Реферат: Углеродный цикл и изменения климата
Изотопы углерода.
В природе известно семь изотопов углерода, из
которых существенную роль играют три. Два из них - 
и
- являются стабильными, а
один - 
- радиоактивным с периодом
полураспада 5730 лет. Необходимость изучения различных изотопов уг-лерода
обусловлена тем, что скорости переноса соединений углерода и условия равновесия
в химических реакциях зависят от того, какие изотопы углерода содержат эти
соединения. По этой причине в природе наблюдается различное рас-пределение стабильных
изотопов углерода. Рас-пределение же изотопа 
,
с одной стороны, зави-сит от его образования в ядерных реакциях с участием нейтронов
и атомов азота в атмосфере, а с другой - от радиоактивного распада.
Углерод в атмосфере.
Атмосферный углекислый газ.
Тщательные измерения содержания атмосфер-ного 
были начаты в 1957 году
Киллингом в обсерватории Мауна-Лоа. Регулярные измерения содержания
атмосферного 
проводятся также на ряде
других станций. Из анализа наблюдений можно заключить, что годовой ход
концентрации 
обусловлен в основном:
1.сезонными изменениями цикла фотосинтеза рас-
тений на суше;
2.на него также влияет, хотя и меньшей степени,
годовой ход температуры поверхности океана,
от которого зависит
растворимость 
в морс-
кой воде;
3.и,вероятно, наименее важным фактором является
годовой ход интенсивности фотосинтеза в
океане. Среднее за
каждый данный год со-держание 
в
атмосфере несколько выше в северном полушарии, поскольку источники поступления
в атмосферу расположены
преимущественно в северном полушарии. Кроме того, наблюдаются небольшие
меж-годовые изменения содержания 
, которые,
ве-роятно, определяются особенностями общей цирку-ляции атмосферы. Из имеющихся
данных по изменению концентрации 
в
атмосфере основное значение,к сожалению, имеют данные о наблюдаемом в течение
последних 25 лет регулярном росте содержания атмо-сферного 
. Более ранние измерения
содержания атмосферного углекислого газа (начиная с середины прошлого века)
были, как правило, недостаточно полны,так как образцы воздуха отбирались без
не-обходимой тщательности и не производилась оценка погрешности результатов. С
помощью анализа состава пузырьков воздуха из ледниковых кернов стало возможным
получить данные для периода с 1750 по 1960 год. Было также выявлено, что определённые
путём анализа воздушных включений ледников значения концентраций атмосферного 
для 50-х годов хорошо
согласуются с данными обсерватории Мауна-Лоа.Итак, концентрация 
в течение 1750-1800 годов
оказалась близкой к значению 280 млн
, после
чего она стала медленно расти и к 1984 году составляла 343
1 млн
.
Содержание изотопа 
С в
атмосферном углекислом газе.
Содержание изотопа 
выражается
отклонением (
) (
) отношения 
от общепринятого стандарта.
Первые измерения содержания изотопа 
в
атмосфере были проведены Килингом в 1956 году и повторены им же в 1978 году.
Значение 
для атмосферного 
в 1956 году было равно 7
, а в 1978 составляло -7,65
. Недавно были опубли-кованы
также данные измерений 
в углекислом газе
воздушных включений в ледниках. В среднем оценки уменьшения 
в атмосферном 
в течение последних 200 лет
составляют 1,0-1,5
. Наб-людаемые
изменения содержания 
вызваны главным
образом поступлением 
в атмосферу с
меньшим значением 
при вырубке
лесов, изменении харак-тера землепользования и сжигания ископаемого топ-лива.
Содержание изотопа 
С в атмосферном
углекислом газе.
Количество изотопа 
на
Земле зависит от баланса между образованием 
под
воздействием космического излучения и его радиоактивным распа-дом. По-видимому,
до начала сельскохозяйственной и промышленной революции распределение изотопа 
в различных резервуарах
углерода сохранялось примерно неизменным. До начала заметных измене-ний,
вызванных выбросами 
при испытаниях
ядер-ного оружия, с начала прошлого века до середины текущего происходило
уменьшение содержания 
. Оно было главным
образом вызвано выбросом 
за счёт
сжигания ископаемого топлива, в котором не содержится радиоактивный изотоп 
. Это привело к уменьшению
содержания 
в атмосфере. Начиная с
первых испытаний ядерного оружия в 1952 и 1954 годах наблюдались существенные
изменения в со-держании 
в
атмосферном углекислом газе. Боль-шое поступление 
в
атмосферу произошло в ре-зультате ядерных испытаний, проведённых США в Тихом
океане в 1958 году и СССР в 1961-1962 годах. После этого выбросы были заметно
огра-ничены. Первоначально большая часть радиоактивных продуктов переносилась в
стратосферу. Поскольку время обмена между стратосферой и атмосферой сос-тавляет
несколько лет, то уменьшение концент-рации изотопа 
в
тропосфере, обусловленное вза-имодействием с континентальной биотой и океанами,
начиная с 1965 года происходило более медленно за счёт поступления этого
изотопа из стратосферы.
Перемешивание в атмосфере.
Перемешивание воздуха в тропосфере проис-ходит
довольно быстро. Пассаты в средних широтах в обоих полушариях огибают Землю в
среднем при-мерно за один месяц, вертикальное перемещение между земной
поверхностью и тропопаузой (на вы-соте от 12 до 16 км) также происходит в
течение месяца, перемешивание в направлении с севера на юг в пределах полушария
происходит приблизительно за три месяца, а эффективный обмен между двумя
полушариями осуществляется примерно за год. Так как в данной работе я
рассматриваю процессы, изменения которых происходят за время порядка нескольких
лет, десятилетий и столетий, можно считать, что тропосфера в любой момент
времени хорошо перемешана. Это предположение основано на том, что средние
годовые значения концентрации 
для
высоких северных и высоких южных широт отли-чаются только на 1,5-2,0 млн
.Очевидно, что в северном
полушарии концентрация 
выше, чем в
южном. Различие концентраций в северном и южном полушариях, вероятно, вызвано
тем, что около 90% источников промышленных
выбросов расположено в северном полушарии. За последние десятилетия эта разница
увеличилась, поскольку потребление иско-паемого топлива также возросло.
Обмен между стратосферой и
тропосферой про-исходит значительно медленнее, чем в тропосфере, поэтому
сезонные колебания концентрации атмосфер-ного углекислого газа выше тропопаузы
быстро уменьшаются. В стратосфере рост концентрации 
значительно
запаздывает по сравнению с её ростом в тропосфере. Так, согласно измерениям,
концент-рации 
на высоте 36 км
примерно на 7 млн
меньше, чем на
уровне тропопаузы (т.е. на высоте 15 км). Это соответствует времени перемешивания
между стратосферой и тропосферой, равному 5-8 годам.
