Estrutura e equilíbrio dos gases na atmosfera. Composição da atmosfera Composição da atmosfera terrestre

Não há realmente nada que possa regular a quantidade de gases com efeito de estufa na atmosfera? Claro que pode. O oxigênio faz esse trabalho perfeitamente. Mas o problema é que a população do planeta está a crescer inexoravelmente, o que significa que cada vez mais oxigénio está a ser consumido. Nossa única salvação é a vegetação, especialmente as florestas. Eles absorvem o excesso de dióxido de carbono e liberam muito mais oxigênio do que os humanos consomem.

Efeito estufa e clima da Terra

Quando falamos das consequências do efeito estufa, entendemos o seu impacto no clima da Terra. Em primeiro lugar, trata-se do aquecimento global. Muita gente equipara os conceitos de “efeito estufa” e “aquecimento global”, mas não são iguais, mas sim inter-relacionados: o primeiro é a causa do segundo.

O aquecimento global está diretamente relacionado aos oceanos. Aqui está um exemplo de duas relações de causa e efeito.

1. A temperatura média do planeta aumenta, o líquido começa a evaporar. Isto também se aplica ao Oceano Mundial: alguns cientistas temem que dentro de algumas centenas de anos ele comece a “secar”.
2. Ao mesmo tempo, devido às altas temperaturas, as geleiras e o gelo marinho começarão a derreter ativamente em um futuro próximo. Isto levará a um aumento inevitável do nível do mar.

Já estamos a observar inundações regulares nas zonas costeiras, mas se o nível do Oceano Mundial aumentar significativamente, todas as áreas terrestres próximas serão inundadas e as colheitas perecerão.

Impacto na vida das pessoas

Não esqueça que um aumento na temperatura média da Terra afetará nossas vidas. As consequências podem ser muito graves. Muitas áreas do nosso planeta, já propensas à seca, tornar-se-ão absolutamente inviáveis, as pessoas começarão a migrar em massa para outras regiões. Isto conduzirá inevitavelmente a problemas socioeconómicos e à eclosão da terceira e quarta guerras mundiais. Falta de alimentos, destruição de colheitas - é isso que nos espera no próximo século.

Mas isso tem que esperar? Ou ainda é possível mudar alguma coisa? A humanidade pode reduzir os danos do efeito estufa?

Ações que podem salvar a Terra

Hoje, todos os factores nocivos que levam à acumulação de gases com efeito de estufa são conhecidos e sabemos o que é preciso fazer para o impedir. Não pense que uma pessoa não mudará nada. É claro que apenas toda a humanidade pode alcançar o efeito, mas quem sabe - talvez mais cem pessoas estejam lendo um artigo semelhante neste momento?

Conservação florestal

Parar o desmatamento. As plantas são a nossa salvação! Além disso, é necessário não apenas preservar as florestas existentes, mas também plantar ativamente novas.

Cada pessoa deveria entender esse problema.

A fotossíntese é tão poderosa que pode nos fornecer grandes quantidades de oxigênio. Será suficiente para a vida normal das pessoas e a eliminação de gases nocivos da atmosfera.

Uso de veículos elétricos

Recusa de utilização de veículos movidos a combustível. Cada carro emite uma enorme quantidade de gases com efeito de estufa todos os anos, então porque não fazer uma escolha mais saudável para o ambiente? Os cientistas já nos oferecem carros eléctricos - carros ecológicos que não utilizam combustível. A desvantagem de um carro “combustível” é mais um passo para a eliminação dos gases de efeito estufa. Em todo o mundo, eles estão tentando acelerar essa transição, mas até agora os desenvolvimentos modernos dessas máquinas estão longe de ser perfeitos. Mesmo no Japão, onde esses carros são mais usados, eles não estão prontos para mudar completamente para seu uso.

Alternativa aos combustíveis de hidrocarbonetos

Invenção de energia alternativa. A humanidade não fica parada, então por que estamos presos ao uso de carvão, petróleo e gás? A queima desses componentes naturais leva ao acúmulo de gases de efeito estufa na atmosfera, então é hora de mudar para uma forma de energia ecologicamente correta.

Não podemos abandonar completamente tudo o que emite gases nocivos. Mas podemos ajudar a aumentar o oxigênio na atmosfera. Não apenas um homem de verdade deveria plantar uma árvore - cada pessoa deve fazer isso!

A atmosfera (do grego atmoc - vapor e esfera - bola) é a camada de gás (ar) da Terra, girando com ela. A vida na Terra é possível enquanto existir a atmosfera. Todos os organismos vivos usam o ar atmosférico para respirar; a atmosfera protege dos efeitos nocivos dos raios cósmicos e das temperaturas destrutivas aos organismos vivos, o “sopro” frio do espaço.

O ar atmosférico é uma mistura de gases que constituem a atmosfera terrestre. O ar é inodoro, transparente, sua densidade é 1,2928 g/l, sua solubilidade em água é 29,18 cm~/l, e no estado líquido adquire coloração azulada. A vida humana é impossível sem ar, sem água e comida, mas se uma pessoa pode viver sem comida durante várias semanas, sem água - durante vários dias, a morte por asfixia ocorre após 4 a 5 minutos.

Os principais componentes da atmosfera são: nitrogênio, oxigênio, argônio e dióxido de carbono. Além do argônio, outros gases inertes estão contidos em pequenas concentrações. O ar atmosférico sempre contém vapor d'água (aproximadamente 3 - 4%) e partículas sólidas - poeira.

A atmosfera da Terra é dividida na homosfera inferior (até 100 km) com uma composição homogênea do ar superficial e na hetosfera superior com uma composição química heterogênea. Uma das propriedades importantes da atmosfera é a presença de oxigênio. Não havia oxigênio na atmosfera primária da Terra. Seu aparecimento e acúmulo estão associados à disseminação das plantas verdes e ao processo de fotossíntese. Como resultado da interação química das substâncias com o oxigênio, os organismos vivos recebem a energia necessária à sua vida.

Através da atmosfera ocorre a troca de substâncias entre a Terra e o Espaço, enquanto a Terra recebe poeira cósmica e meteoritos e perde os gases mais leves - hidrogênio e hélio. A atmosfera é permeada por uma poderosa radiação solar, que determina o regime térmico da superfície do planeta, provoca a dissociação das moléculas dos gases atmosféricos e a ionização dos átomos. A vasta e fina atmosfera superior consiste principalmente de íons.

As propriedades físicas e o estado da atmosfera mudam ao longo do tempo: durante o dia, estações, anos - e no espaço, dependendo da altitude acima do nível do mar, latitude e distância do oceano.

A estrutura da atmosfera

A atmosfera, cuja massa total é de 5,15 10" toneladas, estende-se para cima desde a superfície da Terra até aproximadamente 3 mil km. A composição química e as propriedades físicas da atmosfera mudam com a altitude, por isso ela é dividida em troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera (termosfera) e exosfera.

A maior parte do ar na atmosfera (até 80%) está localizada na camada inferior do solo - a troposfera. A espessura da troposfera é em média de 11 a 12 km: 8 a 10 km acima dos pólos, 16 a 18 km acima do equador. Ao se afastar da superfície da Terra na troposfera, a temperatura diminui 6 "C por 1 km (Fig. 8). A uma altitude de 18 - 20 km, a diminuição suave da temperatura cessa, permanece quase constante: - 60 ... - 70"C. Esta parte da atmosfera é chamada de tropopausa. A próxima camada - a estratosfera - ocupa uma altura de 20 a 50 km da superfície da Terra. O restante (20%) do ar está concentrado nele. Aqui a temperatura aumenta com a distância da superfície da Terra em 1 - 2 "C por 1 km e na estratopausa a uma altitude de 50 - 55 km atinge 0" C. Mais adiante, a uma altitude de 55-80 km, está localizada a mesosfera. Ao se afastar da Terra, a temperatura cai 2 - 3 "C por 1 km, e a uma altitude de 80 km, na mesopausa, atinge - 75... - 90 "C. A termosfera e a exosfera, ocupando altitudes de 80 a 1.000 e 1.000 a 2.000 km, respectivamente, são as partes mais rarefeitas da atmosfera. Aqui são encontradas apenas moléculas individuais, átomos e íons de gases, cuja densidade é milhões de vezes menor que a da superfície da Terra. Traços de gases foram encontrados até uma altitude de 10 a 20 mil km.

A espessura da camada de ar é relativamente pequena quando comparada com as distâncias cósmicas: é um quarto do raio da Terra e um décimo milésimo da distância da Terra ao Sol. A densidade da atmosfera ao nível do mar é 0,001 g/cm~, ou seja, mil vezes menor que a densidade da água.

Existe uma troca constante de calor, umidade e gases entre a atmosfera, a superfície terrestre e outras esferas da Terra, o que, juntamente com a circulação das massas de ar na atmosfera, afeta os principais processos formadores do clima. A atmosfera protege os organismos vivos do poderoso fluxo de radiação cósmica. A cada segundo, um fluxo de raios cósmicos atinge as camadas superiores da atmosfera: gama, raios X, ultravioleta, visível, infravermelho. Se todos alcançassem a superfície da Terra, destruiriam toda a vida em poucos momentos.

A tela de ozônio tem o valor protetor mais importante. Está localizado na estratosfera, a uma altitude de 20 a 50 km da superfície da Terra. A quantidade total de ozônio (Oz) na atmosfera é estimada em 3,3 bilhões de toneladas. A espessura dessa camada é relativamente pequena: no total é de 2 mm no equador e 4 mm nos pólos em condições normais. A concentração máxima de ozônio - 8 partes por milhão de partes de ar - está localizada a uma altitude de 20 a 25 km.

O principal significado da tela de ozônio é que ela protege os organismos vivos da forte radiação ultravioleta. Parte de sua energia é gasta na reação: SO2 ↔ SO3. A tela de ozônio absorve raios ultravioleta com comprimento de onda de cerca de 290 nm ou menos, de modo que os raios ultravioleta, que são benéficos para animais superiores e humanos e prejudiciais aos microorganismos, atingem a superfície da Terra. A destruição da camada de ozônio, percebida no início da década de 1980, é explicada pelo uso de freons em unidades de refrigeração e pela liberação na atmosfera de aerossóis utilizados no dia a dia. As emissões de Freon no mundo atingiram então 1,4 milhão de toneladas por ano, e a contribuição de cada país para a poluição do ar com freons foi: 35% - os EUA, 10% cada - Japão e Rússia, 40% - os países da CEE, 5% - outros países. Medidas coordenadas permitiram reduzir a liberação de freons na atmosfera. Os voos de aeronaves supersónicas e de naves espaciais têm um impacto devastador na camada de ozono.

A atmosfera protege a Terra de numerosos meteoritos. A cada segundo, até 200 milhões de meteoritos entram na atmosfera, visíveis a olho nu, mas queimam na atmosfera. Pequenas partículas de poeira cósmica retardam seu movimento na atmosfera. Cerca de 10" pequenos meteoritos caem na Terra todos os dias. Isso leva a um aumento na massa da Terra em 1 mil toneladas por ano. A atmosfera é um filtro isolante de calor. Sem a atmosfera, a diferença de temperatura na Terra por dia atingiria 200"C (de 100"C à tarde a -100"C à noite).

A composição relativamente constante do ar atmosférico na troposfera é de grande importância para todos os organismos vivos. O equilíbrio dos gases na atmosfera é mantido devido aos processos constantes de sua utilização pelos organismos vivos e à liberação de gases na atmosfera. O nitrogênio é liberado durante processos geológicos poderosos (erupções vulcânicas, terremotos) e durante a decomposição de compostos orgânicos. O nitrogênio é removido do ar devido à atividade das bactérias nodulares.

No entanto, nos últimos anos tem havido uma alteração no equilíbrio do azoto na atmosfera devido às atividades económicas humanas. A fixação de nitrogênio durante a produção de fertilizantes nitrogenados aumentou significativamente. Supõe-se que o volume de fixação industrial de nitrogênio aumentará significativamente no futuro próximo e excederá sua liberação na atmosfera. A produção de fertilizantes nitrogenados deverá dobrar a cada 6 anos. Isso atende às crescentes necessidades agrícolas de fertilizantes nitrogenados. Contudo, a questão da compensação pela remoção de azoto do ar atmosférico permanece por resolver. No entanto, devido à enorme quantidade total de azoto na atmosfera, este problema não é tão grave como o equilíbrio de oxigénio e dióxido de carbono.

Cerca de 3,5 a 4 bilhões de anos atrás, o conteúdo de oxigênio na atmosfera era 1.000 vezes menor do que agora, uma vez que não havia principais produtores de oxigênio - plantas verdes. A proporção atual de oxigênio e dióxido de carbono é mantida pela atividade vital dos organismos vivos. Como resultado da fotossíntese, as plantas verdes consomem dióxido de carbono e liberam oxigênio. É usado para respiração por todos os organismos vivos. Os processos naturais de consumo de CO3 e O2 e sua liberação na atmosfera são bem equilibrados.

Com o desenvolvimento da indústria e dos transportes, o oxigénio é utilizado em processos de combustão em quantidades cada vez maiores. Por exemplo, durante um voo transatlântico, um avião a jato queima 35 toneladas de oxigênio. Um automóvel de passageiros consome a necessidade diária de oxigênio de uma pessoa a cada 1,5 mil quilômetros (em média, uma pessoa consome 500 litros de oxigênio por dia, passando 12 toneladas de ar pelos pulmões). Segundo especialistas, a combustão de diversos tipos de combustível requer hoje de 10 a 25% do oxigênio produzido pelas plantas verdes. O fornecimento de oxigênio à atmosfera está diminuindo devido à redução das áreas de florestas, savanas, estepes e ao aumento das áreas desérticas, ao crescimento das cidades e às rodovias de transporte. O número de produtores de oxigênio entre as plantas aquáticas está diminuindo devido à poluição de rios, lagos, mares e oceanos. Acredita-se que nos próximos 150-180 anos a quantidade de oxigênio na atmosfera será reduzida em um terço em relação ao seu conteúdo atual.

A utilização de reservas de oxigénio está a aumentar ao mesmo tempo que um aumento equivalente na libertação de dióxido de carbono na atmosfera. Segundo a ONU, nos últimos 100 anos, a quantidade de CO~ na atmosfera da Terra aumentou entre 10 e 15%. Se a tendência pretendida continuar, então no terceiro milénio a quantidade de CO~ na atmosfera poderá aumentar em 25%, ou seja, de 0,0324 a 0,04% do volume de ar atmosférico seco. Um ligeiro aumento do dióxido de carbono na atmosfera tem um efeito positivo na produtividade das plantas agrícolas. Assim, quando o ar das estufas está saturado de dióxido de carbono, o rendimento das hortaliças aumenta devido à intensificação do processo de fotossíntese. No entanto, com o aumento do COz na atmosfera, surgem problemas globais complexos, que serão discutidos a seguir.

A atmosfera é um dos principais fatores meteorológicos e formadores do clima. O sistema formador do clima inclui a atmosfera, o oceano, a superfície terrestre, a criosfera e a biosfera. A mobilidade e as características inerciais desses componentes são diferentes; eles possuem diferentes tempos de reação a perturbações externas em sistemas adjacentes. Assim, para a atmosfera e a superfície terrestre, o tempo de resposta é de várias semanas ou meses. A atmosfera está associada a processos de circulação de umidade e transferência de calor e atividade ciclônica.

O efeito estufa na atmosfera do nosso planeta é causado pelo fato de que o fluxo de energia na faixa infravermelha do espectro, subindo da superfície da Terra, é absorvido pelas moléculas dos gases atmosféricos e irradiado de volta em diferentes direções, como como resultado, metade da energia absorvida pelas moléculas dos gases de efeito estufa retorna à superfície da Terra, causando seu aquecimento Deve-se notar que o efeito estufa é um fenômeno atmosférico natural (Fig. 5). Se não existisse qualquer efeito de estufa na Terra, então a temperatura média no nosso planeta seria de cerca de -21°C, mas graças aos gases com efeito de estufa, é de +14°C. Portanto, em teoria, a actividade humana associada à libertação de gases com efeito de estufa na atmosfera terrestre deveria levar a um maior aquecimento do planeta. Os principais gases com efeito de estufa, por ordem do seu impacto estimado no balanço térmico da Terra, são o vapor de água (36-70%), o dióxido de carbono (9-26%), o metano (4-9%), os halocarbonos e o óxido nítrico.

Arroz.

Centrais eléctricas a carvão, chaminés de fábricas, gases de escape de automóveis e outras fontes de poluição de origem humana emitem, em conjunto, cerca de 22 mil milhões de toneladas de dióxido de carbono e outros gases com efeito de estufa na atmosfera todos os anos. A pecuária, o uso de fertilizantes, a combustão de carvão e outras fontes produzem cerca de 250 milhões de toneladas de metano por ano. Cerca de metade de todos os gases de efeito estufa emitidos pela humanidade permanecem na atmosfera. Cerca de três quartos de todas as emissões antropogénicas de gases com efeito de estufa nos últimos 20 anos são causadas pela utilização de petróleo, gás natural e carvão (Figura 6). Grande parte do restante é causada por mudanças na paisagem, principalmente pelo desmatamento.

Arroz.

vapor de água- o gás de efeito estufa mais importante da atualidade. No entanto, o vapor de água também está envolvido em muitos outros processos, o que torna o seu papel ambíguo em diferentes condições.

Em primeiro lugar, durante a evaporação da superfície da Terra e posterior condensação na atmosfera, até 40% de todo o calor que entra na atmosfera é transferido para as camadas inferiores da atmosfera (troposfera) devido à convecção. Assim, quando o vapor de água evapora, diminui ligeiramente a temperatura da superfície. Mas o calor liberado como resultado da condensação na atmosfera vai aquecê-la e, posteriormente, aquecer a própria superfície da Terra.

Mas após a condensação do vapor d'água, formam-se gotículas de água ou cristais de gelo, que participam intensamente dos processos de dispersão da luz solar, refletindo parte da energia solar de volta ao espaço. As nuvens, que são apenas acúmulos dessas gotículas e cristais, aumentam a parcela da energia solar (albedo) refletida pela própria atmosfera de volta ao espaço (e então a precipitação das nuvens pode cair na forma de neve, aumentando o albedo da superfície ).

No entanto, o vapor de água, mesmo condensado em gotículas e cristais, ainda possui bandas de absorção poderosas na região infravermelha do espectro, o que significa que o papel das mesmas nuvens está longe de ser claro. Essa dualidade é especialmente perceptível nos seguintes casos extremos - quando o céu está coberto de nuvens em um clima ensolarado de verão, a temperatura da superfície diminui e, se o mesmo acontece em uma noite de inverno, pelo contrário, aumenta. O resultado final também é influenciado pela posição das nuvens - em baixas altitudes, nuvens espessas refletem muita energia solar, e o equilíbrio pode, neste caso, ser a favor do efeito anti-estufa, mas em grandes altitudes, cirros finos as nuvens transmitem bastante energia solar para baixo, mas mesmo as nuvens finas são obstáculos quase intransponíveis à radiação infravermelha e, aqui podemos falar do predomínio do efeito estufa.

Outra característica do vapor d'água - uma atmosfera úmida contribui até certo ponto para a ligação de outro gás de efeito estufa - o dióxido de carbono, e sua transferência pelas chuvas para a superfície da Terra, onde, como resultado de processos posteriores, pode ser consumido em a formação de carbonatos e minerais combustíveis.

A atividade humana tem um efeito direto muito fraco no conteúdo de vapor d'água na atmosfera - apenas devido ao aumento da área de terras irrigadas, às mudanças na área dos pântanos e ao trabalho de energia, que é insignificante contra o pano de fundo da evaporação de toda a superfície da água da Terra e da atividade vulcânica. Por causa disso, muitas vezes pouca atenção é dada a ele quando se considera o problema do efeito estufa.

Contudo, o efeito indirecto sobre o teor de vapor de água pode ser muito grande, devido às retroalimentações entre o teor de vapor de água atmosférico e o aquecimento causado por outros gases com efeito de estufa, que iremos agora considerar.

Sabe-se que à medida que a temperatura aumenta, a evaporação do vapor d'água também aumenta, e a cada 10 °C o conteúdo possível de vapor d'água no ar quase dobra. Por exemplo, a 0 °C a pressão de vapor saturado é de cerca de 6 MB, a +10 °C - 12 MB, e a +20 °C - 23 MB.

Pode-se observar que o teor de vapor d'água depende fortemente da temperatura, e quando diminui por algum motivo, em primeiro lugar, o efeito estufa do próprio vapor d'água diminui (devido à diminuição do teor) e, em segundo lugar, ocorre a condensação do vapor d'água, o que, claro, inibe fortemente a diminuição da temperatura devido à liberação de calor de condensação, mas após a condensação, o reflexo da energia solar aumenta, tanto na própria atmosfera (espalhamento em gotículas e cristais de gelo) quanto na superfície (queda de neve) , o que reduz ainda mais a temperatura.

À medida que a temperatura aumenta, o conteúdo de vapor d'água na atmosfera aumenta, seu efeito estufa aumenta, o que intensifica o aumento inicial da temperatura. Em princípio, a nebulosidade também aumenta (mais vapor d'água entra em áreas relativamente frias), mas de forma extremamente fraca - segundo I. Mokhov, cerca de 0,4% por grau de aquecimento, o que não pode afetar muito o aumento da reflexão da energia solar.

Dióxido de carbono- o segundo maior contribuinte para o efeito estufa hoje, não congela quando a temperatura cai e continua a criar um efeito estufa mesmo nas temperaturas mais baixas possíveis em condições terrestres. Provavelmente, foi precisamente graças ao acúmulo gradual de dióxido de carbono na atmosfera como resultado da atividade vulcânica que a Terra conseguiu sair do estado de poderosas glaciações (quando até o equador estava coberto por uma espessa camada de gelo), em que caiu no início e no final do Proterozóico.

O dióxido de carbono está envolvido em um poderoso ciclo do carbono no sistema litosfera-hidrosfera-atmosfera, e as mudanças no clima da Terra estão associadas principalmente a mudanças no equilíbrio de sua entrada e remoção da atmosfera.

Devido à solubilidade relativamente alta do dióxido de carbono na água, o conteúdo de dióxido de carbono na hidrosfera (principalmente nos oceanos) é agora de 4x104 Gt (gigatons) de carbono (daqui em diante, são fornecidos dados sobre CO2 em termos de carbono), incluindo camadas profundas (Putvinsky, 1998). A atmosfera contém atualmente cerca de 7,5x102 Gt de carbono (Alekseev et al., 1999). O conteúdo de CO2 na atmosfera nem sempre era baixo - por exemplo, no Arqueano (cerca de 3,5 bilhões de anos atrás) a atmosfera consistia em quase 85-90% de dióxido de carbono, a pressão e temperatura significativamente mais altas (Sorokhtin, Ushakov, 1997). No entanto, o fornecimento de massas significativas de água à superfície terrestre em decorrência da desgaseificação do interior, bem como o surgimento da vida, garantiram a ligação de quase toda a atmosfera e de uma parte significativa do dióxido de carbono dissolvido na água na forma de carbonatos (cerca de 5,5x107 Gt de carbono estão armazenados na litosfera (relatório do IPCC, 2000)). Além disso, o dióxido de carbono começou a ser convertido pelos organismos vivos em várias formas de minerais combustíveis. Além disso, a ligação de parte do dióxido de carbono também ocorreu devido ao acúmulo de biomassa, cujas reservas totais de carbono são comparáveis ​​​​às da atmosfera e, levando em consideração o solo, são várias vezes maiores.

No entanto, estamos principalmente interessados ​​nos fluxos que fornecem dióxido de carbono para a atmosfera e o removem dela. A litosfera fornece agora um fluxo muito pequeno de dióxido de carbono que entra na atmosfera principalmente devido à actividade vulcânica - cerca de 0,1 Gt de carbono por ano (Putvinsky, 1998). Fluxos significativamente grandes são observados no oceano (junto com os organismos que vivem lá) - atmosfera, e na biota terrestre - sistemas atmosféricos. Cerca de 92 Gt de carbono entram anualmente no oceano vindo da atmosfera e 90 Gt retornam à atmosfera (Putvinsky, 1998). Assim, o oceano remove anualmente cerca de 2 Gt de carbono da atmosfera. Ao mesmo tempo, durante os processos de respiração e decomposição dos seres vivos terrestres mortos, cerca de 100 Gt de carbono por ano entram na atmosfera. Nos processos de fotossíntese, a vegetação terrestre também remove cerca de 100 Gt de carbono da atmosfera (Putvinsky, 1998). Como podemos perceber, o mecanismo de captação e retirada de carbono da atmosfera é bastante equilibrado, proporcionando fluxos aproximadamente iguais. A atividade humana moderna inclui neste mecanismo um fluxo adicional cada vez maior de carbono na atmosfera devido à combustão de combustíveis fósseis (petróleo, gás, carvão, etc.) - de acordo com dados, por exemplo, para o período 1989-99, uma média de cerca de 6,3 Gt por ano. Além disso, o fluxo de carbono para a atmosfera aumenta devido à desflorestação e à queima parcial de florestas - até 1,7 Gt por ano (relatório do IPCC, 2000), enquanto o aumento da biomassa que contribui para a absorção de CO2 é de apenas cerca de 0,2 Gt por ano. em vez de quase 2 Gt no ano. Mesmo tendo em conta a possibilidade de absorção de cerca de 2 Gt de carbono adicional pelo oceano, ainda permanece um fluxo adicional bastante significativo (actualmente cerca de 6 Gt por ano), aumentando o teor de dióxido de carbono na atmosfera. Além disso, a absorção de dióxido de carbono pelo oceano pode diminuir num futuro próximo, e até o processo inverso é possível - a liberação de dióxido de carbono do Oceano Mundial. Isto é devido a uma diminuição na solubilidade do dióxido de carbono com o aumento da temperatura da água - por exemplo, quando a temperatura da água aumenta de apenas 5 para 10 ° C, o coeficiente de solubilidade do dióxido de carbono diminui de aproximadamente 1,4 para 1,2.

Assim, o fluxo de dióxido de carbono para a atmosfera causado pelas atividades económicas não é grande em comparação com alguns fluxos naturais, mas a sua descompensação leva à acumulação gradual de CO2 na atmosfera, o que destrói o equilíbrio de entrada e saída de CO2 que se desenvolveu ao longo bilhões de anos de evolução da Terra e da vida nela.

Numerosos factos do passado geológico e histórico indicam uma ligação entre as alterações climáticas e as flutuações dos gases com efeito de estufa. No período de 4 a 3,5 mil milhões de anos atrás, o brilho do Sol era cerca de 30% menor do que é agora. No entanto, mesmo sob os raios do Sol jovem e “pálido”, a vida desenvolveu-se na Terra e formaram-se rochas sedimentares: pelo menos em parte da superfície terrestre, a temperatura estava acima do ponto de congelamento da água. Alguns cientistas sugerem que naquela época a atmosfera da Terra continha 1.000 vezes mais eixos dióxido de carbono do que agora, e isso compensou a falta de energia solar, já que maior parte do calor emitido pela Terra permaneceu na atmosfera. O crescente efeito estufa pode ser uma das razões para o clima excepcionalmente quente no final da era Mesozóica (a era dos dinossauros). De acordo com uma análise de restos fósseis, a Terra naquela época era 10-15 graus mais quente do que é agora. Note-se que então, há 100 milhões de anos e antes, os continentes ocupavam uma posição diferente da nossa época, e a circulação oceânica também era diferente, pelo que a transferência de calor dos trópicos para as regiões polares poderia ser maior. No entanto, cálculos de Eric J. Barron, agora na Universidade da Pensilvânia, e de outros investigadores indicam que a geografia paleocontinental pode ter sido responsável por não mais de metade do aquecimento mesozóico. O restante do aquecimento pode ser facilmente explicado pelo aumento dos níveis de dióxido de carbono. Esta suposição foi apresentada pela primeira vez pelos cientistas soviéticos A. B. Ronov, do Instituto Hidrológico do Estado, e M. I. Budyko, do Observatório Geofísico Principal. Os cálculos que apoiam esta proposta foram realizados por Eric Barron, Starley L. Thompson do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (NCAR). A partir de um modelo geoquímico desenvolvido por Robert A. Berner e Antonio C. Lasaga da Universidade de Yale e pelo falecido Robert. Os campos no estado do Texas se transformaram em desertos depois que uma seca durou algum tempo em 1983. Esse quadro, como mostram os cálculos usando modelos de computador, pode ser observado em muitos lugares se, como resultado do aquecimento global, a umidade do solo diminuir na região central. regiões dos continentes, onde se concentra a produção de grãos.

M. Garrels, da Universidade do Sul da Florida, conclui-se que o dióxido de carbono pode ser libertado durante uma actividade vulcânica excepcionalmente forte nas dorsais meso-oceânicas, onde o magma ascendente forma um novo fundo oceânico. Evidências diretas que apontam para uma ligação durante as glaciações entre os gases atmosféricos com efeito de estufa e o clima podem ser “extraídas” das bolhas de ar incluídas no gelo da Antártida, que se formaram em tempos antigos como resultado da compactação da neve que caía. Uma equipe de pesquisadores liderada por Claude Laurieux, do Laboratório de Glaciologia e Geofísica de Grenoble, estudou uma coluna de gelo de 2.000 m de comprimento (correspondente a um período de 160 mil anos) obtida por pesquisadores soviéticos na estação Vostok, na Antártida. A análise laboratorial dos gases contidos nesta coluna de gelo mostrou que na atmosfera antiga, as concentrações de dióxido de carbono e metano mudavam em conjunto e, mais importante, “no tempo” com as mudanças na temperatura média local (foi determinada pelo proporção das concentrações de isótopos de hidrogênio nas moléculas de água). Durante o último período interglacial, que durou 10 mil anos, e durante o período interglacial anterior (há 130 mil anos), que também durou 10 mil anos, a temperatura média nesta área foi 10 graus mais elevada do que durante as glaciações. (Em geral, a Terra estava 5° mais quente durante esses períodos.) Durante esses mesmos períodos, a atmosfera continha 25% mais dióxido de carbono e 100.070 mais metano do que durante as glaciações. Não está claro se as alterações nos gases com efeito de estufa foram a causa e as alterações climáticas a consequência, ou vice-versa. Muito provavelmente, a causa das glaciações foram as mudanças na órbita da Terra e a dinâmica especial do avanço e recuo das geleiras; no entanto, estas flutuações climáticas podem ter sido amplificadas por alterações na biota e flutuações na circulação oceânica que afectam o conteúdo de gases com efeito de estufa na atmosfera. Estão disponíveis dados ainda mais detalhados sobre as flutuações dos gases com efeito de estufa e as alterações climáticas relativos aos últimos 100 anos, durante os quais se registou um novo aumento de 25% nas concentrações de dióxido de carbono e de 100% no metano. O "registro" médio da temperatura global dos últimos 100 anos foi examinado por duas equipes de pesquisadores, lideradas por James E. Hansen, do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço, e T. M. L. Wigley, da Divisão Climática da Eastern University. Inglaterra.

A retenção de calor pela atmosfera é o principal componente do balanço energético da Terra (Fig. 8). Aproximadamente 30% da energia proveniente do Sol é refletida (à esquerda) pelas nuvens, partículas ou pela superfície da Terra; os 70% restantes são absorvidos. A energia absorvida é re-irradiada no infravermelho pela superfície do planeta.

Arroz.

Estes cientistas utilizaram dados de estações meteorológicas espalhadas por todos os continentes (a equipa da Divisão do Clima também incluiu medições no mar na análise). Ao mesmo tempo, os dois grupos adoptaram métodos diferentes de análise das observações e de tomada em consideração das “distorções” associadas, por exemplo, ao facto de algumas estações meteorológicas “se terem deslocado” para outro local ao longo de cem anos, e algumas localizadas em cidades deram dados que foram “contaminados” » a influência do calor gerado pelas empresas industriais ou acumulado durante o dia pelos edifícios e pavimentos. Este último efeito, que leva ao surgimento de ilhas de calor, é muito perceptível nos países desenvolvidos, como os Estados Unidos. No entanto, mesmo que a correção calculada para os Estados Unidos (foi obtida por Thomas R. Karl do Centro Nacional de Dados Climáticos em Asheville, Carolina do Norte, e P. D. Jones da Universidade de East Anglia) seja estendida a todos os dados do globo , em ambas as entradas permanecerá “<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.

Troca de carbono entre a atmosfera e vários “reservatórios” da Terra (Fig. 9). Cada número indica, em bilhões de toneladas, a entrada ou saída de carbono (na forma de dióxido) por ano ou seu estoque no reservatório. Estes ciclos naturais, um em terra e outro no oceano, removem tanto dióxido de carbono da atmosfera quanto acrescentam, mas a actividade humana, como a desflorestação e a queima de combustíveis fósseis, faz com que os níveis de carbono na atmosfera caiam, aumentando anualmente em 3 mil milhões. toneladas. Dados retirados do trabalho de Bert Bohlin na Universidade de Estocolmo

Figura 9

Vamos supor que temos uma previsão razoável de como as emissões de dióxido de carbono irão mudar. Que mudanças neste caso ocorrerão com a concentração desse gás na atmosfera? O dióxido de carbono atmosférico é “consumido” pelas plantas, bem como pelos oceanos, onde é utilizado em processos químicos e biológicos. À medida que a concentração de dióxido de carbono atmosférico muda, a taxa de “consumo” deste gás provavelmente mudará. Em outras palavras, os processos que causam alterações no conteúdo de dióxido de carbono atmosférico devem incluir feedback. O dióxido de carbono é a “matéria-prima” para a fotossíntese nas plantas, pelo que o seu consumo pelas plantas provavelmente aumentará à medida que se acumula na atmosfera, o que irá abrandar esta acumulação. Da mesma forma, uma vez que o conteúdo de dióxido de carbono nas águas superficiais dos oceanos está aproximadamente em equilíbrio com o seu conteúdo na atmosfera, o aumento da absorção de dióxido de carbono pelas águas oceânicas irá retardar a sua acumulação na atmosfera. Pode acontecer, no entanto, que a acumulação de dióxido de carbono e outros gases com efeito de estufa na atmosfera desencadeie mecanismos de feedback positivo que aumentarão o efeito climático. Assim, as rápidas alterações climáticas podem levar ao desaparecimento de algumas florestas e outros ecossistemas, o que enfraquecerá a capacidade da biosfera de absorver dióxido de carbono. Além do mais, o aquecimento pode levar à rápida libertação de carbono armazenado na matéria orgânica morta do solo. Esse carbono, que é o dobro da quantidade encontrada na atmosfera, é continuamente convertido em dióxido de carbono e metano pelas bactérias do solo. O aquecimento pode acelerar o seu funcionamento, resultando no aumento da libertação de dióxido de carbono (dos solos secos) e metano (dos arrozais, aterros sanitários e zonas húmidas). Uma grande quantidade de metano também é armazenada em sedimentos na plataforma continental e abaixo da camada de permafrost no Ártico na forma de clatratos - redes moleculares que consistem em moléculas de metano e água. Apesar destas incertezas, muitos investigadores acreditam que a absorção de dióxido de carbono pelas plantas e pelos oceanos irá abrandar a acumulação deste gás na atmosfera - pelo menos nos próximos 50 a 100 anos. que da quantidade total de dióxido de carbono que entra na atmosfera, cerca de metade permanecerá lá. Daqui resulta que as concentrações de dióxido de carbono duplicarão dos níveis de 1900 (para 600 ppm) entre cerca de 2030 e 2080. No entanto, outros gases com efeito de estufa irão provavelmente acumular-se na atmosfera mais rapidamente.

Gases de efeito estufa

Gases de efeito estufa são gases que se acredita causarem o efeito estufa global.

Os principais gases com efeito de estufa, por ordem do seu impacto estimado no equilíbrio térmico da Terra, são o vapor de água, o dióxido de carbono, o metano, o ozono, os halocarbonos e o óxido nitroso.

vapor de água

O vapor d'água é o principal gás natural do efeito estufa, responsável por mais de 60% do efeito. O impacto antropogênico direto nesta fonte é insignificante. Ao mesmo tempo, um aumento na temperatura da Terra causado por outros fatores aumenta a evaporação e a concentração total de vapor d'água na atmosfera com umidade relativa quase constante, o que por sua vez aumenta o efeito estufa. Assim, ocorre algum feedback positivo.

Metano

Uma gigantesca erupção de metano acumulado sob o fundo do mar há 55 milhões de anos aqueceu a Terra em 7 graus Celsius.

A mesma coisa pode acontecer agora - esta suposição foi confirmada por pesquisadores da NASA. Usando simulações computacionais de climas antigos, eles tentaram compreender melhor o papel do metano nas mudanças climáticas. Atualmente, a maior parte da investigação sobre o efeito de estufa centra-se no papel do dióxido de carbono neste efeito, embora o potencial do metano para reter calor na atmosfera seja 20 vezes maior do que o do dióxido de carbono.

Uma variedade de eletrodomésticos movidos a gás estão contribuindo para o aumento do teor de metano na atmosfera.

Nos últimos 200 anos, o metano na atmosfera mais do que duplicou devido à decomposição de matéria orgânica em pântanos e planícies húmidas, bem como a fugas de objectos construídos pelo homem, tais como gasodutos, minas de carvão, aumento da irrigação e libertação de gases provenientes de gado. Mas há outra fonte de metano – matéria orgânica em decomposição nos sedimentos oceânicos, preservada congelada sob o fundo do mar.

Normalmente, as baixas temperaturas e a alta pressão mantêm o metano no fundo do oceano num estado estável, mas nem sempre foi assim. Durante períodos de aquecimento global, como o Máximo Térmico do Paleoceno tardio, que ocorreu há 55 milhões de anos e durou 100 mil anos, o movimento das placas litosféricas, particularmente no subcontinente indiano, levou a uma queda na pressão no fundo do mar e poderia causar uma grande liberação de metano. À medida que a atmosfera e os oceanos começassem a aquecer, as emissões de metano poderiam aumentar. Alguns cientistas acreditam que o actual aquecimento global poderá levar ao mesmo cenário - se o oceano aquecer significativamente.

Quando o metano entra na atmosfera, ele reage com as moléculas de oxigênio e hidrogênio para criar dióxido de carbono e vapor de água, cada um dos quais pode causar o efeito estufa. De acordo com previsões anteriores, todo o metano emitido se transformará em dióxido de carbono e água em cerca de 10 anos. Se isto for verdade, então o aumento das concentrações de dióxido de carbono será a principal causa do aquecimento do planeta. No entanto, as tentativas de confirmar o raciocínio com referências ao passado não tiveram sucesso - não foram encontrados vestígios de um aumento na concentração de dióxido de carbono há 55 milhões de anos.

Os modelos utilizados no novo estudo mostraram que quando o nível de metano na atmosfera aumenta acentuadamente, o conteúdo de oxigênio e hidrogênio reagindo com o metano diminui (até que a reação pare), e o metano restante permanece no ar por centenas de anos, tornando-se ela própria uma causa do aquecimento global. E essas centenas de anos são suficientes para aquecer a atmosfera, derreter o gelo dos oceanos e mudar todo o sistema climático.

As principais fontes antropogénicas de metano são a fermentação digestiva na pecuária, a cultura do arroz e a queima de biomassa (incluindo a desflorestação). Estudos recentes mostraram que um rápido aumento nas concentrações atmosféricas de metano ocorreu no primeiro milénio d.C. (presumivelmente como resultado da expansão da produção agrícola e pecuária e das queimadas florestais). Entre 1000 e 1700, as concentrações de metano caíram 40%, mas começaram a aumentar novamente nos últimos séculos (presumivelmente como resultado da expansão de terras aráveis ​​e pastagens e da queima de florestas, do uso de madeira para aquecimento, do aumento do número de animais , esgoto e cultivo de arroz). Alguma contribuição para o fornecimento de metano vem de vazamentos durante o desenvolvimento de depósitos de carvão e gás natural, bem como da emissão de metano como parte do biogás gerado em locais de eliminação de resíduos

Dióxido de carbono

As fontes de dióxido de carbono na atmosfera da Terra são as emissões vulcânicas, a atividade vital dos organismos e a atividade humana. As fontes antropogénicas incluem a combustão de combustíveis fósseis, a queima de biomassa (incluindo a desflorestação) e alguns processos industriais (por exemplo, a produção de cimento). Os principais consumidores de dióxido de carbono são as plantas. Normalmente, a biocenose absorve aproximadamente a mesma quantidade de dióxido de carbono que produz (inclusive por meio da decomposição da biomassa).

A influência do dióxido de carbono na intensidade do efeito estufa.

Ainda há muito a aprender sobre o ciclo do carbono e o papel dos oceanos do mundo como vasto reservatório de dióxido de carbono. Como mencionado acima, todos os anos a humanidade adiciona 7 mil milhões de toneladas de carbono sob a forma de CO 2 aos 750 mil milhões de toneladas existentes. Mas apenas cerca de metade das nossas emissões – 3 mil milhões de toneladas – permanecem no ar. Isto pode ser explicado pelo facto de a maior parte do CO 2 ser utilizado pelas plantas terrestres e marinhas, enterrado em sedimentos marinhos, absorvido pela água do mar ou absorvido de outra forma. Desta grande porção de CO 2 (cerca de 4 mil milhões de toneladas), o oceano absorve cerca de dois mil milhões de toneladas de dióxido de carbono atmosférico todos os anos.

Tudo isso aumenta o número de perguntas sem resposta: Como exatamente a água do mar interage com o ar atmosférico, absorvendo CO 2? Quanto mais carbono podem os mares absorver e que nível de aquecimento global poderá afectar a sua capacidade? Qual é a capacidade dos oceanos de absorver e armazenar o calor retido pelas alterações climáticas?

O papel das nuvens e das partículas suspensas nas correntes de ar chamadas aerossóis não é fácil de levar em conta na construção de um modelo climático. As nuvens sombreiam a superfície terrestre, levando ao resfriamento, mas dependendo de sua altura, densidade e outras condições, também podem reter o calor refletido da superfície terrestre, aumentando a intensidade do efeito estufa. O efeito dos aerossóis também é interessante. Alguns deles alteram o vapor d’água, condensando-o em pequenas gotículas que formam nuvens. Estas nuvens são muito densas e obscurecem a superfície da Terra durante semanas. Ou seja, eles bloqueiam a luz solar até cair com a precipitação.

O efeito combinado pode ser enorme: a erupção do Monte Pinatuba, nas Filipinas, em 1991, libertou um volume colossal de sulfatos na estratosfera, causando uma queda mundial na temperatura que durou dois anos.

Assim, a nossa própria poluição, causada principalmente pela queima de carvão e óleos contendo enxofre, pode compensar temporariamente os efeitos do aquecimento global. Os especialistas estimam que os aerossóis reduziram o aquecimento em 20% durante o século XX. Em geral, as temperaturas têm aumentado desde a década de 1940, mas caíram desde 1970. O efeito aerossol pode ajudar a explicar o arrefecimento anómalo de meados do século passado.

Em 2006, as emissões de dióxido de carbono na atmosfera ascenderam a 24 mil milhões de toneladas. Um grupo muito activo de investigadores argumenta contra a ideia de que a actividade humana é uma das causas do aquecimento global. Para ela, o principal são os processos naturais das mudanças climáticas e do aumento da atividade solar. Mas, segundo Klaus Hasselmann, chefe do Centro Climatológico Alemão em Hamburgo, apenas 5% podem ser explicados por causas naturais, e os restantes 95% são factores provocados pela actividade humana.

Alguns cientistas também não associam o aumento do CO 2 ao aumento da temperatura. Os cépticos dizem que se o aumento das temperaturas for atribuído ao aumento das emissões de CO2, as temperaturas devem ter aumentado durante o boom económico do pós-guerra, quando os combustíveis fósseis foram queimados em enormes quantidades. No entanto, Jerry Mallman, diretor do Laboratório Geofísico de Dinâmica de Fluidos, calculou que o aumento do uso de carvão e petróleo aumentou rapidamente o teor de enxofre na atmosfera, causando resfriamento. Depois de 1970, o efeito térmico dos longos ciclos de vida do CO 2 e do metano suprimiu os aerossóis de rápida decomposição, provocando o aumento das temperaturas. Assim, podemos concluir que a influência do dióxido de carbono na intensidade do efeito estufa é enorme e inegável.

No entanto, o aumento do efeito estufa pode não ser catastrófico. Na verdade, as altas temperaturas podem ser bem-vindas onde são bastante raras. Desde 1900, o maior aquecimento foi observado entre 40 e 70 0 de latitude norte, incluindo a Rússia, a Europa e a parte norte dos Estados Unidos, onde as emissões industriais de gases com efeito de estufa começaram mais cedo. A maior parte do aquecimento ocorre à noite, principalmente devido ao aumento da cobertura de nuvens, que retém o calor que sai. Como resultado, a época de semeadura foi prorrogada por uma semana.

Além disso, o efeito estufa pode ser uma boa notícia para alguns agricultores. Altas concentrações de CO 2 podem ter um efeito positivo nas plantas porque as plantas utilizam dióxido de carbono durante a fotossíntese, convertendo-o em tecido vivo. Portanto, mais plantas significam maior absorção de CO 2 da atmosfera, desacelerando o aquecimento global.

Este fenômeno foi estudado por especialistas americanos. Eles decidiram criar um modelo de mundo com o dobro da quantidade de CO 2 no ar. Para fazer isso, eles usaram uma floresta de pinheiros de quatorze anos no norte da Califórnia. O gás era bombeado através de canos instalados entre as árvores. A fotossíntese aumentou 50-60%. Mas o efeito logo se tornou o oposto. As árvores sufocantes não conseguiam lidar com tais volumes de dióxido de carbono. A vantagem no processo de fotossíntese foi perdida. Este é outro exemplo de como a manipulação humana leva a resultados inesperados.

Mas estes pequenos aspectos positivos do efeito estufa não podem ser comparados com os negativos. Tomemos, por exemplo, a experiência com um pinhal, onde o volume de CO 2 duplicou e, no final deste século, prevê-se que a concentração de CO 2 quadruplicará. Pode-se imaginar quão catastróficas poderiam ser as consequências para as plantas. E isso, por sua vez, aumentará o volume de CO 2, pois quanto menos plantas, maior será a concentração de CO 2.

Consequências do efeito estufa

gases de efeito estufa clima

À medida que as temperaturas aumentam, a evaporação da água dos oceanos, lagos, rios, etc. Dado que o ar mais quente pode reter mais vapor de água, isto cria um poderoso efeito de feedback: quanto mais quente fica, maior é o teor de vapor de água no ar, o que por sua vez aumenta o efeito de estufa.

A atividade humana tem pouco efeito na quantidade de vapor d'água na atmosfera. Mas emitimos outros gases de efeito estufa, o que torna o efeito estufa cada vez mais intenso. Os cientistas acreditam que o aumento das emissões de CO 2, principalmente provenientes da queima de combustíveis fósseis, explica pelo menos cerca de 60% do aquecimento da Terra desde 1850. A concentração de dióxido de carbono na atmosfera está a aumentar cerca de 0,3% ao ano e é agora cerca de 30% mais elevada do que antes da revolução industrial. Se expressarmos isso em termos absolutos, então a cada ano a humanidade acrescenta aproximadamente 7 bilhões de toneladas. Apesar de esta ser uma parte pequena em relação à quantidade total de dióxido de carbono na atmosfera - 750 bilhões de toneladas, e ainda menor se comparada à quantidade de CO 2 contida no Oceano Mundial - aproximadamente 35 trilhões de toneladas, ainda é muito significativo. Motivo: os processos naturais estão em equilíbrio, tal volume de CO 2 entra na atmosfera, que é retirado de lá. E a atividade humana apenas adiciona CO 2.

A atmosfera é o envelope de ar da Terra. Estendendo-se até 3.000 km da superfície da Terra. Seus vestígios podem ser rastreados até altitudes de até 10.000 km. A. tem densidade desigual 50 5 suas massas estão concentradas até 5 km, 75% - até 10 km, 90% - até 16 km.

A atmosfera consiste em ar - uma mistura mecânica de vários gases.

Azoto(78%) na atmosfera desempenha o papel de diluente do oxigênio, regulando a taxa de oxidação e, consequentemente, a velocidade e intensidade dos processos biológicos. O nitrogênio é o principal elemento da atmosfera terrestre, que troca continuamente com a matéria viva da biosfera, e as partes constituintes desta última são os compostos de nitrogênio (aminoácidos, purinas, etc.). O nitrogênio é extraído da atmosfera por rotas inorgânicas e bioquímicas, embora estejam intimamente relacionadas. A extração inorgânica está associada à formação de seus compostos N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Eles são encontrados na precipitação e se formam na atmosfera sob a influência de descargas elétricas durante tempestades ou reações fotoquímicas sob a influência da radiação solar.

A fixação biológica de nitrogênio é realizada por algumas bactérias em simbiose com plantas superiores no solo. O nitrogênio também é fixado por alguns microrganismos planctônicos e algas no ambiente marinho. Em termos quantitativos, a fixação biológica do azoto excede a sua fixação inorgânica. A troca de todo o nitrogênio na atmosfera ocorre em aproximadamente 10 milhões de anos. O nitrogênio é encontrado em gases de origem vulcânica e em rochas ígneas. Quando várias amostras de rochas cristalinas e meteoritos são aquecidas, o nitrogênio é liberado na forma de moléculas de N 2 e NH 3. Porém, a principal forma de presença do nitrogênio, tanto na Terra quanto nos planetas terrestres, é molecular. A amônia, entrando na alta atmosfera, oxida rapidamente, liberando nitrogênio. Nas rochas sedimentares está enterrado junto com a matéria orgânica e é encontrado em quantidades cada vez maiores em depósitos betuminosos. Durante o metamorfismo regional dessas rochas, o nitrogênio é liberado em várias formas na atmosfera terrestre.

Ciclo geoquímico do nitrogênio (

Oxigênio(21%) é utilizado pelos organismos vivos para a respiração e faz parte da matéria orgânica (proteínas, gorduras, carboidratos). Ozônio O3. atrasa a radiação ultravioleta destrutiva da vida do Sol.

O oxigênio é o segundo gás mais difundido na atmosfera, desempenhando um papel extremamente importante em muitos processos da biosfera. A forma dominante de sua existência é O 2. Nas camadas superiores da atmosfera, sob a influência da radiação ultravioleta, ocorre a dissociação das moléculas de oxigênio e, a uma altitude de aproximadamente 200 km, a proporção de oxigênio atômico para molecular (O: O 2) torna-se igual a 10. Quando estes formas de oxigênio interagem na atmosfera (a uma altitude de 20-30 km), no cinturão de ozônio (tela de ozônio). O ozônio (O 3) é necessário para os organismos vivos, bloqueando a maior parte da radiação ultravioleta do Sol, que lhes é prejudicial.

Nos estágios iniciais do desenvolvimento da Terra, o oxigênio livre apareceu em quantidades muito pequenas como resultado da fotodissociação do dióxido de carbono e das moléculas de água nas camadas superiores da atmosfera. Porém, essas pequenas quantidades foram rapidamente consumidas pela oxidação de outros gases. Com o aparecimento de organismos fotossintéticos autotróficos no oceano, a situação mudou significativamente. A quantidade de oxigênio livre na atmosfera começou a aumentar progressivamente, oxidando ativamente muitos componentes da biosfera. Assim, as primeiras porções de oxigênio livre contribuíram principalmente para a transição das formas ferrosas do ferro em formas de óxido e dos sulfetos em sulfatos.

Eventualmente, a quantidade de oxigênio livre na atmosfera terrestre atingiu uma certa massa e foi equilibrada de tal forma que a quantidade produzida tornou-se igual à quantidade absorvida. Um conteúdo relativamente constante de oxigênio livre foi estabelecido na atmosfera.

Ciclo geoquímico do oxigênio (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Dióxido de carbono, entra na formação da matéria viva e, junto com o vapor d'água, cria o chamado “efeito estufa (estufa)”.

Carbono (dióxido de carbono) - a maior parte na atmosfera está na forma de CO 2 e muito menos na forma de CH 4. A importância da história geoquímica do carbono na biosfera é extremamente grande, uma vez que faz parte de todos os organismos vivos. Nos organismos vivos predominam as formas reduzidas de carbono e, no ambiente da biosfera, predominam as formas oxidadas. Assim, estabelece-se a troca química do ciclo de vida: CO 2 ↔ matéria viva.

A fonte de dióxido de carbono primário na biosfera é a atividade vulcânica associada à desgaseificação secular do manto e dos horizontes inferiores da crosta terrestre. Parte deste dióxido de carbono surge durante a decomposição térmica de calcários antigos em várias zonas metamórficas. A migração de CO 2 na biosfera ocorre de duas maneiras.

O primeiro método se expressa na absorção de CO 2 durante a fotossíntese com a formação de substâncias orgânicas e posterior soterramento em condições redutoras favoráveis ​​​​na litosfera na forma de turfa, carvão, óleo e xisto betuminoso. De acordo com o segundo método, a migração de carbono leva à criação de um sistema carbonático na hidrosfera, onde o CO 2 se transforma em H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Então, com a participação do cálcio (menos comumente magnésio e ferro), os carbonatos são depositados por vias biogênicas e abiogênicas. Aparecem espessas camadas de calcário e dolomita. De acordo com A. B. Ronov, a proporção de carbono orgânico (Corg) para carbono carbonático (Ccarb) na história da biosfera foi de 1:4.

Juntamente com o ciclo global do carbono, existem também vários pequenos ciclos do carbono. Assim, em terra, as plantas verdes absorvem CO 2 para o processo de fotossíntese durante o dia e à noite o liberam na atmosfera. Com a morte dos organismos vivos na superfície terrestre, ocorre a oxidação das substâncias orgânicas (com a participação dos microrganismos) com liberação de CO 2 na atmosfera. Nas últimas décadas, um lugar especial no ciclo do carbono tem sido ocupado pela combustão massiva de combustíveis fósseis e pelo aumento do seu conteúdo na atmosfera moderna.

Ciclo do carbono no envelope geográfico (de acordo com F. Ramad, 1981)

Argônio- o terceiro gás atmosférico mais difundido, o que o distingue nitidamente de outros gases inertes distribuídos de forma extremamente esparsa. Contudo, o argônio em sua história geológica compartilha o destino desses gases, que se caracterizam por duas características:

1. a irreversibilidade da sua acumulação na atmosfera;
2. estreita ligação com o decaimento radioativo de certos isótopos instáveis.

Os gases inertes estão fora do ciclo da maioria dos elementos cíclicos da biosfera terrestre.

Todos os gases inertes podem ser divididos em primários e radiogênicos. Os principais incluem aqueles que foram capturados pela Terra durante o período de sua formação. Eles são extremamente raros. A parte primária do argônio é representada principalmente pelos isótopos 36 Ar e 38 Ar, enquanto o argônio atmosférico consiste inteiramente no isótopo 40 Ar (99,6%), que é sem dúvida radiogênico. Nas rochas contendo potássio, o acúmulo de argônio radiogênico ocorreu e continua ocorrendo devido ao decaimento do potássio-40 por captura de elétrons: 40 K + e → 40 Ar.

Portanto, o teor de argônio nas rochas é determinado pela idade e pela quantidade de potássio. Nesta medida, a concentração de hélio nas rochas é uma função da sua idade e do conteúdo de tório e urânio. O argônio e o hélio são liberados na atmosfera pelas entranhas da Terra durante as erupções vulcânicas, através de rachaduras na crosta terrestre na forma de jatos de gás e também durante o intemperismo das rochas. De acordo com cálculos realizados por P. Dimon e J. Culp, o hélio e o argônio na era moderna acumulam-se na crosta terrestre e entram na atmosfera em quantidades relativamente pequenas. A taxa de entrada desses gases radiogênicos é tão baixa que durante a história geológica da Terra não foi possível garantir seu conteúdo observado na atmosfera moderna. Portanto, resta supor que a maior parte do argônio na atmosfera veio das entranhas da Terra nos estágios iniciais de seu desenvolvimento e muito menos foi adicionado posteriormente durante o processo de vulcanismo e durante o intemperismo de rochas contendo potássio.

Assim, ao longo do tempo geológico, o hélio e o argônio tiveram diferentes processos de migração. Há muito pouco hélio na atmosfera (cerca de 5 * 10 -4%), e a “respiração de hélio” da Terra era mais leve, pois, como o gás mais leve, evaporou para o espaço sideral. E a “respiração de argônio” era pesada e o argônio permaneceu dentro dos limites do nosso planeta. A maioria dos gases nobres primordiais, como o néon e o xenônio, foram associados ao néon primordial capturado pela Terra durante sua formação, bem como à liberação durante a desgaseificação do manto para a atmosfera. Todo o conjunto de dados sobre a geoquímica dos gases nobres indica que a atmosfera primária da Terra surgiu nos estágios iniciais de seu desenvolvimento.

A atmosfera contém vapor de água E água no estado líquido e sólido. A água na atmosfera é um importante acumulador de calor.

As camadas inferiores da atmosfera contêm uma grande quantidade de poeira e aerossóis minerais e tecnogênicos, produtos de combustão, sais, esporos e pólen, etc.

Até uma altitude de 100-120 km, devido à mistura completa do ar, a composição da atmosfera é homogênea. A proporção entre nitrogênio e oxigênio é constante. Acima predominam gases inertes, hidrogênio, etc. Nas camadas inferiores da atmosfera existe vapor d'água. Com a distância da terra o seu conteúdo diminui. Quanto maior a proporção de mudanças de gases, por exemplo, a uma altitude de 200-800 km, o oxigênio predomina sobre o nitrogênio em 10-100 vezes.