Atmosferdeki gazların yapısı ve dengesi. Atmosferin bileşimi Dünya atmosferinin bileşimi

Gerçekten atmosferdeki sera gazlarının miktarını düzenleyebilecek hiçbir şey yok mu? Tabii ki yapabilir. Oksijen bu işi mükemmel bir şekilde yapar. Ancak sorun şu ki, gezegenin nüfusu amansız bir şekilde artıyor, bu da giderek daha fazla oksijen tüketilmesi anlamına geliyor. Tek kurtuluşumuz bitki örtüsü, özellikle ormanlardır. Fazla karbondioksiti emerler ve insanların tükettiğinden çok daha fazla oksijeni serbest bırakırlar.

Sera etkisi ve Dünya'nın iklimi

Sera etkisinin sonuçlarından bahsettiğimizde bunun Dünya iklimi üzerindeki etkisini anlıyoruz. Her şeyden önce bu küresel ısınmadır. Pek çok kişi "sera etkisi" ve "küresel ısınma" kavramlarını eşitliyor, ancak bunlar eşit değil, birbiriyle ilişkili: birincisi ikincinin nedeni.

Küresel ısınma doğrudan okyanuslarla ilgilidir.İşte iki neden-sonuç ilişkisinin bir örneği.

1. Gezegenin ortalama sıcaklığı artıyor, sıvı buharlaşmaya başlıyor. Bu aynı zamanda Dünya Okyanusu için de geçerli: Bazı bilim adamları birkaç yüz yıl içinde okyanusun "kurumaya" başlayacağından korkuyor.
2. Aynı zamanda yüksek sıcaklıklar nedeniyle yakın gelecekte buzullar ve deniz buzları aktif olarak erimeye başlayacak. Bu durum deniz seviyelerinde kaçınılmaz bir yükselişe yol açacaktır.

Halihazırda kıyı bölgelerinde düzenli sel baskınları görüyoruz, ancak Dünya Okyanusu'nun seviyesi önemli ölçüde yükselirse, yakındaki tüm kara alanları sular altında kalacak ve mahsuller yok olacak.

İnsanların yaşamları üzerindeki etkisi

Dünyanın ortalama sıcaklığının artmasının hayatımızı etkileyeceğini unutmayın. Sonuçları çok ciddi olabilir. Gezegenimizin halihazırda kuraklığa yatkın olan pek çok bölgesi kesinlikle yaşanmaz hale gelecek, insanlar toplu halde diğer bölgelere göç etmeye başlayacak. Bu durum kaçınılmaz olarak sosyo-ekonomik sorunlara ve üçüncü ve dördüncü dünya savaşlarının çıkmasına yol açacaktır. Yiyecek eksikliği, mahsullerin yok olması - önümüzdeki yüzyılda bizi bekleyen şey bunlar.

Ama beklemek zorunda mı? Yoksa bir şeyi değiştirmek hala mümkün mü? İnsanlık sera etkisinin zararlarını azaltabilir mi?

Dünyayı kurtarabilecek eylemler

Günümüzde sera gazlarının birikmesine yol açan tüm zararlı faktörler biliniyor ve bunu durdurmak için ne yapılması gerektiğini de biliyoruz. Bir kişinin hiçbir şeyi değiştirmeyeceğini düşünmeyin. Elbette bu etkiyi yalnızca tüm insanlık başarabilir, ama kim bilir - belki şu anda benzer bir makaleyi yüz kişi daha okuyordur?

Orman koruma

Ormansızlaşmayı durdurmak. Bitkiler bizim kurtuluşumuzdur! Ayrıca sadece mevcut ormanları korumak değil, aynı zamanda aktif olarak yeni ormanlar dikmek de gerekiyor.

Her insan bu sorunu anlamalıdır.

Fotosentez o kadar güçlüdür ki bize büyük miktarda oksijen sağlayabilir. İnsanların normal yaşamı ve zararlı gazların atmosferden uzaklaştırılması için yeterli olacaktır.

Elektrikli araçların kullanımı

Yakıtla çalışan araçların kullanılmasının reddedilmesi. Her araba her yıl büyük miktarda sera gazı yayar; öyleyse neden çevre için daha sağlıklı bir seçim yapmıyorsunuz? Bilim insanları şimdiden bize elektrikli arabalar, yani yakıt kullanmayan, çevre dostu arabalar sunuyorlar. "Yakıtlı" bir arabanın eksisi, sera gazlarını ortadan kaldırmaya yönelik bir başka adımdır. Dünyanın her yerinde bu geçişi hızlandırmaya çalışıyorlar, ancak şu ana kadar bu tür makinelerin modern gelişmeleri mükemmel olmaktan uzak. Bu tür arabaların en çok kullanıldığı Japonya'da bile tamamen kullanıma geçmeye hazır değiller.

Hidrokarbon yakıtlara alternatif

Alternatif enerjinin icadı. İnsanlık yerinde durmuyor; peki neden kömür, petrol ve doğalgaz kullanmak zorunda kalıyoruz? Bu doğal bileşenlerin yakılması atmosferde sera gazlarının birikmesine yol açıyor, dolayısıyla çevre dostu bir enerji biçimine geçmenin zamanı geldi.

Zararlı gazlar yayan her şeyden tamamen vazgeçemeyiz. Ancak atmosferdeki oksijenin artmasına yardımcı olabiliriz. Sadece gerçek bir erkek ağaç dikmemeli - bunu herkes yapmalı!

Atmosfer (Yunan atmosferinden - buhar ve küre - top) Dünya'nın onunla birlikte dönen gaz (hava) kabuğudur. Atmosfer var olduğu sürece Dünya'da yaşam mümkündür. Tüm canlı organizmalar nefes almak için atmosferik havayı kullanır; atmosfer, kozmik ışınların zararlı etkilerinden ve canlı organizmalar için yıkıcı olan sıcaklıklardan, yani uzayın soğuk "nefesini" korur.

Atmosfer havası, Dünya atmosferini oluşturan gazların bir karışımıdır. Hava kokusuzdur, şeffaftır, yoğunluğu 1,2928 g/l, sudaki çözünürlüğü 29,18 cm~/l olup sıvı halde mavimsi bir renk alır. İnsan hayatı havasız, susuz ve yiyeceksiz imkansızdır, ancak bir kişi birkaç hafta yiyeceksiz, susuz - birkaç gün yaşayabilirse, 4-5 dakika sonra boğulma nedeniyle ölüm meydana gelir.

Atmosferin ana bileşenleri şunlardır: azot, oksijen, argon ve karbondioksit. Argona ek olarak diğer inert gazlar da küçük konsantrasyonlarda bulunur. Atmosfer havası her zaman su buharı (yaklaşık %3 - 4) ve katı parçacıklar - toz içerir.

Dünya'nın atmosferi, yüzey havasının homojen bir bileşimi ile alt (100 km'ye kadar) homosfere ve heterojen bir kimyasal bileşime sahip üst hetosfere bölünmüştür. Atmosferin önemli özelliklerinden biri oksijenin varlığıdır. Dünyanın birincil atmosferinde oksijen yoktu. Görünümü ve birikmesi yeşil bitkilerin yayılması ve fotosentez süreci ile ilişkilidir. Maddelerin oksijenle kimyasal etkileşimi sonucunda canlı organizmalar yaşamları için gerekli enerjiyi alırlar.

Atmosfer aracılığıyla, Dünya ile Uzay arasında madde alışverişi gerçekleşirken, Dünya kozmik tozu ve meteorları alırken en hafif gazları (hidrojen ve helyum) kaybeder. Atmosfer, gezegen yüzeyinin termal rejimini belirleyen, atmosferik gaz moleküllerinin ayrışmasına ve atomların iyonlaşmasına neden olan güçlü güneş ışınımı ile nüfuz eder. Geniş, ince üst atmosfer esas olarak iyonlardan oluşur.

Atmosferin fiziksel özellikleri ve durumu zamanla değişir: deniz seviyesinden yüksekliğe, enleme ve okyanustan uzaklığa bağlı olarak gün içinde, mevsimlerde, yıllarda ve uzayda.

Atmosferin yapısı

Toplam kütlesi 5,15 10" ton olan atmosfer, Dünya yüzeyinden yukarıya doğru yaklaşık 3 bin km kadar uzanır. Atmosferin kimyasal bileşimi ve fiziksel özellikleri rakımla birlikte değişir, dolayısıyla troposfer, stratosfer, mezosfer, iyonosfer (termosfer) ve ekzosfere ayrılır.

Atmosferdeki havanın büyük kısmı (% 80'e kadar) alt zemin katmanında - troposferde bulunur. Troposferin kalınlığı ortalama 11 - 12 km'dir: kutuplardan 8 - 10 km, ekvatordan 16 - 18 km yukarıda. Troposferde Dünya yüzeyinden uzaklaşıldığında sıcaklık 1 km'de 6 "C azalır (Şekil 8). 18 - 20 km yükseklikte sıcaklıktaki yumuşak düşüş durur, neredeyse sabit kalır: - 60 ... - 70 "C. Atmosferin bu kısmına tropopoz denir. Bir sonraki katman - stratosfer - dünya yüzeyinden 20-50 km yükseklikte bulunur. Havanın geri kalanı (% 20) içinde yoğunlaşmıştır. Burada sıcaklık, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça 1 km'de 1 - 2 "C artar ve stratopozda 50 - 55 km yükseklikte 0" C'ye ulaşır. Daha ileride 55-80 km yükseklikte mezosfer bulunur. Dünya'dan uzaklaşıldığında sıcaklık 1 km'de 2 - 3 "C düşer ve 80 km yükseklikte mezopozda - 75... - 90 "C'ye ulaşır. Sırasıyla 80 - 1000 ve 1000 - 2000 km rakımları kaplayan termosfer ve ekzosfer, atmosferin en nadir görülen kısımlarıdır. Burada yalnızca yoğunluğu Dünya yüzeyinden milyonlarca kat daha az olan tek tek moleküller, atomlar ve gaz iyonları bulunur. 10 - 20 bin km yüksekliğe kadar gaz izleri bulundu.

Hava kabuğunun kalınlığı, kozmik mesafelerle karşılaştırıldığında nispeten küçüktür: Dünya'nın yarıçapının dörtte biri ve Dünya'dan Güneş'e olan mesafenin on binde biri kadardır. Deniz seviyesinde atmosferin yoğunluğu 0,001 g/cm3'tür. suyun yoğunluğundan bin kat daha az.

Atmosfer, dünyanın yüzeyi ve dünyanın diğer küreleri arasında sürekli bir ısı, nem ve gaz alışverişi vardır ve bu, atmosferdeki hava kütlelerinin dolaşımıyla birlikte iklimi oluşturan ana süreçleri etkiler. Atmosfer canlı organizmaları kozmik radyasyonun güçlü akışından korur. Her saniye, bir kozmik ışın akışı atmosferin üst katmanlarına çarpıyor: gama, x-ışınları, ultraviyole, görünür, kızılötesi. Eğer hepsi dünya yüzeyine ulaşsaydı, birkaç dakika içinde tüm yaşamı yok edeceklerdi.

Ozon perdesi en önemli koruyucu değere sahiptir. Stratosferde, Dünya yüzeyinden 20 ila 50 km yükseklikte bulunur. Atmosferdeki toplam ozon (Oz) miktarının 3,3 milyar ton olduğu tahmin edilmektedir. Bu tabakanın kalınlığı nispeten küçüktür: normal şartlarda ekvatorda toplam 2 mm, kutuplarda 4 mm'dir. Maksimum ozon konsantrasyonu - milyon parça hava başına 8 parça - 20 - 25 km yükseklikte bulunur.

Ozon perdesinin asıl önemi, canlı organizmaları sert ultraviyole radyasyondan korumasıdır. Enerjisinin bir kısmı reaksiyona harcanır: SO2 ↔ SỐ 3. Ozon perdesi dalga boyu yaklaşık 290 nm veya daha az olan ultraviyole ışınları emer, böylece yüksek hayvanlar ve insanlar için faydalı, mikroorganizmalar için zararlı olan ultraviyole ışınları dünya yüzeyine ulaşır. 1980'li yılların başında fark edilen ozon tabakasının tahribatı, soğutma ünitelerinde freonların kullanılması ve günlük yaşamda kullanılan aerosollerin atmosfere salınması ile açıklanmaktadır. Dünyadaki freon emisyonları yılda 1,4 milyon tona ulaştı ve ülkelerin freonlarla hava kirliliğine katkısı şu şekildeydi: %35 - ABD, her biri %10 - Japonya ve Rusya, %40 - AET ülkeleri, %5 - diğer ülkeler. Koordineli önlemler, freonların atmosfere salınmasını azaltmayı mümkün kıldı. Süpersonik uçakların ve uzay araçlarının uçuşları ozon tabakası üzerinde yıkıcı bir etkiye sahiptir.

Atmosfer, Dünya'yı çok sayıda meteordan korur. Her saniye, çıplak gözle görülebilen 200 milyon kadar meteor atmosfere giriyor, ancak atmosferde yanıyorlar. Küçük kozmik toz parçacıkları atmosferdeki hareketlerini yavaşlatır. Her gün Dünya'ya yaklaşık 10" büyüklüğünde küçük meteorlar düşüyor. Bu da Dünya'nın kütlesinin yılda 1 bin ton artmasına neden oluyor. Atmosfer, ısı yalıtımlı bir filtredir. Atmosfer olmasaydı, Dünya'daki günlük sıcaklık farkı 200"C (öğleden sonra 100"C'den gece -100"C'ye kadar).

Troposferdeki atmosferik havanın nispeten sabit bileşimi, tüm canlı organizmalar için büyük önem taşımaktadır. Atmosferdeki gazların dengesi, canlı organizmalar tarafından sürekli devam eden kullanım süreçleri ve gazların atmosfere salınması nedeniyle korunur. Azot, güçlü jeolojik süreçler (volkanik patlamalar, depremler) ve organik bileşiklerin ayrışması sırasında açığa çıkar. Nodül bakterilerinin aktivitesi nedeniyle havadan azot uzaklaştırılır.

Ancak son yıllarda insan ekonomik faaliyetlerinden dolayı atmosferdeki nitrojen dengesinde bir değişiklik yaşanmaktadır. Azotlu gübrelerin üretimi sırasında azot fiksasyonu önemli ölçüde artmıştır. Endüstriyel nitrojen fiksasyonunun hacminin yakın gelecekte önemli ölçüde artacağı ve atmosfere salınımını aşacağı varsayılmaktadır. Azotlu gübre üretiminin her 6 yılda bir ikiye katlanması öngörülüyor. Bu, azotlu gübrelere yönelik artan tarımsal ihtiyaçları karşılar. Bununla birlikte, atmosferik havadan nitrojenin uzaklaştırılmasının telafi edilmesi sorunu hala çözülmemiştir. Ancak atmosferdeki toplam nitrojen miktarının çok yüksek olması nedeniyle bu sorun, oksijen ve karbondioksit dengesi kadar ciddi değildir.

Yaklaşık 3,5 - 4 milyar yıl önce, ana oksijen üreticileri - yeşil bitkiler - olmadığı için atmosferdeki oksijen içeriği şimdiye göre 1000 kat daha azdı. Mevcut oksijen ve karbondioksit oranı, canlı organizmaların hayati aktivitesi tarafından korunur. Fotosentez sonucunda yeşil bitkiler karbondioksit tüketir ve oksijen açığa çıkarır. Tüm canlı organizmalar tarafından solunum için kullanılır. CO3 ve O2 tüketiminin ve bunların atmosfere salınmasının doğal süreçleri iyi dengelenmiştir.

Sanayinin ve taşımacılığın gelişmesiyle birlikte yanma proseslerinde giderek artan miktarlarda oksijen kullanılmaktadır. Örneğin, bir transatlantik uçuş sırasında bir jet uçağı 35 ton oksijen yakar. Bir binek araç 1,5 bin kilometre boyunca bir kişinin günlük oksijen ihtiyacını tüketmektedir (bir kişi günde ortalama 500 litre oksijen tüketerek akciğerlerden 12 ton hava geçirmektedir). Uzmanlara göre, çeşitli yakıt türlerinin yanması artık yeşil bitkilerin ürettiği oksijenin %10 ila %25'ini gerektiriyor. Orman, savan, bozkır alanlarının azalması, çöl alanlarının artması, şehirlerin büyümesi ve ulaşım yollarının büyümesi nedeniyle atmosfere oksijen tedariki azalıyor. Nehirlerin, göllerin, denizlerin ve okyanusların kirlenmesi nedeniyle su bitkileri arasında oksijen üretenlerin sayısı azalmaktadır. Önümüzdeki 150 - 180 yıl içinde atmosferdeki oksijen miktarının mevcut içeriğine göre üçte bir oranında azalacağı düşünülüyor.

Atmosfere karbondioksit salınımındaki eşdeğer artışla birlikte oksijen rezervlerinin kullanımı da artıyor. BM'ye göre son 100 yılda Dünya atmosferindeki CO~ miktarı %10 - 15 oranında arttı. Eğer amaçlanan eğilim devam ederse, üçüncü bin yılda atmosferdeki CO~ miktarı %25 oranında artabilir. kuru atmosferik hava hacminin %0,0324 ila %0,04'ü. Atmosferdeki karbondioksit miktarının bir miktar artması, tarım bitkilerinin verimliliğine olumlu etki yapmaktadır. Böylece seralardaki hava karbondioksite doyduğunda fotosentez işleminin yoğunlaşmasından dolayı sebze verimi artar. Ancak atmosferdeki CO2 miktarının artmasıyla birlikte, aşağıda tartışılacak olan karmaşık küresel sorunlar ortaya çıkıyor.

Atmosfer, meteorolojik ve iklimi oluşturan ana faktörlerden biridir. İklimi oluşturan sistem, atmosferi, okyanusu, kara yüzeyini, kriyosferi ve biyosferi içerir. Bu bileşenlerin hareketlilik ve eylemsizlik özellikleri farklıdır; bitişik sistemlerdeki dış etkenlere karşı farklı tepki sürelerine sahiptirler. Dolayısıyla atmosfer ve kara yüzeyi için yanıt süresi birkaç hafta veya aydır. Atmosfer, nem ve ısı transferi ve siklonik aktivitenin dolaşım süreçleriyle ilişkilidir.

Gezegenimizin atmosferindeki sera etkisi, Dünya yüzeyinden yükselen spektrumun kızılötesi aralığındaki enerji akışının atmosferik gaz molekülleri tarafından emilmesi ve farklı yönlere geri yayılmasından kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, sera gazı molekülleri tarafından emilen enerjinin yarısı Dünya yüzeyine geri dönerek ısınmasına neden olur. Sera etkisinin doğal bir atmosferik olay olduğu unutulmamalıdır (Şekil 5). Eğer Dünya'da sera etkisi olmasaydı gezegenimizdeki ortalama sıcaklık yaklaşık -21°C olurdu, ancak sera gazları sayesinde bu rakam +14°C'dir. Bu nedenle, tamamen teorik olarak, sera gazlarının Dünya atmosferine salınmasıyla ilişkili insan faaliyeti, gezegenin daha fazla ısınmasına yol açmalıdır. Ana sera gazları, Dünya'nın ısı dengesi üzerindeki tahmini etkilerine göre, su buharı (%36-70), karbondioksit (%9-26), metan (%4-9), halokarbonlar ve nitrik oksittir.

Pirinç.

Kömürle çalışan enerji santralleri, fabrika bacaları, araba egzozu ve diğer insan yapımı kirlilik kaynakları, her yıl atmosfere yaklaşık 22 milyar ton karbondioksit ve diğer sera gazlarını salıyor. Hayvancılık, gübre kullanımı, kömür yakılması ve diğer kaynaklar yılda yaklaşık 250 milyon ton metan üretiyor. İnsanlığın saldığı sera gazlarının yaklaşık yarısı atmosferde kalıyor. Son 20 yılda insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının yaklaşık dörtte üçü petrol, doğal gaz ve kömür kullanımından kaynaklanmaktadır (Şekil 6). Geriye kalanların çoğu, başta ormansızlaşma olmak üzere, manzaradaki değişikliklerden kaynaklanıyor.

Pirinç.

su buharı- günümüzün en önemli sera gazı. Bununla birlikte, su buharı birçok başka süreçte de yer alır ve bu da farklı koşullardaki rolünü belirsiz hale getirir.

Her şeyden önce, Dünya yüzeyinden buharlaşma ve atmosferde daha fazla yoğunlaşma sırasında, atmosfere giren tüm ısının %40'a kadarı konveksiyon nedeniyle atmosferin alt katmanlarına (troposfer) aktarılır. Böylece su buharı buharlaştığında yüzey sıcaklığını bir miktar düşürür. Ancak atmosferdeki yoğunlaşma sonucu açığa çıkan ısı, onu ısıtmaya ve ardından Dünya'nın yüzeyini ısıtmaya gider.

Ancak su buharının yoğunlaşmasından sonra, güneş ışığının saçılma süreçlerine yoğun bir şekilde katılan, güneş enerjisinin bir kısmını uzaya geri yansıtan su damlacıkları veya buz kristalleri oluşur. Bu damlacık ve kristallerin birikmesinden oluşan bulutlar, atmosferin yansıttığı güneş enerjisinin (albedo) payını artırarak uzaya geri gönderir (ve daha sonra bulutlardan gelen yağışlar kar şeklinde düşerek yüzeyin albedosunu artırır). ).

Bununla birlikte, damlacıklar ve kristaller halinde yoğunlaşmış olsa bile su buharı, spektrumun kızılötesi bölgesinde hala güçlü soğurma bantlarına sahiptir; bu, aynı bulutların rolünün net olmaktan uzak olduğu anlamına gelir. Bu ikilik özellikle aşağıdaki aşırı durumlarda fark edilir - güneşli yaz havalarında gökyüzü bulutlarla kaplandığında, yüzey sıcaklığı düşer ve aynı şey bir kış gecesinde olursa, tam tersine artar. Nihai sonuç aynı zamanda bulutların konumundan da etkilenir; alçak irtifalarda kalın bulutlar çok fazla güneş enerjisini yansıtır ve bu durumda denge sera karşıtı etki lehine olabilir, ancak yüksek irtifalarda ince sirrus bulutlar aşağıya doğru oldukça fazla güneş enerjisi iletirler, ancak ince bulutlar bile kızılötesi radyasyonun önünde neredeyse aşılmaz engellerdir ve burada sera etkisinin baskınlığından bahsedebiliriz.

Su buharının bir başka özelliği - nemli bir atmosfer, bir dereceye kadar başka bir sera gazı olan karbondioksitin bağlanmasına ve bunun yağış yoluyla Dünya yüzeyine aktarılmasına katkıda bulunur ve burada daha ileri işlemler sonucunda tüketilebilir. karbonatların ve yanıcı minerallerin oluşumu.

İnsan faaliyetinin atmosferdeki su buharı içeriği üzerinde çok zayıf bir doğrudan etkisi vardır - yalnızca sulanan arazi alanındaki artış, bataklık alanındaki değişiklikler ve ihmal edilebilecek düzeyde enerji çalışması nedeniyle Dünyanın tüm su yüzeyinden buharlaşmanın ve volkanik aktivitenin arka planı. Bu nedenle, sera etkisi sorunu ele alınırken buna çoğu zaman çok az önem verilmektedir.

Bununla birlikte, atmosferik su buharı içeriği ile şimdi ele alacağımız diğer sera gazlarının neden olduğu ısınma arasındaki geri bildirimler nedeniyle su buharı içeriği üzerindeki dolaylı etki çok büyük olabilir.

Sıcaklık arttıkça su buharının buharlaşmasının da arttığı ve her 10 °C'de havadaki olası su buharı içeriğinin neredeyse iki katına çıktığı bilinmektedir. Örneğin, 0 °C'de doymuş buhar basıncı yaklaşık 6 MB, +10 °C - 12 MB ve +20 °C - 23 MB'dir.

Su buharı içeriğinin büyük ölçüde sıcaklığa bağlı olduğu ve herhangi bir nedenden dolayı azaldığında, öncelikle su buharının kendisinin sera etkisinin azaldığı (içeriğin azalması nedeniyle) ve ikinci olarak su buharının yoğunlaşmasının meydana geldiği görülebilir. bu elbette yoğunlaşma ısısının salınımı nedeniyle sıcaklığın düşmesini güçlü bir şekilde engeller, ancak yoğunlaşmadan sonra güneş enerjisinin hem atmosferde (damlacıklar ve buz kristallerine saçılma) hem de yüzeyde (kar yağışı) yansıması artar. bu da sıcaklığı daha da düşürür.

Sıcaklık arttıkça atmosferdeki su buharı içeriği artar, sera etkisi artar, bu da başlangıçtaki sıcaklık artışını şiddetlendirir. Prensip olarak, bulutluluk da artıyor (nispeten soğuk bölgelere daha fazla su buharı giriyor), ancak son derece zayıf bir şekilde - I. Mokhov'a göre, ısınma derecesi başına yaklaşık% 0,4, bu da güneş enerjisinin yansımasındaki artışı büyük ölçüde etkileyemez.

Karbon dioksit- Günümüzde sera etkisine en fazla katkıda bulunan ikinci madde olup, sıcaklık düştüğünde donmaz ve karasal koşullarda mümkün olan en düşük sıcaklıklarda bile sera etkisi yaratmaya devam eder. Muhtemelen, Dünya'nın güçlü buzullaşma durumundan (ekvator bile kalın bir buz tabakasıyla kaplıyken) çıkabilmesi, volkanik aktivitenin bir sonucu olarak atmosferde kademeli olarak karbondioksit birikmesi sayesinde oldu. Proterozoyik'in başında ve sonunda içine düştü.

Karbondioksit, litosfer-hidrosfer-atmosfer sisteminde güçlü bir karbon döngüsüne dahil olur ve dünyanın iklimindeki değişiklikler öncelikle onun atmosfere girişi ve atmosferden çıkışı dengesindeki değişikliklerle ilişkilidir.

Karbon dioksitin sudaki nispeten yüksek çözünürlüğü nedeniyle, hidrosferdeki (özellikle okyanuslardaki) karbondioksit içeriği artık 4x104 Gt (gigaton) karbondur (bundan sonra karbon cinsinden CO2 verileri verilecektir), derin katmanları içerir (Putvinsky, 1998). Atmosfer şu anda yaklaşık 7,5x102 Gt karbon içermektedir (Alekseev ve diğerleri, 1999). Atmosferdeki CO2 içeriği her zaman düşük değildi; örneğin Archean'da (yaklaşık 3,5 milyar yıl önce), önemli ölçüde daha yüksek basınç ve sıcaklıkta atmosfer neredeyse %85-90 karbondioksitten oluşuyordu (Sorokhtin, Ushakov, 1997). Bununla birlikte, iç kısımdaki gazın giderilmesi ve yaşamın ortaya çıkması sonucu Dünya yüzeyine önemli miktarda su sağlanması, neredeyse tüm atmosferik maddelerin ve suda çözünmüş karbondioksitin önemli bir kısmının formda bağlanmasını sağlamıştır. karbonatlar (litosferde yaklaşık 5.5x107 Gt karbon depolanmaktadır (IPCC raporu, 2000)) . Ayrıca karbondioksit canlı organizmalar tarafından çeşitli yanıcı mineral formlarına dönüştürülmeye başlandı. Ek olarak, biyokütle birikimi nedeniyle karbondioksitin bir kısmının bağlanması da meydana geldi, toplam karbon rezervleri atmosferdekilerle karşılaştırılabilir ve toprak dikkate alındığında birkaç kat daha yüksektir.

Ancak biz öncelikle atmosfere karbondioksit sağlayan ve onu atmosferden uzaklaştıran akışlarla ilgileniyoruz. Litosfer artık esas olarak volkanik aktivite nedeniyle atmosfere giren çok küçük bir karbondioksit akışı sağlıyor - yılda yaklaşık 0,1 Gt karbon (Putvinsky, 1998). Okyanus (orada yaşayan organizmalarla birlikte) - atmosfer ve karasal biyota - atmosfer sistemlerinde önemli ölçüde büyük akışlar gözlemlenmektedir. Yılda yaklaşık 92 Gt karbon atmosferden okyanusa girmekte ve 90 Gt karbon atmosfere geri dönmektedir (Putvinsky, 1998). Böylece okyanuslar yılda yaklaşık 2 Gt karbonu atmosferden uzaklaştırıyor. Aynı zamanda karada yaşayan ölü canlıların solunumu ve ayrışması süreçlerinde atmosfere yılda yaklaşık 100 Gt karbon girmektedir. Fotosentez süreçlerinde karasal bitki örtüsü de atmosferden yaklaşık 100 Gt karbonu uzaklaştırır (Putvinsky, 1998). Görebildiğimiz gibi, atmosferden karbon alımı ve uzaklaştırılması mekanizması oldukça dengeli olup, yaklaşık olarak eşit akışlar sağlamaktadır. Modern insan faaliyetleri, bu mekanizmaya, fosil yakıtların (petrol, gaz, kömür vb.) yanması nedeniyle atmosfere sürekli artan ilave karbon akışını da içermektedir - örneğin 1989-99 dönemine ait verilere göre, yılda ortalama 6,3 Gt civarında. Ayrıca, ormansızlaşma ve ormanların kısmen yakılması nedeniyle atmosfere karbon akışı artar - yılda 1,7 Gt'a kadar (IPCC raporu, 2000), CO2 emilimine katkıda bulunan biyokütledeki artış ise yılda yalnızca 0,2 Gt civarındadır. yılda neredeyse 2 Gt yerine. Okyanus tarafından yaklaşık 2 Gt ek karbonun emilme olasılığı dikkate alınsa bile, atmosferdeki karbondioksit içeriğini artıran oldukça önemli bir ek akış (şu anda yılda yaklaşık 6 Gt) mevcuttur. Ek olarak, yakın gelecekte karbondioksitin okyanus tarafından emilmesi azalabilir ve hatta bunun tersi bir süreç bile mümkündür - karbondioksitin Dünya Okyanusundan salınması. Bunun nedeni, su sıcaklığının artmasıyla karbondioksitin çözünürlüğünün azalmasıdır - örneğin, su sıcaklığı sadece 5'ten 10 ° C'ye yükseldiğinde, içindeki karbondioksitin çözünürlük katsayısı yaklaşık 1,4'ten 1,2'ye düşer.

Dolayısıyla, ekonomik faaliyetlerin neden olduğu atmosfere karbondioksit akışı, bazı doğal akışlarla karşılaştırıldığında çok fazla değildir, ancak bunun telafi edilmemesi, atmosferde kademeli olarak CO2 birikmesine yol açar ve bu da, CO2 girdisi ve çıktısı arasındaki dengeyi bozar. Dünya'nın ve üzerindeki yaşamın milyarlarca yıllık evrimi.

Jeolojik ve tarihsel geçmişten gelen çok sayıda gerçek, iklim değişikliği ile sera gazlarındaki dalgalanmalar arasında bir bağlantı olduğunu göstermektedir. 4 ila 3,5 milyar yıl önceki dönemde Güneş'in parlaklığı şimdikinden yaklaşık %30 daha azdı. Bununla birlikte, genç, "soluk" Güneş'in ışınları altında bile Dünya'da yaşam gelişti ve tortul kayaçlar oluştu: en azından dünya yüzeyinin bir kısmında sıcaklık suyun donma noktasının üzerindeydi. Bazı bilim adamları o dönemde dünya atmosferinin 1000 kat daha fazla eksen içerdiğini öne sürüyorlar. karbon dioksitŞimdikinden daha fazla ve bu, Dünya tarafından yayılan ısının daha fazlası atmosferde kaldığı için güneş enerjisi eksikliğini telafi etti. Artan sera etkisi, Mesozoik çağda (dinozorlar çağı) daha sonraki olağanüstü sıcak iklimin nedenlerinden biri olabilir. Fosil kalıntıları üzerinde yapılan analizlere göre o dönemde Dünya, şimdikinden 10-15 derece daha sıcaktı. O zamanlar, 100 milyon yıl önce ve daha önce, kıtaların zamanımızdakinden farklı bir konumda olduğunu ve okyanus dolaşımının da farklı olduğunu, dolayısıyla tropik bölgelerden kutup bölgelerine ısı transferinin daha fazla olabileceğini belirtmekte fayda var. Ancak şu anda Pensilvanya Üniversitesi'nden Eric J. Barron ve diğer araştırmacılar tarafından yapılan hesaplamalar, paleo-kıtasal coğrafyanın Mezozoik ısınmanın yarısından fazlasını açıklayamayacağını gösteriyor. Isınmanın geri kalanı artan karbondioksit seviyeleriyle kolaylıkla açıklanabilir. Bu varsayım ilk olarak Devlet Hidroloji Enstitüsü'nden Sovyet bilim adamları A. B. Ronov ve Ana Jeofizik Gözlemevi'nden M. I. Budyko tarafından ortaya atıldı. Bu öneriyi destekleyen hesaplamalar Ulusal Atmosfer Araştırmaları Merkezi'nden (NCAR) Eric Barron, Starley L. Thompson tarafından yapıldı. Yale Üniversitesi'nden Robert A. Berner ve Antonio C. Lasaga ile merhum Robert tarafından geliştirilen jeokimyasal bir modelden. 1983 yılında bir süre süren kuraklığın ardından Teksas'ta tarlalar çöle döndü. Bilgisayar modelleri kullanılarak yapılan hesaplamaların da gösterdiği gibi, bu tablo, küresel ısınmanın bir sonucu olarak kıtaların orta bölgelerindeki toprak neminin artması durumunda birçok yerde gözlemlenebiliyor. tahıl üretiminin yoğunlaştığı yerlerde azalır.

Güney Florida Üniversitesi'nden M. Garrels'in araştırmasına göre, yükselen magmanın yeni okyanus tabanı oluşturduğu okyanus ortası sırtlarındaki olağanüstü güçlü volkanik aktivite sırasında karbondioksit açığa çıkabiliyor. Buzullaşma sırasında atmosferik sera gazları ile iklim arasındaki bağlantıya işaret eden doğrudan kanıtlar, eski zamanlarda düşen karın sıkışması sonucu oluşan Antarktika buzundaki hava kabarcıklarından "çıkarılabilir". Grenoble'daki Buzul Bilimi ve Jeofizik Laboratuvarı'ndan Claude Laurieux liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, Antarktika'daki Vostok istasyonunda Sovyet araştırmacılar tarafından elde edilen 2000 m uzunluğunda (160 bin yıllık bir döneme karşılık gelen) bir buz sütunu üzerinde çalıştı. Bu buz sütununda bulunan gazların laboratuvar analizi, antik atmosferde karbondioksit ve metan konsantrasyonlarının uyum içinde ve daha da önemlisi ortalama yerel sıcaklıktaki değişikliklerle "zaman içinde" değiştiğini gösterdi (bu, su moleküllerindeki hidrojen izotoplarının konsantrasyonlarının oranı). 10 bin yıl süren son buzul arası dönemde ve ondan önceki 10 bin yıl süren buzul arası dönemde (130 bin yıl önce), bu bölgedeki ortalama sıcaklık buzullaşma dönemine göre 10 derece daha yüksekti. (Genel olarak Dünya bu dönemlerde 5 os daha sıcaktı.) Aynı dönemlerde atmosfer buzullaşma dönemine göre %25 daha fazla karbondioksit ve 100.070 daha fazla metan içeriyordu. Sebep sera gazlarındaki değişiklikler mi, sonuç iklim değişikliği mi, yoksa tam tersi mi olduğu belli değil. Büyük olasılıkla, buzullaşmaların nedeni, Dünya'nın yörüngesindeki değişiklikler ve buzulların ilerlemesi ve geri çekilmesinin özel dinamikleriydi; ancak bu iklimsel dalgalanmalar, biyotadaki değişiklikler ve atmosferdeki sera gazlarının içeriğini etkileyen okyanus dolaşımındaki dalgalanmalar nedeniyle daha da artmış olabilir. Sera gazı dalgalanmaları ve iklim değişikliğine ilişkin son 100 yıl için daha ayrıntılı veriler mevcut; bu süre zarfında karbondioksit konsantrasyonlarında %25 ve metanda %100 oranında daha fazla artış yaşandı. Geçtiğimiz 100 yılın ortalama küresel sıcaklık "rekoru", Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi Goddard Uzay Araştırmaları Enstitüsü'nden James E. Hansen ve Doğu Üniversitesi İklim Bölümü'nden T. M. L. Wigley liderliğindeki iki araştırmacı ekibi tarafından incelendi. İngiltere.

Atmosferin ısıyı tutması, Dünya'nın enerji dengesinin ana bileşenidir (Şekil 8). Güneş'ten gelen enerjinin yaklaşık %30'u bulutlardan, parçacıklardan veya Dünya yüzeyinden yansır (solda); kalan %70'i emilir. Emilen enerji, gezegenin yüzeyi tarafından kızılötesi olarak yeniden yayılır.

Pirinç.

Bu bilim adamları, tüm kıtalara dağılmış hava istasyonlarından alınan ölçümleri kullandılar (İklim Bölümü ekibi, analize denizdeki ölçümleri de dahil etti). Aynı zamanda iki grup, gözlemleri analiz etmek ve örneğin bazı hava istasyonlarının yüz yıl boyunca başka bir yere "taşınması" ve bazılarının şehirlerde bulunması gibi "çarpıtmaları" hesaba katmak için farklı yöntemler benimsedi. “kirlenmiş” veriler » endüstriyel işletmelerin ürettiği veya gün boyunca binalar ve kaldırımlar tarafından biriken ısının etkisi. Isı adalarının ortaya çıkmasına neden olan ikinci etki, Amerika Birleşik Devletleri gibi gelişmiş ülkelerde çok belirgindir. Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri için hesaplanan düzeltme (Kuzey Carolina, Asheville'deki Ulusal İklimsel Veri Merkezi'nden Thomas R. Karl ve East Anglia Üniversitesi'nden P. D. Jones tarafından elde edilmiştir) dünya üzerindeki tüm verilere genişletilse bile , her iki girişte de kalacak “<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.

Atmosfer ile Dünya üzerindeki çeşitli “rezervuarlar” arasında karbon değişimi (Şekil 9). Her sayı, milyarlarca ton cinsinden, yıllık karbonun (dioksit formunda) girişini veya çıkışını veya rezervuardaki stokunu gösterir. Biri karada, diğeri okyanusta olmak üzere bu doğal döngüler, atmosferden eklediği kadar karbondioksiti uzaklaştırır, ancak ormanların yok edilmesi ve fosil yakıtların yakılması gibi insan faaliyetleri, atmosferdeki karbon seviyelerinin düşmesine ve her yıl 3 milyar oranında artmasına neden olur. ton. Bert Bohlin'in Stockholm Üniversitesi'ndeki çalışmalarından alınan veriler

Şekil 9

Karbondioksit emisyonlarının nasıl değişeceğine dair makul bir tahminimiz olduğunu varsayalım. Bu durumda bu gazın atmosferdeki konsantrasyonuyla ne gibi değişiklikler meydana gelecektir? Atmosferdeki karbondioksit bitkiler tarafından ve ayrıca kimyasal ve biyolojik işlemlerde kullanıldığı okyanuslar tarafından "tüketilir". Atmosferdeki karbondioksitin konsantrasyonu değiştikçe, bu gazın “tüketim” hızı da muhtemelen değişecektir. Başka bir deyişle, atmosferdeki karbondioksitin içeriğinde değişikliğe neden olan süreçlerin mutlaka geri bildirim içermesi gerekir. Karbondioksit, bitkilerde fotosentezin "hammaddesidir", dolayısıyla atmosferde biriktiği için bitkiler tarafından tüketimi muhtemelen artacak ve bu da bu birikimi yavaşlatacaktır. Benzer şekilde, yüzey okyanus sularındaki karbondioksit içeriği atmosferdeki içerikle yaklaşık olarak dengede olduğundan, okyanus suyunun karbondioksit alımını artırmak atmosferdeki birikimini yavaşlatacaktır. Ancak karbondioksit ve diğer sera gazlarının atmosferde birikmesinin iklim etkisini artıracak olumlu geri bildirim mekanizmalarını tetiklemesi de söz konusu olabilir. Bu nedenle, hızlı iklim değişikliği bazı ormanların ve diğer ekosistemlerin yok olmasına neden olabilir ve bu da biyosferin karbondioksiti absorbe etme yeteneğini zayıflatacaktır. Üstelik ısınma, topraktaki ölü organik maddede depolanan karbonun hızla salınmasına yol açabilir. Atmosferde bulunan miktarın iki katı olan bu karbon, toprak bakterileri tarafından sürekli olarak karbondioksit ve metana dönüştürülür. Isınma bunların çalışmasını hızlandırabilir, bu da karbondioksit (kuru topraklardan) ve metan (pirinç tarlalarından, çöplüklerden ve sulak alanlardan) salınımının artmasına neden olabilir. Kıta sahanlığındaki ve Kuzey Kutbu'ndaki permafrost tabakasının altındaki çökeltilerde de oldukça fazla miktarda metan, metan ve su moleküllerinden oluşan moleküler kafesler halinde klatratlar halinde depolanır. Raf sularının ısınması ve permafrostun çözülmesi, salınmaya neden olabilir. Bu belirsizliklere rağmen birçok araştırmacı, karbondioksitin bitkiler ve okyanuslar tarafından emilmesinin, bu gazın atmosferdeki birikimini en azından önümüzdeki 50 ila 100 yıl içinde yavaşlatacağına inanıyor. Atmosfere giren toplam karbondioksit miktarının yaklaşık yarısı orada kalacaktır. Bundan, karbondioksit konsantrasyonlarının yaklaşık 2030 ile 2080 yılları arasında 1900 seviyelerinden (600 ppm'ye) iki katına çıkacağı sonucu çıkıyor. Ancak diğer sera gazları muhtemelen atmosferde daha hızlı birikecek.

Sera gazları

Sera gazları, küresel sera etkisine neden olduğuna inanılan gazlardır.

Ana sera gazları, Dünya'nın termal dengesi üzerindeki tahmini etkilerine göre su buharı, karbondioksit, metan, ozon, halokarbonlar ve nitröz oksittir.

su buharı

Su buharı, etkinin %60'ından fazlasından sorumlu olan ana doğal sera gazıdır. Bu kaynak üzerindeki doğrudan antropojenik etki önemsizdir. Aynı zamanda, diğer faktörlerin neden olduğu Dünya sıcaklığının artması, buharlaşmayı ve neredeyse sabit bağıl nemde atmosferdeki toplam su buharı konsantrasyonunu arttırır, bu da sera etkisini artırır. Böylece bazı olumlu geri dönüşler ortaya çıkıyor.

Metan

55 milyon yıl önce deniz yatağının altında biriken devasa metan patlaması, Dünya'yı 7 santigrat derece ısıttı.

Aynı şey şimdi de olabilir; bu varsayım NASA'dan araştırmacılar tarafından doğrulandı. Antik iklimlerin bilgisayar simülasyonlarını kullanarak metanın iklim değişikliğindeki rolünü daha iyi anlamaya çalıştılar. Şu anda, sera etkisi üzerine yapılan araştırmaların çoğu, karbondioksitin bu etkideki rolüne odaklanıyor; ancak metanın atmosferde ısı tutma potansiyeli, karbondioksitin kapasitesini 20 kat aşıyor.

Gazla çalışan çeşitli ev aletleri, atmosferdeki metan içeriğinin artmasına katkıda bulunuyor.

Geçtiğimiz 200 yılda, bataklıklarda ve ıslak ovalarda organik maddenin ayrışması, gaz boru hatları, kömür madenleri gibi insan yapımı nesnelerden kaynaklanan sızıntılar, artan sulama ve gaz çıkışı nedeniyle atmosferdeki metan miktarı iki kattan fazla arttı. hayvancılık. Ancak metanın başka bir kaynağı daha var; okyanus çökeltilerinde bulunan, deniz tabanının altında donmuş olarak korunan, çürüyen organik madde.

Tipik olarak düşük sıcaklıklar ve yüksek basınç, metanın okyanusun altında sabit bir durumda kalmasını sağlar, ancak durum her zaman böyle değildi. 55 milyon yıl önce meydana gelen ve 100 bin yıl süren Geç Paleosen Termal Maksimum gibi küresel ısınma dönemlerinde, özellikle Hindistan yarımadasındaki litosferik plakaların hareketi, deniz tabanındaki basıncın düşmesine neden oldu ve büyük miktarda metan salınımına neden olur. Atmosfer ve okyanus ısınmaya başladıkça metan emisyonları artabilir. Bazı bilim adamları, eğer okyanus önemli ölçüde ısınırsa, mevcut küresel ısınmanın aynı senaryoya göre olayların gelişmesine yol açabileceğine inanıyor.

Metan atmosfere girdiğinde oksijen ve hidrojen molekülleriyle reaksiyona girerek karbondioksit ve su buharı oluşturur ve bunların her biri sera etkisine neden olabilir. Önceki tahminlere göre, yayılan metanın tamamı yaklaşık 10 yıl içinde karbondioksit ve suya dönüşecek. Eğer bu doğruysa, artan karbondioksit konsantrasyonları gezegenin ısınmasının ana nedeni olacaktır. Bununla birlikte, akıl yürütmeyi geçmişe atıfta bulunarak doğrulama girişimleri başarısız oldu - 55 milyon yıl önce karbondioksit konsantrasyonunda bir artışa dair hiçbir iz bulunamadı.

Yeni çalışmada kullanılan modeller, atmosferdeki metan seviyesi keskin bir şekilde arttığında, içindeki metanla reaksiyona giren oksijen ve hidrojen içeriğinin azaldığını (reaksiyon durana kadar) ve kalan metanın yüzlerce yıl havada kaldığını gösterdi. Yıllar geçtikçe kendisi de küresel ısınmanın nedeni haline geliyor. Ve bu yüzlerce yıl, atmosferi ısıtmaya, okyanuslardaki buzları eritmeye ve tüm iklim sistemini değiştirmeye yetiyor.

Metanın ana antropojenik kaynakları, hayvancılıkta sindirim fermantasyonu, pirinç yetiştiriciliği ve biyokütle yakımıdır (ormansızlaşma dahil). Son araştırmalar, MS 1. bin yılda atmosferik metan konsantrasyonlarında hızlı bir artışın meydana geldiğini göstermiştir (muhtemelen tarım ve hayvancılık üretiminin genişlemesi ve orman yangınlarının bir sonucu olarak). 1000 ile 1700 yılları arasında metan konsantrasyonları %40 oranında düştü, ancak son yüzyıllarda yeniden yükselmeye başladı (muhtemelen ekilebilir alanların ve meraların genişlemesi ve ormanların yakılması, ısınma için odun kullanılması, hayvan sayısının artması sonucunda) , kanalizasyon ve pirinç ekimi). Metan tedarikine bir miktar katkı, kömür ve doğal gaz yataklarının geliştirilmesi sırasında meydana gelen sızıntılardan ve ayrıca atık bertaraf sahalarında üretilen biyogazın bir parçası olarak metan emisyonundan kaynaklanmaktadır.

Karbon dioksit

Dünya atmosferindeki karbondioksit kaynakları volkanik emisyonlar, organizmaların yaşamsal faaliyetleri ve insan faaliyetleridir. Antropojenik kaynaklar arasında fosil yakıtların yakılması, biyokütlenin yakılması (ormansızlaşma dahil) ve bazı endüstriyel süreçler (örneğin çimento üretimi) yer alır. Karbondioksitin ana tüketicileri bitkilerdir. Normalde biyosinoz, ürettiği karbondioksitle hemen hemen aynı miktarda karbondioksiti emer (biyokütle bozunması dahil).

Karbondioksitin sera etkisinin yoğunluğu üzerindeki etkisi.

Karbon döngüsü ve dünya okyanuslarının büyük bir karbondioksit deposu olma rolü hakkında hâlâ öğrenilmesi gereken çok şey var. Yukarıda da belirtildiği gibi, insanlık mevcut 750 milyar tona her yıl 7 milyar ton CO2 formundaki karbonu ekliyor. Ancak emisyonlarımızın yalnızca yarısı (3 milyar ton) havada kalıyor. Bu, çoğu CO2'nin kara ve deniz bitkileri tarafından kullanılması, deniz çökeltilerine gömülmesi, deniz suyu tarafından emilmesi veya başka şekilde emilmesiyle açıklanabilir. CO2'nin bu büyük kısmının (yaklaşık 4 milyar ton) okyanuslar her yıl yaklaşık iki milyar ton atmosferik karbondioksiti emer.

Bütün bunlar cevaplanmamış soruların sayısını artırıyor: Deniz suyu atmosferik havayla tam olarak nasıl etkileşime giriyor ve CO2'yi emiyor? Denizler ne kadar daha fazla karbon emebilir ve küresel ısınmanın düzeyi denizlerin kapasitesini etkileyebilir mi? Okyanusların iklim değişikliğinin hapsolduğu ısıyı absorbe etme ve depolama kapasitesi nedir?

Bir iklim modeli oluştururken, aerosol adı verilen hava akımlarında bulutların ve asılı parçacıkların rolünü hesaba katmak kolay değildir. Bulutlar dünya yüzeyini gölgeleyerek soğumaya neden olur, ancak yüksekliklerine, yoğunluklarına ve diğer koşullara bağlı olarak dünya yüzeyinden yansıyan ısıyı da hapsederek sera etkisinin yoğunluğunu artırabilirler. Aerosollerin etkisi de ilginçtir. Bazıları su buharını değiştirerek bulutları oluşturan küçük damlacıklara yoğunlaştırıyor. Bu bulutlar çok yoğundur ve haftalarca Dünya yüzeyini gizler. Yani yağışla birlikte düşene kadar güneş ışığını engellerler.

Birleşik etki çok büyük olabilir: 1991'de Filipinler'deki Pinatuba Dağı'nın patlaması, stratosfere muazzam miktarda sülfat salarak dünya çapında iki yıl süren sıcaklık düşüşüne neden oldu.

Bu nedenle, esas olarak kükürt içeren kömür ve petrollerin yakılmasından kaynaklanan kendi kirliliğimiz, küresel ısınmanın etkilerini geçici olarak dengeleyebilir. Uzmanlar, aerosollerin 20. yüzyılda ısınma miktarını %20 oranında azalttığını tahmin ediyor. Genel olarak sıcaklıklar 1940'lardan bu yana artıyor, ancak 1970'den bu yana düşüyor. Aerosol etkisi geçen yüzyılın ortasındaki anormal soğumayı açıklamaya yardımcı olabilir.

2006 yılında atmosfere karbondioksit emisyonu 24 milyar ton olarak gerçekleşti. Çok aktif bir araştırmacı grubu, insan faaliyetinin küresel ısınmanın nedenlerinden biri olduğu fikrine karşı çıkıyor. Ona göre asıl mesele iklim değişikliğinin doğal süreçleri ve artan güneş aktivitesidir. Ancak Hamburg'daki Alman Klimatoloji Merkezi başkanı Klaus Hasselmann'a göre bunların yalnızca %5'i doğal nedenlerle açıklanabilir, geri kalan %95'i ise insan faaliyetlerinden kaynaklanan insan yapımı bir faktördür.

Bazı bilim adamları ayrıca CO2 artışını sıcaklıktaki artışla ilişkilendirmiyor. Şüpheciler, artan CO2 emisyonlarının sorumlusu olarak sıcaklıkların arttığını söylüyorsa, fosil yakıtların büyük miktarlarda yakıldığı savaş sonrası ekonomik patlama sırasında sıcaklıkların artmış olması gerektiğini söylüyor. Ancak Jeofizik Akışkanlar Dinamiği Laboratuvarı müdürü Jerry Mallman, artan kömür ve petrol kullanımının atmosferdeki kükürt içeriğini hızla arttırarak soğumaya neden olduğunu hesapladı. 1970'den sonra, CO2 ve metanın uzun yaşam döngülerinin termal etkisi, hızla çürüyen aerosolleri baskılayarak sıcaklıkların yükselmesine neden oldu. Dolayısıyla karbondioksitin sera etkisinin yoğunluğu üzerindeki etkisinin çok büyük ve inkar edilemez olduğu sonucuna varabiliriz.

Ancak artan sera etkisi felaket olmayabilir. Aslında, oldukça nadir görülen yüksek sıcaklıklar memnuniyetle karşılanabilir. 1900'den bu yana en büyük ısınma, endüstriyel sera gazı emisyonlarının en erken başladığı Rusya, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzey kısmını da içeren 40 ila 700 kuzey enlemlerinde gözlemlendi. Isınmanın büyük bir kısmı, dışarı çıkan ısıyı hapseden bulut örtüsünün artması nedeniyle geceleri meydana geliyor. Bunun sonucunda ekim sezonu bir hafta uzatıldı.

Üstelik sera etkisi bazı çiftçiler için iyi bir haber olabilir. Yüksek CO 2 konsantrasyonları bitkiler üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilir çünkü bitkiler fotosentez sırasında karbondioksiti kullanarak onu canlı dokuya dönüştürür. Bu nedenle, daha fazla bitki, atmosferden daha fazla CO2 emilimi anlamına gelir ve küresel ısınmayı yavaşlatır.

Bu fenomen Amerikalı uzmanlar tarafından incelenmiştir. Havadaki CO2 miktarının iki katı olan bir dünya modeli yaratmaya karar verdiler. Bunu yapmak için Kuzey Kaliforniya'daki on dört yıllık çam ormanını kullandılar. Ağaçların arasına döşenen borulardan gaz pompalandı. Fotosentez %50-60 arttı. Ancak etki kısa sürede tam tersi oldu. Boğucu ağaçlar bu kadar karbondioksitle baş edemedi. Fotosentez sürecindeki avantaj kaybedildi. Bu, insan manipülasyonunun nasıl beklenmedik sonuçlara yol açtığının bir başka örneğidir.

Ancak sera etkisinin bu küçük olumlu yönleri, olumsuz yönleriyle karşılaştırılamaz. Örneğin, CO2 hacminin iki katına çıktığı ve bu yüzyılın sonuna gelindiğinde CO2 konsantrasyonunun dört katına çıkacağının tahmin edildiği bir çam ormanı deneyini ele alalım. Sonuçların bitkiler için ne kadar felaket olabileceğini tahmin edebiliriz. Ve bu da CO2 hacmini artıracaktır, çünkü bitki ne kadar az olursa CO2 konsantrasyonu da o kadar yüksek olur.

Sera etkisinin sonuçları

sera etkisi gazlar iklim

Sıcaklıklar arttıkça okyanuslardan, göllerden, nehirlerden vb. suyun buharlaşması artacaktır. Daha sıcak hava daha fazla su buharı tutabildiğinden, bu güçlü bir geri besleme etkisi yaratır: Ne kadar ısınırsa, havadaki su buharı içeriği de o kadar yüksek olur ve bu da sera etkisini artırır.

İnsan faaliyetinin atmosferdeki su buharı miktarı üzerinde çok az etkisi vardır. Ama diğer sera gazlarını da salıyoruz, bu da sera etkisini giderek daha yoğun hale getiriyor. Bilim adamları, çoğunlukla fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanan artan CO2 emisyonlarının, 1850'den bu yana Dünya'nın ısınmasının en az yaklaşık %60'ını açıkladığına inanıyor. Atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu yılda yaklaşık %0,3 oranında artıyor ve şu anda sanayi devrimi öncesine göre yaklaşık %30 daha yüksek. Bunu mutlak olarak ifade edersek her yıl insanlık yaklaşık 7 milyar ton ekliyor. Bu, atmosferdeki toplam karbondioksit miktarına (750 milyar ton) kıyasla küçük bir kısım olmasına ve hatta Dünya Okyanusunda bulunan CO2 miktarıyla karşılaştırıldığında yaklaşık 35 trilyon ton daha küçük olmasına rağmen, hala çok küçük bir orandır. önemli. Sebep: doğal süreçler dengededir, atmosfere böyle bir hacimde CO2 girer ve oradan uzaklaştırılır. Ve insan faaliyeti yalnızca CO2 ekliyor.

Atmosfer Dünya'nın hava örtüsüdür. Dünya yüzeyinden 3000 km'ye kadar uzanır. İzleri 10.000 km'ye kadar olan yüksekliklere kadar izlenebilmektedir. A. düzensiz bir yoğunluğa sahiptir 50 5 kütleleri 5 km'ye kadar,% 75 - 10 km'ye kadar,% 90 - 16 km'ye kadar yoğunlaşmıştır.

Atmosfer, birkaç gazın mekanik bir karışımı olan havadan oluşur.

Azot Atmosferdeki (%78) oksijen seyreltici rolü oynar, oksidasyon hızını ve dolayısıyla biyolojik süreçlerin hızını ve yoğunluğunu düzenler. Azot, biyosferin canlı maddesiyle sürekli değiş tokuş yapan dünya atmosferinin ana unsurudur ve ikincisinin kurucu kısımları nitrojen bileşikleridir (amino asitler, pürinler, vb.). Azot, birbirleriyle yakından ilişkili olmasına rağmen, inorganik ve biyokimyasal yollarla atmosferden çıkarılır. İnorganik ekstraksiyon, N2O, N205, NO2, NH3 bileşiklerinin oluşumu ile ilişkilidir. Yağışlarda bulunurlar ve fırtınalar sırasında elektrik deşarjlarının etkisi altında veya güneş ışınımının etkisi altında fotokimyasal reaksiyonların etkisi altında atmosferde oluşurlar.

Azotun biyolojik fiksasyonu, bazı bakteriler tarafından topraktaki yüksek bitkilerle simbiyoz halinde gerçekleştirilir. Azot ayrıca deniz ortamındaki bazı plankton mikroorganizmaları ve algler tarafından da sabitlenir. Nitrojenin biyolojik fiksasyonu niceliksel olarak inorganik fiksasyonunu aşmaktadır. Atmosferdeki tüm nitrojenin değişimi yaklaşık 10 milyon yıl içinde gerçekleşir. Azot volkanik kökenli gazlarda ve magmatik kayalarda bulunur. Çeşitli kristal kaya ve meteor örnekleri ısıtıldığında, N2 ve NH3 molekülleri formunda nitrojen açığa çıkar. Bununla birlikte, hem Dünya'da hem de karasal gezegenlerde nitrojenin varlığının ana şekli molekülerdir. Üst atmosfere giren amonyak hızla oksitlenerek nitrojen açığa çıkarır. Sedimanter kayaçlarda organik madde ile birlikte gömülür ve bitümlü yataklarda artan miktarlarda bulunur. Bu kayaların bölgesel metamorfizması sırasında, nitrojen çeşitli şekillerde Dünya atmosferine salınır.

Jeokimyasal nitrojen döngüsü (

Oksijen(%21) canlı organizmalar tarafından solunum için kullanılır ve organik maddenin (proteinler, yağlar, karbonhidratlar) bir parçasıdır. Ozon O 3. Güneş'ten gelen hayata zarar veren ultraviyole radyasyonu geciktirir.

Oksijen, atmosferdeki en yaygın ikinci gazdır ve biyosferdeki birçok süreçte son derece önemli bir rol oynar. Varlığının baskın şekli O2'dir. Atmosferin üst katmanlarında ultraviyole radyasyonun etkisi altında oksijen moleküllerinde ayrışma meydana gelir ve yaklaşık 200 km yükseklikte atomik oksijenin molekülere (O: O 2) oranı 10'a eşit olur. Bunlar Oksijen formları atmosferde (20-30 km yükseklikte), bir ozon kuşağında (ozon ekranı) etkileşime girer. Ozon (O3), canlı organizmalar için gereklidir ve Güneş'ten gelen ve onlara zararlı olan ultraviyole radyasyonun çoğunu engeller.

Dünyanın gelişiminin ilk aşamalarında, atmosferin üst katmanlarında karbondioksit ve su moleküllerinin fotoayrışması sonucu çok küçük miktarlarda serbest oksijen ortaya çıktı. Ancak bu küçük miktarlar diğer gazların oksidasyonu nedeniyle hızla tükendi. Okyanusta ototrofik fotosentetik organizmaların ortaya çıkmasıyla durum önemli ölçüde değişti. Atmosferdeki serbest oksijen miktarı, biyosferin birçok bileşenini aktif olarak oksitleyerek giderek artmaya başladı. Böylece, serbest oksijenin ilk kısımları öncelikle demirin demir formlarının oksit formlarına ve sülfitlerin sülfatlara geçişine katkıda bulundu.

Sonunda Dünya atmosferindeki serbest oksijen miktarı belli bir kütleye ulaştı ve üretilen miktar, emilen miktara eşit olacak şekilde dengelendi. Atmosferde göreceli olarak sabit bir serbest oksijen içeriği oluşturulmuştur.

Jeokimyasal oksijen döngüsü (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Karbon dioksit canlı maddenin oluşumuna katılır ve su buharı ile birlikte “sera (sera) etkisi” denilen etkiyi yaratır.

Karbon (karbon dioksit) - atmosferdeki çoğu CO2 formundadır ve çok daha azı CH4 formundadır. Karbonun biyosferdeki jeokimyasal geçmişinin önemi son derece büyüktür, çünkü karbon tüm canlı organizmaların bir parçasıdır. Canlı organizmalarda karbonun indirgenmiş formları baskındır ve biyosfer ortamında oksitlenmiş formlar baskındır. Böylece yaşam döngüsünün kimyasal değişimi kurulur: CO 2 ↔ canlı madde.

Biyosferdeki birincil karbondioksitin kaynağı, mantonun ve yer kabuğunun alt ufuklarının seküler gazdan arındırılmasıyla ilişkili volkanik aktivitedir. Bu karbondioksitin bir kısmı, çeşitli metamorfik bölgelerdeki eski kireçtaşlarının termal ayrışması sırasında ortaya çıkar. CO2'nin biyosfere göçü iki şekilde gerçekleşir.

İlk yöntem, fotosentez sırasında organik maddelerin oluşumuyla CO2'nin emilmesi ve ardından turba, kömür, petrol ve petrol şist formunda litosferde uygun indirgeme koşullarında gömülmesiyle ifade edilir. İkinci yönteme göre, karbon göçü hidrosferde CO2'nin H2CO3, HCO3-1, CO3-2'ye dönüştüğü bir karbonat sisteminin oluşmasına yol açar. Daha sonra kalsiyumun (daha az yaygın olarak magnezyum ve demir) katılımıyla karbonatlar biyojenik ve abiogenik yollarla biriktirilir. Kalın kireçtaşı ve dolomit katmanları ortaya çıkar. A.B.'ye göre. Ronov'a göre, biyosferin tarihinde organik karbonun (Corg) karbonat karbona (Ccarb) oranı 1:4 idi.

Küresel karbon döngüsünün yanı sıra çok sayıda küçük karbon döngüsü de vardır. Yani karada yeşil bitkiler gündüzleri fotosentez işlemi için CO2'yi emer ve geceleri onu atmosfere salarlar. Dünya yüzeyindeki canlı organizmaların ölümüyle birlikte, CO2'nin atmosfere salınmasıyla organik maddelerin oksidasyonu (mikroorganizmaların katılımıyla) meydana gelir. Son yıllarda, fosil yakıtların büyük miktarda yanması ve modern atmosferdeki içeriğinin artması, karbon döngüsünde özel bir yer işgal etti.

Coğrafi zarftaki karbon döngüsü (F. Ramad, 1981'e göre)

Argon- onu son derece seyrek dağılmış diğer inert gazlardan keskin bir şekilde ayıran üçüncü en yaygın atmosferik gaz. Ancak argon, jeolojik tarihinde, iki özellikle karakterize edilen bu gazların kaderini paylaşmaktadır:

1. atmosferdeki birikimlerinin geri döndürülemezliği;
2. Bazı kararsız izotopların radyoaktif bozunumuyla yakın bağlantı.

İnert gazlar, Dünya'nın biyosferindeki çoğu döngüsel elementin döngüsünün dışındadır.

Tüm inert gazlar birincil ve radyojenik olarak ayrılabilir. Birincil olanlar, oluşumu sırasında Dünya tarafından ele geçirilenleri içerir. Son derece nadirdirler. Argonun birincil kısmı esas olarak 36 Ar ve 38 Ar izotopları tarafından temsil edilirken, atmosferik argon tamamen şüphesiz radyojenik olan 40 Ar (%99,6) izotopundan oluşur. Potasyum içeren kayalarda, potasyum-40'ın elektron yakalama yoluyla bozunması nedeniyle radyojenik argon birikimi meydana geldi ve oluşmaya devam ediyor: 40 K + e → 40 Ar.

Bu nedenle kayalardaki argon içeriği yaşlarına ve potasyum miktarına göre belirlenir. Bu ölçüde, kayalardaki helyum konsantrasyonu kayaların yaşının, toryum ve uranyum içeriğinin bir fonksiyonudur. Argon ve helyum, volkanik patlamalar sırasında, yer kabuğundaki gaz jetleri şeklindeki çatlaklar yoluyla ve ayrıca kayaların aşınması sırasında dünyanın bağırsaklarından atmosfere salınır. P. Dimon ve J. Culp'un yaptığı hesaplamalara göre, modern çağda helyum ve argon, yer kabuğunda birikerek atmosfere nispeten küçük miktarlarda karışmaktadır. Bu radyojenik gazların giriş oranı o kadar düşüktür ki, Dünya'nın jeolojik tarihi boyunca modern atmosferde gözlemlenen içerikleri garanti edilememiştir. Bu nedenle, atmosferdeki argonun çoğunun, gelişiminin ilk aşamalarında Dünya'nın iç kısmından geldiği ve daha sonra volkanizma süreci ve potasyum içeren kayaların aşınması sırasında çok daha azının eklendiği varsayılmaktadır. .

Dolayısıyla jeolojik zaman içerisinde helyum ve argonun farklı göç süreçleri olmuştur. Atmosferde çok az helyum vardır (yaklaşık% 5 * 10 -4) ve en hafif gaz olarak uzaya buharlaştığı için Dünya'nın "helyum nefesi" daha hafifti. Ve “argon nefesi” ağırdı ve argon gezegenimizin sınırları içinde kaldı. Neon ve ksenon gibi ilkel soy gazların çoğu, oluşumu sırasında Dünya tarafından yakalanan ilkel neonla ve aynı zamanda mantonun atmosfere gazdan arındırılması sırasında salınmasıyla ilişkilendirildi. Soy gazların jeokimyasına ilişkin tüm veriler, Dünya'nın birincil atmosferinin, gelişiminin en erken aşamalarında ortaya çıktığını göstermektedir.

Atmosfer şunları içerir: su buharı Ve su sıvı ve katı halde. Atmosferdeki su önemli bir ısı akümülatörüdür.

Atmosferin alt katmanları büyük miktarda mineral ve teknolojik toz ve aerosoller, yanma ürünleri, tuzlar, sporlar ve polen vb. içerir.

100-120 km yüksekliğe kadar havanın tamamen karışması nedeniyle atmosferin bileşimi homojendir. Azot ve oksijen arasındaki oran sabittir. Yukarıda atıl gazlar, hidrojen vb. hakimdir. Atmosferin alt katmanlarında su buharı bulunur. Dünyadan uzaklaştıkça içeriği azalır. Gazların oranı ne kadar yüksek olursa, örneğin 200-800 km yükseklikte, oksijen nitrojene 10-100 kat üstün gelir.