Struktur dan keseimbangan gas di atmosfer. Komposisi atmosfer Komposisi atmosfer bumi

Apakah memang tidak ada yang bisa mengatur jumlah gas rumah kaca di atmosfer? Tentu saja bisa. Oksigen melakukan pekerjaan ini dengan sempurna. Namun masalahnya adalah populasi planet ini terus bertambah, yang berarti semakin banyak oksigen yang dikonsumsi. Satu-satunya keselamatan kita adalah tumbuh-tumbuhan, khususnya hutan. Mereka menyerap kelebihan karbon dioksida dan melepaskan lebih banyak oksigen daripada yang dikonsumsi manusia.

Efek rumah kaca dan iklim bumi

Ketika kita berbicara tentang dampak efek rumah kaca, kita memahami dampaknya terhadap iklim bumi. Pertama-tama, ini adalah pemanasan global. Banyak orang menyamakan konsep “efek rumah kaca” dan “pemanasan global”, namun keduanya tidak sama, namun saling terkait: yang pertama adalah penyebab yang kedua.

Pemanasan global berhubungan langsung dengan lautan. Berikut adalah contoh dua hubungan sebab-akibat.

1. Suhu rata-rata di planet ini meningkat, cairan mulai menguap. Hal ini juga berlaku untuk Samudra Dunia: beberapa ilmuwan khawatir bahwa dalam beberapa ratus tahun lautan akan mulai “mengering”.
2. Pada saat yang sama, karena suhu tinggi, gletser dan es laut akan mulai mencair secara aktif dalam waktu dekat. Hal ini akan menyebabkan kenaikan permukaan air laut yang tidak dapat dihindari.

Kita sudah mengamati banjir yang sering terjadi di wilayah pesisir, namun jika permukaan laut naik secara signifikan, seluruh wilayah daratan di sekitarnya akan terendam banjir dan tanaman akan musnah.

Dampaknya terhadap kehidupan masyarakat

Jangan lupa bahwa peningkatan suhu rata-rata bumi akan mempengaruhi kehidupan kita. Konsekuensinya bisa sangat serius. Banyak wilayah di planet kita, yang sudah rentan terhadap kekeringan, akan menjadi tidak dapat dihuni lagi, orang-orang akan mulai bermigrasi secara besar-besaran ke wilayah lain. Hal ini mau tidak mau akan menimbulkan masalah sosial ekonomi dan pecahnya perang dunia ketiga dan keempat. Kurangnya makanan, rusaknya tanaman - inilah yang menanti kita di abad mendatang.

Tapi apakah itu harus menunggu? Atau apakah masih mungkin untuk mengubah sesuatu? Bisakah umat manusia mengurangi dampak buruk efek rumah kaca?

Tindakan yang dapat menyelamatkan Bumi

Saat ini, semua faktor berbahaya yang menyebabkan akumulasi gas rumah kaca telah diketahui, dan kita mengetahui apa yang perlu dilakukan untuk menghentikannya. Jangan berpikir bahwa satu orang tidak akan mengubah apa pun. Tentu saja, hanya seluruh umat manusia yang dapat mencapai efek tersebut, tetapi siapa tahu - mungkin ratusan orang lagi sedang membaca artikel serupa saat ini?

Konservasi hutan

Menghentikan deforestasi. Tumbuhan adalah penyelamat kita! Selain itu, tidak hanya perlu melestarikan hutan yang ada, tetapi juga aktif menanam hutan baru.

Setiap orang harus memahami masalah ini.

Fotosintesis sangat kuat sehingga dapat memberi kita oksigen dalam jumlah besar. Ini akan cukup untuk kehidupan normal manusia dan penghapusan gas berbahaya dari atmosfer.

Penggunaan kendaraan listrik

Penolakan untuk menggunakan kendaraan bertenaga bahan bakar. Setiap mobil mengeluarkan sejumlah besar gas rumah kaca setiap tahunnya, jadi mengapa tidak membuat pilihan yang lebih sehat bagi lingkungan? Para ilmuwan telah menawarkan kepada kita mobil listrik - mobil ramah lingkungan yang tidak menggunakan bahan bakar. Kerugian dari mobil “bahan bakar” adalah langkah lain menuju penghapusan gas rumah kaca. Di seluruh dunia mereka mencoba untuk mempercepat transisi ini, namun sejauh ini perkembangan modern dari mesin tersebut masih jauh dari sempurna. Bahkan di Jepang, di mana mobil-mobil seperti itu paling banyak digunakan, mereka belum siap untuk sepenuhnya beralih ke penggunaannya.

Alternatif bahan bakar hidrokarbon

Penemuan energi alternatif. Kemanusiaan tidak tinggal diam, lalu mengapa kita hanya menggunakan batu bara, minyak, dan gas? Pembakaran komponen alam tersebut menyebabkan penumpukan gas rumah kaca di atmosfer, sehingga sudah saatnya beralih ke bentuk energi yang ramah lingkungan.

Kita tidak bisa sepenuhnya meninggalkan segala sesuatu yang mengeluarkan gas berbahaya. Tapi kita bisa membantu meningkatkan oksigen di atmosfer. Tidak hanya pria sejati yang boleh menanam pohon - setiap orang harus melakukan ini!

Atmosfer (dari bahasa Yunani atmoc - uap dan bola - bola) adalah cangkang gas (udara) bumi, yang berputar bersamanya. Kehidupan di Bumi mungkin terjadi selama atmosfer masih ada. Semua organisme hidup menggunakan udara atmosfer untuk bernafas; atmosfer melindungi dari efek berbahaya sinar kosmik dan suhu yang merusak organisme hidup, “nafas” dingin ruang angkasa.

Udara atmosfer merupakan campuran gas-gas yang menyusun atmosfer bumi. Udara tidak berbau, transparan, massa jenisnya 1,2928 g/l, kelarutannya dalam air 29,18 cm~/l, dan dalam keadaan cair berwarna kebiruan. Kehidupan manusia tidak mungkin terjadi tanpa udara, tanpa air dan makanan, tetapi jika seseorang dapat hidup tanpa makanan selama beberapa minggu, tanpa air - selama beberapa hari, maka kematian karena mati lemas terjadi dalam 4 - 5 menit.

Komponen utama atmosfer adalah: nitrogen, oksigen, argon, dan karbon dioksida. Selain argon, gas inert lainnya terkandung dalam konsentrasi kecil. Udara atmosfer selalu mengandung uap air (sekitar 3 - 4%) dan partikel padat - debu.

Atmosfer bumi terbagi menjadi homosfer bawah (sampai 100 km) dengan komposisi udara permukaan yang homogen dan hetosfer atas dengan komposisi kimia yang heterogen. Salah satu sifat penting atmosfer adalah keberadaan oksigen. Tidak ada oksigen di atmosfer utama bumi. Kemunculan dan akumulasinya dikaitkan dengan penyebaran tumbuhan hijau dan proses fotosintesis. Sebagai hasil interaksi kimiawi zat dengan oksigen, organisme hidup menerima energi yang diperlukan untuk aktivitas vitalnya.

Melalui atmosfer, terjadi pertukaran zat antara Bumi dan Luar Angkasa, sementara Bumi menerima debu kosmik dan meteorit serta kehilangan gas paling ringan - hidrogen dan helium. Atmosfer dipenuhi dengan radiasi matahari yang kuat, yang menentukan rezim termal permukaan planet, menyebabkan disosiasi molekul gas atmosfer dan ionisasi atom. Atmosfer bagian atas yang luas dan tipis sebagian besar terdiri dari ion-ion.

Sifat fisik dan keadaan atmosfer berubah seiring waktu: siang hari, musim, tahun - dan di luar angkasa, bergantung pada ketinggian di atas permukaan laut, garis lintang, dan jarak dari laut.

Struktur atmosfer

Atmosfer, yang massa totalnya 5,15 10" ton, terbentang ke atas dari permukaan bumi hingga kira-kira 3 ribu km. Komposisi kimia dan sifat fisik atmosfer berubah seiring ketinggian, sehingga terbagi menjadi troposfer, stratosfer, mesosfer, ionosfer (termosfer) dan eksosfer.

Sebagian besar udara di atmosfer (hingga 80%) terletak di lapisan bawah tanah - troposfer. Ketebalan troposfer rata-rata 11 - 12 km: 8 - 10 km di atas kutub, 16 - 18 km di atas garis khatulistiwa. Ketika menjauh dari permukaan bumi di troposfer, suhu turun sebesar 6"C per 1 km (Gbr. 8). Pada ketinggian 18 - 20 km, penurunan suhu secara bertahap berhenti, hampir konstan: - 60 ... - 70 "C. Bagian atmosfer ini disebut tropopause. Lapisan berikutnya - stratosfer - menempati ketinggian 20 - 50 km dari permukaan bumi. Sisanya (20%) udara terkonsentrasi di dalamnya. Di sini suhu meningkat seiring jarak dari permukaan bumi sebesar 1 - 2"C per 1 km dan di stratopause pada ketinggian 50 - 55 km mencapai 0"C. Selanjutnya pada ketinggian 55-80 km terdapat mesosfer. Saat menjauh dari Bumi, suhu turun 2 - 3 "C per 1 km, dan pada ketinggian 80 km, di mesopause, mencapai - 75... - 90"C. Termosfer dan eksosfer, masing-masing menempati ketinggian 80 - 1000 dan 1000 - 2000 km, merupakan bagian atmosfer yang paling langka. Di sini hanya ditemukan molekul individu, atom, dan ion gas, yang kepadatannya jutaan kali lebih kecil daripada kepadatan permukaan bumi. Jejak gas ditemukan hingga ketinggian 10 - 20 ribu km.

Ketebalan cangkang udara relatif kecil jika dibandingkan dengan jarak kosmik: seperempat jari-jari Bumi dan sepersepuluh ribu jarak Bumi ke Matahari. Kepadatan atmosfer di permukaan laut adalah 0,001 g/cm~, yaitu. seribu kali lebih kecil dari massa jenis air.

Ada pertukaran panas, uap air, dan gas yang konstan antara atmosfer, permukaan bumi, dan wilayah lain di bumi, yang, bersama dengan sirkulasi massa udara di atmosfer, mempengaruhi proses utama pembentukan iklim. Atmosfer melindungi organisme hidup dari aliran radiasi kosmik yang kuat. Setiap detik aliran sinar kosmik menghantam lapisan atas atmosfer: gamma, sinar-X, ultraviolet, sinar tampak, inframerah. Jika mereka semua mencapai permukaan bumi, mereka akan menghancurkan seluruh kehidupan dalam beberapa saat.

Layar ozon memiliki nilai perlindungan yang paling penting. Letaknya di stratosfer pada ketinggian 20 hingga 50 km dari permukaan bumi. Jumlah total ozon (Oz) di atmosfer diperkirakan mencapai 3,3 miliar ton. Ketebalan lapisan ini relatif kecil: totalnya adalah 2 mm di ekuator dan 4 mm di kutub dalam kondisi normal. Konsentrasi maksimum ozon - 8 bagian per juta bagian udara - terletak pada ketinggian 20 - 25 km.

Arti utama dari lapisan ozon adalah melindungi organisme hidup dari radiasi ultraviolet yang keras. Sebagian energinya dihabiskan untuk reaksi: SO2 ↔ SO3. Lapisan ozon menyerap sinar ultraviolet dengan panjang gelombang sekitar 290 nm atau kurang, sehingga sinar ultraviolet, yang bermanfaat bagi hewan tingkat tinggi dan manusia serta berbahaya bagi mikroorganisme, mencapai permukaan bumi. Rusaknya lapisan ozon, yang diketahui pada awal tahun 1980-an, disebabkan oleh penggunaan freon di unit pendingin dan pelepasan aerosol yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari ke atmosfer. Emisi freon di dunia kemudian mencapai 1,4 juta ton per tahun, dan kontribusi masing-masing negara terhadap polusi udara dengan freon adalah: 35% - Amerika Serikat, masing-masing 10% - Jepang dan Rusia, 40% - negara-negara MEE, 5% - negara lain. Langkah-langkah terkoordinasi telah memungkinkan untuk mengurangi pelepasan freon ke atmosfer. Penerbangan pesawat supersonik dan pesawat luar angkasa berdampak buruk pada lapisan ozon.

Atmosfer melindungi bumi dari berbagai meteorit. Setiap detik, hingga 200 juta meteorit memasuki atmosfer, terlihat dengan mata telanjang, namun terbakar di atmosfer. Partikel kecil debu kosmik memperlambat pergerakannya di atmosfer. Sekitar 10" meteorit kecil jatuh ke bumi setiap hari. Hal ini menyebabkan peningkatan massa bumi sebesar 1.000 ton per tahun. Atmosfer adalah filter penyekat panas. Tanpa atmosfer, perbedaan suhu di Bumi per hari akan mencapai 200"C (dari 100"C di sore hari hingga - 100"C di malam hari).

Komposisi udara atmosfer yang relatif konstan di troposfer sangat penting bagi semua organisme hidup. Keseimbangan gas di atmosfer tetap terjaga karena proses penggunaannya oleh organisme hidup dan pelepasan gas ke atmosfer terus berlangsung. Nitrogen dilepaskan selama proses geologi yang kuat (letusan gunung berapi, gempa bumi) dan selama penguraian senyawa organik. Nitrogen dihilangkan dari udara karena aktivitas bakteri bintil.

Namun, dalam beberapa tahun terakhir telah terjadi perubahan keseimbangan nitrogen di atmosfer akibat aktivitas ekonomi manusia. Fiksasi nitrogen selama produksi pupuk nitrogen telah meningkat secara signifikan. Diasumsikan bahwa volume fiksasi nitrogen industri akan meningkat secara signifikan dalam waktu dekat dan melebihi pelepasannya ke atmosfer. Produksi pupuk nitrogen diproyeksikan meningkat dua kali lipat setiap 6 tahun. Hal ini memenuhi kebutuhan pertanian akan pupuk nitrogen yang terus meningkat. Namun, masalah kompensasi penghilangan nitrogen dari udara atmosfer masih belum terselesaikan. Namun, karena banyaknya nitrogen di atmosfer, masalah ini tidak seserius keseimbangan oksigen dan karbon dioksida.

Sekitar 3,5 - 4 miliar tahun yang lalu, kandungan oksigen di atmosfer 1000 kali lebih sedikit dibandingkan sekarang, karena tidak ada penghasil oksigen utama - tumbuhan hijau. Rasio oksigen dan karbon dioksida saat ini dipertahankan oleh aktivitas vital organisme hidup. Sebagai hasil fotosintesis, tumbuhan hijau mengonsumsi karbon dioksida dan melepaskan oksigen. Ini digunakan untuk respirasi oleh semua organisme hidup. Proses alami konsumsi CO3 dan O2 serta pelepasannya ke atmosfer berjalan seimbang.

Dengan berkembangnya industri dan transportasi, oksigen digunakan dalam proses pembakaran dalam jumlah yang semakin meningkat. Misalnya, dalam satu penerbangan transatlantik, sebuah pesawat jet membakar 35 ton oksigen. Sebuah mobil penumpang mengkonsumsi kebutuhan oksigen harian satu orang per 1,5 ribu kilometer (rata-rata seseorang mengkonsumsi 500 liter oksigen per hari, mengalirkan 12 ton udara melalui paru-paru). Menurut para ahli, pembakaran berbagai jenis bahan bakar kini membutuhkan 10 hingga 25% oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan hijau. Pasokan oksigen ke atmosfer semakin berkurang karena berkurangnya luas hutan, sabana, stepa dan bertambahnya wilayah gurun, pertumbuhan kota, dan jalan raya transportasi. Jumlah penghasil oksigen pada tumbuhan air semakin berkurang akibat pencemaran sungai, danau, laut dan samudera. Diperkirakan dalam 150 - 180 tahun mendatang jumlah oksigen di atmosfer akan berkurang sepertiga dibandingkan kandungannya saat ini.

Penggunaan cadangan oksigen meningkat bersamaan dengan peningkatan pelepasan karbon dioksida ke atmosfer. Menurut PBB, selama 100 tahun terakhir jumlah CO~ di atmosfer bumi telah meningkat sebesar 10 - 15%. Jika tren yang diharapkan terus berlanjut, maka pada milenium ketiga jumlah CO~ di atmosfer akan meningkat sebesar 25%, yaitu dari 0,0324 hingga 0,04% volume udara atmosfer kering. Sedikit peningkatan karbon dioksida di atmosfer berdampak positif terhadap produktivitas tanaman pertanian. Jadi, ketika udara di rumah kaca jenuh dengan karbon dioksida, hasil sayuran meningkat karena intensifikasi proses fotosintesis. Namun, dengan meningkatnya COz di atmosfer, timbul permasalahan global yang kompleks, yang akan dibahas di bawah ini.

Atmosfer adalah salah satu faktor meteorologi dan pembentuk iklim utama. Sistem pembentuk iklim meliputi atmosfer, lautan, permukaan tanah, kriosfer, dan biosfer. Karakteristik mobilitas dan inersia komponen-komponen ini berbeda; mereka memiliki waktu reaksi yang berbeda terhadap gangguan eksternal pada sistem yang berdekatan. Jadi, untuk atmosfer dan permukaan tanah, waktu responsnya adalah beberapa minggu atau bulan. Atmosfer dikaitkan dengan proses sirkulasi kelembaban dan perpindahan panas serta aktivitas siklon.

Efek rumah kaca di atmosfer planet kita disebabkan oleh fakta bahwa aliran energi dalam rentang spektrum inframerah, yang naik dari permukaan bumi, diserap oleh molekul gas atmosfer dan dipancarkan kembali ke berbagai arah. Akibatnya, separuh energi yang diserap oleh molekul gas rumah kaca kembali ke permukaan bumi sehingga menyebabkan pemanasan. Perlu dicatat bahwa efek rumah kaca adalah fenomena atmosfer alami (Gbr. 5). Jika tidak ada efek rumah kaca sama sekali di bumi, maka suhu rata-rata di planet kita akan menjadi sekitar -21°C, namun berkat gas rumah kaca, suhu rata-rata di planet kita akan menjadi +14°C. Oleh karena itu, secara teoritis, aktivitas manusia yang terkait dengan pelepasan gas rumah kaca ke atmosfer bumi akan menyebabkan pemanasan lebih lanjut di planet ini. Gas rumah kaca utama, berdasarkan perkiraan dampaknya terhadap keseimbangan panas bumi, adalah uap air (36-70%), karbon dioksida (9-26%), metana (4-9%), halokarbon, oksida nitrat.

Beras.

Pembangkit listrik tenaga batu bara, cerobong asap pabrik, knalpot mobil, dan sumber polusi buatan manusia lainnya mengeluarkan sekitar 22 miliar ton karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya ke atmosfer setiap tahunnya. Peternakan, penggunaan pupuk, pembakaran batu bara, dan sumber lainnya menghasilkan sekitar 250 juta ton metana per tahun. Sekitar setengah dari seluruh gas rumah kaca yang dihasilkan manusia masih berada di atmosfer. Sekitar tiga perempat dari seluruh emisi gas rumah kaca antropogenik selama 20 tahun terakhir disebabkan oleh penggunaan minyak, gas alam, dan batu bara (Gambar 6). Sebagian besar sisanya disebabkan oleh perubahan bentang alam, terutama penggundulan hutan.

Beras.

uap air- gas rumah kaca terpenting saat ini. Namun, uap air juga terlibat dalam banyak proses lain, sehingga perannya menjadi ambigu dalam berbagai kondisi.

Pertama-tama, selama penguapan dari permukaan bumi dan kondensasi lebih lanjut di atmosfer, hingga 40% dari seluruh panas yang masuk ke atmosfer dipindahkan ke lapisan bawah atmosfer (troposfer) melalui konveksi. Jadi, ketika uap air menguap, suhu permukaannya sedikit turun. Namun panas yang dilepaskan akibat kondensasi di atmosfer digunakan untuk menghangatkannya, dan selanjutnya menghangatkan permukaan bumi itu sendiri.

Namun setelah kondensasi uap air, terbentuk tetesan air atau kristal es, yang secara intensif berpartisipasi dalam proses hamburan sinar matahari, memantulkan sebagian energi matahari kembali ke luar angkasa. Awan, yang merupakan akumulasi tetesan dan kristal ini, meningkatkan porsi energi matahari (albedo) yang dipantulkan oleh atmosfer itu sendiri kembali ke angkasa (dan kemudian curah hujan dari awan dapat turun dalam bentuk salju, sehingga meningkatkan albedo permukaan. ).

Namun, uap air, bahkan yang terkondensasi menjadi tetesan dan kristal, masih mempertahankan pita serapan yang kuat di wilayah spektrum inframerah, yang berarti peran awan tersebut masih jauh dari jelas. Dualitas ini terutama terlihat dalam kasus-kasus ekstrem berikut - ketika langit tertutup awan pada cuaca musim panas yang cerah, suhu permukaan menurun, dan jika hal yang sama terjadi pada malam musim dingin, sebaliknya, suhu meningkat. Hasil akhirnya juga dipengaruhi oleh posisi awan - pada ketinggian rendah, awan tebal memantulkan banyak energi matahari, dan keseimbangan dalam hal ini mungkin mendukung efek anti-rumah kaca, namun pada ketinggian tinggi, awan tipis awan mentransmisikan cukup banyak energi matahari ke bawah, tetapi bahkan awan tipis pun merupakan hambatan yang hampir tidak dapat diatasi terhadap radiasi infra merah dan, dan di sini kita dapat berbicara tentang dominasi efek rumah kaca.

Ciri lain dari uap air adalah bahwa atmosfer lembab sampai batas tertentu berkontribusi pada pengikatan gas rumah kaca lainnya - karbon dioksida, dan perpindahannya melalui curah hujan ke permukaan bumi, di mana, sebagai hasil dari proses lebih lanjut, gas tersebut dapat dikonsumsi dalam pembentukan karbonat dan mineral yang mudah terbakar.

Aktivitas manusia memiliki pengaruh langsung yang sangat lemah terhadap kandungan uap air di atmosfer - hanya karena peningkatan luas lahan beririgasi, perubahan luas rawa dan kerja energi, yang dapat diabaikan terhadap dilatarbelakangi penguapan seluruh permukaan air bumi dan aktivitas gunung berapi. Oleh karena itu, seringkali hanya sedikit perhatian yang diberikan ketika mempertimbangkan masalah efek rumah kaca.

Namun, dampak tidak langsung terhadap kandungan uap air bisa sangat besar, karena adanya umpan balik antara kandungan uap air di atmosfer dan pemanasan yang disebabkan oleh gas rumah kaca lainnya, yang sekarang akan kita bahas.

Diketahui bahwa dengan meningkatnya suhu, penguapan uap air juga meningkat, dan untuk setiap 10 °C kemungkinan kandungan uap air di udara hampir dua kali lipat. Misalnya, pada 0 °C tekanan uap jenuhnya sekitar 6 MB, pada +10 °C - 12 MB, dan pada +20 °C - 23 MB.

Terlihat bahwa kandungan uap air sangat bergantung pada suhu, dan bila berkurang karena suatu sebab, pertama, efek rumah kaca dari uap air itu sendiri berkurang (akibat penurunan kandungannya), dan kedua, terjadi kondensasi uap air, yang tentu saja sangat menghambat penurunan suhu akibat pelepasan panas kondensasi, namun setelah kondensasi, pantulan energi matahari semakin meningkat, baik di atmosfer itu sendiri (hamburan pada tetesan dan kristal es) maupun di permukaan (hujan salju) , yang selanjutnya menurunkan suhu.

Dengan meningkatnya suhu, kandungan uap air di atmosfer meningkat, efek rumah kaca meningkat, yang mengintensifkan kenaikan suhu awal. Pada prinsipnya, kekeruhan juga meningkat (lebih banyak uap air memasuki daerah yang relatif dingin), tetapi sangat lemah - menurut I. Mokhov, sekitar 0,4% per derajat pemanasan, yang tidak terlalu mempengaruhi peningkatan pantulan energi matahari.

Karbon dioksida- penyumbang efek rumah kaca terbesar kedua saat ini, tidak membeku saat suhu turun, dan terus menciptakan efek rumah kaca bahkan pada suhu serendah mungkin di kondisi terestrial. Mungkin, justru karena akumulasi karbon dioksida secara bertahap di atmosfer sebagai akibat dari aktivitas gunung berapi, Bumi dapat keluar dari keadaan glasiasi yang kuat (bahkan ketika ekuator tertutup lapisan es yang tebal), di mana ia jatuh pada awal dan akhir Proterozoikum.

Karbon dioksida terlibat dalam siklus karbon yang kuat dalam sistem litosfer-hidrosfer-atmosfer, dan perubahan iklim bumi terutama terkait dengan perubahan keseimbangan masuk dan keluarnya dari atmosfer.

Karena kelarutan karbon dioksida yang relatif tinggi dalam air, kandungan karbon dioksida di hidrosfer (terutama lautan) sekarang berjumlah 4x104 Gt (gigaton) karbon (selanjutnya, data tentang CO2 dalam bentuk karbon diberikan), termasuk lapisan dalam (Putvinsky, 1998). Atmosfer saat ini mengandung sekitar 7,5x102 Gt karbon (Alekseev et al., 1999). Kandungan CO2 di atmosfer tidak selalu rendah - misalnya, di zaman Archean (sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu) atmosfer terdiri dari hampir 85-90% karbon dioksida, pada tekanan dan suhu yang jauh lebih tinggi (Sorokhtin, Ushakov, 1997). Namun, pasokan sejumlah besar air ke permukaan bumi sebagai akibat dari degassing interior, serta munculnya kehidupan, memastikan pengikatan hampir seluruh atmosfer dan sebagian besar karbon dioksida yang terlarut dalam air dalam bentuk karbonat (sekitar 5,5x107 Gt karbon disimpan di litosfer (laporan IPCC, 2000)). Selain itu, karbon dioksida mulai diubah oleh organisme hidup menjadi berbagai bentuk mineral yang mudah terbakar. Selain itu, penyerapan sebagian karbon dioksida juga terjadi karena akumulasi biomassa, yang total cadangan karbonnya sebanding dengan yang ada di atmosfer, dan jika memperhitungkan tanah, jumlahnya beberapa kali lebih tinggi.

Namun, kami terutama tertarik pada aliran yang memasok karbon dioksida ke atmosfer dan menghilangkannya. Litosfer sekarang menyediakan aliran karbon dioksida yang sangat kecil ke atmosfer terutama karena aktivitas gunung berapi - sekitar 0,1 Gt karbon per tahun (Putvinsky, 1998). Arus yang cukup besar diamati di lautan (bersama dengan organisme yang hidup di sana) - atmosfer, dan biota darat - sistem atmosfer. Sekitar 92 Gt karbon masuk ke laut setiap tahunnya dari atmosfer dan 90 Gt kembali ke atmosfer (Putvinsky, 1998). Dengan demikian, laut setiap tahunnya menghilangkan sekitar 2 Gt karbon dari atmosfer. Pada saat yang sama, selama proses respirasi dan dekomposisi makhluk hidup terestrial yang mati, sekitar 100 Gt karbon per tahun memasuki atmosfer. Dalam proses fotosintesis, vegetasi terestrial juga menghilangkan sekitar 100 Gt karbon dari atmosfer (Putvinsky, 1998). Seperti yang bisa kita lihat, mekanisme pemasukan dan pembuangan karbon dari atmosfer cukup seimbang, sehingga menghasilkan aliran yang kurang lebih sama. Aktivitas manusia modern mencakup mekanisme ini peningkatan aliran karbon tambahan ke atmosfer akibat pembakaran bahan bakar fosil (minyak, gas, batu bara, dll.) - menurut data, misalnya, untuk periode 1989-99, rata-rata sekitar 6,3 Gt per tahun. Selain itu, aliran karbon ke atmosfer meningkat akibat deforestasi dan pembakaran sebagian hutan – hingga 1,7 Gt per tahun (laporan IPCC, 2000), sedangkan peningkatan biomassa yang berkontribusi terhadap penyerapan CO2 hanya sekitar 0,2 Gt per tahun bukannya hampir 2 Gt per tahun. Bahkan dengan mempertimbangkan kemungkinan penyerapan sekitar 2 Gt karbon tambahan oleh laut, masih terdapat aliran tambahan yang cukup signifikan (saat ini sekitar 6 Gt per tahun), yang meningkatkan kandungan karbon dioksida di atmosfer. Selain itu, penyerapan karbon dioksida oleh lautan mungkin akan berkurang dalam waktu dekat, dan bahkan proses sebaliknya mungkin terjadi - pelepasan karbon dioksida dari Lautan Dunia. Hal ini disebabkan oleh penurunan kelarutan karbon dioksida dengan meningkatnya suhu air - misalnya, ketika suhu air meningkat dari hanya 5 menjadi 10 ° C, koefisien kelarutan karbon dioksida di dalamnya menurun dari sekitar 1,4 menjadi 1,2.

Jadi, aliran karbon dioksida ke atmosfer yang disebabkan oleh kegiatan ekonomi tidaklah besar dibandingkan dengan beberapa aliran alami, namun tidak terkompensasinya menyebabkan akumulasi CO2 secara bertahap di atmosfer, yang merusak keseimbangan masukan dan keluaran CO2 yang telah berkembang selama ini. miliaran tahun evolusi Bumi dan kehidupan di dalamnya.

Berbagai fakta geologis dan sejarah masa lalu menunjukkan adanya hubungan antara perubahan iklim dan fluktuasi gas rumah kaca. Pada periode 4 hingga 3,5 miliar tahun yang lalu, kecerahan Matahari sekitar 30% lebih rendah dibandingkan sekarang. Namun, bahkan di bawah sinar matahari muda yang “pucat”, kehidupan berkembang di Bumi dan batuan sedimen terbentuk: setidaknya di sebagian permukaan bumi, suhunya berada di atas titik beku air. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa saat itu atmosfer bumi mempunyai poros 1000 kali lebih banyak karbon dioksida dibandingkan sekarang, dan hal ini mengimbangi kekurangan energi matahari, karena lebih banyak panas yang dipancarkan bumi tetap berada di atmosfer. Meningkatnya efek rumah kaca bisa menjadi salah satu penyebab terjadinya iklim yang sangat hangat di akhir era Mesozoikum (zaman dinosaurus). Berdasarkan analisis sisa-sisa fosil, suhu bumi saat itu 10-15 derajat lebih hangat dibandingkan sekarang. Perlu diketahui bahwa pada saat itu, 100 juta tahun yang lalu dan sebelumnya, posisi benua berbeda dengan zaman kita, dan sirkulasi samudera juga berbeda, sehingga perpindahan panas dari daerah tropis ke daerah kutub bisa lebih besar. Namun, perhitungan yang dilakukan oleh Eric J. Barron, sekarang di Universitas Pennsylvania, dan peneliti lain menunjukkan bahwa geografi paleokontinental mungkin menyebabkan tidak lebih dari setengah pemanasan Mesozoikum. Sisa dari pemanasan dapat dengan mudah dijelaskan dengan meningkatnya kadar karbon dioksida. Asumsi ini pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan Soviet A. B. Ronov dari Institut Hidrologi Negara dan M. I. Budyko dari Observatorium Geofisika Utama. Perhitungan yang mendukung usulan ini dilakukan oleh Eric Barron, Starley L. Thompson dari National Center for Atmospheric Research (NCAR). Dari model geokimia yang dikembangkan oleh Robert A. Berner dan Antonio C. Lasaga dari Universitas Yale dan mendiang Robert. Ladang di Texas berubah menjadi gurun setelah kekeringan berlangsung selama beberapa waktu pada tahun 1983. Gambaran ini, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan menggunakan model komputer, dapat diamati di banyak tempat jika, sebagai akibat dari pemanasan global, kelembaban tanah di wilayah tengah benua menurun, di mana produksi biji-bijian terkonsentrasi.

M. Garrels dari University of South Florida, menyimpulkan bahwa karbon dioksida dapat dilepaskan selama aktivitas vulkanik yang sangat kuat di pegunungan tengah laut, tempat naiknya magma membentuk dasar laut baru. Bukti langsung yang menunjukkan hubungan antara gas rumah kaca di atmosfer dan iklim selama glasiasi dapat “diekstraksi” dari gelembung udara yang termasuk dalam es Antartika, yang terbentuk pada zaman kuno sebagai akibat dari pemadatan salju yang turun. Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Claude Laurieux dari Laboratorium Glasiologi dan Geofisika di Grenoble mempelajari kolom es sepanjang 2000 m (sesuai dengan periode 160 ribu tahun) yang diperoleh oleh peneliti Soviet di stasiun Vostok di Antartika. Analisis laboratorium terhadap gas yang terkandung dalam kolom es ini menunjukkan bahwa di atmosfer purba, konsentrasi karbon dioksida dan metana berubah seiring dan, yang lebih penting, “seiring waktu” dengan perubahan suhu rata-rata lokal (ditentukan oleh rasio konsentrasi isotop hidrogen dalam molekul air ). Pada periode interglasial terakhir yang berlangsung selama 10 ribu tahun, dan pada periode interglasial sebelumnya (130 ribu tahun lalu), yang juga berlangsung 10 ribu tahun, suhu rata-rata di kawasan ini 10 derajat lebih tinggi dibandingkan pada masa glasiasi. (Secara umum, suhu bumi 5 os lebih hangat selama periode ini.) Selama periode yang sama, atmosfer mengandung 25% lebih banyak karbon dioksida dan 100.070 lebih banyak metana dibandingkan saat glasiasi. Tidak jelas apakah perubahan gas rumah kaca merupakan penyebabnya dan perubahan iklim merupakan konsekuensinya, atau sebaliknya. Kemungkinan besar, penyebab glasiasi adalah perubahan orbit bumi dan dinamika khusus dari maju dan mundurnya gletser; Namun, fluktuasi iklim ini mungkin diperparah oleh perubahan biota dan fluktuasi sirkulasi laut yang mempengaruhi kandungan gas rumah kaca di atmosfer. Data yang lebih rinci mengenai fluktuasi gas rumah kaca dan perubahan iklim tersedia selama 100 tahun terakhir, dimana pada periode tersebut terjadi peningkatan konsentrasi karbon dioksida sebesar 25% dan gas metana sebesar 100%. "Rekor" suhu global rata-rata selama 100 tahun terakhir diperiksa oleh dua tim peneliti, yang dipimpin oleh James E. Hansen dari Goddard Institute for Space Studies milik Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional, dan T. M. L. Wigley dari Divisi Iklim Universitas Timur. Inggris.

Retensi panas oleh atmosfer merupakan komponen utama keseimbangan energi bumi (Gbr. 8). Sekitar 30% energi yang berasal dari Matahari dipantulkan (kiri) baik dari awan, partikel, atau permukaan bumi; 70% sisanya diserap. Energi yang diserap diradiasikan kembali dalam inframerah oleh permukaan planet.

Beras.

Para ilmuwan ini menggunakan data dari stasiun cuaca yang tersebar di seluruh benua (tim Divisi Iklim juga memasukkan pengukuran di laut dalam analisisnya). Pada saat yang sama, kedua kelompok mengadopsi metode yang berbeda untuk menganalisis pengamatan dan memperhitungkan “distorsi” yang terkait, misalnya, dengan fakta bahwa beberapa stasiun cuaca “pindah” ke lokasi lain selama seratus tahun, dan beberapa yang berlokasi di kota memberikan data yang “terkontaminasi” » pengaruh panas yang dihasilkan oleh perusahaan industri atau terakumulasi pada siang hari oleh bangunan dan trotoar. Dampak terakhir, yang menyebabkan munculnya pulau-pulau panas, sangat nyata terjadi di negara-negara maju, seperti Amerika Serikat. Namun, meskipun koreksi yang dihitung untuk Amerika Serikat (diperoleh oleh Thomas R. Karl dari National Climatic Data Center di Asheville, North Carolina, dan P. D. Jones dari University of East Anglia) diperluas ke seluruh data di dunia , di kedua entri akan tetap “<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.

Pertukaran karbon antara atmosfer dan berbagai “reservoir” di Bumi (Gbr. 9). Setiap angka menunjukkan, dalam miliaran ton, aliran masuk atau keluar karbon (dalam bentuk dioksida) per tahun atau stoknya di reservoir. Siklus alami ini, satu di darat dan satu lagi di lautan, menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer sebanyak jumlah yang dihasilkannya, namun aktivitas manusia seperti penggundulan hutan dan pembakaran bahan bakar fosil menyebabkan penurunan kadar karbon di atmosfer dan meningkat sebesar 3 miliar setiap tahunnya. ton. Data diambil dari karya Bert Bohlin di Universitas Stockholm

Gambar.9

Anggaplah kita mempunyai perkiraan yang masuk akal tentang bagaimana emisi karbon dioksida akan berubah. Perubahan apa yang akan terjadi pada konsentrasi gas ini di atmosfer? Karbon dioksida di atmosfer “dikonsumsi” oleh tumbuhan, serta oleh lautan, yang kemudian digunakan dalam proses kimia dan biologis. Ketika konsentrasi karbon dioksida di atmosfer berubah, laju “konsumsi” gas ini kemungkinan besar akan berubah. Dengan kata lain, proses yang menyebabkan perubahan kandungan karbon dioksida di atmosfer harus mencakup umpan balik. Karbon dioksida adalah "bahan baku" untuk fotosintesis pada tumbuhan, sehingga konsumsinya oleh tumbuhan kemungkinan besar akan meningkat seiring dengan akumulasinya di atmosfer, sehingga akan memperlambat akumulasi ini. Demikian pula, karena kandungan karbon dioksida di permukaan air laut kira-kira seimbang dengan kandungannya di atmosfer, peningkatan serapan karbon dioksida oleh air laut akan memperlambat akumulasi karbon dioksida di atmosfer. Namun, mungkin saja akumulasi karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya di atmosfer akan memicu mekanisme umpan balik positif yang akan meningkatkan dampak iklim. Oleh karena itu, perubahan iklim yang cepat dapat menyebabkan hilangnya sebagian hutan dan ekosistem lainnya, yang akan melemahkan kemampuan biosfer dalam menyerap karbon dioksida. Terlebih lagi, pemanasan dapat menyebabkan pelepasan cepat karbon yang tersimpan dalam bahan organik mati di dalam tanah. Karbon ini, yang jumlahnya dua kali lipat dari atmosfer, terus diubah menjadi karbon dioksida dan metana oleh bakteri tanah. Pemanasan dapat mempercepat operasinya, yang mengakibatkan peningkatan pelepasan karbon dioksida (dari tanah kering) dan metana (dari sawah, tempat pembuangan sampah, dan lahan basah). Cukup banyak metana juga tersimpan dalam sedimen di landas kontinen dan di bawah lapisan permafrost di Arktik dalam bentuk klatrat - kisi molekul yang terdiri dari metana dan molekul air. Pemanasan perairan dangkal dan pencairan lapisan es dapat menyebabkan pelepasannya Meskipun ada ketidakpastian, banyak peneliti percaya bahwa penyerapan karbon dioksida oleh tanaman dan laut akan memperlambat akumulasi gas ini di atmosfer – setidaknya dalam 50 hingga 100 tahun mendatang bahwa dari jumlah total karbon dioksida yang masuk ke atmosfer, sekitar setengahnya akan tetap berada di sana. Oleh karena itu, konsentrasi karbon dioksida akan berlipat ganda dari tingkat 1900 (menjadi 600 ppm) antara tahun 2030 dan 2080. Namun, gas rumah kaca lainnya kemungkinan besar akan terakumulasi di atmosfer lebih cepat.

Gas rumah kaca

Gas rumah kaca merupakan gas yang diyakini menyebabkan efek rumah kaca global.

Gas rumah kaca utama, berdasarkan perkiraan dampaknya terhadap keseimbangan termal bumi, adalah uap air, karbon dioksida, metana, ozon, halokarbon, dan dinitrogen oksida.

uap air

Uap air adalah gas rumah kaca alami utama yang bertanggung jawab atas lebih dari 60% dampaknya. Dampak antropogenik langsung terhadap sumber ini tidak signifikan. Pada saat yang sama, peningkatan suhu bumi yang disebabkan oleh faktor-faktor lain meningkatkan penguapan dan konsentrasi total uap air di atmosfer pada kelembapan relatif yang hampir konstan, yang pada gilirannya meningkatkan efek rumah kaca. Dengan demikian, beberapa umpan balik positif terjadi.

metana

Letusan besar metana yang terakumulasi di bawah dasar laut 55 juta tahun lalu menghangatkan bumi sebesar 7 derajat Celcius.

Hal yang sama bisa terjadi sekarang - asumsi ini dikonfirmasi oleh para peneliti dari NASA. Dengan menggunakan simulasi komputer terhadap iklim kuno, mereka mencoba untuk lebih memahami peran metana dalam perubahan iklim. Saat ini, sebagian besar penelitian tentang efek rumah kaca berfokus pada peran karbon dioksida dalam efek ini, meskipun potensi metana dalam menahan panas di atmosfer melebihi kemampuan karbon dioksida sebanyak 20 kali lipat.

Berbagai peralatan rumah tangga bertenaga gas turut berkontribusi terhadap peningkatan kandungan metana di atmosfer.

Selama 200 tahun terakhir, metana di atmosfer meningkat lebih dari dua kali lipat akibat penguraian bahan organik di rawa-rawa dan dataran rendah basah, serta kebocoran dari benda-benda buatan seperti pipa gas, tambang batu bara, peningkatan irigasi, dan pembuangan gas dari sumber-sumber energi. ternak. Namun ada sumber lain metana - bahan organik yang membusuk di sedimen laut, yang terawetkan dalam keadaan beku di bawah dasar laut.

Biasanya, suhu rendah dan tekanan tinggi menjaga metana di bawah laut tetap stabil, namun hal ini tidak selalu terjadi. Selama periode pemanasan global, seperti Maksimum Termal Paleosen akhir, yang terjadi 55 juta tahun lalu dan berlangsung selama 100 ribu tahun, pergerakan lempeng litosfer, khususnya di anak benua India, menyebabkan penurunan tekanan di dasar laut dan dapat menyebabkan penurunan tekanan di dasar laut. menyebabkan pelepasan metana dalam jumlah besar. Ketika atmosfer dan lautan mulai menghangat, emisi metana bisa meningkat. Beberapa ilmuwan percaya bahwa pemanasan global saat ini dapat menyebabkan skenario yang sama – jika lautan memanas secara signifikan.

Ketika metana memasuki atmosfer, ia bereaksi dengan molekul oksigen dan hidrogen menghasilkan karbon dioksida dan uap air, yang masing-masing dapat menyebabkan efek rumah kaca. Menurut perkiraan sebelumnya, semua metana yang dilepaskan akan berubah menjadi karbon dioksida dan air dalam waktu sekitar 10 tahun. Jika hal ini benar, maka peningkatan konsentrasi karbon dioksida akan menjadi penyebab utama pemanasan bumi. Namun, upaya untuk mengkonfirmasi alasan tersebut dengan mengacu pada masa lalu tidak berhasil - tidak ada jejak peningkatan konsentrasi karbon dioksida 55 juta tahun yang lalu yang ditemukan.

Model yang digunakan dalam studi baru menunjukkan bahwa ketika tingkat metana di atmosfer meningkat tajam, kandungan oksigen dan hidrogen yang bereaksi dengan metana di dalamnya berkurang (sampai reaksi berhenti), dan sisa metana tetap berada di udara selama ratusan tahun. tahun, hal itu sendiri menjadi penyebab pemanasan global. Dan ratusan tahun ini cukup untuk menghangatkan atmosfer, mencairkan es di lautan, dan mengubah seluruh sistem iklim.

Sumber utama metana antropogenik adalah fermentasi pencernaan pada hewan ternak, penanaman padi, dan pembakaran biomassa (termasuk penggundulan hutan). Penelitian terbaru menunjukkan bahwa peningkatan pesat konsentrasi metana di atmosfer terjadi pada milenium pertama Masehi (mungkin sebagai akibat dari perluasan produksi pertanian dan peternakan serta pembakaran hutan). Antara tahun 1000 dan 1700, konsentrasi metana turun sebesar 40%, namun mulai meningkat lagi pada beberapa abad terakhir (mungkin sebagai akibat dari perluasan lahan subur dan padang rumput serta pembakaran hutan, penggunaan kayu untuk pemanas, peningkatan jumlah ternak, pembuangan limbah, dan limbah. , dan penanaman padi). Beberapa kontribusi terhadap pasokan metana berasal dari kebocoran selama pengembangan deposit batu bara dan gas alam, serta emisi metana sebagai bagian dari biogas yang dihasilkan di tempat pembuangan limbah.

Karbon dioksida

Sumber karbon dioksida di atmosfer bumi adalah emisi gunung berapi, aktivitas vital organisme, dan aktivitas manusia. Sumber antropogenik meliputi pembakaran bahan bakar fosil, pembakaran biomassa (termasuk penggundulan hutan), dan beberapa proses industri (misalnya produksi semen). Konsumen utama karbon dioksida adalah tumbuhan. Biasanya, biocenosis menyerap karbon dioksida dalam jumlah yang kira-kira sama dengan yang dihasilkannya (termasuk melalui peluruhan biomassa).

Pengaruh karbon dioksida terhadap intensitas efek rumah kaca.

Masih banyak yang perlu dipelajari mengenai siklus karbon dan peran lautan sebagai penyimpan karbon dioksida dalam jumlah besar. Seperti disebutkan di atas, setiap tahun umat manusia menambah 7 miliar ton karbon dalam bentuk CO 2 dari 750 miliar ton yang ada. Namun hanya sekitar setengah dari emisi kita – 3 miliar ton – yang tersisa di udara. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa sebagian besar CO 2 digunakan oleh tumbuhan darat dan laut, terkubur dalam sedimen laut, diserap oleh air laut, atau diserap. Dari sebagian besar CO 2 (sekitar 4 miliar ton), lautan menyerap sekitar dua miliar ton karbon dioksida di atmosfer setiap tahunnya.

Semua ini meningkatkan jumlah pertanyaan yang belum terjawab: Bagaimana sebenarnya air laut berinteraksi dengan udara atmosfer dan menyerap CO 2? Berapa banyak lagi karbon yang dapat diserap oleh lautan, dan seberapa besar tingkat pemanasan global yang dapat mempengaruhi kapasitas lautan? Berapa kapasitas lautan dalam menyerap dan menyimpan panas yang terperangkap akibat perubahan iklim?

Peran awan dan partikel tersuspensi dalam arus udara yang disebut aerosol tidak mudah untuk diperhitungkan saat membangun model iklim. Awan menaungi permukaan bumi sehingga menyebabkan pendinginan, namun bergantung pada ketinggian, kepadatan, dan kondisi lainnya, awan juga dapat memerangkap panas yang dipantulkan dari permukaan bumi sehingga meningkatkan intensitas efek rumah kaca. Efek aerosol juga menarik. Beberapa di antaranya mengubah uap air, mengembunkannya menjadi tetesan kecil yang membentuk awan. Awan ini sangat padat dan menutupi permukaan bumi selama berminggu-minggu. Artinya, mereka menghalangi sinar matahari hingga jatuh bersama presipitasi.

Dampak gabungannya bisa sangat besar: letusan Gunung Pinatuba di Filipina pada tahun 1991 melepaskan sejumlah besar sulfat ke stratosfer, menyebabkan penurunan suhu di seluruh dunia yang berlangsung selama dua tahun.

Oleh karena itu, polusi yang kita alami, yang sebagian besar disebabkan oleh pembakaran batu bara dan minyak yang mengandung sulfur, mungkin dapat mengimbangi dampak pemanasan global untuk sementara waktu. Para ahli memperkirakan bahwa aerosol mengurangi jumlah pemanasan sebesar 20% selama abad ke-20. Secara umum, suhu telah meningkat sejak tahun 1940an, namun telah menurun sejak tahun 1970. Efek aerosol dapat membantu menjelaskan anomali pendinginan di pertengahan abad terakhir.

Pada tahun 2006, emisi karbon dioksida ke atmosfer mencapai 24 miliar ton. Sekelompok peneliti yang sangat aktif menentang gagasan bahwa aktivitas manusia adalah salah satu penyebab pemanasan global. Menurutnya, yang utama adalah proses alami perubahan iklim dan peningkatan aktivitas matahari. Namun menurut Klaus Hasselmann, kepala Pusat Klimatologi Jerman di Hamburg, hanya 5% yang dapat dijelaskan oleh penyebab alami, dan 95% sisanya merupakan faktor buatan manusia yang disebabkan oleh aktivitas manusia.

Beberapa ilmuwan juga tidak menghubungkan peningkatan CO2 dengan peningkatan suhu. Mereka yang skeptis mengatakan bahwa jika kenaikan suhu harus disalahkan atas peningkatan emisi CO 2, maka suhu pasti meningkat selama ledakan ekonomi pasca perang, ketika bahan bakar fosil dibakar dalam jumlah besar. Namun, Jerry Mallman, direktur Laboratorium Dinamika Fluida Geofisika, menghitung bahwa peningkatan penggunaan batu bara dan minyak dengan cepat meningkatkan kandungan sulfur di atmosfer, sehingga menyebabkan pendinginan. Setelah tahun 1970, efek termal dari siklus hidup CO 2 dan metana yang panjang menekan aerosol yang membusuk dengan cepat, sehingga menyebabkan suhu meningkat. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa pengaruh karbon dioksida terhadap intensitas efek rumah kaca sangat besar dan tidak dapat disangkal.

Namun, meningkatnya efek rumah kaca mungkin bukan sebuah bencana besar. Memang benar, suhu tinggi mungkin diterima di tempat yang jarang terjadi. Sejak tahun 1900, pemanasan terbesar terjadi pada wilayah 40 hingga 70 0 lintang utara, termasuk Rusia, Eropa, dan Amerika Serikat bagian utara, tempat emisi gas rumah kaca industri dimulai paling awal. Sebagian besar pemanasan terjadi pada malam hari, terutama karena meningkatnya tutupan awan, yang memerangkap panas yang keluar. Akibatnya, musim tanam diperpanjang seminggu.

Selain itu, efek rumah kaca mungkin merupakan kabar baik bagi sebagian petani. Konsentrasi CO 2 yang tinggi dapat memberikan efek positif pada tanaman karena tanaman menggunakan karbon dioksida selama fotosintesis, mengubahnya menjadi jaringan hidup. Oleh karena itu, lebih banyak tanaman berarti lebih banyak penyerapan CO 2 dari atmosfer, sehingga memperlambat pemanasan global.

Fenomena ini dipelajari oleh para ahli Amerika. Mereka memutuskan untuk membuat model dunia dengan jumlah CO2 di udara dua kali lipat. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan hutan pinus berumur empat belas tahun di California Utara. Gas tersebut dipompa melalui pipa-pipa yang dipasang di antara pepohonan. Fotosintesis meningkat 50-60%. Namun efeknya justru sebaliknya. Pepohonan yang mati lemas tidak mampu menahan volume karbon dioksida sebesar itu. Keuntungan dalam proses fotosintesis pun hilang. Ini adalah contoh lain bagaimana manipulasi manusia menghasilkan hasil yang tidak terduga.

Namun aspek positif kecil dari efek rumah kaca ini tidak dapat dibandingkan dengan aspek negatifnya. Ambil contoh, pengalaman di hutan pinus, yang volume CO2-nya meningkat dua kali lipat, dan pada akhir abad ini konsentrasi CO2 diperkirakan meningkat empat kali lipat. Bisa dibayangkan betapa dahsyatnya dampak yang ditimbulkan terhadap tanaman. Dan hal ini, pada gilirannya, akan meningkatkan volume CO 2, karena semakin sedikit tanaman, semakin besar konsentrasi CO 2.

Akibat dari efek rumah kaca

iklim gas efek rumah kaca

Ketika suhu meningkat, penguapan air dari lautan, danau, sungai, dll akan meningkat. Karena udara yang lebih hangat dapat menampung lebih banyak uap air, hal ini menciptakan efek umpan balik yang kuat: semakin hangat suhunya, semakin tinggi kandungan uap air di udara, yang pada gilirannya meningkatkan efek rumah kaca.

Aktivitas manusia mempunyai pengaruh yang kecil terhadap jumlah uap air di atmosfer. Namun kita juga mengeluarkan gas rumah kaca lainnya, yang membuat efek rumah kaca semakin kuat. Para ilmuwan percaya bahwa peningkatan emisi CO2, sebagian besar dari pembakaran bahan bakar fosil, menjelaskan setidaknya sekitar 60% pemanasan bumi sejak tahun 1850. Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer meningkat sekitar 0,3% per tahun, dan saat ini meningkat sekitar 30% dibandingkan sebelum revolusi industri. Jika kita menyatakannya secara absolut, maka setiap tahun umat manusia menambah sekitar 7 miliar ton. Terlepas dari kenyataan bahwa ini adalah bagian kecil dibandingkan dengan jumlah total karbon dioksida di atmosfer - 750 miliar ton, dan bahkan lebih kecil dibandingkan dengan jumlah CO 2 yang terkandung di Samudra Dunia - sekitar 35 triliun ton, namun tetap saja sangat besar. penting. Alasan: proses alam berada dalam kesetimbangan, sejumlah besar CO 2 memasuki atmosfer, yang dikeluarkan dari sana. Dan aktivitas manusia hanya menambah CO2.

Atmosfer adalah selubung udara bumi. Membentang hingga 3000 km dari permukaan bumi. Jejaknya bisa ditelusuri hingga ketinggian hingga 10.000 km. A. memiliki kepadatan yang tidak merata 50 5 massanya terkonsentrasi hingga 5 km, 75% - hingga 10 km, 90% - hingga 16 km.

Atmosfer terdiri dari udara - campuran mekanis dari beberapa gas.

Nitrogen(78%) di atmosfer berperan sebagai pengencer oksigen, mengatur laju oksidasi, dan akibatnya, kecepatan dan intensitas proses biologis. Nitrogen merupakan unsur utama atmosfer bumi yang terus menerus bertukar dengan makhluk hidup di biosfer, dan penyusunnya adalah senyawa nitrogen (asam amino, purin, dll). Nitrogen diekstraksi dari atmosfer melalui jalur anorganik dan biokimia, meskipun keduanya saling terkait erat. Ekstraksi anorganik dikaitkan dengan pembentukan senyawanya N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Mereka ditemukan dalam curah hujan dan terbentuk di atmosfer di bawah pengaruh pelepasan listrik selama badai petir atau reaksi fotokimia di bawah pengaruh radiasi matahari.

Fiksasi biologis nitrogen dilakukan oleh beberapa bakteri secara simbiosis dengan tumbuhan tingkat tinggi di dalam tanah. Nitrogen juga diikat oleh beberapa mikroorganisme plankton dan alga di lingkungan laut. Secara kuantitatif, fiksasi biologis nitrogen melebihi fiksasi anorganiknya. Pertukaran seluruh nitrogen di atmosfer terjadi dalam waktu sekitar 10 juta tahun. Nitrogen ditemukan dalam gas yang berasal dari gunung berapi dan batuan beku. Ketika berbagai sampel batuan kristal dan meteorit dipanaskan, nitrogen dilepaskan dalam bentuk molekul N2 dan NH3. Namun, bentuk utama keberadaan nitrogen, baik di Bumi maupun di planet kebumian, adalah molekuler. Amonia, memasuki atmosfer bagian atas, dengan cepat teroksidasi, melepaskan nitrogen. Dalam batuan sedimen, ia terkubur bersama dengan bahan organik dan ditemukan dalam jumlah yang meningkat dalam endapan bitumen. Selama metamorfisme regional batuan ini, nitrogen dilepaskan dalam berbagai bentuk ke atmosfer bumi.

Siklus nitrogen geokimia (

Oksigen(21%) digunakan oleh organisme hidup untuk respirasi dan merupakan bagian dari bahan organik (protein, lemak, karbohidrat). Ozon O 3. menunda radiasi ultraviolet yang merusak kehidupan dari Matahari.

Oksigen adalah gas kedua yang paling tersebar luas di atmosfer dan memainkan peran yang sangat penting dalam banyak proses di biosfer. Bentuk dominan keberadaannya adalah O2. Di lapisan atas atmosfer, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, terjadi disosiasi molekul oksigen, dan pada ketinggian sekitar 200 km, rasio atom oksigen terhadap molekul (O: O 2) menjadi sama dengan 10. Ketika ini bentuk oksigen berinteraksi di atmosfer (pada ketinggian 20-30 km), sabuk ozon (ozone screen). Ozon (O 3) diperlukan untuk organisme hidup, menghalangi sebagian besar radiasi ultraviolet dari Matahari, yang berbahaya bagi mereka.

Pada tahap awal perkembangan bumi, oksigen bebas muncul dalam jumlah yang sangat kecil sebagai akibat fotodisosiasi molekul karbon dioksida dan air di lapisan atas atmosfer. Namun, sejumlah kecil ini dengan cepat dikonsumsi oleh oksidasi gas-gas lain. Dengan munculnya organisme fotosintetik autotrofik di lautan, situasinya berubah secara signifikan. Jumlah oksigen bebas di atmosfer mulai meningkat secara bertahap, secara aktif mengoksidasi banyak komponen biosfer. Jadi, bagian pertama dari oksigen bebas berkontribusi terutama pada transisi bentuk besi dari besi menjadi bentuk oksida, dan sulfida menjadi sulfat.

Pada akhirnya, jumlah oksigen bebas di atmosfer bumi mencapai massa tertentu dan diseimbangkan sedemikian rupa sehingga jumlah yang dihasilkan menjadi sama dengan jumlah yang diserap. Kandungan oksigen bebas yang relatif konstan telah terbentuk di atmosfer.

Siklus oksigen geokimia (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Karbon dioksida, masuk ke dalam pembentukan materi hidup, dan bersama dengan uap air menciptakan apa yang disebut “efek rumah kaca (rumah kaca)”.

Karbon (karbon dioksida) - sebagian besar di atmosfer berbentuk CO 2 dan lebih sedikit lagi dalam bentuk CH 4. Pentingnya sejarah geokimia karbon di biosfer sangatlah besar, karena merupakan bagian dari semua organisme hidup. Di dalam organisme hidup, bentuk karbon tereduksi mendominasi, dan di lingkungan biosfer, bentuk karbon teroksidasi mendominasi. Dengan demikian, pertukaran kimia dalam siklus hidup terjadi: CO 2 ↔ materi hidup.

Sumber karbon dioksida utama di biosfer adalah aktivitas vulkanik yang terkait dengan degassing sekuler pada mantel dan cakrawala bawah kerak bumi. Sebagian dari karbon dioksida ini muncul selama dekomposisi termal batugamping purba di berbagai zona metamorf. Migrasi CO 2 di biosfer terjadi melalui dua cara.

Metode pertama dinyatakan dalam penyerapan CO 2 selama fotosintesis dengan pembentukan zat organik dan penguburan selanjutnya dalam kondisi reduksi yang menguntungkan di litosfer dalam bentuk gambut, batu bara, minyak, dan serpih minyak. Menurut metode kedua, migrasi karbon mengarah pada terciptanya sistem karbonat di hidrosfer, dimana CO 2 berubah menjadi H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Kemudian, dengan partisipasi kalsium (lebih jarang magnesium dan besi), karbonat diendapkan melalui jalur biogenik dan abiogenik. Lapisan tebal batu kapur dan dolomit muncul. Menurut A.B. Ronov, rasio karbon organik (Corg) terhadap karbon karbonat (Ccarb) dalam sejarah biosfer adalah 1:4.

Seiring dengan siklus karbon global, terdapat juga sejumlah siklus karbon kecil. Jadi, di darat, tumbuhan hijau menyerap CO 2 untuk proses fotosintesis pada siang hari, dan pada malam hari melepaskannya ke atmosfer. Dengan matinya organisme hidup di permukaan bumi, terjadi oksidasi zat organik (dengan partisipasi mikroorganisme) dengan pelepasan CO 2 ke atmosfer. Dalam beberapa dekade terakhir, tempat khusus dalam siklus karbon ditempati oleh pembakaran besar-besaran bahan bakar fosil dan peningkatan kandungannya di atmosfer modern.

Sirkulasi karbon dalam selubung geografis (menurut F. Ramad, 1981)

Argon- gas atmosfer ketiga yang paling tersebar luas, yang membedakannya dengan jelas dari gas inert lainnya yang distribusinya sangat jarang. Namun, argon dalam sejarah geologinya memiliki nasib yang sama dengan gas-gas ini, yang dicirikan oleh dua ciri:

1. akumulasi mereka di atmosfer yang tidak dapat diubah;
2. hubungan erat dengan peluruhan radioaktif dari isotop tidak stabil tertentu.

Gas inert berada di luar siklus sebagian besar unsur siklik di biosfer bumi.

Semua gas inert dapat dibagi menjadi primer dan radiogenik. Yang utama termasuk yang ditangkap oleh Bumi selama pembentukannya. Jumlahnya sangat jarang. Bagian utama argon diwakili terutama oleh isotop 36 Ar dan 38 Ar, sedangkan argon atmosfer seluruhnya terdiri dari isotop 40 Ar (99,6%), yang tidak diragukan lagi bersifat radiogenik. Pada batuan yang mengandung kalium, akumulasi argon radiogenik terjadi dan terus terjadi akibat peluruhan kalium-40 melalui penangkapan elektron: 40 K + e → 40 Ar.

Oleh karena itu, kandungan argon pada batuan ditentukan oleh umurnya dan jumlah kaliumnya. Sejauh ini, konsentrasi helium dalam batuan bergantung pada umur batuan, serta kandungan thorium dan uraniumnya. Argon dan helium dilepaskan ke atmosfer dari perut bumi pada saat terjadi letusan gunung berapi, melalui retakan pada kerak bumi berupa pancaran gas, dan juga pada saat pelapukan batuan. Menurut perhitungan yang dilakukan oleh P. Dimon dan J. Culp, helium dan argon di era modern terakumulasi di kerak bumi dan masuk ke atmosfer dalam jumlah yang relatif kecil. Laju masuknya gas-gas radiogenik ini sangat rendah sehingga sepanjang sejarah geologi Bumi tidak dapat memastikan kandungan gas-gas radiogenik yang diamati di atmosfer modern. Oleh karena itu, masih diasumsikan bahwa sebagian besar argon di atmosfer berasal dari perut bumi pada tahap awal perkembangannya dan lebih sedikit lagi yang ditambahkan kemudian selama proses vulkanisme dan selama pelapukan batuan yang mengandung kalium.

Jadi, seiring berjalannya waktu secara geologis, helium dan argon mengalami proses migrasi yang berbeda. Ada sangat sedikit helium di atmosfer (sekitar 5 * 10 -4%), dan “pernapasan helium” di Bumi lebih mudah, karena, sebagai gas paling ringan, menguap ke luar angkasa. Dan “pernapasan argon” terasa berat dan argon tetap berada dalam batas-batas planet kita. Sebagian besar gas mulia purba, seperti neon dan xenon, berasosiasi dengan neon purba yang ditangkap oleh Bumi selama pembentukannya, serta dengan pelepasan selama pelepasan gas mantel ke atmosfer. Seluruh data geokimia gas mulia menunjukkan bahwa atmosfer utama bumi muncul pada tahap paling awal perkembangannya.

Suasananya mengandung uap air Dan air dalam keadaan cair dan padat. Air di atmosfer merupakan akumulator panas yang penting.

Lapisan bawah atmosfer mengandung sejumlah besar debu dan aerosol mineral dan teknogenik, produk pembakaran, garam, spora dan serbuk sari, dll.

Hingga ketinggian 100-120 km, karena tercampur sempurnanya udara, komposisi atmosfer menjadi homogen. Rasio antara nitrogen dan oksigen adalah konstan. Di atas, gas inert, hidrogen, dll. Di lapisan bawah atmosfer terdapat uap air. Dengan jarak dari bumi, kandungannya berkurang. Rasio perubahan gas yang lebih tinggi, misalnya, pada ketinggian 200-800 km, oksigen mendominasi nitrogen sebanyak 10-100 kali lipat.