupna količina ozona (Oz) u atmosferi procjenjuje se na 3,3 milijarde tona. Debljina ovog sloja je relativno mala: ukupno iznosi 2 mm na ekvatoru i 4 mm na polovima u normalnim uvjetima. Maksimalna koncentracija ozona - 8 dijelova na milijun dijelova zraka - nalazi se na visini od 20 - 25 km.

Glavni značaj ozonskog zaslona je u tome što štiti žive organizme od jakog ultraljubičastog zračenja. Dio njegove energije troši se na reakciju: SO2 ↔ SO3. Ozonski zaslon apsorbira ultraljubičaste zrake valne duljine od oko 290 nm ili manje, pa ultraljubičaste zrake, koje su korisne za više životinje i ljude, a štetne za mikroorganizme, dopiru do površine zemlje. Uništavanje ozonskog omotača, uočeno početkom 1980-ih, objašnjava se korištenjem freona u rashladnim uređajima i ispuštanjem aerosola koji se koriste u svakodnevnom životu u atmosferu. Emisije freona u svijetu tada su dosegle 1,4 milijuna tona godišnje, a doprinos pojedinih zemalja onečišćenju zraka freonima bio je: 35% - SAD, po 10% - Japan i Rusija, 40% - zemlje EEZ, 5% - druge zemlje. Usklađenim mjerama smanjeno je ispuštanje freona u atmosferu. Letovi nadzvučnih zrakoplova i svemirskih letjelica imaju razoran utjecaj na ozonski omotač.

Atmosfera štiti Zemlju od brojnih meteorita. Svake sekunde u atmosferu uđe do 200 milijuna meteorita koji su vidljivi golim okom, ali u atmosferi izgaraju. Male čestice kozmičke prašine usporavaju svoje kretanje u atmosferi. Svaki dan na Zemlju padne oko 10" malih meteorita. To dovodi do povećanja Zemljine mase za 1 tisuću tona godišnje. Atmosfera je filtar koji izolira toplinu. Bez atmosfere, temperaturna razlika na Zemlji po danu bi dosegla 200"C (od 100"C poslijepodne do -100"C noću).

Relativno stalan sastav atmosferskog zraka u troposferi od najveće je važnosti za sve žive organizme. Ravnoteža plinova u atmosferi održava se zbog procesa njihovog iskorištavanja od strane živih organizama koji se neprestano odvijaju i ispuštanja plinova u atmosferu. Dušik se oslobađa tijekom snažnih geoloških procesa (vulkanske erupcije, potresi) i tijekom razgradnje organskih spojeva. Dušik se uklanja iz zraka djelovanjem kvržičnih bakterija.

Međutim, posljednjih godina došlo je do promjene u ravnoteži dušika u atmosferi zbog ljudskih gospodarskih aktivnosti. Fiksacija dušika tijekom proizvodnje dušičnih gnojiva značajno se povećala. Pretpostavlja se da će se volumen industrijske fiksacije dušika značajno povećati u bliskoj budućnosti i premašiti njegovo ispuštanje u atmosferu. Predviđa se da će se proizvodnja dušičnih gnojiva udvostručiti svakih 6 godina. Time se zadovoljavaju rastuće poljoprivredne potrebe za dušičnim gnojivima. Međutim, ostaje neriješeno pitanje naknade za uklanjanje dušika iz atmosferskog zraka. Međutim, zbog ogromne ukupne količine dušika u atmosferi, ovaj problem nije tako ozbiljan kao ravnoteža kisika i ugljičnog dioksida.

Prije otprilike 3,5 - 4 milijarde godina sadržaj kisika u atmosferi bio je 1000 puta manji nego sada, budući da nije bilo glavnih proizvođača kisika - zelenih biljaka. Sadašnji omjer kisika i ugljičnog dioksida održava se vitalnom aktivnošću živih organizama. Kao rezultat fotosinteze, zelene biljke troše ugljični dioksid i oslobađaju kisik. Služi za disanje svim živim organizmima. Prirodni procesi potrošnje CO3 i O2 i njihovog ispuštanja u atmosferu dobro su uravnoteženi.

Razvojem industrije i prometa kisik se u procesima izgaranja koristi u sve većim količinama. Na primjer, tijekom jednog transatlantskog leta mlazni avion sagorijeva 35 tona kisika. Osobni automobil troši dnevnu potrebu za kisikom jedne osobe na 1,5 tisuća kilometara (osoba u prosjeku dnevno potroši 500 litara kisika, propuštajući kroz pluća 12 tona zraka). Prema stručnjacima, za izgaranje raznih vrsta goriva sada je potrebno od 10 do 25% kisika proizvedenog od zelenih biljaka. Opskrba atmosfere kisikom se smanjuje zbog smanjenja površina šuma, savana, stepa i povećanja pustinjskih područja, rasta gradova i prometnih autocesta. Broj proizvođača kisika među vodenim biljkama sve je manji zbog onečišćenja rijeka, jezera, mora i oceana. Vjeruje se da će se u sljedećih 150 - 180 godina količina kisika u atmosferi smanjiti za trećinu u odnosu na sadašnji sadržaj.

Upotreba rezervi kisika raste istodobno s ekvivalentnim povećanjem ispuštanja ugljičnog dioksida u atmosferu. Prema podacima UN-a, tijekom posljednjih 100 godina količina CO~ u Zemljinoj atmosferi povećala se za 10 - 15%. Ako se željeni trend nastavi, tada bi u trećem tisućljeću količina CO2 u atmosferi mogla porasti za 25%, tj. od 0,0324 do 0,04% volumena suhog atmosferskog zraka. Blago povećanje ugljičnog dioksida u atmosferi pozitivno utječe na produktivnost poljoprivrednih biljaka. Dakle, kada je zrak u staklenicima zasićen ugljičnim dioksidom, povećava se prinos povrća zbog intenziviranja procesa fotosinteze. Međutim, povećanjem COz u atmosferi nastaju složeni globalni problemi o kojima će biti riječi u nastavku.

Atmosfera je jedan od glavnih meteoroloških i klimatskih čimbenika. Sustav koji stvara klimu uključuje atmosferu, ocean, kopnenu površinu, kriosferu i biosferu. Pokretljivost i inercijske karakteristike ovih komponenti su različite; imaju različita vremena reakcije na vanjske smetnje u susjednim sustavima. Dakle, za atmosferu i kopnenu površinu, vrijeme odgovora je nekoliko tjedana ili mjeseci. Atmosfera je povezana s cirkulacijskim procesima prijenosa vlage i topline te ciklonalnim djelovanjem.

Efekt staklenika u atmosferi našeg planeta uzrokovan je činjenicom da tok energije u infracrvenom području spektra, koji se diže s površine Zemlje, apsorbiraju molekule atmosferskih plinova i zrače natrag u različitim smjerovima, kao rezultat toga, polovica energije koju apsorbiraju molekule stakleničkih plinova vraća se natrag na površinu Zemlje, uzrokujući njezino zagrijavanje Treba napomenuti da je efekt staklenika prirodna atmosferska pojava (slika 5). Da na Zemlji uopće nema efekta staklenika, tada bi prosječna temperatura na našem planetu bila oko -21°C, ali zahvaljujući stakleničkim plinovima iznosi +14°C. Stoga bi, čisto teoretski, ljudska aktivnost povezana s ispuštanjem stakleničkih plinova u Zemljinu atmosferu trebala dovesti do daljnjeg zagrijavanja planeta. Glavni staklenički plinovi, prema redoslijedu njihovog procijenjenog utjecaja na Zemljinu toplinsku bilancu, su vodena para (36-70%), ugljikov dioksid (9-26%), metan (4-9%), halougljikovodici, dušikov oksid.

Riža.

Elektrane na ugljen, tvornički dimnjaci, ispušni plinovi automobila i drugi ljudski izvori onečišćenja svake godine zajedno emitiraju oko 22 milijarde tona ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova u atmosferu. Uzgoj stoke, korištenje gnojiva, izgaranje ugljena i drugi izvori proizvode oko 250 milijuna tona metana godišnje. Otprilike polovica svih stakleničkih plinova koje čovječanstvo emitira ostaje u atmosferi. Oko tri četvrtine svih antropogenih emisija stakleničkih plinova u posljednjih 20 godina uzrokovano je korištenjem nafte, prirodnog plina i ugljena (Slika 6). Velik dio ostatka uzrokovan je promjenama u krajoliku, prvenstveno krčenjem šuma.

Riža.

vodena para- najvažniji staklenički plin današnjice. Međutim, vodena para također je uključena u mnoge druge procese, što čini njezinu ulogu daleko nejasnom u različitim uvjetima.

Prije svega, tijekom isparavanja sa Zemljine površine i daljnje kondenzacije u atmosferi, do 40% sve topline koja ulazi u atmosferu se konvekcijom prenosi u niže slojeve atmosfere (troposferu). Dakle, kada vodena para isparava, ona malo snižava površinsku temperaturu. Ali toplina koja se oslobađa kao rezultat kondenzacije u atmosferi ide za njezino zagrijavanje, a potom i za zagrijavanje same površine Zemlje.

No, nakon kondenzacije vodene pare nastaju kapljice vode ili kristali leda koji intenzivno sudjeluju u procesima raspršivanja sunčeve svjetlosti reflektirajući dio sunčeve energije natrag u svemir. Oblaci, koji su samo nakupine tih kapljica i kristala, povećavaju udio sunčeve energije (albedo) koju sama atmosfera reflektira natrag u svemir (i tada oborina iz oblaka može pasti u obliku snijega, povećavajući albedo površine). ).

Međutim, vodena para, čak i kondenzirana u kapljice i kristale, još uvijek ima snažne apsorpcijske trake u infracrvenom području spektra, što znači da je uloga istih oblaka daleko od jasne. Ova dvojnost je posebno uočljiva u sljedećim ekstremnim slučajevima - kada je nebo prekriveno oblacima za sunčanog ljetnog vremena, površinska temperatura se smanjuje, a ako se isto dogodi zimske noći, onda se, naprotiv, povećava. Na konačan rezultat utječe i položaj oblaka - na niskim visinama gusti oblaci reflektiraju puno sunčeve energije, a ravnoteža u ovom slučaju može ići u korist antistakleničkog učinka, ali na velikim visinama tanki cirusi oblaci prenose dosta sunčeve energije prema dolje, ali čak i tanki oblaci su gotovo nepremostiva prepreka infracrvenom zračenju i, i tu možemo govoriti o prevlasti efekta staklenika.

Još jedna značajka vodene pare - vlažna atmosfera u određenoj mjeri pridonosi vezanju drugog stakleničkog plina - ugljičnog dioksida, i njegovom prijenosu oborinama na površinu Zemlje, gdje se, kao rezultat daljnjih procesa, može potrošiti u nastajanju karbonata i zapaljivih minerala.

Ljudska djelatnost ima vrlo slab izravni utjecaj na sadržaj vodene pare u atmosferi - samo zbog povećanja površine navodnjavanog zemljišta, promjene površine močvara i rada energije, koja je zanemariva u odnosu na pozadina isparavanja s cijele vodene površine Zemlje i vulkanske aktivnosti. Zbog toga mu se često posvećuje malo pozornosti kada se razmatra problem efekta staklenika.

Međutim, neizravni učinak na sadržaj vodene pare može biti vrlo velik, zbog povratnih veza između atmosferskog sadržaja vodene pare i zagrijavanja uzrokovanog drugim stakleničkim plinovima, koje ćemo sada razmotriti.

Poznato je da se s porastom temperature povećava i isparavanje vodene pare, te se za svakih 10 °C mogući sadržaj vodene pare u zraku gotovo udvostručuje. Na primjer, na 0 °C tlak zasićene pare je oko 6 MB, na +10 °C - 12 MB, a na +20 °C - 23 MB.

Vidi se da udio vodene pare jako ovisi o temperaturi, a kada se ona iz nekog razloga smanji, prvo se smanjuje efekt staklenika same vodene pare (zbog smanjenog udjela), a drugo, dolazi do kondenzacije vodene pare, što naravno snažno koči pad temperature zbog oslobađanja kondenzacijske topline, ali nakon kondenzacije dolazi do povećanja refleksije sunčeve energije, kako u samoj atmosferi (raspršenje na kapljicama i kristalima leda), tako i na površini (snježne padaline) , što dodatno snižava temperaturu.

Porastom temperature raste sadržaj vodene pare u atmosferi, pojačava se njezin efekt staklenika, što pojačava početni porast temperature. Načelno se povećava i naoblaka (više vodene pare ulazi u relativno hladna područja), ali izrazito slabo - prema I. Mokhovu, oko 0,4% po stupnju zagrijavanja, što ne može mnogo utjecati na povećanje refleksije sunčeve energije.

Ugljični dioksid- drugi najveći doprinos učinku staklenika danas, ne smrzava se kad temperatura padne i nastavlja stvarati efekt staklenika čak i pri najnižim temperaturama mogućim u zemaljskim uvjetima. Vjerojatno je upravo zahvaljujući postupnom nakupljanju ugljičnog dioksida u atmosferi kao rezultat vulkanske aktivnosti Zemlja uspjela izaći iz stanja snažnih glacijacija (kada je čak i ekvator bio prekriven debelim slojem leda), u koji je padao početkom i krajem proterozoika.

Ugljični dioksid uključen je u snažan ciklus ugljika u sustavu litosfera-hidrosfera-atmosfera, a promjene u zemljinoj klimi povezane su prvenstveno s promjenama u ravnoteži njegovog ulaska u atmosferu i uklanjanja iz nje.

Zbog relativno visoke topivosti ugljičnog dioksida u vodi, sadržaj ugljičnog dioksida u hidrosferi (prvenstveno oceanima) sada iznosi 4x104 Gt (gigatona) ugljika (odavde se daju podaci o CO2 izraženom u ugljiku) , uključujući duboke slojeve (Putvinsky, 1998). Atmosfera trenutno sadrži oko 7,5x102 Gt ugljika (Alekseev et al., 1999). Sadržaj CO2 u atmosferi nije uvijek bio nizak – na primjer, u arheju (prije oko 3,5 milijarde godina) atmosfera se sastojala od gotovo 85-90% ugljičnog dioksida, pri znatno višem tlaku i temperaturi (Sorokhtin, Ushakov, 1997). Međutim, dovod značajnih masa vode na Zemljinu površinu kao rezultat otplinjavanja unutrašnjosti, kao i pojava života, osigurali su vezivanje gotovo cjelokupnog atmosferskog i značajnog dijela ugljičnog dioksida otopljenog u vodi u obliku karbonata (oko 5,5x107 Gt ugljika pohranjeno je u litosferi (IPCC izvješće, 2000.)) . Također, ugljični dioksid su živi organizmi počeli pretvarati u razne oblike zapaljivih minerala. Osim toga, do sekvestracije dijela ugljičnog dioksida došlo je i zbog nakupljanja biomase u kojoj su ukupne zalihe ugljika usporedive s onima u atmosferi, a uzimajući u obzir tlo višestruko veće.

No, nas prvenstveno zanimaju tokovi koji dovode ugljikov dioksid u atmosferu i uklanjaju ga iz nje. Litosfera sada osigurava vrlo mali protok ugljičnog dioksida koji ulazi u atmosferu prvenstveno zbog vulkanske aktivnosti - oko 0,1 Gt ugljika godišnje (Putvinsky, 1998). Značajno veliki tokovi opažaju se u sustavima ocean (zajedno s organizmima koji tamo žive) - atmosfera i kopnena biota - atmosfera. Oko 92 Gt ugljika godišnje ulazi u ocean iz atmosfere, a 90 Gt se vraća natrag u atmosferu (Putvinsky, 1998). Tako ocean godišnje ukloni oko 2 Gt ugljika iz atmosfere. Istodobno, tijekom procesa disanja i razgradnje kopnenih mrtvih živih bića, u atmosferu ulazi oko 100 Gt ugljika godišnje. U procesima fotosinteze, kopnena vegetacija također uklanja oko 100 Gt ugljika iz atmosfere (Putvinsky, 1998). Kao što vidimo, mehanizam unosa i uklanjanja ugljika iz atmosfere prilično je uravnotežen, osiguravajući približno jednake protoke. Suvremena ljudska djelatnost u taj mehanizam uključuje i sve veći dodatni dotok ugljika u atmosferu uslijed izgaranja fosilnih goriva (nafte, plina, ugljena i dr.) - prema podacima npr. za razdoblje 1989.-99. u prosjeku oko 6,3 Gt godišnje. Također, povećava se dotok ugljika u atmosferu zbog krčenja šuma i djelomičnog spaljivanja šuma – do 1,7 Gt godišnje (izvješće IPCC-a, 2000.), dok povećanje biomase koja doprinosi apsorpciji CO2 iznosi samo oko 0,2 Gt godišnje. umjesto gotovo 2 Gt godišnje. Čak i uzimajući u obzir mogućnost apsorpcije oko 2 Gt dodatnog ugljika od strane oceana, još uvijek ostaje prilično značajan dodatni protok (trenutačno oko 6 Gt godišnje), povećavajući sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi. Osim toga, apsorpcija ugljičnog dioksida od strane oceana mogla bi se smanjiti u bliskoj budućnosti, a moguć je čak i obrnuti proces - oslobađanje ugljičnog dioksida iz Svjetskog oceana. To je zbog smanjenja topljivosti ugljičnog dioksida s porastom temperature vode - na primjer, kada se temperatura vode poveća sa samo 5 na 10 °C, koeficijent topljivosti ugljičnog dioksida u njoj opada s približno 1,4 na 1,2.

Dakle, protok ugljičnog dioksida u atmosferu uzrokovan gospodarskim aktivnostima nije velik u usporedbi s nekim prirodnim protokom, ali njegova nekompenzacija dovodi do postupnog nakupljanja CO2 u atmosferi, što uništava ravnotežu unosa i izlaza CO2 koja se razvila tijekom milijarde godina evolucije Zemlje i života na njoj.

Brojne činjenice iz geološke i povijesne prošlosti ukazuju na povezanost klimatskih promjena i fluktuacija stakleničkih plinova. U razdoblju od prije 4 do 3,5 milijarde godina, sjaj Sunca bio je oko 30% manji nego sada. No, čak i pod zrakama mladog, “blijedog” Sunca, na Zemlji se razvio život i formirale sedimentne stijene: barem na dijelu zemljine površine temperatura je bila iznad ledišta vode. Neki znanstvenici sugeriraju da je u to vrijeme zemljina atmosfera sadržavala 1000 puta više osi ugljični dioksid nego sada, a to je nadoknadilo nedostatak sunčeve energije, budući da je više topline koju emitira Zemlja ostajalo u atmosferi. Sve veći učinak staklenika mogao bi biti jedan od razloga za iznimno toplu klimu kasnije u mezozoiku (doba dinosaura). Prema analizi fosilnih ostataka, Zemlja je u to vrijeme bila 10-15 stupnjeva toplija nego sada. Treba napomenuti da su tada, prije 100 milijuna godina i ranije, kontinenti zauzimali drugačiji položaj nego u naše vrijeme, a oceanska cirkulacija također je bila drugačija, pa je prijenos topline iz tropa u polarne krajeve mogao biti veći. Međutim, izračuni Erica J. Barrona, sada na Sveučilištu Pennsylvania, i drugih istraživača pokazuju da paleokontinentalna geografija možda nije odgovorna za više od polovice mezozojskog zagrijavanja. Ostatak zagrijavanja lako se može objasniti porastom razine ugljičnog dioksida. Ovu su pretpostavku prvi iznijeli sovjetski znanstvenici A. B. Ronov s Državnog hidrološkog instituta i M. I. Budyko s Glavnog geofizičkog opservatorija. Izračune koji podupiru ovaj prijedlog proveli su Eric Barron, Starley L. Thompson iz Nacionalnog centra za istraživanje atmosfere (NCAR). Iz geokemijskog modela koji su razvili Robert A. Berner i Antonio C. Lasaga sa Sveučilišta Yale i pokojni Robert. Polja u državi Teksas pretvorila su se u pustinju nakon što je neko vrijeme trajala suša 1983. Ova slika, kako pokazuju izračuni pomoću računalnih modela, može se promatrati na mnogim mjestima ako se, kao rezultat globalnog zatopljenja, smanji vlažnost tla u središnjem dijelu zemlje. regije kontinenata, gdje je koncentrirana proizvodnja žitarica.

M. Garrelsa sa Sveučilišta Južne Floride, slijedi da bi se ugljični dioksid mogao osloboditi tijekom iznimno jake vulkanske aktivnosti na srednjooceanskim grebenima, gdje dižuća magma tvori novo oceansko dno. Izravni dokazi koji ukazuju na vezu tijekom glacijacija između atmosferskih stakleničkih plinova i klime mogu se "izvući" iz mjehurića zraka uključenih u antarktički led, koji je nastao u davna vremena kao rezultat zbijanja padajućeg snijega. Tim istraživača pod vodstvom Claudea Laurieuxa iz Laboratorija za glaciologiju i geofiziku u Grenobleu proučavao je ledeni stup dug 2000 m (što odgovara razdoblju od 160 tisuća godina) koji su sovjetski istraživači dobili na stanici Vostok na Antarktici. Laboratorijska analiza plinova sadržanih u ovom stupcu leda pokazala je da su se u drevnoj atmosferi koncentracije ugljičnog dioksida i metana mijenjale usklađeno i, što je još važnije, "u vremenu" s promjenama prosječne lokalne temperature (određena je omjer koncentracija izotopa vodika u molekulama vode). U posljednjem međuledenom razdoblju, koje je trajalo 10 tisuća godina, te u međuledenom razdoblju koje mu je prethodilo (prije 130 tisuća godina), koje je također trajalo 10 tisuća godina, prosječna temperatura na ovom području bila je 10 stupnjeva viša nego tijekom glacijacija. (Općenito, Zemlja je tijekom tih razdoblja bila 5 os toplija.) Tijekom tih istih razdoblja atmosfera je sadržavala 25% više ugljičnog dioksida i 100 070 više metana nego tijekom glacijacija. Nejasno je jesu li promjene u stakleničkim plinovima bile uzrok, a klimatske promjene posljedica ili obrnuto. Najvjerojatnije su uzrok glacijacijama bile promjene u Zemljinoj orbiti i posebna dinamika napredovanja i povlačenja ledenjaka; međutim, te su klimatske fluktuacije možda pojačane promjenama u bioti i fluktuacijama u cirkulaciji oceana koje utječu na sadržaj stakleničkih plinova u atmosferi. Još detaljniji podaci o fluktuacijama stakleničkih plinova i klimatskim promjenama dostupni su za posljednjih 100 godina, tijekom kojih je došlo do daljnjeg povećanja koncentracije ugljičnog dioksida od 25% i metana od 100%. Prosječni globalni temperaturni "rekord" u posljednjih 100 godina ispitala su dva tima istraživača, predvođena Jamesom E. Hansenom s Goddard instituta za svemirske studije Nacionalne uprave za zrakoplovstvo i svemir i T. M. L. Wigleyjem s Klimatskog odjela Sveučilišta Eastern. Engleska.

Zadržavanje topline u atmosferi glavna je komponenta Zemljine energetske bilance (slika 8). Otprilike 30% energije koja dolazi od Sunca reflektira se (lijevo) od oblaka, čestica ili Zemljine površine; preostalih 70% se apsorbira. Apsorbiranu energiju površina planeta ponovno zrači u infracrvenom zračenju.

Riža.

Ti su znanstvenici koristili podatke s meteoroloških stanica razasutih po svim kontinentima (tim Climate Divisiona je u analizu uključio i mjerenja na moru). U isto vrijeme, dvije su skupine usvojile različite metode za analizu opažanja i uzimanje u obzir "iskrivljenja" povezanih, na primjer, s činjenicom da su se neke meteorološke stanice "preselile" na drugo mjesto tijekom sto godina, a neke smještene u gradovima dale su podaci koji su bili “kontaminirani” » utjecajem topline koju proizvode industrijska poduzeća ili akumuliraju tijekom dana zgrade i pločnici. Potonji učinak, koji dovodi do pojave toplinskih otoka, vrlo je uočljiv u razvijenim zemljama, poput Sjedinjenih Država. Međutim, čak i ako se korekcija izračunata za Sjedinjene Države (koju su izveli Thomas R. Carl iz Nacionalnog centra za klimatske podatke u Ashevilleu, Sjeverna Karolina, i P. D. Jones sa Sveučilišta East Anglia) proširi na sve podatke na kugli zemaljskoj, u oba unosa će ostati “<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.

Razmjena ugljika između atmosfere i raznih “rezervoara” na Zemlji (slika 9). Svaki broj označava, u milijardama tona, dotok ili odljev ugljika (u obliku dioksida) godišnje ili njegovu zalihu u rezervoaru. Ovi prirodni ciklusi, jedan na kopnu, a drugi na oceanu, uklanjaju onoliko ugljičnog dioksida iz atmosfere koliko i dodaju, ali ljudska aktivnost poput sječe šuma i spaljivanja fosilnih goriva uzrokuje pad razine ugljika u atmosferi koja se godišnje povećava za 3 milijarde tona. Podaci preuzeti iz rada Berta Bohlina sa Sveučilišta u Stockholmu

Sl.9

Pretpostavimo da imamo razumnu prognozu kako će se promijeniti emisija ugljičnog dioksida. Koje će se promjene u tom slučaju dogoditi s koncentracijom tog plina u atmosferi? Atmosferski ugljični dioksid “troše” biljke, ali i oceani, gdje se troši u kemijskim i biološkim procesima. Kako se koncentracija atmosferskog ugljičnog dioksida mijenja, vjerojatno će se promijeniti i stopa "potrošnje" ovog plina. Drugim riječima, procesi koji uzrokuju promjene u sadržaju atmosferskog ugljičnog dioksida moraju uključivati ​​povratnu vezu. Ugljični dioksid je "sirovina" za fotosintezu u biljkama, pa će se njegova potrošnja u biljkama vjerojatno povećati kako se akumulira u atmosferi, što će usporiti to nakupljanje. Isto tako, budući da je sadržaj ugljičnog dioksida u površinskim oceanskim vodama približno u ravnoteži s njegovim sadržajem u atmosferi, povećanje upijanja ugljičnog dioksida u oceanskoj vodi usporit će njegovu akumulaciju u atmosferi. Međutim, može se dogoditi da nakupljanje ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova u atmosferi pokrene pozitivne povratne mehanizme koji će povećati klimatski učinak. Dakle, brze klimatske promjene mogu dovesti do nestanka nekih šuma i drugih ekosustava, što će oslabiti sposobnost biosfere da apsorbira ugljikov dioksid. Štoviše, zagrijavanje može dovesti do brzog oslobađanja ugljika pohranjenog u mrtvoj organskoj tvari u tlu. Ovaj ugljik, koji je dvostruko veći od količine pronađene u atmosferi, stalno se pretvara u ugljični dioksid i metan pomoću bakterija u tlu. Zagrijavanje može ubrzati njihov rad, što rezultira povećanim ispuštanjem ugljičnog dioksida (iz suhih tla) i metana (s rižinih polja, odlagališta otpada i močvara). Prilično mnogo metana pohranjeno je u sedimentima na kontinentalnom pojasu i ispod sloja permafrosta na Arktiku u obliku klatrata - molekularnih rešetki koje se sastoje od molekula metana i vode Unatoč tim nesigurnostima, mnogi istraživači vjeruju da će apsorpcija ugljičnog dioksida od strane biljaka i oceana usporiti nakupljanje ovog plina u atmosferi - barem u sljedećih 50 do 100 godina da će od ukupne količine ugljičnog dioksida koja uđe u atmosferu tamo ostati oko polovica. Iz toga slijedi da će se koncentracije ugljičnog dioksida udvostručiti s razine iz 1900. (na 600 ppm) između otprilike 2030. i 2080. Međutim, drugi staklenički plinovi vjerojatno će se brže nakupljati u atmosferi.

Staklenički plinovi

Staklenički plinovi su plinovi za koje se vjeruje da uzrokuju globalni efekt staklenika.

Glavni staklenički plinovi, prema njihovom procijenjenom utjecaju na toplinsku ravnotežu Zemlje, su vodena para, ugljični dioksid, metan, ozon, halougljikovodici i dušikov oksid.

vodena para

Vodena para je glavni prirodni staklenički plin, odgovoran za više od 60% učinka. Izravni antropogeni utjecaj na ovaj izvor je neznatan. Istodobno, povećanje Zemljine temperature uzrokovano drugim čimbenicima povećava isparavanje i ukupnu koncentraciju vodene pare u atmosferi pri gotovo konstantnoj relativnoj vlažnosti, što zauzvrat povećava učinak staklenika. Stoga se javljaju neke pozitivne povratne informacije.

Metan

Ogromna erupcija metana nakupljenog ispod morskog dna prije 55 milijuna godina zagrijala je Zemlju za 7 stupnjeva Celzijusa.

Ista stvar se može dogoditi sada - ovu pretpostavku potvrdili su istraživači iz NASA-e. Koristeći računalne simulacije drevne klime, pokušali su bolje razumjeti ulogu metana u klimatskim promjenama. Trenutačno se većina istraživanja o učinku staklenika usredotočuje na ulogu ugljičnog dioksida u tom učinku, iako je potencijal metana da zadrži toplinu u atmosferi 20 puta veći od potencijala ugljičnog dioksida.

Razni kućanski uređaji na plinski pogon doprinose povećanju sadržaja metana u atmosferi.

Tijekom proteklih 200 godina, metan u atmosferi se više nego udvostručio zbog razgradnje organske tvari u močvarama i vlažnim nizinama, kao i zbog curenja iz objekata koje je napravio čovjek kao što su plinovodi, rudnici ugljena, pojačanog navodnjavanja i ispuštanja plinova iz stočarstvo. Ali postoji još jedan izvor metana - raspadajuća organska tvar u oceanskim sedimentima, sačuvana zamrznuta ispod morskog dna.

Obično niske temperature i visoki tlak održavaju metan ispod oceana u stabilnom stanju, no to nije uvijek bio slučaj. Tijekom razdoblja globalnog zatopljenja, kao što je kasni paleocenski termalni maksimum, koji se dogodio prije 55 milijuna godina i trajao 100 tisuća godina, pomicanje litosfernih ploča, osobito na indijskom potkontinentu, dovelo je do pada pritiska na morsko dno i moglo izazvati veliko oslobađanje metana. Kako su se atmosfera i ocean počeli zagrijavati, emisije metana mogle bi se povećati. Neki znanstvenici vjeruju da bi trenutno globalno zatopljenje moglo dovesti do istog scenarija – ako se ocean znatno zagrije.

Kada metan uđe u atmosferu, on reagira s molekulama kisika i vodika stvarajući ugljični dioksid i vodenu paru, a svaki od njih može izazvati efekt staklenika. Prema prijašnjim predviđanjima, sav emitirani metan pretvorit će se u ugljični dioksid i vodu za otprilike 10 godina. Ako je to točno, onda će povećanje koncentracije ugljičnog dioksida biti glavni uzrok zagrijavanja planeta. Međutim, pokušaji da se rezoniranje potvrdi pozivanjem na prošlost bili su neuspješni - nisu pronađeni tragovi povećanja koncentracije ugljičnog dioksida prije 55 milijuna godina.

Modeli korišteni u novoj studiji pokazali su da kada se razina metana u atmosferi naglo poveća, sadržaj kisika i vodika koji reagiraju s metanom u njoj se smanjuje (sve dok reakcija ne prestane), a preostali metan ostaje u zraku stotinama minuta. godine i sama postala uzrokom globalnog zatopljenja. A ovih stotina godina dovoljno je da zagrije atmosferu, otopi led u oceanima i promijeni cijeli klimatski sustav.

Glavni antropogeni izvori metana su probavna fermentacija u stočarstvu, uzgoj riže i spaljivanje biomase (uključujući krčenje šuma). Nedavne studije su pokazale da je do brzog porasta koncentracije metana u atmosferi došlo u prvom tisućljeću naše ere (vjerojatno kao rezultat ekspanzije poljoprivredne i stočarske proizvodnje te paljenja šuma). Između 1000. i 1700. koncentracije metana pale su za 40%, ali su u posljednjim stoljećima ponovno počele rasti (vjerojatno kao rezultat širenja obradivih površina i pašnjaka te spaljivanja šuma, korištenja drva za grijanje, povećanog broja stoke , kanalizacija i uzgoj riže). Određeni doprinos opskrbi metanom dolazi od curenja tijekom razvoja nalazišta ugljena i prirodnog plina, kao i emisije metana kao dijela bioplina koji se stvara na odlagalištima otpada

Ugljični dioksid

Izvori ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi su vulkanske emisije, životna aktivnost organizama i ljudska djelatnost. Antropogeni izvori uključuju izgaranje fosilnih goriva, izgaranje biomase (uključujući krčenje šuma) i neke industrijske procese (na primjer, proizvodnju cementa). Glavni potrošači ugljičnog dioksida su biljke. Normalno, biocenoza apsorbira približno istu količinu ugljičnog dioksida koju proizvodi (uključujući raspadanje biomase).

Utjecaj ugljičnog dioksida na intenzitet efekta staklenika.

Još se mnogo toga treba naučiti o ciklusu ugljika i ulozi svjetskih oceana kao golemog rezervoara ugljičnog dioksida. Kao što je gore spomenuto, svake godine čovječanstvo doda 7 milijardi tona ugljika u obliku CO 2 na postojećih 750 milijardi tona. Ali samo oko polovice naših emisija - 3 milijarde tona - ostaje u zraku. To se može objasniti činjenicom da većinu CO 2 iskorištavaju kopnene i morske biljke, zakopan u morskim sedimentima, apsorbiran u morskoj vodi ili na neki drugi način. Od ovog velikog udjela CO 2 (oko 4 milijarde tona), ocean svake godine apsorbira oko dvije milijarde tona atmosferskog ugljičnog dioksida.

Sve to povećava broj neodgovorenih pitanja: Kako točno morska voda stupa u interakciju s atmosferskim zrakom, apsorbirajući CO 2? Koliko više ugljika mora apsorbirati i koja bi razina globalnog zatopljenja mogla utjecati na njihov kapacitet? Koliki je kapacitet oceana da apsorbiraju i skladište toplinu zarobljenu klimatskim promjenama?

Ulogu oblaka i lebdećih čestica u zračnim strujanjima zvanim aerosoli nije lako uzeti u obzir pri izgradnji klimatskog modela. Oblaci zasjenjuju zemljinu površinu, što dovodi do hlađenja, ali ovisno o njihovoj visini, gustoći i drugim uvjetima, mogu zadržati i toplinu reflektiranu od zemljine površine, povećavajući intenzitet efekta staklenika. Zanimljiv je i učinak aerosola. Neki od njih modificiraju vodenu paru, kondenzirajući je u male kapljice koje tvore oblake. Ovi su oblaci vrlo gusti i tjednima zaklanjaju Zemljinu površinu. Odnosno, blokiraju sunčevu svjetlost dok ne padnu s oborinama.

Kombinirani učinak može biti golem: erupcija planine Pinatuba na Filipinima 1991. godine ispustila je kolosalnu količinu sulfata u stratosferu, uzrokujući pad temperature diljem svijeta koji je trajao dvije godine.

Stoga bi naše vlastito onečišćenje, uglavnom uzrokovano izgaranjem ugljena i ulja koji sadrže sumpor, moglo privremeno neutralizirati učinke globalnog zatopljenja. Stručnjaci procjenjuju da su aerosoli tijekom 20. stoljeća smanjili količinu zagrijavanja za 20%. Općenito, temperature su rasle od 1940-ih, ali su pale od 1970. Efekt aerosola mogao bi pomoći u objašnjenju nenormalnog hlađenja sredinom prošlog stoljeća.

Godine 2006. emisija ugljičnog dioksida u atmosferu iznosila je 24 milijarde tona. Vrlo aktivna skupina istraživača zalaže se protiv ideje da je ljudska aktivnost jedan od uzroka globalnog zatopljenja. Po njezinu mišljenju, glavna stvar su prirodni procesi klimatskih promjena i povećana sunčeva aktivnost. No, prema Klausu Hasselmannu, voditelju Njemačkog klimatološkog centra u Hamburgu, samo 5% može se objasniti prirodnim uzrocima, a preostalih 95% čini čovjekov čimbenik izazvan ljudskim djelovanjem.

Neki znanstvenici također ne povezuju porast CO 2 s porastom temperature. Skeptici kažu da ako se porast temperature pripisuje rastućoj emisiji CO 2 , temperature su morale porasti tijekom poslijeratnog gospodarskog procvata, kada su se fosilna goriva spaljivala u ogromnim količinama. Međutim, Jerry Mallman, direktor Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, izračunao je da povećana upotreba ugljena i ulja brzo povećava sadržaj sumpora u atmosferi, uzrokujući hlađenje. Nakon 1970. toplinski učinak dugih životnih ciklusa CO 2 i metana potisnuo je aerosole koji se brzo raspadaju, uzrokujući porast temperatura. Dakle, možemo zaključiti da je utjecaj ugljičnog dioksida na intenzitet efekta staklenika ogroman i neosporan.

Međutim, sve veći učinak staklenika ne mora biti katastrofalan. Doista, visoke temperature mogu biti dobrodošle tamo gdje su prilično rijetke. Od 1900. godine najveće zagrijavanje uočeno je od 40 do 70 0 sjeverne geografske širine, uključujući Rusiju, Europu i sjeverni dio Sjedinjenih Država, gdje su industrijske emisije stakleničkih plinova najranije počele. Većina zagrijavanja događa se noću, prvenstveno zbog povećane naoblake koja zadržava izlaznu toplinu. Zbog toga je sezona sjetve produžena za tjedan dana.

Štoviše, efekt staklenika može biti dobra vijest za neke poljoprivrednike. Visoke koncentracije CO 2 mogu imati pozitivan učinak na biljke jer biljke koriste ugljični dioksid tijekom fotosinteze pretvarajući ga u živo tkivo. Stoga više biljaka znači veću apsorpciju CO 2 iz atmosfere, usporavajući globalno zagrijavanje.

Ovaj fenomen proučavali su američki stručnjaci. Odlučili su napraviti model svijeta s dvostrukom količinom CO 2 u zraku. Za to su koristili četrnaestogodišnju borovu šumu u sjevernoj Kaliforniji. Plin je pumpan kroz cijevi postavljene među drvećem. Fotosinteza se povećala za 50-60%. No učinak je ubrzo postao suprotan. Stabla koja se guše nisu se mogla nositi s takvim količinama ugljičnog dioksida. Izgubljena je prednost u procesu fotosinteze. Ovo je još jedan primjer kako ljudska manipulacija dovodi do neočekivanih rezultata.

Ali ti mali pozitivni aspekti efekta staklenika ne mogu se usporediti s negativnima. Uzmimo, primjerice, iskustvo s borovom šumom, gdje je volumen CO 2 udvostručen, a do kraja ovog stoljeća predviđa se da će se koncentracija CO 2 učetverostručiti. Može se zamisliti koliko bi posljedice mogle biti katastrofalne za biljke. A to će zauzvrat povećati volumen CO 2, jer što je manje biljaka, veća je koncentracija CO 2.

Posljedice efekta staklenika

stakleničkih plinova klima

Kako temperature rastu, povećat će se isparavanje vode iz oceana, jezera, rijeka itd. Budući da topliji zrak može zadržati više vodene pare, to stvara snažan povratni učinak: što je toplije, to je veći sadržaj vodene pare u zraku, što zauzvrat povećava učinak staklenika.

Ljudska aktivnost ima mali utjecaj na količinu vodene pare u atmosferi. Ali ispuštamo druge stakleničke plinove, zbog čega je efekt staklenika sve intenzivniji. Znanstvenici vjeruju da povećanje emisije CO 2, uglavnom izgaranjem fosilnih goriva, objašnjava najmanje oko 60% zagrijavanja Zemlje od 1850. godine. Koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi raste za oko 0,3% godišnje, te je sada oko 30% viša nego prije industrijske revolucije. Ako to izrazimo u apsolutnom iznosu, onda svake godine čovječanstvo doda otprilike 7 milijardi tona. Unatoč činjenici da je to mali dio u odnosu na ukupnu količinu ugljičnog dioksida u atmosferi - 750 milijardi tona, a još manji u odnosu na količinu CO 2 sadržanu u Svjetskom oceanu - približno 35 bilijuna tona, ostaje vrlo značajan. Razlog: prirodni procesi su u ravnoteži, takav volumen CO 2 ulazi u atmosferu, koji se odatle uklanja. A ljudska aktivnost samo dodaje CO2.

Atmosfera je zračni omotač Zemlje. Prostire se do 3000 km od Zemljine površine. Njegovi tragovi mogu se pratiti na visinama do 10 000 km. A. ima neujednačenu gustoću 50 5 njegove mase su koncentrirane do 5 km, 75% - do 10 km, 90% - do 16 km.

Atmosfera se sastoji od zraka – mehaničke mješavine nekoliko plinova.

Dušik(78%) u atmosferi ima ulogu razrjeđivača kisika, regulirajući brzinu oksidacije, a time i brzinu i intenzitet bioloških procesa. Dušik je glavni element zemljine atmosfere, koji se kontinuirano izmjenjuje sa živom materijom biosfere, a sastavni dijelovi potonjeg su dušikovi spojevi (aminokiseline, purini, itd.). Dušik se ekstrahira iz atmosfere anorganskim i biokemijskim putovima, iako su oni usko povezani. Anorganska ekstrakcija povezana je s nastankom njegovih spojeva N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Nalaze se u oborinama, a nastaju u atmosferi pod utjecajem električnih pražnjenja tijekom grmljavine ili fotokemijskih reakcija pod utjecajem sunčevog zračenja.

Biološku fiksaciju dušika provode neke bakterije u simbiozi s višim biljkama u tlu. Dušik također vežu neki planktonski mikroorganizmi i alge u morskom okolišu. U kvantitativnom smislu, biološka fiksacija dušika premašuje njegovu anorgansku fiksaciju. Razmjena cjelokupnog dušika u atmosferi odvija se unutar otprilike 10 milijuna godina. Dušik se nalazi u plinovima vulkanskog porijekla i u magmatskim stijenama. Zagrijavanjem različitih uzoraka kristalnih stijena i meteorita oslobađa se dušik u obliku molekula N 2 i NH 3 . Međutim, glavni oblik prisutnosti dušika, kako na Zemlji tako i na terestričkim planetima, je molekularni. Amonijak, koji ulazi u gornju atmosferu, brzo oksidira, oslobađajući dušik. U sedimentnim stijenama zakopan je zajedno s organskom tvari, au povećanim količinama nalazi se u bitumenskim naslagama. Tijekom regionalne metamorfoze ovih stijena, dušik se oslobađa u različitim oblicima u Zemljinu atmosferu.

Geokemijski ciklus dušika (

Kisik(21%) živi organizmi koriste za disanje i dio je organske tvari (bjelančevine, masti, ugljikohidrati). Ozon O 3. odgađa po život razorno ultraljubičasto zračenje Sunca.

Kisik je drugi najrasprostranjeniji plin u atmosferi, koji ima iznimno važnu ulogu u mnogim procesima u biosferi. Dominantni oblik njegovog postojanja je O 2. U gornjim slojevima atmosfere, pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, dolazi do disocijacije molekula kisika, a na visini od približno 200 km, omjer atomskog kisika prema molekularnom (O:O 2) postaje jednak 10. Kada ovi oblici kisika međusobno djeluju u atmosferi (na visini od 20-30 km), ozonski pojas (ozonski ekran). Ozon (O 3) je neophodan za žive organizme, blokira većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, koje je štetno za njih.

U ranim fazama razvoja Zemlje slobodni kisik se javljao u vrlo malim količinama kao rezultat fotodisocijacije molekula ugljičnog dioksida i vode u gornjim slojevima atmosfere. Međutim, te male količine brzo su potrošene oksidacijom drugih plinova. Pojavom autotrofnih fotosintetskih organizama u oceanu situacija se značajno promijenila. Količina slobodnog kisika u atmosferi počela je progresivno rasti, aktivno oksidirajući mnoge komponente biosfere. Dakle, prvi dijelovi slobodnog kisika pridonijeli su prvenstveno prijelazu željeznih oblika željeza u oksidne oblike, a sulfida u sulfate.

Na kraju je količina slobodnog kisika u Zemljinoj atmosferi dosegla određenu masu i bila uravnotežena na način da je proizvedena količina postala jednaka apsorbiranoj količini. Utvrđen je relativno konstantan sadržaj slobodnog kisika u atmosferi.

Geokemijski ciklus kisika (V.A. Vronski, G.V. Vojtkevič)

Ugljični dioksid, ulazi u stvaranje žive tvari, te zajedno s vodenom parom stvara takozvani “efekt staklenika (staklenika).

Ugljik (ugljični dioksid) – najveći dio u atmosferi nalazi se u obliku CO 2, a znatno manji u obliku CH 4. Značaj geokemijske povijesti ugljika u biosferi je izuzetno velik, jer je on dio svih živih organizama. Unutar živih organizama prevladavaju reducirani oblici ugljika, a u okolišu biosfere prevladavaju oksidirani oblici. Tako se uspostavlja kemijska izmjena životnog ciklusa: CO 2 ↔ živa tvar.

Izvor primarnog ugljičnog dioksida u biosferi je vulkanska aktivnost povezana sa sekularnim otplinjavanjem plašta i nižih horizonata zemljine kore. Dio tog ugljičnog dioksida nastaje tijekom termičke razgradnje drevnih vapnenaca u raznim metamorfnim zonama. Migracija CO 2 u biosferi odvija se na dva načina.

Prva metoda se izražava u apsorpciji CO 2 tijekom fotosinteze uz stvaranje organskih tvari i naknadno ukopavanje u povoljnim redukcijskim uvjetima u litosferi u obliku treseta, ugljena, nafte i uljnog škriljevca. Prema drugoj metodi, migracija ugljika dovodi do stvaranja karbonatnog sustava u hidrosferi, gdje CO 2 prelazi u H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Zatim se uz sudjelovanje kalcija (rjeđe magnezija i željeza) karbonati talože biogenim i abiogenim putem. Javljaju se debeli slojevi vapnenca i dolomita. Prema riječima A.B. Ronov, omjer organskog ugljika (Corg) i karbonatnog ugljika (Ccarb) u povijesti biosfere bio je 1:4.

Uz globalni ciklus ugljika, postoji i niz malih ciklusa ugljika. Tako na kopnu zelene biljke danju apsorbiraju CO 2 za proces fotosinteze, a noću ga otpuštaju u atmosferu. Smrću živih organizama na zemljinoj površini dolazi do oksidacije organskih tvari (uz sudjelovanje mikroorganizama) uz oslobađanje CO 2 u atmosferu. Posljednjih desetljeća posebno mjesto u ciklusu ugljika zauzima masovno izgaranje fosilnih goriva i povećanje njegovog sadržaja u suvremenoj atmosferi.

Ciklus ugljika u geografskom omotaču (prema F. Ramadu, 1981.)

Argon- treći najrasprostranjeniji atmosferski plin, što ga oštro razlikuje od izrazito rijetko rasprostranjenih ostalih inertnih plinova. Međutim, argon u svojoj geološkoj povijesti dijeli sudbinu ovih plinova, koje karakteriziraju dvije značajke:

1. nepovratnost njihovog nakupljanja u atmosferi;
2. uskoj vezi s radioaktivnim raspadom pojedinih nestabilnih izotopa.

Inertni plinovi su izvan ciklusa većine cikličkih elemenata u Zemljinoj biosferi.

Svi inertni plinovi mogu se podijeliti na primarne i radiogene. Primarne uključuju one koje je Zemlja zarobila tijekom razdoblja svog formiranja. Izuzetno su rijetki. Primarni dio argona predstavljen je uglavnom izotopima 36 Ar i 38 Ar, dok se atmosferski argon u potpunosti sastoji od izotopa 40 Ar (99,6%), koji je nedvojbeno radiogen. U stijenama koje sadrže kalij došlo je do nakupljanja radiogenog argona i nastavlja se događati zbog raspada kalija-40 hvatanjem elektrona: 40 K + e → 40 Ar.

Stoga je sadržaj argona u stijenama određen njihovom starošću i količinom kalija. U tom je opsegu koncentracija helija u stijenama funkcija njihove starosti i sadržaja torija i urana. Argon i helij ispuštaju se u atmosferu iz utrobe zemlje tijekom vulkanskih erupcija, kroz pukotine u zemljinoj kori u obliku plinskih mlazeva, a također i tijekom trošenja stijena. Prema izračunima P. Dimona i J. Culpa, helij i argon se u modernom dobu nakupljaju u zemljinoj kori i ulaze u atmosferu u relativno malim količinama. Brzina ulaska ovih radiogenih plinova toliko je niska da tijekom geološke povijesti Zemlje nije mogla osigurati njihov promatrani sadržaj u modernoj atmosferi. Stoga ostaje za pretpostaviti da je većina argona u atmosferi došla iz utrobe Zemlje u najranijim fazama njezina razvoja, a mnogo manje je dodano naknadno tijekom procesa vulkanizma i tijekom trošenja stijena koje sadrže kalij.

Stoga su tijekom geološkog vremena helij i argon imali različite procese migracije. U atmosferi ima vrlo malo helija (oko 5 * 10 -4%), a "disanje helija" Zemlje bilo je lakše, jer je on, kao najlakši plin, ispario u svemir. I "disanje argona" je bilo teško i argon je ostao unutar granica našeg planeta. Većina primordijalnih plemenitih plinova, kao što su neon i ksenon, bili su povezani s primordijalnim neonom koji je Zemlja uhvatila tijekom svog formiranja, kao i s otpuštanjem tijekom otplinjavanja plašta u atmosferu. Cjelokupni podaci o geokemiji plemenitih plinova ukazuju na to da je primarna atmosfera Zemlje nastala u najranijim fazama njezina razvoja.

Atmosfera sadrži vodena para I voda u tekućem i čvrstom stanju. Voda u atmosferi važan je akumulator topline.

Donji slojevi atmosfere sadrže veliku količinu mineralne i tehnogene prašine i aerosola, produkata izgaranja, soli, spora i peludi itd.

Do visine 100-120 km, zbog potpunog miješanja zraka, sastav atmosfere je homogen. Omjer između dušika i kisika je konstantan. Iznad prevladavaju inertni plinovi, vodik itd. U nižim slojevima atmosfere nalazi se vodena para. S udaljenošću od zemlje njegov sadržaj opada. Što se više mijenja omjer plinova, na primjer, na nadmorskoj visini od 200-800 km, kisik prevladava nad dušikom za 10-100 puta.