Быстрый поиск

Реферат: Углеродный цикл и изменения климата

Газообмен в системе атмосфера - океан.

Скорость газообмена.

В стационарном состоянии, существовавшем в до-индустриальное время, более 90% содержащегося на Земле изотопа находилось в морской воде и донных отложениях (содержание в последних сос-тавляет всего несколько процентов). Существовал примерный баланс между переносом из атмосферы в океан и радиоактивным распадом внутри океана. Средний глобальный обмен между атмосферой и океаном можно определить путём измерения разности содержания в углекислом газе атмосферы и растворённом в поверхностном слое океана. Данные наблюдений за уменьшением концентрации в атмосфере и её увеличением в поверхностных водах океана после проведения испытаний ядерного оружия дают ещё одну возможность определить скорость газообмена. Третий способ оценки скорости газообмена между атмосферой и океаном заключается в измерении отклонения от состояния равновесия между и , обусловленного поступлением из океана в атмосферу. Средняя скорость газообмена между атмосферой и океаном при концентрации в атмосфере 300 млн, по-лученная на основе этих трёх способов, равна 185 моль/(мгод). Это означает, что среднее время пребывания в атмосфере равно 8,52 лет. Скорость газообмена на границе раздела между атмосферой и океаном зависит от состояния поверхности океана, от скорости ветра и волнения.

Буферные свойства карбонатной системы.

При растворении в морской воде проис-ходит реакция гидратации с образованием угольной кислоты , которая в свою очередь диссоциирует на ионы . Карбонатная система опреде-ляется суммарной концентрацией растворённого неорганического углерода (), кислотностью (pH); парциальным давлением расворённого углекислого газа , которое при условии равновесия с атмо-сферой равно парциальному давлению в атмо-сфере. При поглощении морской водой щё-лочность остаётся неизменной, а образование и разложение органических и неорганических соединений приводит к изменению как . Карбо-натная система имеет следующие основные особенности:

1. Растворимость в морской воде и соот-ветственно концентрация суммарного углерода, находящегося в равновесии с атмосферным при заданном значении концентрации послед-него, зависят от температуры.

2. Обмен между газовой фазой и раствором зависит от так называемого буферного фактора, который также называют фактором Ревелла.

Растворимость и буферный фактор увеличиваются при понижении температуры. Так как изменение парци-ального давления углекислого газа в направлении от полюса к экватору невелико, в среднем переносится из атмосферы в океан в высоких ши-ротах и в противоположном направлении в низких. Буферный фактор имеет величину порядка 10 и увеличивается с ростом значений . Это означает, что чувствительно к довольно малым изменениям в воде. При сохранении равновесия в системе ат-мосфера - поверхностные воды океана изменение концентрации в атмосфере примерно на 25% в течение последних 100 лет вызовет изменение содержания суммарного расворённого неорганичес-кого углерода в поверхностных водах только на 2-2,5%. Таким образом, способность океана поглощать избыточный атмосферный в 10 раз меньше той, которую можно было бы ожидать исходя из сравнения размеров природных резервуаров углерода.

Углерод в морской воде.

Полное содержание углерода и щёлочность.

Как показали исследования, содержание сум-марного неорганического углерода в океане в 1983 году более, чем в 50 раз превышало содержание в атмосфере. Кроме того, в океане находятся зна-чительные количества растворённого органического углерода. Вертикальное распределение не явля-ется однородным, его концентрации в глубинных слоях океана выше, чем в поверхностных. На-блюдается также увеличение концентрации от довольно низких значений в глубинных водах Се-верного Ледовитого океана к более высоким зна-чениям в глубинных водах Атлантического океана, к ещё более высоким в Южном и Индийском океанах до максимальных в Тихом океане. Вертикальное распре-деление щёлочности очень похоже на распределение , однако пределы изменений щёлочности значи-тельно меньше и составляют примерно 30% изменений . Интересно отметить, что поверхностные концент-рации были бы на примерно на 15% выше, если бы океаны были хорошо перемешаны, что в свою очередь означало бы, что концентрация в атмосфере должна быть около 700 млн. Наличие вертикальных градиендов (так же как и щёлочности) в океанах оказывает существенное влияние на концентрации атмосферного .

Фотосинтез, разложение и растворение

органического вещества.

Деятельность морской биоты практически пол-ностью ограничена поверхностными слоями океана, где происходит интенсивный фотосинтез. В про-цессе образования первичной продукции, включающей как органические, так и неорганические соединения углерода, концентрация уменьшается. Влияние этого процесса на щёлочность может быть различным.Несомненно, что увеличение концентрации атмосферного создаёт поток из атмосферы в океан, который в свою очередь должен был изменить доиндустриальное распределение в верхних слоях океана.

Ежегодно около г С откладывается на дне океана, часть этих отложений представляет собой органический углерод, а другая часть - . Органический углерод является основным источником энергии для организмов, обитающих на дне моря, и только малая его часть захороняется в осадках, исключение составляют прибрежные зоны и шельфы. В некоторых ограниченных областях (например, в некоторых районах Балтийского моря) содержание кислорода в придонных водах может быть очень низким, соответственно уменьшается скорость окис-ления и значительные количества органического уг-лерода захороняются в осадках. Области с бес-кислородными условиями увеличиваются вследствие загрязнения прибрежных вод, и в последние годы, вероятно, количество легко окисляемого органичес-кого вещества также увеличилось.

Вследствие буферных свойств карбонатной системы, изменение концентрации растворённого суммарного неорганического углерода в морской воде, необходимое для достижения состояния рав-новесия с возрастающей концентрацией атмосферного углекислого газа, мало, и равновесное состояние между атмосферным и растворённым в поверхностных водах устанавливается быстро. Роль океана в глобальном углеродном цикле определяется главным образом скоростью обмена вод в океане.