대기 중 가스의 구조와 균형. 대기의 구성 지구 대기의 구성

대기 중 온실가스의 양을 조절할 수 있는 것은 정말 없을까요? 물론 그럴 수 있습니다. 산소는 이 일을 완벽하게 수행합니다. 그러나 문제는 행성의 인구가 끝없이 증가하고 있다는 것입니다. 이는 점점 더 많은 산소가 소비되고 있음을 의미합니다. 우리의 유일한 구원은 초목, 특히 숲입니다. 그들은 과도한 이산화탄소를 흡수하고 인간이 소비하는 것보다 훨씬 더 많은 산소를 방출합니다.

온실 효과와 지구의 기후

온실 효과의 결과에 대해 이야기할 때 우리는 그것이 지구 기후에 미치는 영향을 이해합니다. 우선, 이것은 지구 온난화입니다. 많은 사람들이 "온실 효과"와 "지구 온난화"의 개념을 동일시하지만 동일하지는 않지만 상호 연관되어 있습니다. 첫 번째가 두 번째의 원인입니다.

지구 온난화는 바다와 직접적인 관련이 있습니다.다음은 두 가지 원인과 결과 관계의 예입니다.

1. 행성의 평균 온도가 상승하고 액체가 증발하기 시작합니다. 이는 세계 해양에도 적용됩니다. 일부 과학자들은 몇 백 년 후에 바다가 "건조"하기 시작할 것을 두려워합니다.
2. 동시에 고온으로 인해 가까운 시일 내에 빙하와 해빙이 활발히 녹기 시작할 것입니다. 이는 필연적으로 해수면 상승으로 이어질 것입니다.

우리는 이미 해안 지역에서 정기적인 홍수를 목격하고 있지만, 세계 해양의 수위가 크게 상승하면 인근 육지가 모두 침수되고 농작물이 멸망할 것입니다.

사람들의 삶에 미치는 영향

지구의 평균 기온이 상승하면 우리 삶에 영향을 미친다는 사실을 잊지 마십시오. 그 결과는 매우 심각할 수 있습니다. 이미 가뭄에 취약한 지구의 많은 지역은 완전히 생존할 수 없게 될 것이며 사람들은 한꺼번에 다른 지역으로 이주하기 시작할 것입니다. 이는 필연적으로 사회경제적 문제와 제3차, 4차 세계대전의 발발로 이어질 것입니다. 식량 부족, 농작물 파괴 – 이것이 다음 세기에 우리를 기다리고 있습니다.

하지만 기다려야만 할까요? 아니면 여전히 무언가를 변경할 수 있습니까? 인류가 온실효과로 인한 피해를 줄일 수 있을까요?

지구를 구할 수 있는 행동

오늘날 온실가스 축적을 초래하는 유해 요인은 모두 알려져 있으며, 이를 막기 위해 무엇을 해야 하는지도 알고 있습니다. 한 사람이 아무것도 바꾸지 못할 것이라고 생각하지 마십시오. 물론, 오직 모든 인류만이 그 효과를 얻을 수 있지만 누가 알겠습니까? 아마도 지금 이 순간에도 수백 명의 사람들이 비슷한 기사를 읽고 있을까요?

산림 보존

삼림 벌채를 중지합니다. 식물은 우리의 구원입니다! 또한, 기존 산림을 보존하는 것뿐만 아니라 새로운 산림을 적극적으로 식재하는 것도 필요하다.

모든 사람이 이 문제를 이해해야 합니다.

광합성은 매우 강력해서 우리에게 엄청난 양의 산소를 공급할 수 있습니다. 사람들의 정상적인 생활과 대기에서 유해한 가스를 제거하는 데 충분할 것입니다.

전기자동차 이용

연료로 움직이는 차량의 사용을 거부합니다. 모든 자동차는 매년 엄청난 양의 온실가스를 배출합니다. 그렇다면 환경을 위해 더 건강한 선택을 해보는 것은 어떨까요? 과학자들은 이미 연료를 사용하지 않는 친환경 자동차인 전기 자동차를 우리에게 제공하고 있습니다. "연료"자동차를 빼는 것은 온실 가스 제거를 향한 또 다른 단계입니다. 전 세계적으로 이러한 전환 속도를 높이려고 노력하고 있지만 지금까지 이러한 기계의 현대적 개발은 완벽하지 않습니다. 이러한 자동차를 가장 많이 사용하는 일본에서도 아직 완전히 사용으로 전환할 준비가 되어 있지 않습니다.

탄화수소 연료의 대안

대체에너지의 발명. 인류는 가만히 있지 않는데 왜 석탄, 석유, 가스를 사용하면서 갇혀 있는 걸까요? 이러한 천연 성분을 태우면 대기 중에 온실 가스가 축적되므로 이제 환경 친화적인 형태의 에너지로 전환해야 할 때입니다.

유해가스를 배출하는 모든 것을 완전히 버릴 수는 없습니다. 하지만 우리는 대기 중의 산소를 증가시키는 데 도움을 줄 수 있습니다. 진짜 남자만이 나무를 심어야 하는 것이 아니라, 모든 사람이 나무를 심어야 합니다!

대기(그리스어 atmoc - 증기 및 구 - 공)는 지구의 가스(공기) 껍질과 함께 회전합니다. 대기가 존재하는 한 지구상의 생명체는 가능합니다. 모든 살아있는 유기체는 호흡을 위해 대기를 사용합니다. 대기는 우주 광선의 유해한 영향과 살아있는 유기체에 파괴적인 온도, 우주의 차가운 "호흡"으로부터 보호합니다.

대기는 지구의 대기를 구성하는 가스의 혼합물입니다. 공기는 무취이고 투명하며 밀도는 1.2928g/l, 물에 대한 용해도는 29.18cm~/l이며 액체 상태에서는 푸른색을 띕니다. 인간의 삶은 공기 없이는 물과 음식 없이는 불가능하지만 사람이 음식없이 몇 주 동안 물없이 며칠 동안 살 수 있다면 질식으로 인한 사망은 4-5 분 후에 발생합니다.

대기의 주요 구성 요소는 질소, 산소, 아르곤 및 이산화탄소입니다. 아르곤 외에도 다른 불활성 가스가 작은 농도로 포함되어 있습니다. 대기에는 항상 수증기(약 3~4%)와 고체 입자(먼지)가 포함되어 있습니다.

지구 대기는 표면 공기의 균질한 구성을 갖는 하부(최대 100km) 균질권과 이질적인 화학 조성을 갖는 상부 반구로 나뉩니다. 대기의 중요한 특성 중 하나는 산소의 존재입니다. 지구의 1차 대기에는 산소가 없었습니다. 그 출현과 축적은 녹색 식물의 확산과 광합성 과정과 관련이 있습니다. 물질과 산소의 화학적 상호 작용의 결과로 살아있는 유기체는 생명에 필요한 에너지를 얻습니다.

대기를 통해 지구와 우주 사이의 물질 교환이 일어나는 반면, 지구는 우주 먼지와 운석을 받고 가장 가벼운 가스인 수소와 헬륨을 잃습니다. 대기에는 행성 표면의 열 체제를 결정하는 강력한 태양 복사가 침투하여 대기 가스 분자의 해리와 원자 이온화를 유발합니다. 광대하고 얇은 상층 대기는 주로 이온으로 구성되어 있습니다.

대기의 물리적 특성과 상태는 시간이 지남에 따라 변합니다. 즉, 낮, 계절, 연도 및 공간에서 해발 고도, 위도 및 바다로부터의 거리에 따라 달라집니다.

대기의 구조

총 질량이 5.15 10인치 톤인 대기는 지구 표면에서 위쪽으로 약 3,000km까지 뻗어 있습니다. 대기의 화학적 조성과 물리적 특성은 고도에 따라 변하므로 대류권, 성층권, 중간권, 전리층(열권), 외기권으로 구분됩니다.

대기 중 공기의 대부분(최대 80%)은 하부 지상층인 대류권에 위치합니다. 대류권의 두께는 평균 11~12km입니다. 극에서 8~10km, 적도에서 16~18km입니다. 대류권의 지구 표면에서 멀어지면 온도는 1km당 6"C씩 감소합니다(그림 8). 고도 18~20km에서는 온도의 원활한 감소가 멈추고 거의 일정하게 유지됩니다. - 60 ... - 70 "C. 대기의 이 부분을 대류권계면(tropopause)이라고 합니다. 다음 층인 성층권은 지구 표면에서 20~50km 높이를 차지합니다. 나머지 공기(20%)는 여기에 집중되어 있습니다. 여기서 온도는 지구 표면으로부터의 거리에 따라 1km당 1~2"C씩 증가하고, 고도 50~55km의 성층권에서는 0"C에 도달합니다. 또한 고도 55-80km에는 중간권이 있습니다. 지구에서 멀어지면 온도는 1km당 2~3"C씩 떨어지고, 고도 80km에서는 중기에는 -75... -90"C에 도달합니다. 각각 80~1000km와 1000~2000km의 고도를 차지하는 열권과 외기권은 대기에서 가장 희귀한 부분입니다. 여기서는 개별 분자, 원자 및 가스 이온 만 발견되며 그 밀도는 지구 표면의 밀도보다 수백만 배 낮습니다. 미량의 가스는 고도 10~20,000km까지 발견되었습니다.

공기 껍질의 두께는 우주 거리와 비교할 때 상대적으로 작습니다. 이는 지구 반경의 4분의 1이고 지구에서 태양까지의 거리의 1만분의 1입니다. 해수면 대기의 밀도는 0.001g/cm~입니다. 물의 밀도보다 천 배나 작습니다.

대기, 지구 표면 및 지구의 다른 영역 사이에는 열, 습기 및 가스가 지속적으로 교환되며 이는 대기 중 기단 순환과 함께 주요 기후 형성 과정에 영향을 미칩니다. 대기는 강력한 우주 방사선의 흐름으로부터 살아있는 유기체를 보호합니다. 매초마다 우주 광선의 흐름이 감마선, 엑스선, 자외선, 가시 광선, 적외선 등 대기의 상층부에 닿습니다. 만약 그들이 모두 지구 표면에 도달한다면, 그들은 몇 분 안에 모든 생명체를 파괴할 것입니다.

오존 스크린은 가장 중요한 보호 가치를 가지고 있습니다. 지구 표면에서 20~50km 고도의 성층권에 위치한다. 대기 중 오존의 총량(Oz)은 33억 톤으로 추산됩니다. 이 층의 두께는 상대적으로 얇습니다. 총 두께는 정상 조건에서 적도에서는 2mm, 극지방에서는 4mm입니다. 오존의 최대 농도(공기 백만분율 8ppm)는 고도 20~25km에 위치합니다.

오존 스크린의 주요 의미는 단단한 자외선으로부터 살아있는 유기체를 보호한다는 것입니다. 에너지의 일부는 반응에 소비됩니다. SO2 ⇔ SO3. 오존스크린은 약 290nm 이하의 파장의 자외선을 흡수하므로 고등동물과 인간에게는 유익하고 미생물에게는 유해한 자외선이 지구 표면에 도달합니다. 1980년대 초에 발견된 오존층 파괴는 냉장 장치에 프레온을 사용하고 일상 생활에서 사용되는 에어로졸이 대기 중으로 방출되는 것으로 설명됩니다. 당시 전 세계 프레온 배출량은 연간 140만 톤에 이르렀고 프레온으로 인한 대기 오염에 대한 개별 국가의 기여도는 35% - 미국, 각 10% - 일본 및 러시아, 40% - EEC 국가, 5% - 다른 국가. 조정된 조치를 통해 프레온이 대기로 방출되는 것을 줄일 수 있었습니다. 초음속 항공기와 우주선의 비행은 오존층에 파괴적인 영향을 미칩니다.

대기는 수많은 운석으로부터 지구를 보호합니다. 매초 최대 2억 개의 운석이 대기권으로 진입하여 육안으로 볼 수 있지만 대기권에서는 모두 타버립니다. 우주 먼지의 작은 입자는 대기에서의 움직임을 느리게 합니다. 약 10인치의 작은 운석이 매일 지구에 떨어집니다. 이로 인해 지구의 질량이 연간 1,000톤씩 증가합니다. 대기는 단열 필터입니다. 대기가 없으면 지구의 하루 기온 차이는 200"C(오후에는 100"C부터 밤에는 -100"C까지).

대류권 대기의 상대적으로 일정한 구성은 모든 생명체에게 가장 중요합니다. 대기 중 가스의 균형은 살아있는 유기체가 지속적으로 사용하고 가스가 대기로 방출되는 과정으로 인해 유지됩니다. 질소는 강력한 지질학적 과정(화산 폭발, 지진)과 유기 화합물의 분해 중에 방출됩니다. 결절 박테리아의 활동으로 인해 공기에서 질소가 제거됩니다.

그러나 최근 몇 년 동안 인간의 경제 활동으로 인해 대기 중 질소 균형에 변화가 생겼습니다. 질소 비료 생산 중 질소 고정이 크게 증가했습니다. 가까운 미래에 산업용 질소 고정의 양이 크게 증가하여 대기로 배출되는 양을 초과할 것으로 추정됩니다. 질소 비료 생산량은 6년마다 두 배로 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 질소 비료에 대한 증가하는 농업 수요를 충족시킵니다. 그러나 대기 중 질소 제거에 대한 보상 문제는 아직 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 그러나 대기 중 질소의 총량이 많기 때문에 이 문제는 산소와 이산화탄소의 균형만큼 심각하지는 않습니다.

약 35억~40억년 전, 주요 산소 생산자인 녹색 식물이 없었기 때문에 대기 중 산소 함량은 지금보다 1000배 적었습니다. 산소와 이산화탄소의 현재 비율은 살아있는 유기체의 중요한 활동에 의해 유지됩니다. 광합성의 결과로 녹색 식물은 이산화탄소를 소비하고 산소를 방출합니다. 모든 살아있는 유기체의 호흡에 사용됩니다. CO3와 O2의 자연적인 소비 과정과 대기로의 방출은 균형이 잘 잡혀 있습니다.

산업과 운송이 발달하면서 연소 공정에 사용되는 산소의 양은 점점 늘어나고 있습니다. 예를 들어, 대서양 횡단 비행 중 제트기는 35톤의 산소를 연소합니다. 15,000km 동안 승용차는 한 사람의 일일 산소 요구량을 소비합니다(평균적으로 사람은 하루에 500리터의 산소를 소비하고 12톤의 공기가 폐를 통해 전달됩니다). 전문가들에 따르면, 현재 다양한 유형의 연료를 연소하려면 녹색 식물에서 생산되는 산소의 10~25%가 필요합니다. 숲, 사바나, 대초원 지역의 감소와 사막 지역의 증가, 도시 및 교통 고속도로의 성장으로 인해 대기 중 산소 공급이 감소하고 있습니다. 강, 호수, 바다 및 바다의 오염으로 인해 수생 식물 중 산소 생산자가 감소하고 있습니다. 앞으로 150~180년 안에 대기 중 산소량이 현재의 3분의 1로 줄어들 것으로 예상됩니다.

산소 매장량의 사용은 대기 중으로의 이산화탄소 방출이 증가하는 것과 동시에 증가하고 있습니다. UN에 따르면 지난 100년 동안 지구 대기 중 CO~의 양은 10~15% 증가했습니다. 의도한 추세가 계속된다면, 3000년에는 대기 중 CO~의 양이 25% 증가할 수 있습니다. 건조한 대기 부피의 0.0324 ~ 0.04%. 대기 중 이산화탄소의 약간의 증가는 농업 식물의 생산성에 긍정적인 영향을 미칩니다. 따라서 온실의 공기가 이산화탄소로 포화되면 광합성 과정이 강화되어 야채 수확량이 증가합니다. 그러나 대기 중 CO2가 증가함에 따라 복잡한 글로벌 문제가 발생하며 이에 대해서는 아래에서 설명합니다.

대기는 주요 기상 및 기후 형성 요인 중 하나입니다. 기후 형성 시스템에는 대기, 해양, 육지 표면, 빙권 및 생물권이 포함됩니다. 이러한 구성요소의 이동성과 관성 특성은 서로 다릅니다. 인접 시스템의 외부 방해에 대한 반응 시간도 다릅니다. 따라서 대기와 지표면의 경우 반응 시간은 몇 주 또는 몇 달입니다. 대기는 수분, 열 전달 및 사이클론 활동의 순환 과정과 연관되어 있습니다.

우리 행성 대기의 온실 효과는 지구 표면에서 상승하는 스펙트럼의 적외선 범위의 에너지 흐름이 대기 가스 분자에 흡수되어 다음과 같이 다른 방향으로 다시 복사된다는 사실에 의해 발생합니다. 그 결과, 온실가스 분자가 흡수한 에너지의 절반이 지구 표면으로 되돌아와 지구를 따뜻하게 만듭니다. 온실 효과는 자연적인 대기 현상이라는 점에 유의해야 합니다(그림 5). 지구에 온실 효과가 전혀 없다면 지구의 평균 기온은 약 -21°C가 될 것입니다. 그러나 온실가스 덕분에 +14°C가 됩니다. 따라서 순전히 이론적으로 온실 가스를 지구 대기로 방출하는 것과 관련된 인간 활동은 지구를 더욱 가열해야합니다. 주요 온실 가스는 지구의 열 균형에 미치는 영향을 추정한 순서대로 나열하면 수증기(36~70%), 이산화탄소(9~26%), 메탄(4~9%), 할로카본, 산화질소입니다.

쌀.

석탄 화력 발전소, 공장 굴뚝, 자동차 배기가스 및 기타 인간이 만든 오염원은 매년 약 220억 톤의 이산화탄소와 기타 온실가스를 대기 중으로 배출합니다. 가축 사육, 비료 사용, 석탄 연소 및 기타 소스에서는 연간 약 2억 5천만 톤의 메탄이 생성됩니다. 인류가 배출하는 모든 온실가스의 약 절반이 대기 중에 남아 있습니다. 지난 20년 동안 전체 인위적 온실가스 배출의 약 4분의 3은 석유, 천연가스, 석탄의 사용으로 인해 발생했습니다(그림 6). 나머지 대부분은 주로 산림 벌채와 같은 지형 변화로 인해 발생합니다.

쌀.

수증기- 오늘날 가장 중요한 온실가스. 그러나 수증기는 다른 많은 과정에도 관여하므로 다양한 조건에서 그 역할이 모호해집니다.

우선, 지구 표면에서 증발하고 대기에서 추가 응축이 진행되는 동안 대기로 유입되는 모든 열의 최대 40%가 대류로 인해 대기의 하층부(대류권)로 전달됩니다. 따라서 수증기가 증발하면 표면 온도가 약간 낮아집니다. 그러나 대기의 응축으로 인해 방출되는 열은 대기를 따뜻하게 하고, 결과적으로 지구 표면 자체를 따뜻하게 합니다.

그러나 수증기가 응축되면 물방울이나 얼음 결정이 형성되어 햇빛을 산란시키는 과정에 집중적으로 참여하여 태양 에너지의 일부를 다시 우주로 반사합니다. 이러한 물방울과 결정의 집합인 구름은 대기 자체에 의해 다시 우주로 반사되는 태양 에너지(알베도)의 비율을 증가시킵니다. 그런 다음 구름의 강수량은 눈의 형태로 떨어져 표면의 알베도를 증가시킬 수 있습니다. ).

그러나 물방울과 결정으로 응축된 수증기는 스펙트럼의 적외선 영역에서 여전히 강력한 흡수 대역을 유지하므로 동일한 구름의 역할이 명확하지 않습니다. 이 이중성은 특히 다음과 같은 극단적인 경우에 두드러집니다. 화창한 여름 날씨에 하늘이 구름으로 덮이면 표면 온도가 감소하고, 겨울 밤에 같은 일이 발생하면 반대로 증가합니다. 최종 결과는 구름의 위치에 의해서도 영향을 받습니다. 낮은 고도에서는 두꺼운 구름이 많은 태양 에너지를 반사하며 이 경우 균형은 온실 효과 방지 효과에 유리할 수 있지만 높은 고도에서는 얇은 권운 구름은 상당히 많은 태양 에너지를 아래쪽으로 전달하지만 얇은 구름조차도 적외선 복사에 대한 거의 극복할 수 없는 장애물이며 여기서 우리는 온실 효과의 우세에 대해 이야기할 수 있습니다.

수증기의 또 다른 특징 - 습한 대기는 어느 정도 또 다른 온실 가스인 이산화탄소의 결합과 강우에 의한 지구 표면으로의 이동에 기여하며, 추가 공정의 결과로 형성에 소비될 수 있습니다. 탄산염과 가연성 광물.

인간 활동은 대기 중 수증기 함량에 매우 약한 직접적인 영향을 미칩니다. 관개 면적의 증가, 늪 면적의 변화 및 에너지 작업으로 인해 무시할 수 있습니다. 지구 전체 수면의 증발과 화산 활동의 배경. 이 때문에 온실효과 문제를 고려할 때 거의 관심을 기울이지 않는 경우가 많습니다.

그러나 대기 수증기 함량과 다른 온실가스로 인한 온난화 사이의 되먹임으로 인해 수증기 함량에 대한 간접적인 영향은 매우 클 수 있으며, 이제 이에 대해 고려할 것입니다.

온도가 증가함에 따라 수증기 증발도 증가하며, 10°C마다 공기 중 수증기 함량이 거의 두 배로 증가하는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 0°C에서 포화 증기압은 약 6MB이고, +10°C~12MB, +20°C~23MB입니다.

수증기의 함량은 온도에 크게 의존함을 알 수 있는데, 어떤 이유로든 감소하게 되면 첫째로 수증기 자체의 온실효과가 감소하고(함량 감소로 인해) 둘째로 수증기의 응결이 일어나게 되는데, 물론 응축열 방출로 인한 온도 저하를 강력하게 억제하지만 응축 후 대기 자체 (물방울과 얼음 결정에 산란)와 표면 (눈) 모두에서 태양 에너지의 반사가 증가합니다. , 이는 온도를 더욱 낮추게 됩니다.

온도가 상승함에 따라 대기 중 수증기 함량이 증가하고 온실 효과가 증가하여 초기 온도 상승이 강화됩니다. 원칙적으로 흐림도 증가하지만 (상대적으로 추운 지역으로 더 많은 수증기가 유입됨) 매우 약합니다. I. Mokhov에 따르면 온난화 정도당 약 0.4 %로 태양 에너지 반사 증가에 큰 영향을 미칠 수 없습니다.

이산화탄소- 오늘날 온실효과에 두 번째로 큰 원인인 이 물질은 온도가 떨어져도 얼지 않으며, 지상 조건에서 가능한 가장 낮은 온도에서도 계속해서 온실 효과를 만들어냅니다. 아마도 지구가 강력한 빙하 상태에서 벗어날 수 있었던 것은 화산 활동의 결과로 대기에 이산화탄소가 점진적으로 축적되었기 때문일 것입니다(적도조차 두꺼운 얼음층으로 덮여 있었을 때). 그것은 원생대의 시작과 끝에서 떨어졌습니다.

이산화탄소는 암석권-수권-대기 시스템의 강력한 탄소 순환에 관여하며, 지구의 기후 변화는 주로 대기로의 유입과 제거의 균형 변화와 관련이 있습니다.

물에 대한 이산화탄소의 용해도가 상대적으로 높기 때문에 수권(주로 해양)의 이산화탄소 함량은 현재 4x104Gt(기가톤)의 탄소입니다(여기부터는 탄소 기준으로 CO2에 대한 데이터가 제공됩니다). 깊은 층을 포함한다(Putvinsky, 1998). 현재 대기에는 약 7.5x102 Gt의 탄소가 포함되어 있습니다(Alekseev et al., 1999). 대기 중 CO2 함량이 항상 낮은 것은 아닙니다. 예를 들어 시생대(약 35억년 전)에서는 상당히 높은 압력과 온도에서 대기가 거의 85~90%의 이산화탄소로 구성되었습니다(Sorokhtin, Ushakov, 1997). 그러나 내부의 가스 제거와 생명체의 출현으로 인해 지구 표면에 상당한 양의 물이 공급되어 거의 모든 대기와 물에 용해 된 이산화탄소의 상당 부분이 다음과 같은 형태로 결합되었습니다. 탄산염(약 5.5x107 Gt의 탄소가 암석권에 저장되어 있습니다(IPCC 보고서, 2000)). 또한 이산화탄소는 살아있는 유기체에 의해 다양한 형태의 가연성 광물로 전환되기 시작했습니다. 또한 바이오 매스의 축적으로 인해 이산화탄소의 일부 결합이 발생했습니다. 총 탄소 매장량은 대기 중과 비슷하고 토양을 고려하면 몇 배 더 높습니다.

그러나 우리는 주로 이산화탄소를 대기에 공급하고 제거하는 흐름에 관심이 있습니다. 현재 암석권은 주로 화산 활동으로 인해 대기로 유입되는 매우 적은 양의 이산화탄소(연간 약 0.1Gt의 탄소)를 제공합니다(Putvinsky, 1998). 바다(거기에 살고 있는 유기체와 함께), 즉 대기 및 육상 생물군 - 대기 시스템에서 상당히 큰 흐름이 관찰됩니다. 매년 약 92Gt의 탄소가 대기에서 해양으로 유입되고 90Gt가 대기로 되돌아옵니다(Putvinsky, 1998). 따라서 바다는 매년 대기에서 약 2Gt의 탄소를 제거합니다. 동시에 육상의 죽은 생명체가 호흡하고 분해되는 과정에서 연간 약 100Gt의 탄소가 대기로 유입됩니다. 광합성 과정에서 육상 식물은 또한 대기로부터 약 100Gt의 탄소를 제거합니다(Putvinsky, 1998). 보시다시피, 대기 중 탄소 섭취 및 제거 메커니즘은 상당히 균형을 이루어 거의 동일한 흐름을 제공합니다. 현대 인간 활동에는 화석 연료(석유, 가스, 석탄 등)의 연소로 인해 대기 중으로 계속 증가하는 탄소의 추가 흐름이 이 메커니즘에 포함됩니다. 예를 들어 1989-99년 기간의 데이터에 따르면, 연간 평균 약 6.3Gt입니다. 또한 삼림 벌채와 산림 부분 연소로 인해 대기로의 탄소 흐름이 연간 최대 1.7Gt까지 증가하는 반면(IPCC 보고서, 2000), CO2 흡수에 기여하는 바이오매스의 증가는 연간 약 0.2Gt에 불과합니다. 연간 거의 2Gt 대신. 해양이 약 2Gt의 추가 탄소를 흡수할 가능성을 고려하더라도 여전히 상당한 양의 추가 흐름(현재 연간 약 6Gt)이 남아 있어 대기 중 이산화탄소 함량이 증가합니다. 또한 가까운 미래에 해양에 의한 이산화탄소 흡수가 감소할 수 있으며, 반대 과정, 즉 세계 해양에서 이산화탄소가 방출되는 경우도 가능합니다. 이는 수온이 증가함에 따라 이산화탄소의 용해도가 감소하기 때문입니다. 예를 들어 수온이 5°C에서 10°C로 증가하면 이산화탄소의 용해도 계수는 약 1.4에서 1.2로 감소합니다.

따라서 경제 활동으로 인해 대기로 유입되는 이산화탄소의 양은 일부 자연적인 흐름에 비해 크지 않지만, 이를 보상하지 않으면 점차적으로 대기 중에 CO2가 축적되어 그동안 발전해 온 CO2 유입량과 배출량의 균형이 파괴됩니다. 수십억 년에 걸친 지구와 그 위의 생명체의 진화.

지질학적, 역사적 과거의 수많은 사실은 기후 변화와 온실가스 변동 사이의 연관성을 나타냅니다. 40억~35억년 전, 태양의 밝기는 지금보다 약 30% 정도 적었다. 그러나 젊은 "창백한"태양 광선 아래에서도 지구에서 생명체가 발달하고 퇴적암이 형성되었습니다. 적어도 지구 표면의 일부에서는 온도가 물의 어는점보다 높았습니다. 일부 과학자들은 그 당시 지구의 대기에 1000배나 더 많은 축이 포함되어 있다고 제안합니다. 이산화탄소그리고 이것은 지구에서 방출되는 열의 대부분이 대기에 남아 있기 때문에 태양 에너지 부족을 보완했습니다. 증가하는 온실 효과는 중생대 후반(공룡 시대)에 유난히 따뜻한 기후를 가져온 이유 중 하나일 수 있습니다. 화석 유적 분석에 따르면 당시 지구는 지금보다 10~15도 더 따뜻했다. 1억년 전과 그 이전에는 대륙이 우리 시대와 다른 위치를 차지하고 있었고 해양 순환도 달라서 열대 지방에서 극지방으로의 열 전달이 더 클 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 그러나 현재 펜실베니아 대학의 Eric J. Barron과 다른 연구자들의 계산에 따르면 고생대 지리학은 중생대 온난화의 절반 이상을 설명할 수 없었습니다. 나머지 온난화는 이산화탄소 수준의 상승으로 쉽게 설명될 수 있습니다. 이 가정은 State Hydrological Institute의 소련 과학자 A. B. Ronov와 Main Geophysical Observatory의 M. I. Budyko에 의해 처음으로 제시되었습니다. 이 제안을 뒷받침하는 계산은 국립대기연구센터(NCAR)의 Starley L. Thompson인 Eric Barron이 수행했습니다. 예일 대학교의 Robert A. Berner와 Antonio C. Lasaga 그리고 고 Robert가 개발한 지구화학적 모델에서 유래함. 1983년 한동안 지속된 가뭄 이후 텍사스 주의 들판은 사막으로 변했습니다. 컴퓨터 모델을 사용한 계산에서 알 수 있듯이 이 그림은 지구 온난화로 인해 중부 지역의 토양 수분이 감소하면 여러 곳에서 관찰할 수 있습니다. 곡물 생산이 집중되는 대륙 지역.

사우스 플로리다 대학의 M. Garrels는 마그마가 상승하여 새로운 해저를 형성하는 중앙 해령에서 유난히 강한 화산 활동이 일어나는 동안 이산화탄소가 방출될 수 있다고 밝혔습니다. 대기 온실 가스와 기후 사이의 빙하기 동안의 연관성을 가리키는 직접적인 증거는 고대에 떨어지는 눈이 압축되어 형성된 남극 얼음에 포함된 기포에서 "추출"될 수 있습니다. 그르노블 빙하학 및 지구물리학 연구소의 클로드 로리외(Claude Laurieux)가 이끄는 연구진은 남극 보스토크 관측소에서 소련 연구자들이 획득한 2000m 길이의 얼음 기둥(16만년 지속 기간에 해당)을 연구했습니다. 이 얼음 기둥에 포함된 가스에 대한 실험실 분석에 따르면 고대 대기에서는 이산화탄소와 메탄의 농도가 함께 변했고, 더 중요하게는 평균 지역 온도의 변화와 함께 "시간에 맞춰" 변했다는 사실이 밝혀졌습니다. 물 분자의 수소 동위원소 농도 비율). 1만년 동안 지속된 마지막 간빙기와 1만년 동안 지속된 그 이전 간빙기(13만년 전) 동안 이 지역의 평균 기온은 빙하기보다 10도 높았습니다. (일반적으로 이 기간 동안 지구는 5도 더 따뜻했습니다.) 같은 기간 동안 대기에는 빙하기보다 25% 더 많은 이산화탄소와 100,070배 더 많은 메탄이 포함되었습니다. 온실가스 변화가 원인인지, 기후 변화가 영향인지, 아니면 그 반대인지는 불분명합니다. 아마도 빙하의 원인은 지구 궤도의 변화와 빙하의 전진과 후퇴의 특별한 역학 때문이었을 것입니다. 그러나 이러한 기후 변동은 대기 중 온실가스 함량에 영향을 미치는 생물상의 변화와 해양 순환의 변동으로 인해 증폭되었을 수 있습니다. 지난 100년 동안 온실가스 변동과 기후 변화에 대한 더 자세한 데이터를 이용할 수 있으며, 이 기간 동안 이산화탄소 농도는 25%, 메탄 농도는 100% 증가했습니다. 지난 100년 동안의 지구 평균 기온 "기록"은 미국 항공 우주국(National Aeronautics and Space Administration) 산하 고다드 우주 연구 연구소의 James E. Hansen과 이스턴 대학교 기후 부서의 T. M. L. Wigley가 이끄는 두 연구팀에 의해 조사되었습니다. 영국.

대기에 의한 열 보유는 지구 에너지 균형의 주요 구성 요소입니다(그림 8). 태양에서 나오는 에너지의 약 30%는 구름, 입자 또는 지구 표면에서 반사됩니다(왼쪽). 나머지 70%는 흡수됩니다. 흡수된 에너지는 행성 표면에서 적외선으로 다시 방출됩니다.

쌀.

이 과학자들은 모든 대륙에 흩어져 있는 기상 관측소의 측정값을 사용했습니다(기후 부서 팀은 분석에 바다에서의 측정값도 포함했습니다). 동시에 두 그룹은 관찰을 분석하고 일부 기상 관측소가 100년에 걸쳐 다른 위치로 "이동"했고 일부는 도시에 있는 것과 관련된 "왜곡"을 고려하기 위해 서로 다른 방법을 채택했습니다. "오염된" 데이터 » 산업 기업에서 발생하거나 낮 동안 건물과 도로에 축적된 열의 영향. 열섬의 출현으로 이어지는 후자의 효과는 미국과 같은 선진국에서 매우 두드러집니다. 그러나 미국에 대해 계산된 보정(노스캐롤라이나 주 애쉬빌에 있는 국립 기후 데이터 센터의 Thomas R. Carl과 이스트 앵글리아 대학교의 P. D. Jones가 도출함)이 전 세계 모든 데이터로 확장된다고 하더라도, 두 항목 모두 그대로 유지됩니다.<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.

대기와 지구상의 다양한 "저장고" 사이의 탄소 교환(그림 9). 각 숫자는 연간 탄소(이산화탄소 형태)의 유입 또는 유출 또는 저장소 내 저장량을 수십억 톤 단위로 나타냅니다. 육지와 바다의 이러한 자연 순환은 대기에 추가되는 만큼의 이산화탄소를 제거하지만 삼림 벌채 및 화석 연료 연소와 같은 인간 활동으로 인해 대기 중 탄소 수준이 매년 30억 씩 증가합니다. 톤. 스톡홀름 대학의 Bert Bohlin의 연구에서 가져온 데이터

그림 9

이산화탄소 배출량이 어떻게 변할지에 대한 합리적인 예측이 있다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 대기 중 가스의 농도에 따라 어떤 변화가 발생합니까? 대기 중 이산화탄소는 식물과 해양에 의해 "소비"되며, 바다에서는 화학적, 생물학적 과정에 사용됩니다. 대기 중 이산화탄소의 농도가 변화함에 따라 이 가스의 "소비" 속도도 변할 가능성이 높습니다. 즉, 대기 중 이산화탄소 함량의 변화를 일으키는 과정에는 피드백이 포함되어야 합니다. 이산화탄소는 식물의 광합성을 위한 "공급원료"이므로 대기에 축적됨에 따라 식물의 소비가 증가할 가능성이 높으며, 이로 인해 이러한 축적이 느려집니다. 마찬가지로, 해수 표층수의 이산화탄소 함량은 대기 중의 함량과 대략 균형을 이루기 때문에 해수에 의한 이산화탄소 흡수가 증가하면 대기 중 이산화탄소 축적이 느려집니다. 그러나 대기 중 이산화탄소 및 기타 온실 가스의 축적은 기후 영향을 증가시키는 긍정적 피드백 메커니즘을 촉발할 수 있습니다. 따라서 급격한 기후 변화로 인해 일부 숲과 기타 생태계가 사라질 수 있으며, 이로 인해 생물권의 이산화탄소 흡수 능력이 약화될 수 있습니다. 더욱이, 온난화는 토양의 죽은 유기물에 저장된 탄소의 급속한 방출을 초래할 수 있습니다. 대기보다 두 배나 많은 이 탄소는 토양 박테리아에 의해 지속적으로 이산화탄소와 메탄으로 변환됩니다. 온난화로 인해 운영 속도가 빨라져 이산화탄소(건조한 토양에서)와 메탄(논, 매립지 및 습지에서) 방출이 증가할 수 있습니다. 상당량의 메탄이 대륙붕과 북극의 영구동토층 아래 퇴적물에 포접물(메탄과 물 분자로 구성된 분자 격자) 형태로 저장되어 있습니다. 대륙붕 수온이 상승하고 영구동토층이 해빙되면 방출될 수 있습니다. 이러한 불확실성에도 불구하고 많은 연구자들은 식물과 해양이 이산화탄소를 흡수하면 대기 중 이 가스의 축적이 느려질 것이라고 믿습니다. 적어도 현재 배출율을 기준으로 한 일반적인 추정치는 다음과 같습니다. 대기로 유입되는 이산화탄소의 총량 중 약 절반이 대기에 남아 있습니다. 따라서 약 2030년에서 2080년 사이에 이산화탄소 농도는 1900년 수준에서 두 배(600ppm)로 증가할 것입니다. 그러나 다른 온실 가스는 대기 중에 더 빨리 축적될 가능성이 높습니다.

온실 가스

온실가스는 지구 온실효과를 일으키는 것으로 여겨지는 가스입니다.

주요 온실 가스는 지구의 열 균형에 미치는 영향을 순서대로 나열하면 수증기, 이산화탄소, 메탄, 오존, 할로카본, 아산화질소입니다.

수증기

수증기는 주요 천연 온실가스로 온실가스 영향의 60% 이상을 차지합니다. 이 소스에 대한 직접적인 인위적 영향은 미미합니다. 동시에, 다른 요인으로 인한 지구 온도의 상승은 증발을 증가시키고 거의 일정한 상대 습도에서 대기 중 수증기의 총 농도를 증가시켜 온실 효과를 증가시킵니다. 따라서 일부 긍정적인 피드백이 발생합니다.

메탄

5500만년 전 해저 밑에 축적된 메탄의 거대한 폭발로 인해 지구 온도가 섭씨 7도 상승했습니다.

지금도 똑같은 일이 일어날 수 있습니다. 이 가정은 NASA의 연구원들에 의해 확인되었습니다. 고대 기후에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 그들은 기후 변화에서 메탄의 역할을 더 잘 이해하려고 노력했습니다. 현재 온실 효과에 대한 대부분의 연구는 이 효과에서 이산화탄소의 역할에 초점을 맞추고 있습니다. 하지만 메탄이 대기 중에 열을 보유할 가능성은 이산화탄소보다 20배나 더 큽니다.

다양한 가스 구동 가전제품이 대기 중 메탄 함량 증가에 기여하고 있습니다.

지난 200년 동안 늪지와 습한 저지대에서 유기물이 분해되고 가스 파이프라인, 탄광, 관개 시설 증가, 가스 배출 등 인공물에서 누출되어 대기 중 메탄이 두 배 이상 증가했습니다. 가축. 그러나 메탄의 또 다른 공급원이 있습니다. 바로 해저 아래에 얼어붙은 상태로 보존되어 있는 해양 퇴적물에 있는 유기물이 부패하는 것입니다.

일반적으로 낮은 온도와 높은 압력은 바다 밑의 메탄을 안정된 상태로 유지하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 5,500만년 전에 발생하여 10만년 동안 지속된 후기 팔레오세 최고 기온과 같은 지구 온난화 기간 동안 특히 인도 아대륙에서 암석권 판의 이동은 해저에 대한 압력 감소를 가져왔고 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. 메탄을 대량으로 방출합니다. 대기와 바다가 따뜻해지기 시작하면 메탄 배출량이 증가할 수 있습니다. 일부 과학자들은 현재의 지구 온난화가 바다가 상당히 따뜻해지면 같은 시나리오로 이어질 수 있다고 믿습니다.

메탄이 대기에 유입되면 산소 및 수소 분자와 반응하여 이산화탄소와 수증기를 생성하는데, 각각 온실 효과를 일으킬 수 있습니다. 이전 예측에 따르면, 배출된 모든 메탄은 약 10년 안에 이산화탄소와 물로 바뀔 것입니다. 이것이 사실이라면, 이산화탄소 농도의 증가는 지구 온난화의 주요 원인이 될 것입니다. 그러나 과거를 참조하여 추론을 확인하려는 시도는 실패했습니다. 5,500만년 전에 이산화탄소 농도가 증가한 흔적은 발견되지 않았습니다.

새로운 연구에 사용된 모델은 대기 중 메탄 수준이 급격히 증가하면 메탄과 반응하는 산소 및 수소의 함량이 감소하고(반응이 멈출 때까지) 남은 메탄이 수백 시간 동안 공기 중에 남아 있음을 보여주었습니다. 년, 그 자체가 지구 온난화의 원인이 됩니다. 그리고 이 수백 년은 대기를 따뜻하게 하고, 바다의 얼음을 녹이고, 전체 기후 시스템을 변화시키기에 충분합니다.

메탄의 주요 인위적 배출원은 가축의 소화 발효, 쌀 재배, 바이오매스 연소(삼림 벌채 포함)입니다. 최근 연구에 따르면 서기 1000년에 대기 중 메탄 농도가 급격히 증가한 것으로 나타났습니다(아마도 농업 및 가축 생산의 확대와 산림 연소의 결과로 추정됨). 1000년에서 1700년 사이에 메탄 농도는 40% 감소했지만 최근 몇 세기 동안 다시 증가하기 시작했습니다(아마도 경작지와 목초지의 확장, 산림 연소, 난방용 목재 사용, 가축 수 증가, 하수 처리 등의 결과로 추정됨) , 쌀 재배) . 메탄 공급에 대한 일부 기여는 석탄 및 천연가스 매장지 개발 중 누출과 폐기물 처리장에서 생성된 바이오가스의 일부로 메탄 배출로 인해 발생합니다.

이산화탄소

지구 대기의 이산화탄소 공급원은 화산 배출, 유기체의 필수 활동 및 인간 활동입니다. 인위적 원인에는 화석 연료 연소, 바이오매스 연소(삼림 벌채 포함), 일부 산업 공정(예: 시멘트 생산)이 포함됩니다. 이산화탄소의 주요 소비자는 식물입니다. 일반적으로 생물권은 생산되는 것과 거의 동일한 양의 이산화탄소를 흡수합니다(바이오매스 부패를 통한 포함).

온실 효과의 강도에 대한 이산화탄소의 영향.

탄소 순환과 방대한 이산화탄소 저장소로서 세계 해양의 역할에 대해 아직 배워야 할 것이 많이 있습니다. 위에서 언급했듯이 인류는 매년 기존 7,500억 톤에 CO 2 형태로 70억 톤의 탄소를 추가합니다. 그러나 우리가 배출하는 배출량의 약 절반인 30억 톤만이 대기 중에 남아 있습니다. 이는 대부분의 CO2가 육상 및 해양 식물에 의해 사용되거나, 해양 퇴적물에 묻혀 있거나, 바닷물에 흡수되거나, 다른 방법으로 흡수된다는 사실로 설명할 수 있습니다. CO 2 의 큰 부분(약 40억 톤) 중 바다는 매년 약 20억 톤의 대기 이산화탄소를 흡수합니다.

이 모든 것이 답변되지 않은 질문의 수를 증가시킵니다. 해수가 대기와 정확히 어떻게 상호 작용하여 CO 2를 흡수합니까? 바다는 얼마나 더 많은 탄소를 흡수할 수 있으며, 지구 온난화 수준은 바다의 수용력에 영향을 미칠 수 있습니까? 기후 변화로 인해 갇힌 열을 흡수하고 저장하는 바다의 능력은 얼마나 됩니까?

에어로졸이라고 불리는 기류에서 구름과 부유 입자의 역할은 기후 모델을 구축할 때 고려하기가 쉽지 않습니다. 구름은 지구 표면에 그늘을 만들어 냉각을 유도하지만 높이, 밀도 및 기타 조건에 따라 지구 표면에서 반사된 열을 가두어 온실 효과의 강도를 높일 수도 있습니다. 에어로졸의 효과도 흥미롭습니다. 그 중 일부는 수증기를 변화시켜 구름을 형성하는 작은 물방울로 응축시킵니다. 이 구름은 밀도가 매우 높아 몇 주 동안 지구 표면을 가립니다. 즉, 비가 내릴 때까지 햇빛을 차단합니다.

결합된 효과는 엄청날 수 있습니다. 1991년 필리핀 피나투바 산의 폭발은 엄청난 양의 황산염을 성층권으로 방출하여 2년 동안 지속된 전 세계 기온 하락을 초래했습니다.

따라서 주로 황을 함유한 석탄과 석유를 태워서 발생하는 우리 자신의 오염은 지구 온난화의 영향을 일시적으로 상쇄할 수 있습니다. 전문가들은 에어로졸이 20세기 동안 온난화의 양을 20% 감소시켰다고 추정합니다. 일반적으로 기온은 1940년대부터 상승하다가 1970년 이후 하락세를 보였다. 에어로졸 효과는 지난 세기 중반의 비정상적인 냉각을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

2006년에 대기 중으로 배출된 이산화탄소는 240억 톤에 달했습니다. 매우 활동적인 연구자 그룹은 인간 활동이 지구 온난화의 원인 중 하나라는 생각에 반대한다고 주장합니다. 그녀의 의견으로는 가장 중요한 것은 기후 변화의 자연적 과정과 태양 활동 증가입니다. 그러나 함부르크에 있는 독일 기후학 센터의 클라우스 하셀만(Klaus Hasselmann) 소장에 따르면 단지 5%만이 자연적 원인으로 설명될 수 있으며 나머지 95%는 인간 활동으로 인한 인공적 요인이라고 합니다.

일부 과학자들은 또한 CO 2 증가를 온도 증가와 연결하지 않습니다. 회의론자들은 기온 상승이 CO2 배출 증가의 원인이라면 화석 연료가 대량으로 연소되었던 전후 경제 호황기에 기온이 상승했음이 틀림없다고 말합니다. 그러나 지구물리학 유체 역학 연구소 소장인 Jerry Mallman은 석탄과 석유의 사용이 증가하면 대기 중 황 함량이 급격히 증가하여 냉각이 발생한다고 계산했습니다. 1970년 이후에는 CO2와 메탄의 긴 수명 주기로 인한 열 효과가 빠르게 부패하는 에어로졸을 억제하여 온도가 상승했습니다. 따라서 우리는 온실 효과의 강도에 대한 이산화탄소의 영향이 엄청나고 부인할 수 없다는 결론을 내릴 수 있습니다.

그러나 증가하는 온실 효과는 재앙이 아닐 수도 있습니다. 실제로 매우 드물지만 고온이 환영받을 수 있습니다. 1900년 이후 가장 큰 온난화는 러시아, 유럽, 미국 북부 지역을 포함해 북위 40~70도에서 관측됐는데, 이곳은 산업적 온실가스 배출이 가장 먼저 시작된 지역이다. 대부분의 온난화는 밤에 발생하는데, 이는 주로 나가는 열을 가두는 구름의 증가로 인해 발생합니다. 그 결과 파종기가 일주일 연장됐다.

더욱이, 온실 효과는 일부 농부들에게는 좋은 소식이 될 수 있습니다. 식물이 광합성 과정에서 이산화탄소를 사용하여 이를 살아있는 조직으로 전환시키기 때문에 CO 2 농도가 높으면 식물에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 식물이 많을수록 대기에서 CO 2 를 더 많이 흡수하여 지구 온난화가 느려집니다.

이 현상은 미국 전문가들이 연구했습니다. 그들은 대기 중 CO 2 양이 두 배인 세계 모델을 만들기로 결정했습니다. 이를 위해 그들은 북부 캘리포니아에 있는 14년 된 소나무 숲을 사용했습니다. 나무 사이에 설치된 파이프를 통해 가스를 펌핑했습니다. 광합성이 50~60% 증가했습니다. 그러나 효과는 곧 정반대가 됐다. 숨막히는 나무들은 그러한 양의 이산화탄소에 대처할 수 없었습니다. 광합성 과정의 이점이 사라졌습니다. 이것은 인간의 조작이 어떻게 예상치 못한 결과를 가져오는지를 보여주는 또 다른 예입니다.

그러나 온실 효과의 이러한 작은 긍정적 측면은 부정적인 측면과 비교할 수 없습니다. 예를 들어, CO 2 의 양이 두 배로 증가한 소나무 숲에 대한 실험을 예로 들면, 금세기 말에는 CO 2 농도가 4배로 증가할 것으로 예상됩니다. 그 결과가 식물에 얼마나 재앙이 될 수 있는지 상상할 수 있습니다. 그리고 이것은 차례로 CO 2의 양을 증가시킬 것입니다. 식물 수가 적을수록 CO 2 농도가 높아지기 때문입니다.

온실 효과의 결과

온실 효과 가스 기후

기온이 상승함에 따라 바다, 호수, 강 등에서 물의 증발이 증가합니다. 따뜻한 공기는 더 많은 수증기를 보유할 수 있기 때문에 이는 강력한 피드백 효과를 생성합니다. 즉, 따뜻해질수록 공기 중 수증기 함량이 높아져 온실 효과가 증가합니다.

인간 활동은 대기 중 수증기의 양에 거의 영향을 미치지 않습니다. 하지만 우리는 다른 온실가스를 배출하는데, 이는 온실효과를 점점 더 강렬하게 만듭니다. 과학자들은 주로 화석 연료 연소로 인한 CO 2 배출 증가가 1850년 이후 지구 온난화의 적어도 약 60%를 설명한다고 믿습니다. 대기 중 이산화탄소 농도는 매년 약 0.3%씩 증가하고 있으며, 현재는 산업혁명 이전보다 약 30% 더 높아졌다. 이것을 절대적으로 표현하면 인류는 매년 약 70억 톤을 추가합니다. 이것이 대기 중 이산화탄소의 총량(7,500억 톤)과 관련하여 작은 부분이라는 사실에도 불구하고, 세계 해양에 포함된 CO 2의 양(약 35조 톤)과 비교하면 훨씬 더 적습니다. 중요한. 이유: 자연 과정은 평형 상태에 있으므로 이러한 양의 CO 2가 대기로 유입되어 거기에서 제거됩니다. 그리고 인간 활동은 CO 2만 추가합니다.

대기는 지구의 공기 봉투입니다. 지구 표면에서 최대 3000km까지 확장됩니다. 그 흔적은 최대 10,000km의 고도까지 추적될 수 있습니다. A. 밀도가 고르지 않습니다 50 5 질량은 최대 5km, 75% - 최대 10km, 90% - 최대 16km에 집중되어 있습니다.

대기는 여러 가스의 기계적 혼합물인 공기로 구성됩니다.

질소(78%)는 대기 중에서 산소 희석제 역할을 하여 산화 속도를 조절하고 결과적으로 생물학적 과정의 속도와 강도를 조절합니다. 질소는 지구 대기의 주요 요소로 생물권의 생물과 지속적으로 교환하며, 후자의 구성 부분은 질소 화합물(아미노산, 퓨린 등)입니다. 질소는 무기 및 생화학적 경로를 통해 대기에서 추출되지만 밀접하게 상호 연관되어 있습니다. 무기 추출은 화합물 N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3의 형성과 관련이 있습니다. 그들은 강수량에서 발견되며 뇌우 중 전기 방전이나 태양 복사의 영향으로 광화학 반응의 영향으로 대기에서 형성됩니다.

질소의 생물학적 고정은 토양의 고등 식물과 공생하는 일부 박테리아에 의해 수행됩니다. 질소는 또한 해양 환경의 일부 플랑크톤 미생물과 조류에 의해 고정됩니다. 정량적으로, 질소의 생물학적 고정은 무기 고정을 초과합니다. 대기 중 모든 질소의 교환은 대략 천만년 이내에 발생합니다. 질소는 화산 기원의 가스와 화성암에서 발견됩니다. 결정질 암석과 운석의 다양한 샘플을 가열하면 질소가 N 2 및 NH 3 분자 형태로 방출됩니다. 그러나 지구와 지구 행성 모두에서 질소 존재의 주요 형태는 분자입니다. 상부 대기로 유입되는 암모니아는 빠르게 산화되어 질소를 방출합니다. 퇴적암에서는 유기물과 함께 묻혀 있으며 역청 퇴적물에서 더 많은 양이 발견됩니다. 이들 암석이 지역적으로 변성하는 동안 질소는 다양한 형태로 지구 대기로 방출됩니다.

지구화학적 질소 순환(

산소(21%)는 살아있는 유기체가 호흡을 위해 사용하며 유기물(단백질, 지방, 탄수화물)의 일부입니다. 오존O 3. 태양으로부터 생명을 파괴하는 자외선 복사를 지연시킵니다.

산소는 대기에서 두 번째로 널리 퍼진 가스로 생물권의 많은 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다. 그 존재의 지배적 형태는 O 2입니다. 대기의 상층부에서는 자외선의 영향으로 산소 분자의 해리가 일어나고, 고도 약 200km에서는 원자 산소 대 분자(O:O 2)의 비율이 10이 됩니다. 산소 형태는 대기(고도 20-30km), 오존대(오존 스크린)에서 상호 작용합니다. 오존(O 3)은 살아있는 유기체에 필요하며, 유기체에 유해한 태양으로부터 나오는 대부분의 자외선을 차단합니다.

지구 발달 초기 단계에서 대기 상층부에서 이산화탄소와 물 분자의 광해리로 인해 유리 산소가 매우 적은 양으로 나타났습니다. 그러나 이러한 소량은 다른 가스의 산화로 인해 빠르게 소모되었습니다. 바다에 독립 영양 광합성 생물이 출현하면서 상황은 크게 바뀌었습니다. 대기 중 자유 산소의 양은 점진적으로 증가하기 시작하여 생물권의 많은 구성 요소를 적극적으로 산화시켰습니다. 따라서 유리 산소의 첫 번째 부분은 철의 철 형태가 산화물 형태로, 황화물이 황산염으로 전환되는 데 주로 기여했습니다.

결국, 지구 대기 중의 자유 산소의 양은 특정 질량에 도달했고, 생성된 양과 흡수된 양이 동일해지는 방식으로 균형을 이루었습니다. 대기 중에 상대적으로 일정한 유리산소 함량이 확립되어 있습니다.

지구화학적 산소주기(V.A. 브론스키, G.V. 보이트케비치)

이산화탄소, 생명체 형성에 들어가 수증기와 함께 소위 '온실 (온실) 효과'를 생성합니다.

탄소(이산화탄소) - 대기 중 대부분은 CO 2 형태이고 CH 4 형태는 훨씬 적습니다. 탄소는 모든 생명체의 일부이기 때문에 생물권에서 탄소의 지구화학적 역사의 중요성은 매우 큽니다. 살아있는 유기체 내에서는 환원된 형태의 탄소가 우세하고, 생물권 환경에서는 산화된 형태가 우세합니다. 따라서 수명주기의 화학적 교환이 확립됩니다 : CO 2 ← 생명체.

생물권의 1차 이산화탄소 공급원은 맨틀과 지각의 낮은 지평선의 장기간 가스 제거와 관련된 화산 활동입니다. 이 이산화탄소의 일부는 다양한 변성대에서 고대 석회암이 열분해되는 동안 발생합니다. 생물권 내 CO 2 이동은 두 가지 방식으로 발생합니다.

첫 번째 방법은 광합성 과정에서 유기 물질이 형성되고 이후 이탄, 석탄, 오일 및 오일 셰일 형태로 암석권의 유리한 환원 조건에 매장되는 CO 2 흡수로 표현됩니다. 두 번째 방법에 따르면, 탄소 이동은 수권에 탄산염 시스템을 생성하여 CO 2가 H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2로 변합니다. 그런 다음 칼슘(덜 일반적으로 마그네슘과 철)의 참여로 탄산염은 생체 및 비생물 경로를 통해 침전됩니다. 석회암과 백운석의 두꺼운 층이 나타납니다. A.B. Ronov에 따르면, 생물권 역사상 유기탄소(Corg)와 탄산탄소(Ccarb)의 비율은 1:4였습니다.

지구 탄소 순환과 함께 수많은 작은 탄소 순환도 있습니다. 따라서 육지에서 녹색 식물은 낮 동안 광합성 과정을 위해 CO 2 를 흡수하고, 밤에는 대기 중으로 방출합니다. 지구 표면에서 살아있는 유기체가 죽으면 CO 2가 대기로 방출되면서 (미생물의 참여로) 유기 물질의 산화가 발생합니다. 최근 수십 년 동안 화석 연료의 대량 연소와 현대 대기에서의 함량 증가가 탄소 순환의 특별한 위치를 차지했습니다.

지리적 범위에서의 탄소 순환(F. Ramad, 1981에 따름)

아르곤- 세 번째로 널리 퍼진 대기 가스로, 매우 드물게 분포된 다른 불활성 가스와 뚜렷하게 구별됩니다. 그러나 지질학적 역사에서 아르곤은 두 가지 특징이 있는 이러한 가스의 운명을 공유합니다.

1. 대기 중 축적의 비가역성;
2. 특정 불안정 동위원소의 방사성 붕괴와 밀접한 관련이 있습니다.

고귀한 가스는 지구 생물권에서 대부분의 순환 요소의 순환 외부에 있습니다.

모든 불활성 가스는 1차 가스와 방사성 가스로 나눌 수 있습니다. 주요 것에는 지구 형성 기간 동안 지구에 포착된 것들이 포함됩니다. 그들은 극히 드뭅니다. 아르곤의 주요 부분은 주로 36 Ar과 38 Ar 동위원소로 대표되는 반면, 대기 아르곤은 의심할 여지 없이 방사성 동위원소인 40 Ar(99.6%)로 구성됩니다. 칼륨 함유 암석에서는 방사성 아르곤의 축적이 발생했으며 전자 포획을 통한 칼륨 -40의 붕괴로 인해 계속 발생합니다 : 40 K + e → 40 Ar.

따라서 암석의 아르곤 함량은 암석의 나이와 칼륨의 양에 따라 결정됩니다. 이 정도까지 암석의 헬륨 농도는 암석의 나이와 토륨 및 우라늄 함량의 함수입니다. 아르곤과 헬륨은 화산 폭발 중에, 가스 제트 형태로 지각의 균열을 통해, 암석이 풍화되는 동안 지구의 창자에서 대기로 방출됩니다. P. Dimon과 J. Culp의 계산에 따르면 현대의 헬륨과 아르곤은 지각에 축적되어 상대적으로 적은 양으로 대기로 유입됩니다. 이러한 방사성 가스의 유입률은 너무 낮아 지구의 지질학적 역사 동안 현대 대기에서 관찰된 함량을 보장할 수 없습니다. 따라서 대기 중 아르곤의 대부분은 지구의 발달 초기 단계에서 지구의 창자에서 나왔고 화산 활동 과정과 칼륨 함유 암석의 풍화 과정에서 훨씬 적은 양이 추가되었다고 가정해야 합니다.

따라서 지질학적 시간이 지남에 따라 헬륨과 아르곤은 서로 다른 이동 과정을 거쳤습니다. 대기에는 헬륨이 거의 없으며 (약 5 * 10 -4 %) 지구의 "헬륨 호흡"은 가장 가벼운 가스로서 우주 공간으로 증발했기 때문에 더 가볍습니다. 그리고 "아르곤 호흡"은 무거웠고 아르곤은 우리 행성의 경계 내에 남아 있었습니다. 네온 및 크세논과 같은 대부분의 원시 비활성 가스는 맨틀이 대기로 탈기되는 동안 방출되는 것뿐만 아니라 지구가 형성되는 동안 지구에 의해 포획된 원시 네온과 관련이 있습니다. 비활성 가스의 지구화학에 관한 전체 데이터는 지구의 1차 대기가 개발 초기 단계에서 발생했음을 나타냅니다.

분위기에는 다음이 포함됩니다. 수증기그리고 물액체 및 고체 상태. 대기 중의 물은 중요한 축열원입니다.

대기의 하층에는 다량의 광물 및 기술 먼지와 에어로졸, 연소 생성물, 염분, 포자 및 꽃가루 등이 포함되어 있습니다.

고도 100-120km까지는 공기가 완전히 혼합되어 대기의 구성이 균일합니다. 질소와 산소의 비율은 일정합니다. 위의 대기층에는 불활성 가스, 수소 등이 우세합니다. 지구에서 멀어질수록 그 함량은 감소합니다. 예를 들어 고도 200-800km에서 가스 변화 비율이 높을수록 산소가 질소보다 10-100배 우세합니다.