Structura și echilibrul gazelor din atmosferă. Compoziția atmosferei Compoziția atmosferei pământului

Nu există cu adevărat nimic care să poată regla cantitatea de gaze cu efect de seră din atmosferă? Desigur că se poate. Oxigenul face această treabă perfect. Dar problema este că populația planetei crește inexorabil, ceea ce înseamnă că se consumă din ce în ce mai mult oxigen. Singura noastră mântuire este vegetația, în special pădurile. Ele absorb excesul de dioxid de carbon și eliberează mult mai mult oxigen decât consumă oamenii.

Efectul de seră și clima Pământului

Când vorbim despre consecințele efectului de seră, înțelegem impactul acestuia asupra climei Pământului. În primul rând, este încălzirea globală. Mulți oameni echivalează conceptele de „efect de seră” și „încălzire globală”, dar ele nu sunt egale, ci interdependente: primul este cauza celui de-al doilea.

Încălzirea globală este direct legată de oceane. Iată un exemplu de două relații cauză-efect.

1. Temperatura medie a planetei crește, lichidul începe să se evapore. Acest lucru este valabil și pentru Oceanul Mondial: unii oameni de știință se tem că în câteva sute de ani va începe să „se usuce”.
2. În același timp, din cauza temperaturilor ridicate, ghețarii și gheața de mare vor începe să se topească activ în viitorul apropiat. Acest lucru va duce la o creștere inevitabilă a nivelului mării.

Vedem deja inundații regulate în zonele de coastă, dar dacă nivelul Oceanului Mondial crește semnificativ, toate zonele de uscat din apropiere vor fi inundate și recoltele vor pieri.

Impact asupra vieții oamenilor

Nu uitați că o creștere a temperaturii medii a Pământului ne va afecta viața. Consecințele pot fi foarte grave. Multe zone ale planetei noastre, deja predispuse la secetă, vor deveni absolut neviabile, oamenii vor începe să migreze în masă în alte regiuni. Acest lucru va duce inevitabil la probleme socio-economice și la izbucnirea celui de-al treilea și al patrulea război mondial. Lipsa hranei, distrugerea culturilor - asta ne așteaptă în secolul următor.

Dar trebuie să aștepte? Sau mai e posibil sa schimbi ceva? Poate omenirea să reducă daunele cauzate de efectul de seră?

Acțiuni care pot salva Pământul

Astăzi, toți factorii nocivi care duc la acumularea de gaze cu efect de seră sunt cunoscuți și știm ce trebuie făcut pentru a o opri. Să nu crezi că o singură persoană nu va schimba nimic. Desigur, doar întreaga umanitate poate obține efectul, dar cine știe - poate încă o sută de oameni citesc un articol similar în acest moment?

Conservarea pădurilor

Oprirea defrișărilor. Plantele sunt salvarea noastră! În plus, este necesar nu numai conservarea pădurilor existente, ci și plantarea activă a altora noi.

Fiecare persoană ar trebui să înțeleagă această problemă.

Fotosinteza este atât de puternică încât ne poate furniza cantități uriașe de oxigen. Va fi suficient pentru viața normală a oamenilor și pentru eliminarea gazelor nocive din atmosferă.

Utilizarea vehiculelor electrice

Refuzul de a folosi vehicule alimentate cu combustibil. Fiecare mașină emite o cantitate imensă de gaze cu efect de seră în fiecare an, așa că de ce să nu facem o alegere mai sănătoasă pentru mediu? Oamenii de știință ne oferă deja mașini electrice - mașini ecologice care nu folosesc combustibil. Minusul unei mașini „combustibil” este un alt pas către eliminarea gazelor cu efect de seră. Peste tot în lume încearcă să accelereze această tranziție, dar până acum dezvoltările moderne ale unor astfel de mașini sunt departe de a fi perfecte. Chiar și în Japonia, unde astfel de mașini sunt folosite cel mai mult, nu sunt pregătite să treacă complet la utilizarea lor.

Alternativă la combustibilii cu hidrocarburi

Invenția energiei alternative. Omenirea nu stă pe loc, așa că de ce suntem blocați să folosim cărbune, petrol și gaz? Arderea acestor componente naturale duce la acumularea de gaze cu efect de seră în atmosferă, așa că este timpul să trecem la o formă de energie ecologică.

Nu putem abandona complet tot ce emite gaze nocive. Dar putem ajuta la creșterea oxigenului în atmosferă. Nu numai un bărbat adevărat ar trebui să planteze un copac - fiecare persoană trebuie să facă asta!

Atmosfera (din grecescul atmoc - abur și sferă - bilă) este învelișul de gaz (aer) al Pământului, care se rotește odată cu acesta. Viața pe Pământ este posibilă atâta timp cât există atmosfera. Toate organismele vii folosesc aerul atmosferic pentru respirație, atmosfera protejează de efectele nocive ale razelor cosmice și ale temperaturilor distructive pentru organismele vii, „respirația” rece a spațiului.

Aerul atmosferic este un amestec de gaze care formează atmosfera Pământului. Aerul este inodor, transparent, densitatea lui este de 1,2928 g/l, solubilitatea în apă este de 29,18 cm~/l, iar în stare lichidă capătă o culoare albăstruie. Viața umană este imposibilă fără aer, fără apă și hrană, dar dacă o persoană poate trăi fără hrană câteva săptămâni, fără apă - timp de câteva zile, atunci moartea prin sufocare are loc după 4 - 5 minute.

Principalele componente ale atmosferei sunt: ​​azotul, oxigenul, argonul și dioxidul de carbon. Pe lângă argon, alte gaze inerte sunt conținute în concentrații mici. Aerul atmosferic conține întotdeauna vapori de apă (aproximativ 3 - 4%) și particule solide - praf.

Atmosfera terestră este împărțită în homosfera inferioară (până la 100 km) cu o compoziție omogenă a aerului de suprafață și hetosfera superioară cu o compoziție chimică eterogenă. Una dintre proprietățile importante ale atmosferei este prezența oxigenului. Nu exista oxigen în atmosfera primară a Pământului. Apariția și acumularea sa este asociată cu răspândirea plantelor verzi și cu procesul de fotosinteză. Ca urmare a interacțiunii chimice a substanțelor cu oxigenul, organismele vii primesc energia necesară vieții lor.

Prin atmosferă are loc schimbul de substanțe între Pământ și Spațiu, în timp ce Pământul primește praf cosmic și meteoriți și pierde cele mai ușoare gaze - hidrogen și heliu. Atmosfera este pătrunsă de radiații solare puternice, care determină regimul termic al suprafeței planetei, provoacă disociarea moleculelor de gaze atmosferice și ionizarea atomilor. Atmosfera superioară vastă și subțire este formată în principal din ioni.

Proprietățile fizice și starea atmosferei se modifică în timp: în timpul zilei, anotimpuri, ani - și în spațiu, în funcție de altitudinea deasupra nivelului mării, latitudinea și distanța față de ocean.

Structura atmosferei

Atmosfera, a cărei masă totală este de 5,15 10" tone, se extinde în sus de la suprafața Pământului până la aproximativ 3 mii de km. Compoziția chimică și proprietățile fizice ale atmosferei se modifică odată cu altitudinea, astfel încât aceasta este împărțită în troposferă, stratosferă, mezosferă, ionosferă (termosferă) și exosferă.

Cea mai mare parte a aerului din atmosferă (până la 80%) este situată în stratul inferior, la sol - troposfera. Grosimea troposferei este în medie de 11 - 12 km: 8 - 10 km deasupra polilor, 16 - 18 km deasupra ecuatorului. La îndepărtarea de suprafața Pământului în troposferă, temperatura scade cu 6 "C la 1 km (Fig. 8). La o altitudine de 18 - 20 km, scăderea lină a temperaturii se oprește, rămâne aproape constantă: - 60 ... - 70 "C. Această parte a atmosferei se numește tropopauză. Următorul strat - stratosfera - ocupă o înălțime de 20 - 50 km de suprafața pământului. Restul (20%) din aer este concentrat în el. Aici temperatura crește odată cu distanța de la suprafața Pământului cu 1 - 2 "C la 1 km și în stratopauză la o altitudine de 50 - 55 km ajunge la 0 "C. Mai departe, la o altitudine de 55-80 km, se află mezosfera. La îndepărtarea de Pământ, temperatura scade cu 2 - 3 "C la 1 km, iar la o altitudine de 80 km, în mezopauză, ajunge la - 75... - 90 "C. Termosfera și exosfera, ocupând altitudini de 80 - 1000 și, respectiv, 1000 - 2000 km, sunt părțile cele mai rarefiate ale atmosferei. Aici se găsesc doar molecule individuale, atomi și ioni de gaze, a căror densitate este de milioane de ori mai mică decât cea a suprafeței Pământului. Au fost găsite urme de gaze până la o altitudine de 10 - 20 mii km.

Grosimea învelișului de aer este relativ mică în comparație cu distanțele cosmice: este un sfert din raza Pământului și o zece miimi din distanța de la Pământ la Soare. Densitatea atmosferei la nivelul marii este de 0,001 g/cm~, i.e. de o mie de ori mai mică decât densitatea apei.

Există un schimb constant de căldură, umiditate și gaze între atmosferă, suprafața pământului și alte sfere ale Pământului, care, împreună cu circulația maselor de aer în atmosferă, afectează principalele procese de formare a climei. Atmosfera protejează organismele vii de fluxul puternic al radiațiilor cosmice. În fiecare secundă, un flux de raze cosmice lovește straturile superioare ale atmosferei: gama, raze X, ultraviolete, vizibile, infraroșii. Dacă toți ar ajunge la suprafața pământului, ar distruge toată viața în câteva clipe.

Scutul de ozon are cea mai importantă valoare de protecție. Este situat în stratosferă la o altitudine de 20 până la 50 km de suprafața Pământului. Cantitatea totală de ozon (Oz) din atmosferă este estimată la 3,3 miliarde de tone Grosimea acestui strat este relativ mică: în total este de 2 mm la ecuator și de 4 mm la poli în condiții normale. Concentrația maximă de ozon - 8 părți per milion de părți de aer - este situată la o altitudine de 20 - 25 km.

Principala semnificație a ecranului cu ozon este că protejează organismele vii de radiațiile ultraviolete dure. O parte din energia sa este cheltuită pentru reacția: SO2 ↔ SO3. Ecranul cu ozon absoarbe razele ultraviolete cu o lungime de undă de aproximativ 290 nm sau mai puțin, astfel încât razele ultraviolete, care sunt benefice pentru animalele superioare și pentru oameni și dăunătoare pentru microorganisme, ajung la suprafața pământului. Distrugerea stratului de ozon, observată la începutul anilor 1980, se explică prin utilizarea freonilor în unitățile frigorifice și eliberarea în atmosferă a aerosolilor folosiți în viața de zi cu zi. Emisiile de freon în lume au ajuns atunci la 1,4 milioane de tone pe an, iar contribuția țărilor individuale la poluarea aerului cu freoni a fost: 35% - SUA, 10% fiecare - Japonia și Rusia, 40% - țările CEE, 5% - alte țări. Măsurile coordonate au făcut posibilă reducerea eliberării de freoni în atmosferă. Zborurile aeronavelor supersonice și ale navelor spațiale au un impact devastator asupra stratului de ozon.

Atmosfera protejează Pământul de numeroși meteoriți. În fiecare secundă, până la 200 de milioane de meteoriți intră în atmosferă, vizibili cu ochiul liber, dar ard în atmosferă. Particulele mici de praf cosmic își încetinesc mișcarea în atmosferă. Aproximativ 10" meteoriți mici cad pe Pământ în fiecare zi. Acest lucru duce la o creștere a masei Pământului cu 1 mie de tone pe an. Atmosfera este un filtru termoizolant. Fără atmosferă, diferența de temperatură pe Pământ pe zi ar atinge 200"C (de la 100"C după-amiaza până la - 100"C noaptea).

Compoziția relativ constantă a aerului atmosferic din troposferă este de cea mai mare importanță pentru toate organismele vii. Echilibrul gazelor din atmosferă este menținut datorită proceselor în desfășurare constantă de utilizare a acestora de către organismele vii și a eliberării gazelor în atmosferă. Azotul este eliberat în timpul proceselor geologice puternice (erupții vulcanice, cutremure) și în timpul descompunerii compușilor organici. Azotul este eliminat din aer datorită activității bacteriilor nodulare.

Cu toate acestea, în ultimii ani a avut loc o modificare a echilibrului de azot din atmosferă din cauza activităților economice umane. Fixarea azotului în timpul producției de îngrășăminte cu azot a crescut semnificativ. Se presupune că volumul de fixare a azotului industrial va crește semnificativ în viitorul apropiat și va depăși eliberarea acestuia în atmosferă. Se estimează că producția de îngrășăminte cu azot se va dubla la fiecare 6 ani. Acest lucru satisface nevoile agricole tot mai mari de îngrășăminte cu azot. Cu toate acestea, problema compensației pentru eliminarea azotului din aerul atmosferic rămâne nerezolvată. Cu toate acestea, din cauza cantității totale uriașe de azot din atmosferă, această problemă nu este la fel de gravă precum echilibrul de oxigen și dioxid de carbon.

Cu aproximativ 3,5 - 4 miliarde de ani în urmă, conținutul de oxigen din atmosferă era de 1000 de ori mai mic decât acum, deoarece nu existau producători principali de oxigen - plantele verzi. Raportul actual de oxigen și dioxid de carbon este menținut de activitatea vitală a organismelor vii. Ca rezultat al fotosintezei, plantele verzi consumă dioxid de carbon și eliberează oxigen. Este folosit pentru respirație de către toate organismele vii. Procesele naturale de consum de CO3 și O2 și eliberarea lor în atmosferă sunt bine echilibrate.

Odată cu dezvoltarea industriei și a transporturilor, oxigenul este utilizat în procesele de ardere în cantități din ce în ce mai mari. De exemplu, în timpul unui zbor transatlantic, un avion cu reacție arde 35 de tone de oxigen. O mașină de pasageri consumă necesarul zilnic de oxigen de o persoană la 1,5 mii de kilometri (în medie, o persoană consumă 500 de litri de oxigen pe zi, trecând 12 tone de aer prin plămâni). Potrivit experților, arderea diferitelor tipuri de combustibil necesită acum de la 10 la 25% din oxigenul produs de plantele verzi. Aportul de oxigen în atmosferă este în scădere datorită reducerii suprafețelor de păduri, savane, stepe și creșterii zonelor deșertice, creșterea orașelor și a autostrăzilor de transport. Numărul producătorilor de oxigen în rândul plantelor acvatice este în scădere din cauza poluării râurilor, lacurilor, mărilor și oceanelor. Se crede că în următorii 150 - 180 de ani cantitatea de oxigen din atmosferă se va reduce cu o treime în comparație cu conținutul actual.

Utilizarea rezervelor de oxigen crește în același timp cu o creștere echivalentă a eliberării de dioxid de carbon în atmosferă. Potrivit ONU, în ultimii 100 de ani, cantitatea de CO~ din atmosfera Pământului a crescut cu 10 - 15%. Dacă tendința intenționată continuă, atunci în al treilea mileniu cantitatea de CO~ din atmosferă poate crește cu 25%, adică. de la 0,0324 la 0,04% din volumul aerului atmosferic uscat. O ușoară creștere a dioxidului de carbon din atmosferă are un efect pozitiv asupra productivității plantelor agricole. Astfel, atunci când aerul din sere este saturat cu dioxid de carbon, randamentul legumelor crește datorită intensificării procesului de fotosinteză. Cu toate acestea, odată cu creșterea COz în atmosferă, apar probleme globale complexe, care vor fi discutate mai jos.

Atmosfera este unul dintre principalii factori meteorologici și de formare a climei. Sistemul de formare a climei include atmosfera, oceanul, suprafața terestră, criosfera și biosfera. Caracteristicile de mobilitate și inerție ale acestor componente sunt diferite, ele au timpi de reacție diferiți la perturbațiile externe din sistemele adiacente. Astfel, pentru atmosfera si suprafata uscata, timpul de raspuns este de cateva saptamani sau luni. Atmosfera este asociată cu procese de circulație de transfer de umiditate și căldură și activitate ciclonică.

Efectul de seră din atmosfera planetei noastre este cauzat de faptul că fluxul de energie în domeniul infraroșu al spectrului, care se ridică de la suprafața Pământului, este absorbit de moleculele de gaze atmosferice și radiat înapoi în direcții diferite, ca urmare, jumătate din energia absorbită de moleculele de gaze cu efect de seră se întoarce înapoi la suprafața Pământului, determinând încălzirea acestuia. De remarcat că efectul de seră este un fenomen atmosferic natural (Fig. 5). Dacă nu ar exista deloc efect de seră pe Pământ, atunci temperatura medie pe planeta noastră ar fi de aproximativ -21°C, dar datorită gazelor cu efect de seră, este de +14°C. Prin urmare, pur teoretic, activitatea umană asociată cu eliberarea de gaze cu efect de seră în atmosfera Pământului ar trebui să conducă la încălzirea în continuare a planetei. Principalele gaze cu efect de seră, în ordinea impactului lor estimat asupra bilanţului termic al Pământului, sunt vaporii de apă (36-70%), dioxidul de carbon (9-26%), metanul (4-9%), halocarburile, oxidul de azot.

Orez.

Centralele electrice pe cărbune, coșurile de fum din fabrică, evacuarea autovehiculelor și alte surse de poluare produse de om emit împreună aproximativ 22 de miliarde de tone de dioxid de carbon și alte gaze cu efect de seră în atmosferă în fiecare an. Creșterea animalelor, utilizarea îngrășămintelor, arderea cărbunelui și alte surse produc aproximativ 250 de milioane de tone de metan pe an. Aproximativ jumătate din toate gazele cu efect de seră emise de umanitate rămân în atmosferă. Aproximativ trei sferturi din toate emisiile de gaze cu efect de seră antropice din ultimii 20 de ani sunt cauzate de utilizarea petrolului, gazelor naturale și cărbunelui (Figura 6). O mare parte din restul este cauzată de schimbările peisajului, în primul rând defrișările.

Orez.

vapor de apă- cel mai important gaz cu efect de seră azi. Cu toate acestea, vaporii de apă sunt implicați și în multe alte procese, ceea ce face rolul său mult ambiguu în diferite condiții.

În primul rând, în timpul evaporării de pe suprafața Pământului și condensării ulterioare în atmosferă, până la 40% din toată căldura care intră în atmosferă este transferată în straturile inferioare ale atmosferei (troposferă) datorită convecției. Astfel, atunci când vaporii de apă se evaporă, scade ușor temperatura suprafeței. Dar căldura eliberată ca urmare a condensului în atmosferă merge să o încălzească și, ulterior, să încălzească suprafața Pământului însuși.

Dar după condensarea vaporilor de apă, se formează picături de apă sau cristale de gheață, care participă intens la procesele de împrăștiere a luminii solare, reflectând o parte din energia solară înapoi în spațiu. Norii, care sunt doar acumulări ale acestor picături și cristale, cresc ponderea energiei solare (albedo) reflectată de atmosfera însăși înapoi în spațiu (și apoi precipitațiile din nori pot cădea sub formă de zăpadă, crescând albedo-ul suprafeței). ).

Cu toate acestea, vaporii de apă, chiar condensați în picături și cristale, au încă benzi de absorbție puternice în regiunea infraroșu a spectrului, ceea ce înseamnă că rolul acelorași nori este departe de a fi clar. Această dualitate este vizibilă mai ales în următoarele cazuri extreme - când cerul este acoperit cu nori pe vreme însorită de vară, temperatura de suprafață scade și, dacă același lucru se întâmplă într-o noapte de iarnă, atunci, dimpotrivă, crește. Rezultatul final este influențat și de poziția norilor - la altitudini joase, norii groși reflectă multă energie solară, iar balanța poate fi în acest caz în favoarea efectului anti-seră, dar la altitudini mari, cirurile subțiri. norii transmit destul de multă energie solară în jos, dar chiar și norii subțiri sunt obstacole aproape de netrecut în calea radiațiilor infraroșii și, și aici putem vorbi despre predominanța efectului de seră.

O altă caracteristică a vaporilor de apă - o atmosferă umedă contribuie într-o oarecare măsură la legarea unui alt gaz cu efect de seră - dioxidul de carbon și la transferul acestuia prin precipitații la suprafața Pământului, unde, ca urmare a unor procese ulterioare, poate fi consumat în formare. de carbonaţi şi minerale combustibile.

Activitatea umană are un efect direct foarte slab asupra conținutului de vapori de apă din atmosferă - numai datorită creșterii suprafeței terenului irigat, modificărilor în zona mlaștinilor și a muncii de energie, care este neglijabilă împotriva fundalul evaporării de pe întreaga suprafață a apei a Pământului și activitatea vulcanică. Din această cauză, deseori i se acordă puțină atenție atunci când se analizează problema efectului de seră.

Totuși, efectul indirect asupra conținutului de vapori de apă poate fi foarte mare, datorită feedback-urilor dintre conținutul de vapori de apă din atmosferă și încălzirea cauzată de alte gaze cu efect de seră, pe care le vom lua în considerare acum.

Se știe că pe măsură ce temperatura crește, crește și evaporarea vaporilor de apă, iar pentru fiecare 10 °C conținutul posibil de vapori de apă din aer aproape se dublează. De exemplu, la 0 °C presiunea vaporilor saturați este de aproximativ 6 MB, la +10 °C - 12 MB și la +20 °C - 23 MB.

Se poate observa că conținutul de vapori de apă depinde puternic de temperatură, iar când scade dintr-un anumit motiv, în primul rând, efectul de seră al vaporilor de apă în sine scade (datorită conținutului scăzut), iar în al doilea rând, are loc condensarea vaporilor de apă, care, bineînțeles, inhibă puternic scăderea temperaturii din cauza degajării căldurii de condensare, dar după condensare, reflectarea energiei solare crește, atât în ​​atmosferă însăși (împrăștiere pe picături și cristale de gheață), cât și la suprafață (cădere de zăpadă) , ceea ce scade si mai mult temperatura.

Pe măsură ce temperatura crește, conținutul de vapori de apă din atmosferă crește, efectul său de seră crește, ceea ce intensifică creșterea inițială a temperaturii. În principiu, nebulozitatea crește și ea (mai mulți vapori de apă intră în zonele relativ reci), dar extrem de slab - conform lui I. Mokhov, aproximativ 0,4% pe grad de încălzire, ceea ce nu poate afecta foarte mult creșterea reflectării energiei solare.

Dioxid de carbon- al doilea cel mai mare contributor la efectul de seră astăzi, nu îngheață când temperatura scade și continuă să creeze un efect de seră chiar și la cele mai scăzute temperaturi posibile în condiții terestre. Probabil, tocmai datorită acumulării treptate de dioxid de carbon în atmosferă, ca urmare a activității vulcanice, Pământul a reușit să iasă din starea de glaciații puternice (când chiar și ecuatorul a fost acoperit cu un strat gros de gheață), în care a căzut la începutul şi sfârşitul Proterozoicului.

Dioxidul de carbon este implicat într-un ciclu puternic al carbonului în sistemul litosferă-hidrosferă-atmosferă, iar schimbările climei pământului sunt asociate în primul rând cu modificările echilibrului de intrare și îndepărtare a acestuia din atmosferă.

Datorită solubilității relativ ridicate a dioxidului de carbon în apă, conținutul de dioxid de carbon din hidrosferă (în primul rând oceane) se ridică acum la 4x104 Gt (gigatone) de carbon (de aici încolo sunt date date despre CO2 în termeni de carbon) , inclusiv straturi adânci (Putvinsky, 1998). Atmosfera conține în prezent aproximativ 7,5x102 Gt de carbon (Alekseev și colab., 1999). Conținutul de CO2 din atmosferă nu a fost întotdeauna scăzut - de exemplu, în Archean (acum aproximativ 3,5 miliarde de ani) atmosfera era formată din aproape 85-90% dioxid de carbon, la presiune și temperatură semnificativ mai mari (Sorokhtin, Ushakov, 1997). Cu toate acestea, furnizarea de mase semnificative de apă la suprafața Pământului ca urmare a degazării interiorului, precum și apariția vieții, a asigurat legarea aproape a tuturor atmosferei și a unei părți semnificative a dioxidului de carbon dizolvat în apă sub formă de carbonați (aproximativ 5,5x107 Gt de carbon sunt stocate în litosferă (raportul IPCC, 2000)) . De asemenea, dioxidul de carbon a început să fie transformat de organismele vii în diferite forme de minerale combustibile. În plus, sechestrarea unei părți din dioxidul de carbon s-a produs și datorită acumulării de biomasă, rezervele totale de carbon în care sunt comparabile cu cele din atmosferă, iar ținând cont de sol, acestea sunt de câteva ori mai mari.

Cu toate acestea, ne interesează în primul rând fluxurile care furnizează dioxid de carbon în atmosferă și îl elimină din aceasta. Litosfera oferă acum un flux foarte mic de dioxid de carbon care intră în atmosferă, în principal datorită activității vulcanice - aproximativ 0,1 Gt de carbon pe an (Putvinsky, 1998). În ocean (împreună cu organismele care trăiesc acolo) se observă fluxuri semnificativ de mari - atmosferă și sistemele biota terestră - atmosferă. Aproximativ 92 Gt de carbon intră anual în ocean din atmosferă și 90 Gt revin înapoi în atmosferă (Putvinsky, 1998). Astfel, oceanul elimină anual aproximativ 2 Gt de carbon din atmosferă. În același timp, în timpul proceselor de respirație și descompunere a ființelor vii terestre moarte, în atmosferă intră aproximativ 100 Gt de carbon pe an. În procesele de fotosinteză, vegetația terestră elimină și aproximativ 100 Gt de carbon din atmosferă (Putvinsky, 1998). După cum putem vedea, mecanismul de absorbție și eliminare a carbonului din atmosferă este destul de echilibrat, oferind debite aproximativ egale. Activitatea umană modernă include în acest mecanism un flux suplimentar din ce în ce mai mare de carbon în atmosferă datorită arderii combustibililor fosili (petrol, gaz, cărbune etc.) - conform datelor, de exemplu, pentru perioada 1989-99, o medie de aproximativ 6,3 Gt pe an. De asemenea, fluxul de carbon în atmosferă crește din cauza defrișărilor și arderii parțiale a pădurilor - până la 1,7 Gt pe an (raportul IPCC, 2000), în timp ce creșterea biomasei care contribuie la absorbția CO2 este de doar aproximativ 0,2 Gt pe an. în loc de aproape 2 Gt pe an. Chiar și ținând cont de posibilitatea de absorbție a aproximativ 2 Gt de carbon suplimentar de către ocean, rămâne totuși un debit suplimentar destul de semnificativ (în prezent aproximativ 6 Gt pe an), crescând conținutul de dioxid de carbon din atmosferă. În plus, absorbția dioxidului de carbon de către ocean poate scădea în viitorul apropiat și chiar și procesul invers este posibil - eliberarea de dioxid de carbon din Oceanul Mondial. Acest lucru se datorează unei scăderi a solubilității dioxidului de carbon odată cu creșterea temperaturii apei - de exemplu, atunci când temperatura apei crește de la doar 5 la 10 ° C, coeficientul de solubilitate al dioxidului de carbon din acesta scade de la aproximativ 1,4 la 1,2.

Deci, fluxul de dioxid de carbon în atmosferă cauzat de activitățile economice nu este mare în comparație cu unele fluxuri naturale, dar necompensarea acestuia duce la acumularea treptată a CO2 în atmosferă, care distruge echilibrul de intrare și ieșire de CO2 care s-a dezvoltat de-a lungul miliarde de ani din evoluția Pământului și a vieții pe acesta.

Numeroase fapte din trecutul geologic și istoric indică o legătură între schimbările climatice și fluctuațiile gazelor cu efect de seră. În perioada de acum 4 până la 3,5 miliarde de ani, strălucirea Soarelui a fost cu aproximativ 30% mai mică decât este acum. Cu toate acestea, chiar și sub razele soarelui tânăr, „pal”, s-a dezvoltat viața pe Pământ și s-au format roci sedimentare: cel puțin pe o parte a suprafeței pământului, temperatura era peste punctul de îngheț al apei. Unii oameni de știință sugerează că la acel moment atmosfera pământului conținea de 1000 de ori mai multă axă dioxid de carbon decât acum, iar acest lucru a compensat lipsa energiei solare, deoarece mai multă căldură emisă de Pământ a rămas în atmosferă. Creșterea efectului de seră ar putea fi unul dintre motivele climatului excepțional de cald mai târziu în epoca mezozoică (epoca dinozaurilor). Potrivit unei analize a resturilor fosile, Pământul la acea vreme era cu 10-15 grade mai cald decât este acum. De remarcat că atunci, în urmă cu 100 de milioane de ani și mai devreme, continentele ocupau o altă poziție decât în ​​timpul nostru, iar circulația oceanică era și ea diferită, astfel încât transferul de căldură de la tropice către regiunile polare putea fi mai mare. Cu toate acestea, calculele lui Eric J. Barron, acum la Universitatea din Pennsylvania, și alți cercetători indică faptul că geografia paleocontinentală ar fi putut reprezenta nu mai mult de jumătate din încălzirea mezozoică. Restul încălzirii poate fi explicat cu ușurință prin creșterea nivelului de dioxid de carbon. Această presupunere a fost formulată pentru prima dată de oamenii de știință sovietici A. B. Ronov de la Institutul Hidrologic de Stat și M. I. Budyko de la Observatorul Geofizic Principal. Calculele care susțin această propunere au fost efectuate de Eric Barron, Starley L. Thompson de la Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică (NCAR). Dintr-un model geochimic dezvoltat de Robert A. Berner și Antonio C. Lasaga de la Universitatea Yale și regretatul Robert. Câmpurile din statul Texas s-au transformat în deșert după o secetă care a durat ceva timp în 1983. Această imagine, după cum arată calculele folosind modele computerizate, poate fi observată în multe locuri dacă, ca urmare a încălzirii globale, umiditatea solului scade în zona centrală. regiuni ale continentelor, unde este concentrată producția de cereale.

M. Garrels de la Universitatea din Florida de Sud, rezultă că dioxidul de carbon ar putea fi eliberat în timpul activității vulcanice excepțional de puternice pe crestele oceanice, unde magma în creștere formează un nou fund oceanic. Dovezile directe care indică o legătură în timpul glaciațiilor dintre gazele cu efect de seră atmosferice și climă pot fi „extrase” din bulele de aer incluse în gheața antarctică, care s-a format în vremuri străvechi ca urmare a compactării zăpezii care cădeau. O echipă de cercetători condusă de Claude Laurieux de la Laboratorul de Glaciologie și Geofizică din Grenoble a studiat o coloană de gheață lungă de 2000 m (corespunzând unei perioade de 160 de mii de ani) obținută de cercetătorii sovietici la stația Vostok din Antarctica. Analiza de laborator a gazelor conținute în această coloană de gheață a arătat că în atmosfera antică, concentrațiile de dioxid de carbon și metan s-au schimbat în mod concert și, mai important, „în timp” cu modificări ale temperaturii medii locale (a fost determinată de raportul dintre concentrațiile izotopilor de hidrogen din moleculele de apă). În ultima perioadă interglaciară, care a durat 10 mii de ani, și în perioada interglaciară premergătoare acesteia (acum 130 mii ani), care a durat tot 10 mii de ani, temperatura medie în această zonă a fost cu 10 grade mai mare decât în ​​timpul glaciațiilor. (În general, Pământul a fost cu 5 os mai cald în aceste perioade.) În aceleași perioade, atmosfera conținea cu 25% mai mult dioxid de carbon și cu 100.070 de metan mai mult decât în ​​timpul glaciațiilor. Nu este clar dacă modificările gazelor cu efect de seră au fost cauza și schimbările climatice consecința sau invers. Cel mai probabil, cauza glaciațiilor au fost schimbările în orbita Pământului și dinamica specială a înaintării și retragerii ghețarilor; totuși, aceste fluctuații climatice ar fi putut fi amplificate de modificările biotei și fluctuațiile circulației oceanice care influențează conținutul de gaze cu efect de seră din atmosferă. Date și mai detaliate despre fluctuațiile gazelor cu efect de seră și schimbările climatice sunt disponibile pentru ultimii 100 de ani, timp în care a existat o creștere suplimentară de 25% a concentrațiilor de dioxid de carbon și de 100% a metanului. „Recordul” mediu al temperaturii globale din ultimii 100 de ani a fost examinat de două echipe de cercetători, conduse de James E. Hansen de la Institutul Goddard pentru Studii Spațiale din cadrul Administrației Naționale de Aeronautică și Spațiu și T. M. L. Wigley de la Divizia Climatică a Universității de Est. Anglia.

Retenția de căldură de către atmosferă este componenta principală a bilanțului energetic al Pământului (Fig. 8). Aproximativ 30% din energia care vine de la Soare este reflectată (stânga) fie de nori, particule, fie de suprafața Pământului; restul de 70% este absorbit. Energia absorbită este reradiată în infraroșu de suprafața planetei.

Orez.

Acești oameni de știință au folosit date de la stațiile meteorologice împrăștiate pe toate continentele (echipa Diviziei Climatice a inclus și măsurători pe mare în analiză). În același timp, cele două grupuri au adoptat metode diferite de analiză a observațiilor și luarea în considerare a „distorsiunilor” asociate, de exemplu, cu faptul că unele stații meteorologice „s-au mutat” în alt loc peste o sută de ani, iar unele situate în orașe au dat date care au fost „contaminate” » influența căldurii generate de întreprinderile industriale sau acumulate în timpul zilei de clădiri și trotuare. Ultimul efect, care duce la apariția insulelor de căldură, este foarte vizibil în țările dezvoltate, precum Statele Unite. Cu toate acestea, chiar dacă corecția calculată pentru Statele Unite (derivată de Thomas R. Carl de la Centrul Național de Date Climatice din Asheville, Carolina de Nord, și P. D. Jones de la Universitatea din East Anglia) este extinsă la toate datele de pe glob, în ambele intrări va rămâne „<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.

Schimbul de carbon între atmosferă și diverse „rezervoare” de pe Pământ (Fig. 9). Fiecare număr indică, în miliarde de tone, intrarea sau ieșirea de carbon (sub formă de dioxid) pe an sau stocul acestuia în rezervor. Aceste cicluri naturale, unul pe uscat și celălalt pe ocean, elimină atât de mult dioxid de carbon din atmosferă cât se adaugă, dar activitățile umane precum defrișarea și arderea combustibililor fosili determină scăderea nivelului de carbon în atmosferă crește anual cu 3 miliarde. tone. Date preluate din munca lui Bert Bohlin de la Universitatea din Stockholm

Fig.9

Să presupunem că avem o prognoză rezonabilă a modului în care se vor schimba emisiile de dioxid de carbon. Ce schimbări vor avea loc în acest caz cu concentrația acestui gaz în atmosferă? Dioxidul de carbon din atmosferă este „consumat” de plante, precum și de ocean, unde este folosit în procese chimice și biologice. Pe măsură ce concentrația de dioxid de carbon din atmosferă se schimbă, rata de „consum” a acestui gaz se va schimba probabil. Cu alte cuvinte, procesele care provoacă modificări ale conținutului de dioxid de carbon atmosferic trebuie să includă feedback. Dioxidul de carbon este „materia primă” pentru fotosinteza în plante, astfel încât consumul său de către plante va crește probabil pe măsură ce se acumulează în atmosferă, ceea ce va încetini această acumulare. De asemenea, deoarece conținutul de dioxid de carbon din apele oceanice de suprafață este aproximativ în echilibru cu conținutul său din atmosferă, creșterea absorbției de dioxid de carbon de către apa oceanului va încetini acumularea acestuia în atmosferă. Se poate întâmpla, totuși, ca acumularea de dioxid de carbon și alte gaze cu efect de seră în atmosferă să declanșeze mecanisme de feedback pozitiv care vor crește efectul climatic. Astfel, schimbările climatice rapide pot duce la dispariția unor păduri și a altor ecosisteme, ceea ce va slăbi capacitatea biosferei de a absorbi dioxidul de carbon. Mai mult, încălzirea poate duce la eliberarea rapidă a carbonului stocat în materia organică moartă din sol. Acest carbon, care este de două ori cantitatea găsită în atmosferă, este transformat continuu în dioxid de carbon și metan de către bacteriile din sol. Încălzirea poate accelera funcționarea acestora, ducând la eliberarea crescută de dioxid de carbon (din solurile uscate) și metan (din câmpurile de orez, gropile de gunoi și zonele umede). De asemenea, destul de mult metan este stocat în sedimente de pe platforma continentală și sub stratul de permafrost din Arctica sub formă de clatrați - rețele moleculare formate din metan și molecule de apă de metan, în ciuda acestor incertitudini, mulți cercetători cred că absorbția de dioxid de carbon de către plante și ocean va încetini acumularea acestui gaz în atmosferă - cel puțin în următorii 50 până la 100 de ani din cantitatea totală de dioxid de carbon care intră în atmosferă, aproximativ jumătate va rămâne acolo. Rezultă că concentrațiile de dioxid de carbon se vor dubla de la nivelurile 1900 (la 600 ppm) între aproximativ 2030 și 2080. Cu toate acestea, alte gaze cu efect de seră se vor acumula probabil în atmosferă mai repede.

Gaze cu efect de seră

Gazele cu efect de seră sunt gaze despre care se crede că provoacă efectul de seră global.

Principalele gaze cu efect de seră, în ordinea impactului lor estimat asupra echilibrului termic al Pământului, sunt vaporii de apă, dioxidul de carbon, metanul, ozonul, halocarburile și protoxidul de azot.

vapor de apă

Vaporii de apă sunt principalul gaz natural cu efect de seră, responsabil pentru mai mult de 60% din efect. Impactul antropic direct asupra acestei surse este nesemnificativ. În același timp, o creștere a temperaturii Pământului cauzată de alți factori crește evaporarea și concentrația totală de vapori de apă în atmosferă la umiditate relativă aproape constantă, ceea ce la rândul său crește efectul de seră. Astfel, apare un feedback pozitiv.

Metan

O erupție gigantică de metan acumulată sub fundul mării în urmă cu 55 de milioane de ani a încălzit Pământul cu 7 grade Celsius.

Același lucru se poate întâmpla și acum - această presupunere a fost confirmată de cercetătorii de la NASA. Folosind simulări computerizate ale climelor antice, ei au încercat să înțeleagă mai bine rolul metanului în schimbările climatice. În prezent, majoritatea cercetărilor privind efectul de seră se concentrează pe rolul dioxidului de carbon în acest efect, deși potențialul metanului de a reține căldura în atmosferă este de 20 de ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon.

O varietate de aparate electrocasnice alimentate pe gaz contribuie la creșterea conținutului de metan din atmosferă.

În ultimii 200 de ani, metanul din atmosferă s-a mai mult decât dublat din cauza descompunerii materiei organice în mlaștini și zonele joase umede, precum și a scurgerilor de la obiecte create de om, cum ar fi conductele de gaz, minele de cărbune, creșterea irigațiilor și a degajării de gaze din animale. Dar există o altă sursă de metan - materia organică în descompunere în sedimentele oceanice, păstrată înghețată sub fundul mării.

De obicei, temperaturile scăzute și presiunea ridicată mențin metanul sub ocean într-o stare stabilă, dar nu a fost întotdeauna cazul. În perioadele de încălzire globală, cum ar fi maximul termic al Paleocenului târziu, care a avut loc acum 55 de milioane de ani și a durat 100 de mii de ani, mișcarea plăcilor litosferice, în special în subcontinentul indian, a dus la o scădere a presiunii pe fundul mării și ar putea provoacă o eliberare mare de metan. Pe măsură ce atmosfera și oceanul au început să se încălzească, emisiile de metan ar putea crește. Unii oameni de știință cred că încălzirea globală actuală ar putea duce la același scenariu - dacă oceanul se încălzește semnificativ.

Când metanul intră în atmosferă, reacționează cu moleculele de oxigen și hidrogen pentru a crea dioxid de carbon și vapori de apă, fiecare dintre acestea putând provoca efectul de seră. Conform previziunilor anterioare, tot metanul emis se va transforma în dioxid de carbon și apă în aproximativ 10 ani. Dacă acest lucru este adevărat, atunci creșterea concentrației de dioxid de carbon va fi principala cauză a încălzirii planetei. Cu toate acestea, încercările de a confirma raționamentul cu referiri la trecut au fost nereușite - nu au fost găsite urme ale unei creșteri a concentrației de dioxid de carbon cu 55 de milioane de ani în urmă.

Modelele utilizate în noul studiu au arătat că, atunci când nivelul de metan din atmosferă crește brusc, conținutul de oxigen și hidrogen care reacţionează cu metanul din acesta scade (până când reacția se oprește), iar metanul rămas rămâne în aer sute de ani, devenind ea însăși o cauză a încălzirii globale. Și aceste sute de ani sunt suficiente pentru a încălzi atmosfera, a topi gheața din oceane și a schimba întregul sistem climatic.

Principalele surse antropice de metan sunt fermentația digestivă la animale, cultivarea orezului și arderea biomasei (inclusiv defrișările). Studii recente au arătat că o creștere rapidă a concentrațiilor de metan din atmosferă a avut loc în primul mileniu d.Hr. (probabil ca urmare a extinderii producției agricole și zootehnice și a arderii pădurilor). Între 1000 și 1700, concentrațiile de metan au scăzut cu 40%, dar au început să crească din nou în ultimele secole (probabil ca urmare a extinderii terenurilor arabile și a pășunilor și a arderii pădurilor, folosirea lemnului pentru încălzire, creșterea numărului de animale). , canalizare și cultivarea orezului). O anumită contribuție la furnizarea de metan provine din scurgerile din timpul dezvoltării zăcămintelor de cărbune și gaze naturale, precum și din emisiile de metan ca parte a biogazului generat la depozitele de deșeuri.

Dioxid de carbon

Sursele de dioxid de carbon din atmosfera Pământului sunt emisiile vulcanice, activitatea vitală a organismelor și activitatea umană. Sursele antropogenice includ arderea combustibililor fosili, arderea biomasei (inclusiv defrișarea) și unele procese industriale (de exemplu, producția de ciment). Principalii consumatori de dioxid de carbon sunt plantele. În mod normal, biocenoza absoarbe aproximativ aceeași cantitate de dioxid de carbon pe care o produce (inclusiv prin degradarea biomasei).

Influența dioxidului de carbon asupra intensității efectului de seră.

Mai trebuie învățate multe despre ciclul carbonului și rolul oceanelor lumii ca rezervor vast de dioxid de carbon. După cum am menționat mai sus, în fiecare an, omenirea adaugă 7 miliarde de tone de carbon sub formă de CO 2 la cele 750 de miliarde de tone existente. Dar doar aproximativ jumătate din emisiile noastre - 3 miliarde de tone - rămân în aer. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că majoritatea CO 2 este folosit de plante terestre și marine, îngropat în sedimentele marine, absorbit de apa de mare sau absorbit în alt mod. Din această mare parte de CO 2 (aproximativ 4 miliarde de tone), oceanul absoarbe aproximativ două miliarde de tone de dioxid de carbon atmosferic în fiecare an.

Toate acestea măresc numărul de întrebări fără răspuns: Cum interacționează exact apa de mare cu aerul atmosferic, absorbind CO 2? Cât mai mult carbon pot absorbi mările și ce nivel de încălzire globală le-ar putea afecta capacitatea? Care este capacitatea oceanelor de a absorbi și stoca căldura prinsă de schimbările climatice?

Rolul norilor și al particulelor în suspensie în curenții de aer numiți aerosoli nu este ușor de luat în considerare atunci când se construiește un model climatic. Norii umbră suprafața pământului, ducând la răcire, dar, în funcție de înălțimea, densitatea și alte condiții, pot capta și căldura reflectată de suprafața pământului, crescând intensitatea efectului de seră. Interesant este și efectul aerosolilor. Unii dintre ei modifică vaporii de apă, condensându-i în mici picături care formează nori. Acești nori sunt foarte denși și ascund suprafața Pământului timp de săptămâni. Adică blochează lumina soarelui până cad cu precipitații.

Efectul combinat poate fi enorm: erupția din 1991 a Muntelui Pinatuba din Filipine a eliberat un volum colosal de sulfați în stratosferă, provocând o scădere a temperaturii la nivel mondial care a durat doi ani.

Astfel, propria noastră poluare, cauzată în principal de arderea cărbunelui și petrolului care conțin sulf, poate compensa temporar efectele încălzirii globale. Experții estimează că aerosolii au redus cantitatea de încălzire cu 20% în timpul secolului al XX-lea. În general, temperaturile au crescut din anii 1940, dar au scăzut din 1970. Efectul aerosolului poate ajuta la explicarea răcirii anormale de la mijlocul secolului trecut.

În 2006, emisiile de dioxid de carbon în atmosferă s-au ridicat la 24 de miliarde de tone. Un grup foarte activ de cercetători pledează împotriva ideii că activitatea umană este una dintre cauzele încălzirii globale. În opinia ei, principalul lucru este procesele naturale ale schimbărilor climatice și creșterea activității solare. Dar, potrivit lui Klaus Hasselmann, șeful Centrului Climatologic German din Hamburg, doar 5% pot fi explicate din cauze naturale, iar restul de 95% este un factor creat de om, cauzat de activitatea umană.

Unii oameni de știință nu leagă nici creșterea CO 2 cu creșterea temperaturii. Scepticii spun că, dacă creșterea temperaturilor trebuie pusă pe seama creșterii emisiilor de CO 2 , temperaturile trebuie să fi crescut în timpul boom-ului economic de după război, când combustibilii fosili au fost arse în cantități uriașe. Totuși, Jerry Mallman, directorul Laboratorului de dinamică geofizică a fluidelor, a calculat că utilizarea crescută a cărbunelui și a uleiurilor a crescut rapid conținutul de sulf din atmosferă, provocând răcirea. După 1970, efectul termic al ciclurilor lungi de viață ale CO 2 și metanului a suprimat aerosolii care se descompun rapid, determinând creșterea temperaturilor. Astfel, putem concluziona că influența dioxidului de carbon asupra intensității efectului de seră este enormă și de netăgăduit.

Cu toate acestea, creșterea efectului de seră poate să nu fie catastrofal. Într-adevăr, temperaturile ridicate pot fi binevenite acolo unde sunt destul de rare. Din 1900, cea mai mare încălzire a fost observată de la 40 la 70 0 latitudine nordică, inclusiv Rusia, Europa și partea de nord a Statelor Unite, unde emisiile industriale de gaze cu efect de seră au început cel mai devreme. Cea mai mare parte a încălzirii are loc noaptea, în primul rând din cauza norilor crescuti, care captează căldura ieșită. Ca urmare, sezonul de semănat a fost prelungit cu o săptămână.

Mai mult, efectul de seră poate fi o veste bună pentru unii fermieri. Concentrațiile mari de CO 2 pot avea un efect pozitiv asupra plantelor deoarece plantele folosesc dioxidul de carbon în timpul fotosintezei, transformându-l în țesut viu. Prin urmare, mai multe plante înseamnă mai multă absorbție a CO 2 din atmosferă, încetinind încălzirea globală.

Acest fenomen a fost studiat de specialiști americani. Ei au decis să creeze un model al lumii cu o cantitate dublă de CO 2 în aer. Pentru a face acest lucru, au folosit o pădure de pini de paisprezece ani din California de Nord. Gazul era pompat prin conducte instalate printre copaci. Fotosinteza a crescut cu 50-60%. Dar efectul a devenit curând opus. Copacii sufocatori nu au putut face față unor astfel de volume de dioxid de carbon. Avantajul în procesul de fotosinteză a fost pierdut. Acesta este un alt exemplu al modului în care manipularea umană duce la rezultate neașteptate.

Dar aceste mici aspecte pozitive ale efectului de seră nu pot fi comparate cu cele negative. Să luăm, de exemplu, experiența cu o pădure de pini, unde volumul de CO 2 a fost dublat, iar până la sfârșitul acestui secol se prevede că concentrația de CO 2 se va multiplica de patru ori. Ne putem imagina cât de catastrofale ar putea fi consecințele pentru plante. Și acest lucru, la rândul său, va crește volumul de CO 2, deoarece cu cât sunt mai puține plante, cu atât concentrația de CO 2 este mai mare.

Consecințele efectului de seră

climatul gazelor cu efect de seră

Pe măsură ce temperaturile cresc, evaporarea apei din oceane, lacuri, râuri etc. Deoarece aerul mai cald poate reține mai mulți vapori de apă, acest lucru creează un efect de feedback puternic: cu cât se încălzește, cu atât este mai mare conținutul de vapori de apă din aer, ceea ce la rândul său crește efectul de seră.

Activitatea umană are un efect redus asupra cantității de vapori de apă din atmosferă. Dar emitem alte gaze cu efect de seră, ceea ce face efectul de seră din ce în ce mai intens. Oamenii de știință cred că creșterea emisiilor de CO 2 , în mare parte din arderea combustibililor fosili, explică cel puțin aproximativ 60% din încălzirea Pământului din 1850. Concentrația de dioxid de carbon din atmosferă crește cu aproximativ 0,3% pe an, iar acum este cu aproximativ 30% mai mare decât înainte de revoluția industrială. Dacă exprimăm acest lucru în termeni absoluti, atunci în fiecare an omenirea adaugă aproximativ 7 miliarde de tone. În ciuda faptului că aceasta este o mică parte în raport cu cantitatea totală de dioxid de carbon din atmosferă - 750 de miliarde de tone, și chiar mai mică în comparație cu cantitatea de CO 2 conținută în Oceanul Mondial - aproximativ 35 de trilioane de tone, rămâne foarte semnificativ. Motiv: procesele naturale sunt în echilibru, un astfel de volum de CO 2 intră în atmosferă, care este îndepărtat de acolo. Și activitatea umană adaugă doar CO2.

Atmosfera este învelișul de aer al Pământului. Se extinde până la 3000 km de la suprafața pământului. Urmele sale pot fi urmărite până la altitudini de până la 10.000 km. A. are o densitate neuniformă 50 5 masele sale sunt concentrate până la 5 km, 75% - până la 10 km, 90% - până la 16 km.

Atmosfera este formată din aer - un amestec mecanic de mai multe gaze.

Azot(78%) în atmosferă joacă rolul unui diluant de oxigen, reglând viteza de oxidare și, în consecință, viteza și intensitatea proceselor biologice. Azotul este principalul element al atmosferei terestre, care face schimb continuu cu materia vie a biosferei, iar părțile constitutive ale acesteia din urmă sunt compușii de azot (aminoacizi, purine etc.). Azotul este extras din atmosferă pe căi anorganice și biochimice, deși sunt strâns legate între ele. Extracția anorganică este asociată cu formarea compușilor săi N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Se găsesc în precipitații și se formează în atmosferă sub influența descărcărilor electrice în timpul furtunilor sau al reacțiilor fotochimice sub influența radiației solare.

Fixarea biologică a azotului este realizată de unele bacterii în simbioză cu plantele superioare din sol. Azotul este fixat și de unele microorganisme plancton și alge în mediul marin. În termeni cantitativi, fixarea biologică a azotului depășește fixarea sa anorganică. Schimbul întregului azot din atmosferă are loc în aproximativ 10 milioane de ani. Azotul se găsește în gazele de origine vulcanică și în rocile magmatice. Când diferite probe de roci cristaline și meteoriți sunt încălzite, azotul este eliberat sub formă de molecule de N2 și NH3. Cu toate acestea, principala formă a prezenței azotului, atât pe Pământ, cât și pe planetele terestre, este moleculară. Amoniacul, care intră în atmosfera superioară, se oxidează rapid, eliberând azot. În rocile sedimentare este îngropat împreună cu materia organică și se găsește în cantități crescute în depozitele bituminoase. În timpul metamorfismului regional al acestor roci, azotul este eliberat sub diferite forme în atmosfera Pământului.

Ciclul geochimic al azotului (

Oxigen(21%) este folosit de organismele vii pentru respirație și face parte din materia organică (proteine, grăsimi, carbohidrați). Ozon O 3. întârzie radiațiile ultraviolete care distrug viața de la Soare.

Oxigenul este al doilea gaz cel mai răspândit în atmosferă, jucând un rol extrem de important în multe procese din biosferă. Forma dominantă a existenței sale este O2. În straturile superioare ale atmosferei, sub influența radiațiilor ultraviolete, are loc disocierea moleculelor de oxigen, iar la o altitudine de aproximativ 200 km, raportul dintre oxigen atomic și molecular (O: O 2) devine egal cu 10. Când acestea formele de oxigen interacționează în atmosferă (la o altitudine de 20-30 km), o centură de ozon (ecran de ozon). Ozonul (O 3) este necesar organismelor vii, blocând cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete de la Soare, care sunt dăunătoare pentru acestea.

În primele etape ale dezvoltării Pământului, oxigenul liber a apărut în cantități foarte mici ca urmare a fotodisocierii dioxidului de carbon și a moleculelor de apă din straturile superioare ale atmosferei. Cu toate acestea, aceste cantități mici au fost consumate rapid prin oxidarea altor gaze. Odată cu apariția organismelor fotosintetice autotrofe în ocean, situația s-a schimbat semnificativ. Cantitatea de oxigen liber din atmosferă a început să crească progresiv, oxidând activ multe componente ale biosferei. Astfel, primele porțiuni de oxigen liber au contribuit în primul rând la tranziția formelor feroase de fier în forme de oxid și a sulfurilor în sulfați.

În cele din urmă, cantitatea de oxigen liber din atmosfera Pământului a atins o anumită masă și a fost echilibrată în așa fel încât cantitatea produsă a devenit egală cu cantitatea absorbită. În atmosferă a fost stabilit un conținut relativ constant de oxigen liber.

Ciclul geochimic al oxigenului (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Dioxid de carbon, intră în formarea materiei vii și împreună cu vaporii de apă creează așa-numitul „efect de seră (de seră)”.

Carbon (dioxid de carbon) - cea mai mare parte din atmosferă este sub formă de CO 2 și mult mai puțin sub formă de CH 4. Semnificația istoriei geochimice a carbonului în biosferă este extrem de mare, deoarece face parte din toate organismele vii. În cadrul organismelor vii predomină formele reduse de carbon, iar în mediul biosferei predomină formele oxidate. Se stabileşte astfel schimbul chimic al ciclului de viaţă: CO 2 ↔ materie vie.

Sursa de dioxid de carbon primar din biosferă este activitatea vulcanică asociată cu degazarea seculară a mantalei și orizonturile inferioare ale scoarței terestre. O parte din acest dioxid de carbon apare în timpul descompunerii termice a calcarelor antice în diferite zone metamorfice. Migrarea CO 2 în biosferă are loc în două moduri.

Prima metodă este exprimată prin absorbția CO 2 în timpul fotosintezei cu formarea de substanțe organice și îngroparea ulterioară în condiții reducătoare favorabile în litosferă sub formă de turbă, cărbune, petrol și șisturi bituminoase. Conform celei de-a doua metode, migrarea carbonului duce la crearea unui sistem carbonatic în hidrosferă, unde CO 2 se transformă în H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Apoi, cu participarea calciului (mai puțin frecvent magneziu și fier), carbonații sunt depozitați pe căi biogene și abiogene. Apar straturi groase de calcar și dolomit. Potrivit lui A.B. Ronov, raportul dintre carbonul organic (Corg) și carbonul carbonat (Ccarb) în istoria biosferei a fost de 1:4.

Alături de ciclul global al carbonului, există și o serie de cicluri mici ale carbonului. Astfel, pe uscat, plantele verzi absorb CO 2 pentru procesul de fotosinteză în timpul zilei, iar noaptea îl eliberează în atmosferă. Odată cu moartea organismelor vii de pe suprafața pământului, are loc oxidarea substanțelor organice (cu participarea microorganismelor) cu eliberarea de CO 2 în atmosferă. În ultimele decenii, un loc special în ciclul carbonului a fost ocupat de arderea masivă a combustibililor fosili și de creșterea conținutului acestuia în atmosfera modernă.

Ciclul carbonului în anvelopa geografică (după F. Ramad, 1981)

Argon- al treilea cel mai răspândit gaz atmosferic, care îl deosebește puternic de celelalte gaze inerte extrem de slab distribuite. Cu toate acestea, argonul în istoria sa geologică împărtășește soarta acestor gaze, care se caracterizează prin două caracteristici:

1. ireversibilitatea acumulării lor în atmosferă;
2. strânsă legătură cu dezintegrarea radioactivă a anumitor izotopi instabili.

Gazele inerte se află în afara ciclului majorității elementelor ciclice din biosfera Pământului.

Toate gazele inerte pot fi împărțite în primare și radiogenice. Cele primare le includ pe cele care au fost capturate de Pământ în perioada formării sale. Sunt extrem de rare. Partea primară a argonului este reprezentată în principal de izotopii 36 Ar și 38 Ar, în timp ce argonul atmosferic este format în întregime din izotopul 40 Ar (99,6%), care este fără îndoială radiogen. În rocile cu conținut de potasiu, acumularea de argon radiogen a avut loc și continuă să apară datorită dezintegrarii potasiului-40 prin captarea electronilor: 40 K + e → 40 Ar.

Prin urmare, conținutul de argon din roci este determinat de vârsta lor și de cantitatea de potasiu. În această măsură, concentrația de heliu din roci este o funcție de vârsta lor și de conținutul de toriu și uraniu. Argonul și heliul sunt eliberate în atmosferă din intestinele pământului în timpul erupțiilor vulcanice, prin fisurile din scoarța terestră sub formă de jeturi de gaz și, de asemenea, în timpul intemperiilor rocilor. Conform calculelor efectuate de P. Dimon și J. Culp, heliul și argonul în epoca modernă se acumulează în scoarța terestră și intră în atmosferă în cantități relativ mici. Rata de intrare a acestor gaze radiogenice este atât de scăzută încât în ​​timpul istoriei geologice a Pământului nu a putut asigura conținutul lor observat în atmosfera modernă. Prin urmare, rămâne de presupus că cea mai mare parte a argonului din atmosferă a provenit din intestinele Pământului în primele etape ale dezvoltării sale și mult mai puțin a fost adăugat ulterior în timpul procesului de vulcanism și în timpul intemperii rocilor care conțin potasiu.

Astfel, de-a lungul timpului geologic, heliul și argonul au avut procese de migrare diferite. Există foarte puțin heliu în atmosferă (aproximativ 5 * 10 -4%), iar „respirația de heliu” a Pământului a fost mai ușoară, deoarece acesta, fiind cel mai ușor gaz, s-a evaporat în spațiul cosmic. Iar „respirația de argon” a fost grea, iar argonul a rămas în limitele planetei noastre. Majoritatea gazelor nobile primordiale, cum ar fi neonul și xenonul, au fost asociate cu neonul primordial capturat de Pământ în timpul formării sale, precum și cu eliberarea în timpul degazării mantalei în atmosferă. Întregul corp de date despre geochimia gazelor nobile indică faptul că atmosfera primară a Pământului a apărut în primele etape ale dezvoltării sale.

Atmosfera contine vapor de apăȘi apăîn stare lichidă și solidă. Apa din atmosferă este un acumulator important de căldură.

Straturile inferioare ale atmosferei conțin o cantitate mare de praf mineral și tehnogenic și aerosoli, produse de ardere, săruri, spori și polen etc.

Până la o altitudine de 100-120 km, datorită amestecării complete a aerului, compoziția atmosferei este omogenă. Raportul dintre azot și oxigen este constant. Deasupra predomină gazele inerte, hidrogenul etc. În straturile inferioare ale atmosferei sunt vapori de apă. Odată cu distanța față de pământ, conținutul său scade. Cu cât se modifică raportul de gaze mai mare, de exemplu, la o altitudine de 200-800 km, oxigenul predomină asupra azotului de 10-100 de ori.