Observațiile izotopilor de carbon permit înțelegerea motivului pentru care conținutul de CO2 din atmosferă este strâns legat de ciclurile de glaciare • Alexey Gilyarov • Știință științifică despre "Elemente" • Climă, Ecologie, Glaciologie

Observațiile izotopilor de carbon permit înțelegerea motivului pentru care conținutul de CO 2 în atmosferă este strâns legat de ciclurile de glaciare.

2în ultimele 25 de mii de ani ")"> 2în ultimele 25 de mii de ani "border = 0>

Diagrama generalizată care prezintă dinamica CO2 în ultimele 24 de mii de ani (linia roșie); conținutul de izotopi de carbon13C în CO2 (panglică verde largă; lățimea benzii corespunde intervalelor de încredere); conținut de oxigen puternic18Oh în aer (linia neagră în partea de sus: în funcție de miezurile de gheață din Groenlanda); deuteriu în gheață (linia albastră de mai jos: în funcție de miezurile de gheață din Antarctica). Ultimul indicator este o estimare a temperaturii: cu cât linia este mai mare, cu atât este mai caldă. Banda verticală albastră a fost evidențiată o perioadă de încălzire rapidă (acum 17-15 mii de ani), care poate fi asociată cu eliberarea CO2acumulat anterior în straturile adânci ale coloanei de apă oceanică. Gri banda verticala Perioada (12-7 mii de ani în urmă) a creșterii rapide a conținutului de izotopi de carbon este evidențiată. 13C în CO2. Cel mai probabil, acest lucru sa datorat fracționării izotopilor în timpul fotosintezei vegetației terestre, a cărei masă a crescut rapid. În timpul fotosintezei, CO este predominant absorbit.2 mai ușor de izotop de carbon12C și CO2 izotop greu13C acumulate ca neutilizate. pe axa abscisa zero (în stânga) corespunde timpului prezent. Imagine de la articol: E. Brook. Jocul de carbon din epoca de gheata din știință

Creșterea dioxidului de carbon în atmosferă după sfârșitul ultimei glaciări este cel mai probabil datorată începutului amestecării oceanului și pătrunderii în straturile sale de suprafață a acelui carbon anorganic, care sa acumulat anterior în adâncurile coloanei de apă. Judecând după dinamica pe termen lung (de 24 de mii de ani) a conținutului relativ al unui izotop de carbon greu 13C, dioxidul de carbon a fost legat de fitoplanctonul care locuia langa suprafata de foarte mult timp, chiar inainte de inceperea ultimei glaciari. Conținut redus 13C în atmosferă, care a început acum 17,5 mii de ani, a durat două mii de ani, apoi a fost înlocuită de o ușoară creștere și o nouă recesiune. Ulterior, acum 12 mii de ani, a început o creștere constantă a conținutului 13C. A fost cauzată, aparent, de fotosinteza intensă a vegetației terestre, care se leagă predominant de un alt izotop de carbon mai ușor. 12C. În consecință, subutilizate 13C acumulate în atmosferă.

Prin standarde geologice, recent, cu doar 20 de mii de ani în urmă, Pământul se confrunta încă cu ultima glaciație puternică.O mare parte din Eurasia și America de Nord au fost acoperite cu un strat gros de gheață. Nivelul oceanului a fost cu 120 m mai mic decât curentul, iar concentrația dioxidului de carbon (CO2) în aer a fost de numai 190 ppm (parte pe milion, milioane) și nu 390 ppm, așa cum este acum. Datele din analiza nucleelor ​​(coloanelor) de gheață din Antarctica indică faptul că în ultimii 800 mii de ani dinamica conținutului de CO2 în aer a fost strâns corelat cu schimbările de temperatură (a se vedea: gheața Antarcticii a spus despre conținutul de metan și CO2 în atmosfera Pământului în ultimii 800 mii de ani, "Elemente", 22.05.2008). Deoarece CO2 – cel mai important gaz de seră, este evident că o creștere a concentrației sale ar trebui să conducă la o creștere a temperaturii. Cu toate acestea, nu este atât de simplu, deoarece, odată cu creșterea temperaturii, fluxul de dioxid de carbon în atmosferă crește, care a fost dizolvat în apele de suprafață ale oceanului. În plus, atunci când încălzirea crește intensitatea respirației organismelor (în special bacteriile și ciupercile care locuiesc în sol). Acest lucru oferă CO2, o dată legată de plante în timpul fotosintezei.

Deși toată lumea recunoaște că între conținutul de CO2 iar temperatura are un feedback pozitiv, nu este ușor să dăm seama care este cauza în fiecare caz particular și care este rezultatul.Cu toate acestea, unele progrese în dezagregarea acestor interdependențe sunt evidente (a se vedea, de exemplu: Încălzirea globală după ultima glaciație a fost însoțită de o creștere rapidă a conținutului de CO2 în atmosferă, "Elemente", 04/20/2012). Evident, nu a existat o încălzire ireversibilă a suprafeței Pământului, și asta e bine, altfel viața s-ar fi putut încheia acolo. Încălzirea, din fericire, urmată de lovituri reci. Regularitatea alternării perioadelor de glaciare și interglacial (cel puțin în ultimii milioane de ani) a fost determinată de schimbări periodice ale orbitei Pământului, așa-numitele cicluri Milankovitch. Întrucât schimbările în caracteristicile orbitale însele sunt prea slabe pentru a provoca restructurarea globală a întregului climat, trebuie să existe mecanisme care să multiplice efectele inițiale. Căutarea acestor mecanisme este o sarcină importantă, la care cercetătorii din diferite țări plătesc o atenție deosebită.

În special, lucrarea recent publicată de Jochen Schmitt de la Centrul pentru Cercetarea Climei numită după N. Eschger (Hans Oeschger) de la Universitatea din Berna (Elveția).Împreună cu colegii din aceeași universitate, precum și din instituțiile științifice din Germania și Franța, Schmitt a analizat în detaliu datele privind dinamica pe termen lung (peste 24 de mii de ani) a conținutului unui izotop stabil de carbon 13C, care face parte din CO2 atmosfera. Materialul sursă este miezurile de gheață din două puncte din Antarctica. Datorită dimensiunii mici a probelor, determinarea cantitativă a conținutului de izotopi 13C nu a fost o sarcină ușoară, dar autorii au reușit să depășească o serie de dificultăți folosind o modificare a metodei de sublimare. Perioada considerată de autori a acoperit sfârșitul ultimei glaciări puternice (începând cu acum 24 de mii de ani), încălzirea ulterioară (17-12 mii de ani în urmă) și apoi stabilizarea până în prezent. Ca "timpul prezent", adică sfârșitul observațiilor, a fost adoptat în 1950, când creșterea conținutului de CO2asociate cu arderea combustibililor fosili, nu a fost încă atât de rapidă.

Schimbarea CO la atmosferă2 carbon izotopic greu 13C (linia de sus) și conținutul de CO2 în atmosferă (linia de jos) în ultimii 24 de mii de ani. Puncte de diferite culori au indicat valori specifice obținute în diferite laboratoare prin metode diferite. Culoarea gri prezintă intervalele de încredere care caracterizează împrăștierea datelor. Vârsta este dată în mii de ani de la momentul prezent (din 1950), conținutul 13C – în ppm pe o scară de la VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite, compoziția standard izotopică de carbon din Viena), conținutul de CO2 – în ppmv (părți pe milion în volume). Imaginea de la articolul discutat Schmitt J., et al. Constrângeri ale izotopului de carbon asupra CO degalațional2 se ridică din miezurile de gheață din știință

Analiza dinamicii conținutului de izotopi 13C vă permite să ajungeți la anumite concluzii cu privire la cauzele imediate de creștere sau scădere a concentrației de CO2 în atmosferă. Faptul este că în cursul unor reacții biochimice apare fracționarea izotopică (separare). Astfel, în timpul fotosintezei, plantele (sau algele planctonice microscopice și cianobacteriile) consumă în principal CO.2 mai ușor de izotop de carbon 12C. În consecință, conținutul relativ al izotopului greu 13C în mediu (aer sau apă) crește.

Rezultatele obținute de Schmitt și colegii săi arată că odată cu apariția unei creșteri a concentrației de CO2 aproximativ 17,5 mii de ani în urmă, conținutul de izotopi 13C a început să scadă brusc. Acest declin a continuat timp de circa 2.000 de ani, cu concentrația totală de CO2 în atmosfera din acea vreme a crescut.Este important ca cercetătorii să înțeleagă de unde provine CO.2sărăcit în izotopul de carbon greu CO2. Cel mai probabil sa acumulat mult timp în straturile adânci ale oceanului, iar apoi, ca rezultat al amestecării, sa dovedit a fi în apele de suprafață, de unde a fost deja eliberată în atmosferă. Se ridică întrebarea involuntară: de ce se acumulează acest CO în adâncurile oceanului?2precum și alte forme de carbon anorganic (HCO3 și CO32-), a avut un conținut relativ redus 13C? Aproape toată lumea este de acord că cel mai probabil acest CO2 a fost produsul respirației organismelor care descompun materia organică, care a fost formată în timpul fotosintezei în straturile superioare ale oceanului, dar apoi a coborât treptat. Este posibil ca sinteza materiei organice să se fi produs cu mult timp în urmă, chiar înainte de începerea ultimei glaciații, mai devreme de 24 de mii de ani în urmă. Nu există niciun consens că impulsul pentru amestecarea coloanei de apă care a început acum 17,5 mii de ani nu a fost și acesta este probabil cel mai vulnerabil loc în întreaga ipoteză.

Oarecum mai târziu, cu 16 mii de ani în urmă, declinul 13C a încetat și chiar a apărut o ușoară creștere, repede înlocuită de o nouă scădere ușoară (a se vedea figura de mai sus). Motivele acestor fluctuații slabe nu sunt clare, iar perioada corespunzătoare este numită chiar "intervalul mistic".Dar acum 12 mii de ani a început o creștere constantă a conținutului relativ 13C, care a durat aproximativ 6 mii de ani, după care a început stabilizarea, ajungând la un platou corespunzător nivelului deja modern. Această creștere este atribuită de autori dezvoltării vegetației terestre, cu consum masiv în timpul fotosintezei dioxidului de carbon conținând izotopul mai ușor – 12C. În consecință, grele 13C acumulate în atmosferă.

Lucrarea lui Schmitt și a colegilor săi nu oferă un răspuns definitiv la multe întrebări care apar, nu ia în considerare, de exemplu, efectele asociate cu eliberarea CO2 de la defectele tectonice (în timpul erupțiilor vulcanice și datorită scurgerii treptate). Cu toate acestea, aceasta arată modalități posibile de analiză suplimentară, ceea ce atrage atenția multor cercetători.

Sursa lui: Jochen Schmitt, Robert Schneider, Joachim Elsig și colab. Constrângeri ale izotopului de carbon asupra CO degalațional2 urcă din miezurile de gheață // știință. 2012. V. 336. P. 711-714.

Vezi și:
Edward Brook. Puzzle de carbon pentru epoca de gheata // știință. 2012. V. 336. P. 682-683.

Alexey Gilyarov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: