Karbondioksit atmosfere salınır. Karbondioksit (CO2). Doğadaki karbondioksit: doğal kaynaklar
1 İnsan ve iklim.
2 Giriiş.
Enerji tüketimi arasındaki ilişki, ekonomik aktivite ve kabul atmosferde.
Enerji tüketimi ve karbondioksit emisyonları.
3 Doğada karbon.
Karbon izotopları.
4 Atmosferdeki karbon.
Atmosferdeki karbondioksit.
Topraktaki karbon.
5 Geleceğe yönelik atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonlarına ilişkin tahminler. Ana sonuçlar.
6 Kaynakça.
Giriiş.
İnsan faaliyeti halihazırda doğa üzerindeki etkisinin küresel hale geldiği bir gelişme düzeyine ulaştı. Doğal sistemler (atmosfer, kara, okyanus) ve bir bütün olarak gezegendeki yaşam bu etkilere maruz kalır. Geçtiğimiz yüzyılda atmosferdeki karbondioksit (), nitröz oksit (), metan () ve troposferik ozon () gibi bazı gaz bileşenlerinin içeriğinin arttığı bilinmektedir. Ayrıca küresel ekosistemin doğal bileşeni olmayan diğer gazlar da atmosfere girdi. Başlıcaları kloroflorokarbonlardır. Bu eser gazlar radyasyonu emer ve yayar ve bu nedenle Dünya'nın iklimini etkileyebilir. Bu gazların tümüne birden sera gazları denilebilir.
Karbondioksitin atmosfere salınması sonucu iklimin değişebileceği fikri yakın zamanda ortaya çıkmadı. Arrhenius, fosil yakıtların yakılmasının atmosferik konsantrasyonları artırabileceğini ve dolayısıyla Dünya'nın radyasyon dengesini değiştirebileceğini belirtti. Artık fosil yakıtların yakılması ve arazi kullanımındaki değişiklikler (ormansızlaşma ve tarımsal genişleme) nedeniyle atmosfere yaklaşık olarak ne kadar katkı yapıldığını biliyoruz ve atmosferik konsantrasyonlarda gözlemlenen artış insan faaliyetleriyle ilişkilendirilebilir.
İklim üzerindeki etki mekanizması sera etkisi olarak adlandırılır. Uzaklaşan güneş kısa dalga radyasyonuna karşı şeffaf olmasına rağmen yeryüzü Bu gaz uzun dalga radyasyonunu emer ve emilen enerjiyi her yöne yayar. Bu etkinin bir sonucu olarak, atmosferik konsantrasyonun artması, Dünya yüzeyinin ısınmasına ve atmosferin daha düşük olmasına neden olur. Atmosferdeki konsantrasyonlarda devam eden artışlar küresel iklimde değişikliklere yol açabilir; dolayısıyla gelecekteki karbondioksit konsantrasyonlarını tahmin etmek önemli bir görevdir.
Karbondioksitin atmosfere salınması
endüstriyel bir sonuç olarak
emisyonlar.
Emisyonların ana antropojenik kaynağı her türlü karbon içeren yakıtın yanmasıdır. Şu anda ekonomik gelişme genellikle artan sanayileşmeyle ilişkilendirilir. Tarihsel olarak ekonomik büyüme, enerji kaynaklarının mevcudiyetine ve yakılan fosil yakıt miktarına bağlı olmuştur. 1860-1973 dönemi için çoğu ülkenin ekonomik ve enerji gelişimine ilişkin veriler. Sadece ekonomik büyümeyi değil, aynı zamanda enerji tüketiminde de bir artışı gösteriyorlar. Ancak biri diğerinin sonucu değildir. 1973'ten bu yana birçok ülkede spesifik enerji maliyetlerinde düşüş görülürken, gerçek enerji fiyatları arttı. Amerika Birleşik Devletleri'nde endüstriyel enerji kullanımına ilişkin yakın zamanda yapılan bir araştırma, 1920'den beri birincil enerji girdisinin üretilen malların ekonomik eşdeğerine oranının istikrarlı bir şekilde azaldığını gösterdi. Geliştirilen endüstriyel teknoloji sayesinde enerjinin daha verimli kullanılması sağlanır, Araç ve bina tasarımı. Buna ek olarak, bazı sanayileşmiş ülkelerde ekonominin yapısında, hammadde ve işleme sanayilerinin gelişmesinden nihai ürün üreten sanayilerin genişlemesine geçişle ifade edilen değişiklikler olmuştur.
Şu anda tıbbi, eğitimsel ve eğlence amaçlı ihtiyaçların karşılanması için gerekli olan kişi başına düşen minimum enerji tüketimi düzeyi bölgeden bölgeye ve ülkeden ülkeye önemli ölçüde farklılık göstermektedir. Birçoğunda gelişmekte olan ülkeler Yüksek kaliteli yakıtların kişi başına tüketiminde önemli bir artış, daha yüksek bir yaşam standardına ulaşmak için önemli bir faktördür. Devam eden ekonomik büyümenin ve arzu edilen yaşam standartlarına ulaşmanın kişi başına enerji tüketimiyle ilişkili olmadığı artık muhtemel görünmektedir, ancak bu süreç henüz yeterince araştırılmamıştır.
Gelecek yüzyılın ortalarına gelmeden çoğu ülke ekonomisinin enerji ihtiyacını azaltarak artan enerji fiyatlarına uyum sağlayabileceği varsayılabilir. işgücü ve diğer kaynak türlerinin yanı sıra bilgi işleme ve aktarım hızını artırarak veya belki de mal üretimi ile hizmet sunumu arasındaki ekonomik dengenin yapısını değiştirerek. Bu nedenle, enerji sisteminde kömür veya nükleer yakıt kullanımının şu veya bu payını içeren enerji geliştirme stratejisinin seçimi, endüstriyel emisyon oranını doğrudan belirleyecektir.
Enerji tüketimi ve emisyonlar
karbon dioksit.
Enerji, enerji üretmek adına üretilmez. Sanayileşmiş ülkelerde üretilen enerjinin çoğunluğu sanayi, ulaşım ve bina ısıtma ve soğutmadan elde edilmektedir. Son zamanlarda yapılan birçok çalışma şunu göstermiştir: modern seviye Sanayileşmiş ülkelerde enerji tüketimi, enerji tasarrufu sağlayan teknolojilerin kullanılmasıyla önemli ölçüde azaltılabilir. ABD'nin aynı üretim hacmi için tüketim malları ve hizmetlerinin üretiminde en az enerji yoğun teknolojilere geçmesi durumunda atmosfere giren miktarın %25 oranında azalacağı hesaplandı. Sonuçta küresel emisyonlardaki azalma %7 olacaktır. Benzer bir etki diğer sanayileşmiş ülkelerde de meydana gelecektir. Atmosfere salınım oranında daha fazla azalma, daha fazla emisyonun bir sonucu olarak ekonominin yapısının değiştirilmesiyle sağlanabilir. etkili yöntemler mal üretimi ve nüfusa hizmet sunumunda iyileştirmeler.
Doğada karbon.
Pek çok kişi arasında kimyasal elementler Dünyadaki yaşamın varlığının imkansız olduğu karbon, organik maddelerin kimyasal dönüşümleri, karbon atomunun uzun kovalent zincirler ve halkalar oluşturma yeteneği ile ilişkilidir. Biyojeokimyasal karbon döngüsü doğal olarak çok karmaşıktır, çünkü yalnızca Dünya üzerindeki tüm yaşam formlarının işleyişini değil aynı zamanda farklı karbon rezervuarları arasında ve içinde inorganik maddelerin transferini de içerir. Karbonun ana rezervuarları atmosfer, toprak dahil kıtasal biyokütle, deniz biyotası ile hidrosfer ve litosferdir. Geçtiğimiz iki yüzyıl boyunca, atmosfer-biyosfer-hidrosfer sisteminde, yoğunluğu bu elementin transferinin jeolojik süreçlerinin yoğunluğundan yaklaşık olarak daha büyük olan karbon akışlarında değişiklikler meydana geldi. Bu nedenle topraklar da dahil olmak üzere bu sistem içindeki etkileşimlerin analizi ile sınırlı kalınmalıdır.
Temel kimyasal bileşikler ve reaksiyonlar.
Binlercesi biyolojik süreçlerde yer alan bir milyondan fazla karbon bileşiği bilinmektedir. Karbon atomları dokuz olası oksidasyon durumundan birinde olabilir: +IV ila -IV. En yaygın fenomen tam oksidasyondur, yani. +IV, bu tür bileşiklerin örnekleri arasında ve yer alır. Atmosferdeki karbonun %99'undan fazlası karbondioksit formunda bulunur. Okyanuslardaki karbonun yaklaşık %97'si çözünmüş halde () ve litosferde mineraller halinde bulunur. +II oksidasyon durumuna bir örnek, atmosferin oldukça hızlı oksitlenen küçük gaz bileşenidir. Elementel karbon atmosferde az miktarda grafit ve elmas şeklinde, toprakta ise şu şekilde bulunur: odun kömürü. Karbonun fotosentez yoluyla asimilasyonu, biyotada mevcut olan indirgenmiş karbonun, topraktaki ölü organik maddenin, büyük derinliklere gömülmüş kömür, petrol ve gaz şeklindeki tortunun üst katmanlarında ve litosfer, dağılmış az oksitlenmiş karbon formundadır. Az oksitlenmiş karbon içeren bazı gazlı bileşikler, özellikle metan, anaerobik işlemlerde meydana gelen maddelerin indirgenmesi sırasında atmosfere girer. Bakteriyel ayrışma birçok farklı gazlı bileşik üretmesine rağmen, hızla oksitlenirler ve sisteme girdikleri düşünülebilir. Bunun istisnası metandır, çünkü aynı zamanda sera etkisine de katkıda bulunur. Okyanuslar, oksidasyon süreçleri henüz iyi bilinmeyen önemli miktarda çözünmüş organik karbon bileşikleri içerir.
Karbon izotopları.
Doğada bilinen yedi karbon izotopu vardır ve bunlardan üçü önemli bir rol oynar. Bunlardan ikisi stabil, biri ise 5730 yıllık yarı ömre sahip radyoaktif. Çeşitli karbon izotoplarını inceleme ihtiyacı, karbon bileşiklerinin transfer hızlarının ve denge koşullarının kimyasal reaksiyonlar bu bileşiklerin hangi karbon izotoplarını içerdiğine bağlıdır. Bu nedenle doğada kararlı karbon izotoplarının farklı dağılımları görülmektedir. İzotopun dağılımı bir yandan onun oluşumuna bağlıdır. nükleer reaksiyonlar atmosferdeki nötronların ve nitrojen atomlarının katılımıyla ve diğer yandan radyoaktif bozunmadan.
Atmosferdeki karbon.
Atmosfer içeriğinin dikkatli ölçümleri 1957'de Mauna Loa Gözlemevi'nde Killing tarafından başlatıldı. Diğer bazı istasyonlarda da atmosferik içeriğin düzenli ölçümleri gerçekleştirilmektedir. Gözlemlerin analizinden, konsantrasyondaki yıllık değişimin temel olarak fotosentez döngüsündeki mevsimsel değişikliklerden ve karadaki bitkilerin yok edilmesinden kaynaklandığı sonucuna varabiliriz; aynı zamanda, daha az ölçüde de olsa, deniz suyundaki çözünürlüğün bağlı olduğu okyanus yüzeyi sıcaklığının yıllık değişiminden de etkilenir. Üçüncü ve muhtemelen en az önemli faktör, okyanustaki yıllık fotosentez oranıdır. Her biri için ortalama verilen yıl Antropojenik girdi kaynakları esas olarak kuzey yarımkürede bulunduğundan, atmosferdeki içerik kuzey yarımkürede biraz daha yüksektir. Ek olarak, içerikte muhtemelen atmosferin genel sirkülasyonunun özellikleri tarafından belirlenen, yıllar arası küçük değişiklikler gözlenmektedir. Atmosfer konsantrasyonlarındaki değişikliklere ilişkin mevcut verilerden, son 25 yılda atmosferik konsantrasyonlarda gözlemlenen düzenli artışa ilişkin veriler birincil öneme sahiptir. Atmosferdeki karbondioksite ilişkin daha önceki ölçümler (geçen yüzyılın ortalarından itibaren) kural olarak yeterince tamamlanmamıştı. Hava numuneleri gerekli özen gösterilmeden alınmış ve sonuçların belirsizliği değerlendirilmemiştir. Buz çekirdeklerindeki hava kabarcıklarının bileşimini analiz ederek 1750'den 1960'a kadar olan döneme ait verileri elde etmek mümkün oldu. Ayrıca, buzulların hava kalıntılarının analiz edilmesiyle belirlenen 50'li yıllara ait atmosferik konsantrasyon değerlerinin, Mauna Loa Gözlemevi'nden alınan verilerle iyi bir uyum içinde olduğu da tespit edildi. 1750-1800 yılları arasında yoğunlaşma 280 milyona yakın olmuş, daha sonra yavaş yavaş artmaya başlamış ve 1984 yılında 3431 milyona çıkmıştır.
Topraktaki karbon.
Çeşitli tahminlere göre toplam karbon içeriği yaklaşık
G.S. Mevcut tahminlerdeki temel belirsizlik, gezegenin turbalık alanlarındaki alanlar ve karbon içeriği hakkındaki bilgilerin tam olmamasından kaynaklanıyor.
Soğuk iklim topraklarındaki daha yavaş karbon ayrışması, tropik ekosistemlerle karşılaştırıldığında kuzey ormanlarında ve orta enlem otsu topluluklarında daha yüksek toprak karbon konsantrasyonlarına (yüzey alanı başına) neden olur. Ancak, sadece değil çok sayıda Yıllık olarak toprak rezervuarına giren döküntülerin (yüzde birkaçı veya daha azı) uzun süre içlerinde kalır. Ölü organik maddelerin çoğu birkaç yıl içinde oksitlenir. Çernozemlerde çöp karbonunun yaklaşık %98'inin dönüşüm süresi yaklaşık 5 aydır ve çöp karbonunun %2'si ortalama 500-1000 yıl boyunca toprakta kalır. Bu karakteristik Toprak oluşturma süreci, orta enlemlerdeki toprakların radyoizotop yöntemiyle belirlenen yaşının birkaç yüz ila bin yıl veya daha fazla olmasıyla da kendini gösterir. Ancak doğal bitki örtüsünün kapladığı arazinin tarım arazisine dönüşümü sırasında organik maddenin ayrışma hızı tamamen farklıdır. Örneğin, kullanılan topraklardaki organik karbonun %50'sinin tarım Kuzey Amerika Bu topraklar geçen yüzyılın başından önce veya en başında kullanılmaya başlandığı için oksidasyon nedeniyle kaybolmuş olabilir.
Karbon içeriğindeki değişiklikler
kıtasal ekosistemler.
Son 200 yılda, artan ekosistemler sonucunda kıtasal ekosistemlerde önemli değişiklikler meydana geldi. antropojenik etki. Ormanlar ve otsu toplulukların işgal ettiği araziler tarım arazisine dönüştürüldüğünde, organik maddeler; yaşam meselesi topraktaki bitkiler ve ölü organik maddeler oksitlenerek atmosfere karışır. Bazı elementel karbon da toprağa odun kömürü olarak (orman artığı olarak) gömülebilir ve böylece karbon döngüsündeki hızlı dolaşımdan çıkarılabilir. Farklı ekosistem bileşenlerinin karbon içeriği, organik maddenin geri kazanılması ve yok edilmesi enlem ve bitki örtüsü türüne bağlı olduğundan değişiklik gösterir.
Kıtasal ekosistemlerdeki karbon stoklarındaki değişikliklerin tahmin edilmesindeki mevcut belirsizliği gidermek için çok sayıda çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalara dayanarak 1860'dan 1980'e kadar atmosfere salınımın olduğu sonucuna varılabilir. 
g.C ve 1980'de biyotik karbon emisyonu şuna eşitti: 
g.C/yıl. Ek olarak, atmosferik konsantrasyonların artması ve ve gibi kirleticilerin emisyonları, kıtasal ekosistemlerdeki fotosentezin yoğunluğunu ve organik madde tahribatını etkileyebilir. Görünüşe göre, atmosferdeki konsantrasyonun artmasıyla fotosentezin yoğunluğu da artıyor. Bu artış büyük olasılıkla tarımsal ürünlerle sınırlıdır ve doğal kıtasal ekosistemlerde su kullanım verimliliğinin artması, organik madde üretiminin artmasına yol açabilir.
Karbondioksit konsantrasyonu tahminleri
Gelecek için atmosferdeki gaz.
Ana sonuçlar.
Geçtiğimiz on yıllarda, oldukça karmaşık ve hacimli olmaları nedeniyle bu çalışmada dikkate alınması uygun görülmeyen çok sayıda küresel karbon döngüsü modeli oluşturulmuştur. Şimdi bunların ana sonuçlarını kısaca ele alalım. Gelecekteki atmosferik seviyeleri tahmin etmek için kullanılan çeşitli senaryolar benzer sonuçlar üretti. Aşağıda atmosferik konsantrasyonlardaki antropojenik değişiklikler sorununa ilişkin mevcut bilgilerimizi ve varsayımlarımızı özetlemeye çalışıyoruz.
· 1860'dan 1984'e kadar atmosfere girdi 
g. Fosil yakıtların yanması nedeniyle emisyon oranı şu anda (1984 itibariyle) C/yıl'a eşittir.
· Aynı dönemde ormansızlaşma ve arazi kullanımındaki değişiklikler nedeniyle atmosfere yapılan emisyonlar şu şekilde gerçekleşti: g, C, bu alımın yoğunluğu şu anda eşittir g.C/yıl.
· Geçen yüzyılın ortasından bu yana atmosferdeki konsantrasyonlar 1984'te bir milyona çıktı.
· Küresel karbon döngüsünün temel özellikleri iyi anlaşılmıştır. Belirli emisyon senaryolarını kullanarak atmosferik konsantrasyon artışını tahmin etmek için temel olarak kullanılabilecek niceliksel modeller oluşturmak mümkün hale geldi.
· Emisyon senaryolarından elde edilen gelecekteki olası konsantrasyon değişikliklerine ilişkin tahminlerdeki belirsizlikler, emisyon senaryolarının kendilerindeki belirsizliklerden önemli ölçüde daha küçüktür.
· Eğer atmosferik emisyonların yoğunluğu önümüzdeki kırk yılda sabit kalırsa veya çok yavaş artarsa (yılda %0,5'ten fazla olmayacak şekilde) ve daha uzak bir gelecekte de çok yavaş artarsa, 21. yüzyılın sonuna gelindiğinde atmosferdeki konsantrasyon artacaktır. yaklaşık 440 milyon olsun, yani sanayi öncesi seviyelere göre en fazla %60 daha yüksek.
· Önümüzdeki kırk yılda emisyonların yoğunluğu yılda ortalama %1-2 oranında artarsa; Nasıl ki 1973'ten günümüze kadar artış gösterdiyse ve daha uzak bir gelecekte büyüme hızı yavaşlayacaksa, 21. yüzyılın sonuna gelindiğinde atmosferdeki içerik, sanayi öncesi seviyelere göre iki katına çıkacak.
İnsan faaliyeti halihazırda öyle boyutlara ulaştı ki genel içerik Dünya atmosferindeki karbondioksit izin verilen maksimum değerlere ulaştı. Doğal sistemler (kara, atmosfer, okyanus) yıkıcı etki altındadır.
Önemli gerçekler
Örneğin bunlar arasında kloroflorokarbonlar yer alır. Bu gaz safsızlıkları, gezegenin iklimini etkileyen güneş ışınımını yayar ve emer. Atmosferde bulunan CO2 ve diğer gazlı bileşikler toplu olarak sera gazları olarak adlandırılır.
Tarihsel referans
Yakılan yakıt hacmindeki artışın Dünya'nın radyasyon dengesinin bozulmasına yol açabileceği konusunda uyardı.
Modern gerçekler
Günümüzde yakıtların yanması ve ormanların ormansızlaşması ve tarım alanlarının artması nedeniyle doğada meydana gelen değişiklikler nedeniyle atmosfere daha fazla miktarda karbondioksit girmektedir.
Karbondioksitin yaban hayatı üzerindeki etkisinin mekanizması
Atmosferdeki karbondioksit miktarının artması sera etkisine neden olur. Kısa dalgada ise Güneş radyasyonu Karbon monoksit (IV) şeffaf olduğu için uzun dalga radyasyonunu emerek her yöne enerji yayar. Sonuç olarak atmosferdeki karbondioksit içeriği önemli ölçüde artar, Dünya yüzeyi ısınır ve atmosferin alt katmanları ısınır. Karbondioksit miktarının daha sonra artmasıyla mümkündür küresel değişim iklim.
Bu nedenle Dünya atmosferindeki toplam karbondioksit içeriğini tahmin etmek önemlidir.
Atmosfere salınım kaynakları
Bunlar arasında endüstriyel emisyonlar da yer alıyor. İnsan kaynaklı emisyonlar nedeniyle atmosferdeki karbondioksit içeriği artıyor. Birçok endüstri enerji tüketen işletmeler olduğundan, ekonomik büyüme doğrudan yakılan doğal kaynak miktarına bağlıdır.
İstatistiksel çalışmaların sonuçları, geçen yüzyılın sonundan bu yana birçok ülkede elektrik fiyatlarında önemli bir artışla birlikte spesifik enerji maliyetlerinde düşüş yaşandığını gösteriyor.
Etkin kullanımı modernizasyonla sağlanır teknolojik süreç, araçlar, inşaatta yeni teknolojilerin kullanımı üretim atölyeleri. Bazı gelişmiş sanayi ülkeleri, işleme ve hammadde endüstrilerinin geliştirilmesinden, nihai ürünün üretildiği alanların geliştirilmesine yönelmiştir.
Büyük şehirlerde ciddi üretim üssü CO2 genellikle faaliyetleri eğitim ve tıp ihtiyaçlarını karşılayan endüstrilerin bir yan ürünü olduğundan, atmosfere karbondioksit emisyonları önemli ölçüde daha yüksektir.
Gelişmekte olan ülkelerde kişi başına düşen kaliteli yakıt kullanımındaki ciddi artış, daha yüksek yaşam standardına geçiş için ciddi bir faktör olarak değerlendiriliyor. Şu anda, yakılan yakıt miktarını artırmadan ekonomik büyümenin sürdürülmesinin ve yaşam standartlarının yükseltilmesinin mümkün olduğu fikri öne sürülüyor.
Bölgeye bağlı olarak atmosferdeki karbondioksit içeriği %10 ile %35 arasında değişmektedir.
Enerji tüketimi ile CO2 emisyonları arasındaki ilişki
Enerjinin sadece almak için üretilmediği gerçeğiyle başlayalım. Gelişmiş sanayi ülkelerinde büyük bir kısmı sanayide, binaların ısıtılması ve soğutulmasında ve ulaşımda kullanılmaktadır. Büyük bilim merkezleri tarafından yürütülen araştırmalar, enerji tasarrufu sağlayan teknolojilerin kullanılmasının, dünya atmosferine karbondioksit emisyonunu önemli ölçüde azaltabileceğini göstermiştir.
Örneğin bilim adamları, Amerika Birleşik Devletleri'nin tüketim mallarının üretiminde daha az enerji yoğun teknolojilere geçmesi durumunda bunun atmosfere giren karbondioksit miktarının %25 oranında azalacağını hesaplayabildiler. Bir ölçüde küre Bu, sera etkisi sorununu %7 oranında azaltacaktır.
Doğada karbon
Dünya atmosferine karbondioksit emisyonu sorununu analiz ettiğimizde, bunun bir parçası olan karbonun biyolojik organizmaların varlığı için hayati önem taşıdığını görüyoruz. Karmaşık karbon zincirleri (kovalent bağlar) oluşturma yeteneği, yaşam için gerekli olan protein moleküllerinin ortaya çıkmasına yol açar. Biyojenik karbon döngüsü karmaşık bir süreçtir çünkü yalnızca canlıların işleyişini değil aynı zamanda farklı karbon rezervuarları arasında ve içindeki inorganik bileşiklerin transferini de içerir.
Bunlar arasında atmosfer, toprak dahil kıtasal kütle, hidrosfer ve litosfer yer alır. Geçtiğimiz iki yüzyıl boyunca, biyofera-atmosfer-hidrosfer sisteminde, yoğunluğu bu elementin jeolojik süreçlerinin aktarım hızını önemli ölçüde aşan karbon akışlarında değişiklikler gözlenmiştir. Bu nedenle kendimizi toprak da dahil olmak üzere sistem içindeki ilişkileri dikkate almakla sınırlamak gerekiyor.
Geçen yüzyılın ortalarından itibaren dünya atmosferindeki karbondioksit miktarının belirlenmesine yönelik ciddi araştırmalar yapılmaya başlandı. Bu tür hesaplamaların öncüsü, ünlü Mauna Loa Gözlemevi'nde çalışan Killing'di.
Gözlemlerin analizi, atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonundaki değişikliklerin fotosentez döngüsünden, karadaki bitkilerin yok edilmesinden ve ayrıca Dünya Okyanusundaki yıllık sıcaklık değişikliklerinden etkilendiğini göstermiştir. Deneyler sırasında kuzey yarımkürede kantitatif karbondioksit içeriğinin önemli ölçüde daha yüksek olduğunu bulmak mümkün oldu. Bilim insanları bunun şu sebepten kaynaklandığını öne sürüyor: çoğu antropojenik girdi tam olarak bu dünyanın yarım küresine düşüyor.
Analiz için bunlar olmadan alındı özel teknikler Ayrıca bağıl ve mutlak hesaplama hataları da dikkate alınmamıştır. Buz çekirdeklerinde bulunan hava kabarcıklarının analizi sayesinde araştırmacılar, 1750-1960 aralığında dünya atmosferindeki karbondioksit içeriğine ilişkin veriler elde edebildiler.
Çözüm
Geçtiğimiz yüzyıllarda, antropojenik etkinin artması nedeniyle kıtasal ekosistemlerde önemli değişiklikler meydana geldi. Gezegenimizin atmosferindeki karbondioksit miktarının artmasıyla birlikte canlı organizmaların varlığını olumsuz yönde etkileyen sera etkisi de artıyor. Bu nedenle CO2'nin atmosfere girişini azaltan enerji tasarrufu sağlayan teknolojilere geçmek önemlidir.
Karbondioksit (CO2).
Karbondioksit belki de en önemlisidir sera gazları Birincisi, güçlü bir sera etkisine neden olması ve ikincisi, insan hatası nedeniyle bu gazın büyük bir kısmının oluşması nedeniyle atmosfere insanlar tarafından yayılır.
Karbondioksit atmosferin son derece “doğal” bir bileşenidir; o kadar doğal ki, antropojenik karbondioksitin kirletici olduğunu ancak yakın zamanda düşünmeye başladık. Karbondioksit olabilir kullanışlı şey. Ancak asıl soru şu: CO2 hangi noktada çok fazla hale geliyor? Veya başka bir deyişle çevreye hangi miktarlarda zararlı etki yapmaya başlar?
Bugün insan bakış açısından doğal görünen şey, evrimsel gelişimi sırasında Dünya için doğal olandan önemli ölçüde farklı olabilir. İnsanlık tarihi, 4,6 milyar yıldan daha eski bir jeolojik katmanın yalnızca çok ince bir dilimini (birkaç milyon yıldan fazla değil) temsil eder.
Bazı çevreciler, karbondioksitin iklimde Bill McKibben'in Doğanın Sonu kitabında anlatıldığı gibi felaket niteliğinde değişikliklere yol açacağından korkuyor.
Büyük olasılıkla, karbondioksit Dünya'nın erken atmosferine hakim oldu. Bugün atmosferdeki CO2 içeriği yalnızca yüzde 0,03 civarındadır ve en kötümser tahminler, bu seviyenin 2100 yılına kadar yüzde 0,09'a çıkacağını tahmin etmektedir. Bazı bilim adamları, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, CO2'nin Dünya atmosferinin yüzde 80'ini oluşturduğuna ve sonraki 2,5 milyar yıl içinde başlangıçta yavaş yavaş yüzde 30 ila 20'ye düştüğüne inanıyor. Serbest oksijen, ilk atmosferde neredeyse bilinmiyordu ve o dönemde var olan anaerobik yaşam formları için zehirliydi.
Bugün bildiğimiz gibi, atmosferdeki aşırı karbondioksit koşullarında insanın varlığı kesinlikle imkansızdı. Neyse ki insanlar ve hayvanlar için CO2'nin çoğu, Dünya tarihinin sonlarında, alglerin ilk formları olan deniz sakinlerinin fotosentez yapma yeteneğini geliştirmesiyle atmosferden uzaklaştırıldı. Fotosentez sırasında bitkiler, karbondioksiti ve suyu şeker ve oksijene dönüştürmek için güneşten gelen enerjiyi kullanır. Sonunda, algler ve evrimleşen diğer daha gelişmiş yaşam formları (plankton, bitkiler ve ağaçlar) öldü ve karbonun çoğu, yer kabuğundaki çeşitli karbon minerallerinde (bitki şist, kömür ve petrol) tutuldu. Atmosferde kalan ise şu anda soluduğumuz oksijendir.
Karbondioksit atmosfere girer çeşitli kaynaklar- çoğu doğaldır. Ancak CO2 miktarı genellikle yaklaşık olarak aynı seviyede kalır, çünkü karbondioksiti atmosferden uzaklaştıran mekanizmalar vardır (Şekil 5, CO2'nin atmosferdeki dolaşımının basitleştirilmiş bir diyagramını vermektedir).
CO2 dolaşımının ana doğal mekanizmalarından biri, atmosfer ile okyanus yüzeyi arasındaki gaz alışverişidir. Bu alışveriş çok incelikli ve dengeli bir geri bildirim sürecidir. İlgili karbondioksit miktarı gerçekten muazzamdır. Bilim adamları kolaylık sağlamak için bu miktarları gigaton (Ggt - milyarlarca metrik ton) karbon cinsinden ölçüyorlar.
Karbondioksit suda kolaylıkla çözünür (karbonatlı su üreten süreç). Aynı zamanda sudan da kolayca salınır (bunu köpüklü suda köpürme olarak görüyoruz). Atmosferdeki karbondioksit okyanusların yüzeyindeki suda sürekli olarak çözünür ve tekrar atmosfere salınır. Bu fenomen neredeyse tamamen fiziksel ve kimyasal süreçler. Dünya okyanuslarının yüzeyi yılda 90 Ggt karbon salıyor ve 92 Ggt karbonu emiyor. Bilim adamları bu iki süreci karşılaştırdıklarında, dünya okyanuslarının yüzeyinin aslında bir karbondioksit havuzu olduğu, yani atmosfere geri bıraktığından daha fazla CO2'yi emdiği ortaya çıkıyor.
Atmosfer/okyanus döngüsündeki karbondioksit akışının büyüklüğü en önemli faktör olmaya devam ediyor çünkü mevcut dengedeki küçük değişiklikler diğer doğal süreçler üzerinde öngörülemeyen sonuçlara yol açabilir.
Hayırsız önemli Biyolojik süreçler atmosferdeki karbondioksitin dolaşımında rol oynar. CO2 fotosentez için gereklidir. Bitkiler karbondioksiti “solur” ve yılda yaklaşık 102 Ggt karbon emer. Ancak bitkiler, hayvanlar ve diğer organizmalar da CO2 yayar. Karbondioksit oluşumunun nedenlerinden biri metabolik süreç olan solunumla açıklanmaktadır. Canlılar nefes alırken aldıkları oksijeni yakarlar. Örneğin insanlar ve diğer kara hayvanları, yaşamlarını sürdürmek için oksijeni solurlar ve karbondioksiti atık olarak atmosfere geri verirler. Hesaplamalara göre, Dünya üzerindeki tüm canlı organizmalar yılda yaklaşık 50 Ggt karbon salıyor.
Bitkiler ve hayvanlar öldüğünde içerdikleri organik karbon bileşikleri sulak alanların toprağına veya çamuruna karışır. Doğa, bir bahçıvan gibi, solmuş yaşamın bu ürünlerini çeşitli kimyasal dönüşümler ve mikroorganizmaların çalışmaları yoluyla bileşenlerine ayırarak kompost haline getirir. Bilim adamlarının hesaplamalarına göre çürüme sırasında yaklaşık 50 Ggt karbon atmosfere geri salınıyor.
Böylece, atmosferden yıllık olarak emilen 102 Ggt karbon, hayvanların ve bitkilerin solunumu ve çürümesi yoluyla her yıl atmosfere giren 102 Ggt karbonla neredeyse yüzde yüz dengeleniyor. Mevcut dengedeki küçük sapmaların geniş kapsamlı sonuçlara yol açabilmesi nedeniyle doğadaki karbon akışlarının büyüklüğünün tam olarak farkında olmak gerekir.
Atmosfer-okyanus döngüsü ve biyolojik döngüyle karşılaştırıldığında bunun sonucunda atmosfere salınan karbondioksit miktarı insan aktivitesi ilk bakışta önemsiz gibi görünüyor. Kömür, petrol ve doğal gaz insanlar atmosfere yaklaşık 5,7 Ggt karbon salıyor (IPCC'ye göre). İnsanlar ormanları kesip yaktıklarında 2 Gg ton daha ekliyorlar. Şunu belirtmek gerekir ki çeşitli tahminler Ormansızlaşma sonucu atmosfere salınan karbon miktarı.
Bu miktarların şüphesiz bir rolü var çünkü doğal karbon döngüleri (atmosfer/okyanus ve biyolojik döngü) uzun süredir iyi düzenlenmiş bir dengede bulunuyor. En azından insanlığın doğuş ve gelişiminin gerçekleştiği dönemde denge korundu. İnsanoğlunun endüstriyel ve tarımsal faaliyetleri karbon dengesini önemli ölçüde bozmuş gibi görünüyor.
Çeşitli Bilimsel araştırma Son birkaç yüzyılda atmosferik karbondioksit konsantrasyonlarında bir artış olduğunu gösterdik. Bu süre zarfında dünya nüfusu katlanarak arttı ve sanayi, buhar motoru, motorlu arabalar içten yanma gezegenin her yerine yayıldı ve göçmen çiftçiler Amerika, Avustralya ve Asya'nın geniş alanlarını bitki örtüsünden temizlediler.
Aynı zamanda, atmosferik karbondioksit konsantrasyonları sanayi öncesi dönemde (1750) milyonda 280 parçadan (ppmv) yaklaşık yüzde 25'lik bir artışla yaklaşık 353 ppmv'ye yükseldi. Eğer iklim bilim adamlarının varsaydığı ölçüde sera gazlarına karşı gerçekten hassassa, bu miktar önemli değişikliklere neden olmaya yeterli olabilir. Kaynaklardan çok uzakta bulunan Hawaii'deki Manua Loa Gözlemevi'ndeki ölçümler endüstriyel kirlilik 1958 ve 1990 yılları arasında CO2 konsantrasyonlarında istikrarlı bir artış olduğunu göstermektedir (Şekil 6). Ancak son iki yılda karbondioksit konsantrasyonlarında herhangi bir artış yaşanmadı.
Karbondioksit konsantrasyonları ile tahmini küresel ortalama sıcaklıklar arasındaki yakın ilişki hayret vericidir (Şekil 7)! Ancak bu korelasyonun tesadüf eseri olup olmadığı hala bir sır olarak kalıyor. Sıcaklık dalgalanmalarını CO2 konsantrasyonlarındaki dalgalanmalara bağlamak kolaydır. Ancak bu ilişki tersine de çevrilebilir; sıcaklıktaki bir değişiklik karbondioksit konsantrasyonlarında da değişikliğe neden olabilir.
Çok büyük. Karbondioksit, gezegendeki tüm canlı maddelerin oluşumunda rol alır ve su ve metan molekülleriyle birlikte “sera (sera) etkisi” olarak adlandırılan etkiyi yaratır.
Karbondioksit değeri ( CO 2 dioksit veya karbon dioksit) biyosferin yaşamında öncelikle bitkiler tarafından gerçekleştirilen fotosentez sürecinin sürdürülmesinden oluşur.
Yapı Sera gazı Havadaki karbondioksit, gezegenin çevredeki alanla ısı alışverişini etkileyerek, çeşitli frekanslarda yeniden yayılan ısıyı etkili bir şekilde bloke eder ve böylece oluşuma katılır.
İÇİNDE Son zamanlarda Havadaki karbondioksit konsantrasyonunda bir artış var, bu da yol açıyor.
Atmosferdeki karbon (C), esas olarak karbondioksit (CO2) formunda ve az miktarda metan (CH4) formunda bulunur; karbonmonoksit ve diğer hidrokarbonlar.
Atmosferdeki gazlar için “gaz ömrü” kavramı kullanılmaktadır. Bu, gazın tamamen yenilendiği zamandır; içerdiği gaz miktarıyla aynı miktarda gazın atmosfere girdiği süredir. Yani karbondioksit için bu süre 3-5 yıl, metan için ise 10-14 yıl. CO birkaç ay içinde CO2'ye oksitlenir.
Biyosferde karbonun önemi çok yüksektir çünkü karbon tüm canlı organizmaların bir parçasıdır. Canlıların içinde karbon indirgenmiş formda ve biyosferin dışında oksitlenmiş formda bulunur. Böylece kimyasal değişim oluşur yaşam döngüsü: CO 2 ↔ canlı madde.
Atmosferdeki karbon kaynakları.
Birincil karbondioksitin kaynağı, atmosfere büyük miktarda gaz salan patlamadır. Bu karbondioksitin bir kısmı antik kireçtaşlarının termal ayrışması sırasında ortaya çıkar. farklı bölgeler metamorfizma.
Karbon ayrıca organik kalıntıların anaerobik ayrışması sonucu metan formunda atmosfere girer. Oksijenin etkisi altındaki metan hızla karbondioksite oksitlenir. Metanın atmosfere ana tedarikçileri şunlardır: yağmur ormanları Ve .
Buna karşılık, atmosferik karbondioksit diğer jeosferler (biyosfer ve) için bir karbon kaynağıdır.
Biyosferde CO2'nin göçü.
CO 2'nin göçü iki şekilde gerçekleşir:
İlk yöntemde, CO2 fotosentez sırasında atmosferden emilir ve organik maddelerin oluşumuna katılır ve daha sonra mineraller şeklinde gömüler: turba, petrol, petrol şist.
İkinci yöntemde karbon, hidrosferde karbonat oluşumuna katılır. CO2, H2CO3, HCO3-1, CO3-2'ye dönüşür. 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.
Doğada karbonun jeokimyasal döngüsü nasıl oluşur ve karbondioksit atmosfere nasıl geri döner?
Geçtiğimiz üç milyon yıl boyunca Dünya, (Sırp astrofizikçinin ismiyle) Milankovitch döngüleri olarak adlandırılan buzul çağlarına girip çıkarak birçok ritmik dalgalanma yaşadı. Milankovitch'in Dünya'nın yörüngesindeki döngüleri, gezegenimizin yüzeyine düşen ışığın açısını ve miktarını değiştiriyor. Güneş ışığı. Ancak sera gazı konsantrasyonlarındaki değişikliklerin artırıcı etkisi olmasaydı, bu iklim dalgalanmaları çok daha küçük olurdu. Buz blokları gibi iklim kayıtları bize bu gaz konsantrasyonlarının zamanla nasıl değiştiğini tam olarak gösteriyor çünkü bunlar eski hava kabarcıklarını içeriyor. Bunun nedenlerini bulmak bizim elimizde sera gazları atmosfere nüfuz eder ve oradan kaybolur. Örneğin sıcak dönemler yerini buzul dönemlerine bıraktığında atmosferdeki tüm karbondioksit nerede yok oldu?
Okyanustaki karbondioksit
Asıl şüpheli Güney okyanusu. Karbondioksit bakımından zengin su yüzeye çıkar ve onu atmosferle değiştirir. Bu havalandırma yavaşlarsa atmosferdeki karbondioksit seviyesi düşecek. Örneğin Antarktika kıyısındaki düşük yoğunluklu su tabakasının neden olduğu derin sulardaki yükselmenin azalması, son buzullaşma sırasında karbondioksitin yaklaşık 100 ppm'den 40 ppm'ye düşüşünü açıklayabilir.
Aynı zamanda pek çok faktör de hesaba katılmadan kalıyor. 1980'lerin sonlarında oşinograflar bulmacalardan birini çözdüler. Okyanusta birçok kritik önem taşıyan bölgeleri keşfettiler. besinler nitrojen ve fosfor, ancak fotosentetik üretkenlik burada düşüktü. Fitoplanktonu yerinde tutan şey neydi? Sınırlı demir kaynağı.
Havadaki tozdaki demir uzak mesafelere iletilebilir. kurak bölgeler; Okyanusa salındığında deniz fitoplanktonunun büyümesini hızlandırır. John H. Martin ve meslektaşları bunun, buzul çağlarında karbondioksitin bir kısmının nereye gittiğini açıkladığını öne sürdüler. Okyanuslara daha fazla toz ve demir girerse, artan biyolojik aktivite karbonu okyanusun derinliklerine çekebilir.
Antarktika buzulları içeriyordu Büyük miktarlar havadaki toz, Önemli kısım Güney Amerika'daki Patagonya'dan geldiğine inanılıyor. Eriyen buzulun altından çıkan geniş tortu düzlüğü ideal bir toz kaynağıdır. Bu özellikle rüzgarların kuvvetli olduğu ve Buzul Çağı'nda yağışların belirgin olduğu Patagonya için geçerlidir. Nasıl daha fazla buzul Burada, Güney Okyanusu boyunca esen havada daha fazla toz var.
Tüm bu demir tarafından "döllenen" fitoplanktonun büyümesi, karbondioksiti atmosferden okyanusun derinliklerine taşıyacak. Karbondioksit veya daha doğrusu bir kısmı fotosentez sırasında fitoplankton tarafından alınır ve hücre büyümesi için enerji ve malzeme alınır. Ölüp dibe battığında karbonu da beraberinde alır.
Harika fikir ama nasıl test edilir?
Yıllar boyunca teoriyi test etmeye yönelik girişimlerde bulunuldu, ancak sonuçlar belirsizdi. Fitoplanktonun muhtemelen 15-nitrojen yerine 14-atomlu nitrojen (en yaygın izotop) içeren nitrat moleküllerini kullandığı gerçeğine büyük ölçüde güvendiler. Fitoplanktondaki nitrojen-15'in nitrojen-14'e kesin oranı, ne kadar nitratın mevcut olduğuna bağlıdır; bir eksiklik varsa o zaman izotoplardan biri kullanılır. Okyanusun demire aç bir kısmı döllenirse havadaki toz daha fazla nitrat kullanılacak ve konsantrasyon azalacaktır. Yani nitrojen izotop oranı (tortuya kaydedilebilir) bize ne kadar nitrat kullanıldığını söyler.
ETH Zrich'te Alfredo Martinez-Garcia liderliğindeki yeni araştırma daha da fazlasını sağlıyor en iyi test demir gübreleme hipotezi. Teknik ilerleme araştırmacıların deniz tabanı çökeltilerinin çekirdeklerinde bulunan foraminifera adı verilen kalsiyum karbonat planktonun kabuklarındaki nitrojen izotoplarını ölçmesine olanak tanıdı. Önceki çalışmalar analiz edildi diatomlar veya tortunun kendisi. Her iki durumda da sonuçların yorumlanmasını zorlaştıran kafa karıştırıcı faktörler vardı. Araştırmacılar ayrıca 160.000 yıllık bir süreye yayılan rüzgardan fotosentetik üretkenlik ve demirin kayıtlarını da çıkardılar.
Azot izotopları ile demir arasındaki korelasyon oldukça güçlüydü. Patagonya'dan gelen rüzgarlar nedeniyle son buzullaşma sırasında iklim soğuduğunda demir içeriği arttı ve okyanus yüzeyindeki nitrat konsantrasyonlarının azaldığı görülüyor. Analiz ayrıca daha fazlasını gösterdi yüksek seviyeler Bu dönemlerde fotosentez.
Veriler, demir gübrelemesinin açık bir etkisine işaret ediyor; bu da atmosferden okyanusun derinliklerine daha fazla karbon getirecek. Aynı süreç daha kısa sürelerde meydana geldi ve yalnızca birkaç bin yıl süren daha küçük iklim dalgalanmaları sırasında CO2'deki değişikliklere katkıda bulundu.
Bunun gibi kayıtlar, Milankovitch yörünge döngülerini önemli iklim değişikliklerine dönüştüren iklim sisteminin diğer kısımları arasında Güney Okyanusu'nun rolünün açıklığa kavuşturulmasına yardımcı oluyor.
