Реферат: Углеродный цикл и изменения климата
Поверхностные слои океана довольно хорошо
перемешаны вплоть до верхней границы термоклина, т.е. до глубины около 75 м в
области широт примерно 45с. - 45
ю. В более высоких широтах
зимнее охлаждение вод приводит к перемешиванию до значительно больших глубин, а
в ограниченных областях и в течение коротких интервалов времени перемешивание
вод распространяется до дна океанов (как, например, в Гренландском море и море
Уэд-делла). Кроме того, из областей основных течений в широтном поясе 45-55
(Гольфстрим в Северной
Атлантике, Куросио в северной части Тихого океана и Антарктическое
циркумполярное течение) про-исходит крупномасштабный перенос холодных поверхностных
вод в область главного термоклина (глубина 100-1000 м). В слое термоклина
про-исходит также вертикальное перемешивание. Оба процесса играют важную роль
при переносе углерода в океане.
Между углекислым газом в атмосфере и растворённым
неорганическим углеродом в поверхностных слоях морской воды равновесие
устанавливается примерно в течение года (если пренебречь сезонными
изменениями). Растворённый неорганический углерод переносится вместе с водными
массами из поверхностных вод в глубинные слои океана. Возникающее в результате
увеличение содержания суммарного растворённого неоргани-ческого углерода можно
вычислить, принимая во внимание сопутствующий рост содержания пита-тельных
веществ и щёлочности. Однако, таким спо-собом нельзя достаточно точно
определить значения концентрации для
времени, когда происходило образование глубинных вод. При поглощении
ант-ропогенного
океаном поток
растворённого не-органического углерода из глубинных слоёв к по-верхностным
уменьшается из-за повышения кон-центрации
в
поверхностных слоях океана, но при этом направленный вниз поток детрита
остаётся не-изменным. Справедливость этого предположения под-тверждает тот
факт, что первичная продуктивность в поверхностном слое океана обычно лимитируется
наличием питательных веществ.
Автор статьи, использованной в качестве основы
для написания этого реферата, проанализировал некоторые из этих возможных
факторов и показал, что при определённых условиях в поверхностных слоях океана
могут наблюдаться более низкие значения концентраций растворённого неорганичес-кого
углерода по сравнению с современными, соответственно концентрации атмосферного будут также другими.
При оценках возможных значений концентраций
атмосферного в будущем обычно считают,
что об-щая циркуляция океанов не будет изменятся. Однако несомненно, что в
прошлом она менялась. Если по-тепление, вызванное ростом концентрации
в ат-мосфере, будет
значительным, то, вероятно, про-изойдёт какое-то изменение циркуляции океана. В
частности, может уменьшиться интенсивность обра-зования холодных глубинных вод,
что в свою оче-редь может привести к уменьшению поглощения промышленного
океаном.
Изменение круговорота углерода могло бы
произойти также при увеличении суммарного количества питательных веществ в
океане. Если наличие питательных веществ в поверхностных слоях по-прежнему
будет основным фактором, лимитирующим фотосинтез, их концентрации в этих слоях
должны быть очень низкими. Следовательно, должна увели-чится концентрация
питательных веществ между обеднёнными этими веществами поверхностными вода-ми и
глубинными слоями. В этом случае за счёт вертикального перемешивания в океане в
поверх-ностные слои будет переноситься больше пита-тельных веществ, что приведёт
к росту интен-сивности фотосинтеза. Вертикальный градиент концентрации также возрастёт, а
поверхностные значения
и парциальное
давление
при этом уменьшатся.
Для грубой оценки возможного роста первичной
продуктивности в водных системах можно считать, что в процессе фотосинтеза
используется 20-50 % имеющегося количества
фосфатов и что образованное таким образом органическое вещество становится частью
углеродного цикла в океане или захоро-няется в отложениях. Такое изменение продук-тивности
приведёт к удалению из атмосферы и по-верхностных слоёв водных систем г. С/год. Это количество
соответствует 2-6 % годового выброса углерода в
атмосферу за счёт сжигания ископаемого топлива в 1972 году, поэтому данный
процесс нельзя не учитывать при построении моделей изменения глобального
климата.
Углерод в континентальной биоте
и в почвах.
В течение
последних 20 лет были предприняты многочисленные попытки определения запасов
уг-лерода в континентальной растительности и харак-теристик его годового
круговорота - общей пер-вичной продуктивности и дыхания. Оценка,
харак-теризующая состояние континентальной биомассы на 1980 год без учёта сухостоя,
равна г С. В более поздних
работах, основанных на большем количестве данных, указывается, что эта оценка
содержания углерода в живом веществе биомассы скорее всего завышена.
Среднее время пребывания углерода в лесных системах составляет 16-20 лет, но средний возраст деревьев по крайней мере в два раза больше, так как менее половины чистой первичной продукции превращается в целлюлозу. Среднее время жизни уг-лерода в растениях, не входящих в лесные системы, равно примерно 3 годам.
По разным оценкам, суммарное содержание углерода в составляет
около г С. Главная неопределённость
существующих оценок обусловлена недостаточной полнотой сведений о площадях и содержании
углерода в торфяниках планеты.
Изменения содержания углерода в
континентальных экосистемах.
За последние 200 лет произошли значительные
изменения в континентальных экосистемах в ре-зультате возрастающего антропогенного
воздейст-вия. Когда земли, занятые лесами и травянистыми сообществами,
превращаются в сельскохозяйственные угодья, органическое вещество, т.е. живое
вещест-во растений и мёртвое органическое вещество почв, окисляется и поступает
в атмосферу в форме . Какое-то
количество элементарного углерода может также захораниваться в почве в виде
древесного угля (как продукт, оставшийся от сжигания леса) и, таким образом,
изыматься из быстрого оборота в углеродном цикле. Содержание углерода в
различных компонентах экосистем изменяется, поскольку восстановление
органического вещества зависит от географической широты и типа растительности.
Были проведены многочисленные исследования,
имевшие своей целью разрешить существующую не-определённость в оценке изменений
запасов угле-рода в континентальных экосистемах. Основываясь на данных этих
исследований, можно прийти к вы-воду о том, что поступление в атмосферу с 1860 по 1990
год составило
г С и что в 1990
году биотический выброс углерода был равен
г
С/год. Кроме того, возможно влияние возрастающих атмосферных концентраций
и выб-росов загрязняющих
веществ, таких, как
и
, на интенсивность фотосинтеза
органического ве-щества континентальных экосистем. По-видимому, интенсивность
фотосинтеза растёт с увеличением концентрации
в
атмосфере. Наиболее вероятно, что этот рост характерен для сельскохозяйственных
культур, а в естественных континентальных эко-системах повышение эффективности
использования воды могло бы привести к ускорению образования органического
вещества.
Прогнозы концентрации углекислого
газа в атмосфере на будущее.
Основные выводы.
За последние десятилетия было создано боль-шое количество
моделей глобального углеродного цикла, рассматреть которые в данной работе я не
смог из-за того, что они сложны и объёмны. Рассмотрю лишь кратко основные их
выводы. Раз-личные сценарии, использованные для прогноза со-держания в атмосфере в будущем, дали
сходные результаты. Ниже я попытался подвести общий итог, касающихся проблемы
антропогенного изменения кон-центрации
в
атмосфере.
·
С 1860
по 1984 год в атмосферу поступило г С за
счёт сжигания ископаемого топ-лива, скорость выброса
в настоящее время (по
данным на 1990 год) равна
г С/год.
·
В
течение этого же периода времени поступление в
атмосферу за вырубки лесов и изменения характера землепользования составило
г С, интенсивность этого
поступления в нас-тоящее время равна
г
С/год.
·
С
середины прошлого века концентрация в
атмосфере увеличилась от
до
млн
в 1990 году.
·
Основные
характеристики глобального углеродного цикла хорошо изучены. Стало возможным создание
количественных моделей, которые могут быт положены в основу прогнозов роста
концентрации в атмосфере при
использовании определённых сценариев выброса.
·
Если
интенсивность выбросов в атмосферу в
течение ближайших четырёх десятилетий останется постоянной или будет возрастать
очень медленно (не более 0,5% в год) и в более отдалённом бу-дущем также будет расти очень
медленно, то к концу XXI века концентрация атмосферного
составит
около 440 млн
, т.е. не более, чем на 60%
превысит доиндустриальный уровень.
·
Если
интенсивность выбросов в течение
бли-жайших четырёх десятилетий будет возрастать в среднем на 1-2 % в год, т.е. также, как она
возрастала с 1973 года до настоящего времени, а в более отдалённом будущем
темпы её роста за-медлятся, то удвоение содержания
в
атмо-сфере по сравнению с доиндустриальным уровнем произойдёт к концу XXI века.
·
Основные
неопределённости прогнозов концент-рации в
атмосфере вызваны недостаточным знанием роли таких факторов,как:
· скорости водообмена между поверхностными, промежуточными и глубинными слоями океана;
· чувствительности морской первичной продукции к изменениям содержания пита-тельных веществ в поверхностных водах;
· захоронения органического вещества в осад-ках в прибрежных районах (и озёрах);
· изменение щёлочности, и, следовательно, буферного фактора морской воды, вызванных ростом содержания растворённого неоргани-ческого углерода;
·
увеличения
интенсивности фотосинтеза и рос-та биомассы и почвенного органического
ве-щества в континентальных экосистемах за счёт роста концентрации в атмосфере и возможного
отложения питательных веществ, поступающих из антропогенных источников;
· увеличения скорости разложения органичес-кого вещества почв, особенно в процессе эксплуатации лесов;
· образование древесного угля в процессе го-рения биомассы.
Величина ожидаемого изменения средней
гло-бальной температуры при удвоении концентрации приблизительно
соответствует величине её изме-нения при переходе от последнего ледникового
пе-риода к современному межледниковью. Более уме-ренное потребление ископаемого
топлива в течение ближайших десятилетий могло бы продлить воз-можность его
использования на более отдалённую перспективу. В этом случае концентрация
в ат-мосфере не достигнет
удвоенного значения по срав-нению с доиндустриальным уровнем.
Проблема изменения климата в результате эмиссии парниковых газов должна рассматриваться как одна из самых важных современных проблем, связанных с долгосрочными воздействиями на окружающую среду, и рассматривать её нужно в со-вокупности с другими проблемами, вызванными ант-ропогенными воздействиями на природу.
Список литературы.
1. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. / Под редакцией Б. Болина, Б. Р. Десса, Дж. Ягера, Р. Уоррика. / Ленинград, Гидрометеоиздат - 1989.
2. “Земля и Вселенная”, 2-93: “Углекислый газ и климатические изменения” – С.А.Щепинов
3. “Земля и Вселенная”, 1-95: “Экологические следствия начавшегося глобального потепления Земли” – А.Л.Яншин