Fluctuațiile sezoniere ale emisiilor de CO2 • Alexey Gilyarov • Lucrări științifice populare pe "Elemente" • Ecologie

Variații sezoniere CO 2

După cum se cunoaște bine, aerul constă în azot molecular (78%), oxigen molecular (21%), argon (1%), o cantitate mică de vapori de apă și o serie de substanțe al căror conținut este măsurat în sutimi și mii de procente. Printre acestea se numără dioxidul de carbon sau, după cum oamenii de știință preferă să o numească, dioxidul de carbon (CO2). Pentru comoditate, conținutul CO2 în aer, se estimează nu în procente (sute), ci în ppm, care este marcat cu litere latine ppm (parte per milion). Conținutul de dioxid de carbon din atmosfera Pământului pe întreaga istorie a existenței sale a fluctuat în limite destul de largi (vezi: cu 300 de milioane de ani în urmă, în atmosferă exista mult mai mult dioxid de carbon decât este acum). Acum, concentrația sa este estimată la 380-390 ppm (sau 0,038-0,039%), deși acum 50 de ani a fost de numai 310-320 ppm. Principalul motiv al creșterii dioxidului de carbon din atmosferă în ultimul secol îl reprezintă emisiile provenite din arderea combustibililor fosili (petrol, cărbune, gaz) și defrișări.

Existența vieții pe Pământ este strâns legată de prezența dioxidului de carbon în atmosferă. În primul rând, dioxidul de carbon, împreună cu vaporii de apă și metanul, creează un efect de seră – asigură conservarea căldurii, care radiază pământul încălzit de razele solare.Dacă nu ar exista gaze cu efect de seră în atmosferă, atunci temperatura medie anuală a aerului la suprafața Pământului nu ar fi + 15 ° C, așa cum este acum, dar -23 ° C.

În al doilea rând, dioxidul de carbon reprezintă o sursă de carbon pentru toate plantele verzi, plantele de alge microscopice și cianobacteriile. Folosind energia soarelui, toate aceste organisme în timpul fotosintezei produc materie organică din dioxid de carbon și apă și emit oxigen ca produs secundar. Esența procesului de fotosinteză este reflectată printr-o simplă ecuație:

CO2 + H2O + energie → (CH2O) + O2,

unde (CH2O) – formula generalizată a materiei organice.

Totuși, dacă în timpul fotosintezei, bioxidul de carbon este legat (respectiv îndepărtat din atmosferă), atunci în timpul altui proces – respirația – se eliberează din nou:

(CH2O) + O2 → CO2 + H2O + energie.

În biosfera modernă, marea majoritate a organismelor primesc energia de care au nevoie tocmai în procesul respirației aerobe – oxidarea materiei organice prin oxigen. Astfel, activitatea vitală a multor organisme este ea însăși o sursă importantă de dioxid de carbon. Cea mai mare contribuție se face prin respirația ciupercilor și a bacteriilor, care descompun substanța moartă a țesuturilor vegetale și, de asemenea, respirația plantelor însăși (în principal rădăcinile).

Acum oamenii de știință au învățat să măsoare cu precizie concentrația dioxidului de carbon din aer. În cele mai diverse puncte de pe glob, de la Alaska la Polul Sud, există stații speciale în care toate modificările în conținutul de CO sunt monitorizate pe tot parcursul anului.2. Datele colectate ne-au permis să construim un grafic tridimensional care să evidențieze dependența cantității de dioxid de carbon din aer la doi parametri – latitudinea geografică a stației și timpul anului (vezi figura 1).

Fig. 1. Acest covor cu pliuri nu este altceva decât un grafic tridimensional care arată schimbările sezoniere ale conținutului de dioxid de carbon din atmosferă la diferite latitudini. vertical Concentrația de dioxid de carbon (exprimată în ppm, ppm) este reprezentată grafic. În axa orizontală stângă – latitudine geografică: de la Polul Sud la 82 ° c. w. În dreapta – perioada septembrie 1988 – septembrie 1992. Liniile "covorului" care rulează de-a lungul axei temporale conectează punctele care aparțin la aceeași latitudine (desenate la fiecare 10 °). Liniile care rulează perpendicular, de-a lungul axei de latitudine geografică, conectează puncte legate de aceeași dată. Graficul se bazează pe date de la Laboratorul Național Oak Ridge.Din cartea: Tyler Volk Trupul Gaiei. Către o filosofie a pământului. New York: Copernicus. Springer. 1998

sarcină

Luați în considerare cu atenție graficul de mai sus al schimbărilor sezoniere ale dioxidului de carbon atmosferic la diferite latitudini. Rețineți că pentru emisfera nordică, în special – zone de latitudini mari, fluctuații neobișnuit de puternice în conținutul CO2. Valorile maxime sunt notate în primăvară – în aprilie-mai, iar minim – în toamnă, în septembrie-octombrie. În emisfera sudică, suișurile și coborâșurile CO2 sunt de asemenea observate, dar în antifază cu ceea ce se întâmplă în emisfera nordică și cel mai important – cu o amplitudine foarte mică.
Sarcină. Încercați să explicați imaginea care rezultă. De ce conținutul de dioxid de carbon fluctuează atât de mult pe parcursul anului și de ce variația fluctuațiilor este mult mai mare în emisfera nordică decât în ​​sud?

Dacă vă este greu să înțelegeți grafica tridimensională prezentată mai sus, aruncați o privire mai departe (figura 2). Ea este orientată într-un mod diferit: emisfera sudică este mai aproape de tine, iar nordul – mai departe. Acestea sunt alți ani, însă natura schimbărilor sezoniere la diferite latitudini este aceeași: în emisfera sudică, ele sunt foarte slab exprimate, în nord – puternic.

Fig. 2. Variațiile sezoniere ale conținutului de CO2 (valorile sunt reprezentate vertical în ppm) în atmosferă la latitudini diferite între anii 1981-1984. Modificările de la 60 ° S sunt afișate. w. la 60 ° C. w. Această cifră arată, de asemenea, clar că fluctuațiile sezoniere ale unei amplitudini foarte mari sunt observate în emisfera nordică și nesemnificative în sud. De la: Conway, T.J., și colab., 1988 // Tellus. V. 40, P. P. 81-115


Sfat 1

Ca o sugestie, vă sfătuiesc să luați globul (chiar și unul rupt, mai bine, care a căzut din stand) și să îl priviți cu atenție de la Polul Nord și de la Sud. Mai jos este perechea corespunzătoare de desene (figura 3). Trebuie să înțelegeți diferențele dintre emisferele nordice și sudice și modul în care aceste diferențe pot afecta procesele de absorbție și eliberare a dioxidului de carbon.

Fig. 3. Așa arată globul nostru dacă îl priviți din Polul Nord (în stânga) sau Polul Sud (în dreapta). Se poate observa că în emisfera nordică spațiul considerabil este ocupat de continente, iar în sud – oceanele. verde este prezentată producția primară (cantitatea de materie organică produsă pe an) de vegetație terestră și fitoplancton oceanic. Cu cât culoarea este mai închisă, cu atât este mai mare valoarea producției primare. Culoarea brună zonele în care produsele sunt foarte scăzute sunt arătate (nu există pur și simplu nici o vegetație). Culoare albă prezintă acoperirea de gheață a Oceanului Arctic și a Antarcticii


Sfat 2

Uită-te la graficul modificărilor sezoniere ale conținutului de carbon obținut în ultimii ani la Observatorul astrofizic Mauna Loa de pe insula Hawaii (Figura 4). Deși este de numai 20 °. w, fluctuații ale concentrației de CO2 exprimat foarte clar. Cea mai mare concentrație se înregistrează în luna mai, cea mai scăzută – în septembrie-octombrie.

Fig. 4. Schimbarea dioxidului de carbon atmosferic (CO2) în ultimii ani, potrivit unui observator al vulcanului Mauna Loa (insula Hawaii). Conținutul de CO2 exprimată în părți per milion (ppm). Linia roșie – date medii lunare (fluctuațiile sezoniere sunt vizibile: maximul se produce în luna mai, minimul în septembrie-octombrie). Linia neagră – curba trasată de date medii. Aceasta reflectă tendința generală de creștere a conținutului de CO.2 în ultimii ani. Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (NOAA). Graficul este reprodus pe site-ul Web al Laboratorului de Cercetare a Sistemului Pământului.


decizie

Poate că ați atras atenția asupra faptului că emisfera nordică este predominant continentală (bdesprecea mai mare parte este pământ), iar sudul este oceanic (în centru este acoperit de gheață Antarctica, și în jurul este o întindere uriașă a oceanului). Putem presupune în continuare că pământul și oceanul diferă în intensitatea proceselor de legare și eliberare a dioxidului de carbon. Din graficul modificărilor sezoniere ale concentrației de CO2obținut pe Mauna Loa (Figura 4), rezultă că în lunile de vară din emisfera nordică cantitatea de gaz scade foarte mult (minimul este atins în cădere), iar în lunile de iarnă crește și atinge un maxim de primăvară. Acum nu este greu de ghicit că reducerea dioxidului de carbon în timpul verii se datorează activității plantelor, și anume fotosintezei, în timpul căreia CO2 consumate. Creșterea plantelor, creșterea masei frunzelor, tulpinilor și rădăcinilor se datorează carbonului, care a fost absorbit de ele din aer sub formă de dioxid de carbon.

Dacă fotosinteza este responsabilă pentru îndepărtarea dioxidului de carbon din atmosferă, atunci aportul său este respirația tuturor organismelor, în special bacterii și ciuperci, care descompun materia organică a plantelor moarte. Respirația are loc în primăvară, vară, în toamnă și cu o intensitate mică – în timpul iernii, cel puțin în acele locuri unde persistă temperaturi pozitive.Sezonul de creștere (creșterea activă a plantelor) la latitudini temperate și înalte este limitat la sfârșitul primăverii – începutul verii. Dar atunci, cantitatea de dioxid de carbon legată de plantele cu creștere rapidă depășește semnificativ cantitatea eliberată în timpul respirației tuturor organismelor. De aceea, în acest moment observăm o scădere a concentrației de dioxid de carbon în aer. Apoi fotosinteza scade brusc, iar respirația tuturor organismelor continuă, ceea ce duce la acumularea de CO2. O altă sursă suplimentară de dioxid de carbon care funcționează pe tot parcursul anului este arderea combustibililor fosili de către oameni.

Aici cititorul are dreptul să observe că procesele de fotosinteză și respirație au loc nu numai pe uscat, ci și în ocean. De ce, peste ocean, nu observăm schimbări atât de semnificative în conținutul CO2 în aer? La urma urmei, cea mai activă fotosinteză are loc în mare și în primăvara și vara timpurie, când devine caldă și cel mai important – lumină și când apa conține și o mulțime de nutrienți minerali (azot și fosfor într-o formă accesibilă). De fapt, fluctuațiile sezoniere ale concentrației dioxidului de carbon din emisfera sudică, Oceanic, există, de asemenea, dar există în mod natural în antifază cu ceea ce se întâmplă în nord.Este uimitor de ce au o amplitudine atât de mică. Mai multe mecanisme pot funcționa aici.

În primul rând, oceanul (chiar și straturile superioare) are o capacitate mare de căldură, care netezește variațiile sezoniere ale temperaturii în comparație cu ceea ce se întâmplă pe uscat. În al doilea rând, dioxidul de carbon se dizolvă bine în apă (mai bine la rece decât la cald) – adică există un mecanism fizico-chimic al legării CO.2; cu toate acestea, straturile de suprafață ale oceanului pot și pot da CO2 atmosferă în caz de presiune parțială scăzută acolo. În al treilea rând, și acesta este probabil cel mai important lucru – valoarea producției primare pure, adică cantitatea de materie organică produsă în timpul fotosintezei de către organismele autotrofice pe unitate de teren pentru pământ este de aproximativ 2,5 ori mai mare decât pentru ocean. Fitoplanctonul nu poate asigura că această cantitate de CO este îndepărtată din mediul înconjurător.2, care elimină vegetația terestră a latitudinilor temperate și nordice. Fluctuațiile conținutului de carbon găsite de observatorul de pe Mauna Loa sunt determinate în primul rând de sezonalitatea dezvoltării vegetației din Eurasia și America de Nord.


postfață

De fapt, aerul este foarte mobil în comparație cu apa. Se pune problema involuntară: de ce amestecul de masă de aer nu aliniază conținutul de dioxid de carbon în atmosfera Pământului? Aici este necesar să reamintim că aerul se mișcă ușor și rapid în direcția latitudinală, dar nu în direcția meridională. Prin urmare, în Insulele Hawaii, se pot observa rezultatele dezvoltării vegetației sezoniere pe continente îndepărtate. Dar în direcția "nord-sud" vedem persistența unor diferențe serioase în conținutul CO2 la latitudini diferite. Structura celulară a circulației aerului interferează cu transportul meridional. Aerul din apropierea ecuatorului se încălzește cel mai mult, așa că se ridică acolo, se extinde, se mișcă spre nord și spre sud, se răcește treptat și cade în ambele emisfere până la pământ cu aproximativ 30 °. Apoi, acest aer răcit se deplasează aproape de suprafața pământului până la ecuator și închide circulația. În acest fel, se formează celule Hadley, numite după omul de știință englez George Hadley din secolul al XVIII-lea, care le-a descris. Mișcarea masei de aer în fiecare dintre aceste celule face ca masele de aer vecine să se deplaseze în jos și apoi la nord și la sud (în funcție de emisferă).Acestea sunt celulele lui Ferrell, numite după meteorologul american din secolul al XIX-lea, William Ferrell. Prezența unei astfel de structuri de circulație celulară interferează puternic cu amestecarea masei de aer în direcția meridională, dar nu creează obstacole pentru mișcarea la latitudine.

Fig. 5. Schema generalizată idealizată a circulației celulare a atmosferei. Evident, prezența unor astfel de celule face foarte dificilă transferarea maselor de aer în direcția nord-sud. În direcția latitudinală, masele de aer se mișcă mult mai repede decât în ​​direcția meridională. Din: "Biosfera". Sat. articole / ed. M. S. Gilyarova. M .: Mir, 1972


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: :???: :?: :!: