Хімічний склад

Атмосфера Землі виникла внаслідок виділення газів при вулканічних виверженнях. З появою океанів та біосфери вона формувалася і за рахунок газообміну з водою, рослинами, тваринами та продуктами їх розкладання у ґрунтах та болотах.

В даний час атмосфера Землі складається в основному з газів та різних домішок (пил, краплі води, кристали льоду, морські солі, продукти горіння).

Концентрація газів, що становлять атмосферу, практично постійна, за винятком води (H 2 O) та вуглекислого газу (CO 2).

Крім зазначених у таблиці газів, в атмосфері містяться SO 2 , NH 3 , СО, озон, вуглеводні, HCl, HF, пари Hg, I 2 , а також NO та багато інших газів у незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль).

Вуглекислий газв атмосфері Землі, станом на 2011 рік, представлений у кількості 392 ppm або 0,0392%. Роль вуглекислого газу ( CO 2 , двоокисабо диоксид вуглецю) у життєдіяльності біосфери полягає насамперед у підтримці процесу фотосинтезу, що здійснюється рослинами. Будучи парниковим газом, двоокис вуглецю в повітрі впливає на теплообмін планети з навколишнім простором, ефективно блокуючи перевипромінюване тепло на ряді частот, і таким чином бере участь у формуванні клімату планети.

У зв'язку з активним використанням людством викопних енергоносіїв як паливо відбувається швидке збільшення концентрації цього газу в атмосфері. Вперше антропогенний вплив на концентрацію двоокису вуглецю відзначається із середини XIX століття. Починаючи з цього часу темп її зростання збільшувався і наприкінці 2000-х відбувався зі швидкістю 2,20±0,01 ppm/рік або 1,7 % на рік. Згідно з окремими дослідженнями, сучасний рівень CO 2 в атмосфері є максимальним за останні 800 тис. років та, можливо, за останні 20 млн років.

Роль у парниковому ефекті

Незважаючи на відносно невелику концентрацію в повітрі, CO 2 є важливою компонентою земної атмосфери, оскільки він поглинає та перевипромінює інфрачервоне випромінювання на різних довжинах хвиль, включаючи довжину хвилі 4,26 мкм (вібраційний режим - асиметричне розтягнення молекули) та 14,99 мкм (із коливання). Цей процес виключає або знижує випромінювання Землі в космос цих довжинах хвиль, що призводить до парникового ефекту. Поточна зміна концентрації атмосферного CO 2 позначається у смугах поглинання, де його сучасний вплив на спектр перевипромінювання Землі призводить лише до часткового поглинання.

Крім парникових властивостей двоокису вуглецю, також має значення той факт, що він є більш важким газом у порівнянні з повітрям. Оскільки середня відносна молярна маса повітря становить 28,98 г/моль, а молярна маса CO 2 - 44,01 г/моль, збільшення частки вуглекислого газу призводить до збільшення щільності повітря і, відповідно, зміни профілю його тиску в залежності від висоти. Через фізичну природу парникового ефекту, така зміна властивостей атмосфери призводить до збільшення середньої температури на поверхні.

Загалом збільшення концентрації з доіндустріального рівня 280 ppm до сучасного 392 ppm еквівалентно додатковому виділенню 1,8 Вт на кожен квадратний метр поверхні планети. Цей газ також має унікальною властивістюдовготривалого впливу на клімат, яке після припинення емісії, що викликала його, залишається значною мірою постійним протягом до тисячі років. Інші парникові гази, такі як метан та оксид азоту, існують у вільному стані в атмосфері протягом більш короткого часу.

Джерела вуглекислого газу

До природних джерел двоокису вуглецю в атмосфері відносяться вулканічні виверження, згоряння органічних речовин у повітрі та дихання представників тваринного світу (аеробні організми). Також вуглекислий газ виробляється деякими мікроорганізмами внаслідок процесу бродіння, клітинного дихання та у процесі перегнивання органічних останків у повітрі. До антропогенних джерел емісії CO 2 в атмосферу відносяться: спалювання викопних енергоносіїв для одержання тепла, виробництва електроенергії, транспортування людей та вантажів. До значного виділення CO 2 призводять деякі види промислової активності, такі, наприклад, як виробництво цементу та утилізація газів шляхом їх спалювання у смолоскипах.

Рослини перетворюють одержуваний вуглекислий газ вуглеводи в ході фотосинтезу, який здійснюється за допомогою пігменту хлорофілу, що використовує енергію сонячного випромінювання. Одержуваний газ, кисень, вивільняється в атмосферу Землі і використовується для дихання гетеротрофними організмами та іншими рослинами, утворюючи таким чином цикл вуглецю.

Антропогенна емісія

Емісія вуглецю в атмосферу внаслідок пром. активності у 1800 – 2004 рр.

З настанням промислової революції в середині XIX століття відбувалося поступальне збільшення антропогенних викидів двоокису вуглецю в атмосферу, що призвело до порушення балансу вуглецевого циклу та зростання концентрації CO2. В даний час близько 57% вуглекислого газу, що виробляється людством, видаляється з атмосфери рослинами і океанами. Співвідношення збільшення кількості CO 2 в атмосфері до всього виділеного CO 2 становить постійну величину близько 45% і зазнає короткоперіодичних коливань та коливань з періодом у п'ять років.

Спалювання викопних палив, таких як вугілля, нафту та природний газ, є основною причиною емісії антропогенного CO 2 , вирубування лісів є другою за значимістю причиною. У 2008 році в результаті спалювання викопного палива в атмосферу було виділено 8,67 млрд. тонн вуглецю (31,8 млрд. тонн CO 2 ), тоді як у 1990 році річна емісія вуглецю становила 6,14 млрд. тонн. Зведення лісів під землекористування призвело до збільшення вмісту атмосферного двоокису вуглецю еквівалентного спалювання 1,2 млрд тонн вугілля у 2008 році (1,64 млрд тонн у 1990). Сумарне збільшення за 18 років становить 3% від щорічного природного циклу CO2, що достатньо для виведення системи з рівноваги та для прискореного зростання рівня CO2. Як результат, двоокис вуглецю поступово акумулювався в атмосфері і в 2009 році її концентрація на 39% перевищувала доіндустріальне значення.

Таким чином, незважаючи на те, що (станом на 2011 рік) сумарне антропогенне виділення CO 2 не перевищує 8 % від його природного річного циклу, спостерігається збільшення концентрації, зумовлене не лише рівнем антропогенних викидів, а й постійним зростанням рівня викидів з часом.

Дуже велика. Вуглекислий газ бере участь в утворенні всієї живої речовини планети і разом з молекулами води та метану створює так званий «оранжерейний (парниковий) ефект».

Значення вуглекислого газу ( CO 2 , двоокисабо диоксид вуглецю) у життєдіяльності біосфери полягає насамперед у підтримці процесу фотосинтезу, що здійснюється рослинами.

Будучи парниковим газом, двоокис вуглецю в повітрі впливає на теплообмін планети з навколишнім простором, ефективно блокуючи перевипромінюване тепло на ряді частот, і таким чином бере участь у формуванні.

Останнім часом спостерігається збільшення концентрації вуглекислого газу повітря, що веде до .

Вуглець (С) в атмосфері міститься в основному у вигляді вуглекислого газу (СО 2) та у невеликій кількості у вигляді метану (СН 4), чадного газу та інших вуглеводнів.

Для газів атмосфери застосовують поняття «час життя газу». Це час, протягом якого газ повністю оновлюється, тобто. час, за який в атмосферу надходить стільки ж газу, скільки в ньому міститься. Так от, для вуглекислого газу цей час становить 3-5 років, для метану – 10-14 років. СО окислюється до 2 протягом декількох місяців.

У біосфері значення вуглецю дуже велике, оскільки він входить до складу всіх живих організмів. У межах живих істот вуглець міститься у відновленому вигляді, а поза межами біосфери - в окисленому. Таким чином, формується хімічний обмін життєвого циклу: СО 2 ↔ жива речовина.

Джерела вуглецю в атмосфері.

Джерелом первинної вуглекислоти є , при виверженні у атмосферу виділяється дуже багато газів. Частина цієї вуглекислоти виникає при термічному розкладі стародавніх вапняків у різних зонах метаморфізму.

Також вуглець надходить у атмосферу як метану внаслідок анаеробного розкладання органічних залишків. Метан під впливом кисню швидко окислюється до вуглекислого газу. Основними постачальниками метану в атмосферу є тропічні риштування та .

У свою чергу вуглекислий газ атмосфери є джерелом вуглецю для інших геосфер - , біосфери та .

Міграція СО 2 у біосфері.

Міграція СО 2 протікає двома способами:

При першому способі СО 2 поглинається з атмосфери в процесі фотосинтезу і бере участь в утворенні органічних речовин з подальшим похованням у вигляді корисних копалин: торфу, нафти, горючих сланців.

При другому способі вуглець бере участь у створенні карбонатів у гідросфері. 2 переходить в Н 2 3 , НСО 3 -1 , 3 -2 . Потім за участю кальцію (рідше магнію та заліза) відбувається осадження карбонатів біогенним та абіогенним шляхом. Виникають потужні товщі вапняків та доломітів. За оцінкою А.Б. Ронова, співвідношення органічного вуглецю (С орг) до карбонатного вуглецю (С карб) історія біосфери становило 1:4.

Як здійснюється геохімічний кругообіг вуглецю в природі і як вуглекислий газ повертається знову в атмосферу

Вуглекислий газ (СО2).

Вуглекислий газ, можливо, є найважливішим із усіх парникових газів, що викидаються в атмосферу людиною, по-перше, тому що він викликає сильний парниковий ефект і, по-друге, тому що з вини людини цього газу утворюється так багато.

Вуглекислий газ, це дуже «природний» компонент атмосфери – настільки природний, що ми лише недавно стали замислюватися про вуглекислий газ антропогенного походження як про забруднювач. Вуглекислий газ може бути корисною річчю. Однак ключове питання полягає в тому, у який момент СО2 стає надто багато? Або, іншими словами, в яких кількостях він починає шкідливо впливати на навколишнє середовище?

Те, що здається природним з погляду людини сьогодні, може значно відрізнятиметься від того, що було природним для Землі в процесі її еволюційного розвитку. Історія людства є лише дуже тонким зрізом (не більше кількох мільйонів років) на геологічному пласті, що налічує більш ніж 4,6 мільярда років.

Деякі екологи побоюються, що вуглекислий газ призведе до катастрофічних змін у кліматі, таких, наприклад, як описано в книзі Білла Маккібена «Кінець природи».

Найімовірніше, вуглекислий газ переважав у ранній атмосфері Землі. Сьогодні вміст СО2 в атмосфері становить лише близько 0,03 відсотка, і найпесимістичніші прогнози передбачають підвищення його рівня до 0,09 відсотків до 2100 року. Приблизно 4,5 мільярда років тому, як вважають деякі вчені, СО2 становив 80 відсотків складу атмосфери Землі, повільно знижуючись спочатку до 30-20 відсотків у наступні 2,5 мільярда років. Вільний кисень практично не зустрічався в ранній атмосфері і був отруйний для анаеробних форм життя, що існували на той час.

Існування людини, як ми знаємо сьогодні, в умовах надмірного вмісту вуглекислого газу в атмосфері було просто неможливим. На щастя для людей і тварин, більшість СО2 була видалена з атмосфери на пізніх етапах історії Землі, коли мешканці морів, ранні форми альгає, виробили здатність до фотосинтезу. У процесі фотосинтезу рослини використовують енергію Сонця для того, щоб перетворити вуглекислий газ та воду на цукор та кисень. Зрештою, альгае та інші, більш досконалі життєві форми, що виникли у процесі еволюції (планктон, рослини та дерева), гинули, пов'язуючи більшу частину вуглецю у різних вуглецевих мінералах (нафтових сланцях, у вугіллі і нафти) у земній корі. Те, що залишилося в атмосфері – це кисень, яким ми дихаємо зараз.

Вуглекислий газ надходить в атмосферу з різних джерел - більшість яких є природними. Але кількість СО2 зазвичай залишається приблизно одному рівні, оскільки існують механізми, які виводять вуглекислий газ з атмосфери (рисунок 5 дає спрощену схему циркуляції СО2 в атмосфері).

Одним із головних природних механізмів циркуляції СО2 є обмін газами між атмосферою та поверхнею океанів. Цей обмін є дуже тонким, добре збалансованим процесом з зворотним зв'язком. Кількість вуглекислого газу, залученого до нього, воістину величезна. Вчені вимірюють ці кількості в гіга тоннах (ГГТ - мільярдах метричних тонн) вуглецю для зручності.

Вуглекислий газ легко розчиняється у воді (процес, внаслідок якого виходить газована вода). Він також легко виділяється з води (у газованій воді ми бачимо це як шипіння). Вуглекислий газ атмосфери безупинно розчиняється у питній воді лежить на поверхні океанів і виділяється у атмосферу. Цей феномен практично повністю пояснюється фізичними та хімічними процесами. Поверхнею океану щорічно виділяється 90 Ггт вуглецю, а поглинається 92 Ггт вуглецю. Коли вчені зіставляють ці два процеси, виходить, що поверхня світового океану, по суті, є поглиначем вуглекислого газу, тобто поглинає більше СО2, ніж виділяє назад в атмосферу.

Величина потоків вуглекислого газу в циклі атмосфера/океан залишається найважливішим фактором, тому що незначні зміни в існуючому балансі можуть мати непередбачувані наслідки для інших природних процесів.

Не менш важливе значення у циркуляції вуглекислого газу в атмосфері відіграють біологічні процеси. СО2 необхідний фотосинтезу. Рослини «дихають» вуглекислим газом, поглинаючи близько 102 Ггт вуглецю щорічно. Однак рослини, тварини та інші організми також виділяють СО2. Одна із причин утворення вуглекислого газу пояснюється метаболічним процесом – диханням. При диханні живі організми спалюють кисень, що вдихається ними. Люди та інші наземні тварини, наприклад, вдихають кисень підтримки життя і видихають вуглекислий газ у атмосферу як відходів. За розрахунками, всі живі організми Землі щорічно видихають близько 50 Ггт вуглецю.

Коли рослини та тварини вмирають, органічні сполуки вуглецю, що знаходяться в них, включаються до складу ґрунту чи мулу у болотах. Природа компостує ці продукти зів'ялого життя подібно до садівника, розбиваючи їх на складові в процесі різних хімічних перетворень та роботи мікроорганізмів. За розрахунками вчених, при розпаді у атмосферу потрапляє близько 50 Ггт вуглецю.

Таким чином, 102 Ггт вуглецю, поглинені з атмосфери щорічно, майже на сто відсотків збалансовані 102-ма Гг тоннами вуглецю, що потрапляють щороку в атмосферу в процесі дихання та розпаду тварин та рослин. Необхідно усвідомлювати величину потоків вуглецю в природі, оскільки незначні відхилення в існуючому балансі можуть мати далекосяжні наслідки.

Порівняно з циклом атмосфера-океан та біологічним циклом, кількість вуглекислого газу, що викидається в атмосферу внаслідок людської діяльності, на перший погляд видається незначною. При спалюванні вугілля, нафти та природного газу людина викидає в атмосферу приблизно 5,7 Ггт вуглецю (за даними IPCC). При вирубуванні та спалюванні лісів люди додають ще 2 Гг тонни. Слід враховувати, що існують різні оцінки кількості вуглецю, що у атмосферу внаслідок зведення лісів.

Ці кількості безсумнівно відіграють певну роль, тому що природні вуглецеві цикли (атмосфера/океан та біологічний цикл) тривалий час перебували в добре відрегульованій рівновазі. Принаймні баланс зберігався на тимчасовому відрізку, на якому відбувалося зародження та розвиток людства. Промислова та сільськогосподарська діяльність людини, схоже, внесли значний перекіс у вуглецевий баланс.

Різні наукові дослідження показали збільшення концентрацій вуглекислого газу в атмосфері останні кілька століть. Протягом цього часу населення планети росло в геометричній прогресії, у промисловості стали застосовувати паровий двигун, автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння поширилися по всій планеті, і фермери-переселенці розчистили від рослинності. величезні територіїАмерики, Австралії та Азії.

Протягом того ж часу, атмосферні концентрації вуглекислого газу збільшилися з 280 частинок на мільйон (ppmv) допромислового періоду (1750) до близько 353 ррmv, що становить приблизно 25 відсотків. Цієї кількості може виявитися достатньо, щоб викликати значні зміни, якщо клімат дійсно чутливий до парникових газів настільки, наскільки це припускають вчені. Вимірювання в обсерваторії Мануа Лоа на Гаваях, далеко віддалених джерел промислових забруднень, показують стабільне зростання концентрацій СО2 між 1958 і 1990 роками (рисунок 6). Останні два роки, однак, зростання концентрацій вуглекислого газу не спостерігалося.

Тісний зв'язок між концентраціями вуглекислого газу та розрахунковими середніми світовими температурами просто вражає (рисунок 7)! Однак, чи ця кореляція є випадковою, досі залишається загадкою. Легко піддатися спокусі та пояснити коливання температури коливаннями концентрацій СО2. Але зв'язок може бути і зворотним - зміна температури може викликати зміну концентрацій вуглекислого газу.

1 Людина та клімат.

2 Вступ.

Взаємозв'язок між енергоспоживанням, економічною діяльністю та надходженням у атмосферу.

Споживання енергії та викиди вуглекислого газу.

3 Вуглецю в природі.

Ізотопи вуглецю.

4 Вуглецю в атмосфері.

Атмосферний вуглекислий газ.

Вуглець у ґрунті.

5 Прогнози концентрації вуглекислого газу атмосфері у майбутнє. Основні висновки.

6 Список літератури.

Вступ.

Діяльність людини досягла вже такого рівня розвитку, при якому її вплив на природу набуває глобального характеру. Природні системи - атмосфера, суша, океан, - і навіть життя планети загалом піддаються цим впливам. Відомо, що протягом останнього століття збільшувалося вміст в атмосфері деяких газових складових, таких як двоокис вуглецю (), закис азоту (), метан () та тропосферний озон (). Додатково до атмосфери надходили й інші гази, які є природними компонентами глобальної екосистеми. Головні з них – фторхлорвуглеводні. Ці газові домішки поглинають та випромінюють радіацію і тому здатні впливати на клімат Землі. Всі ці гази разом можна назвати парниковими.

Уявлення про те, що клімат міг змінюватися внаслідок викиду в атмосферу двоокису вуглецю, виникло не зараз. Арреніус зазначив, що спалювання викопного палива могло призвести до збільшення концентрації атмосферного і тим самим змінити радіаційний баланс Землі. В даний час ми приблизно відомо, скільки надійшло в атмосферу за рахунок спалювання викопного палива та змін у використанні земель (відомості лісів та розширення сільськогосподарських площ), і можна пов'язати збільшення концентрації атмосферного з діяльністю людини.

Механізм впливу на клімат полягає у так званому парниковому ефекті. У той час як для сонячної короткохвильової радіації прозорий, довгохвильову радіацію, що йде від земної поверхні, цей газ поглинає і випромінює поглинену енергію по всіх напрямках. Внаслідок цього ефекту збільшення концентрації атмосферного призводить до нагрівання поверхні Землі та нижньої атмосфери. Зростання концентрації в атмосфері, що продовжується, може призвести до зміни глобального клімату, тому прогноз майбутніх концентрацій вуглекислого газу є важливим завданням.

Надходження вуглекислого газу в атмосферу

в результаті промислових

викидів.

Основним антропогенним джерелом викидів є спалювання різноманітних видів вуглецевмісного палива. В даний час економічний розвитокзазвичай пов'язують із зростанням індустріалізації. Історично склалося, що підйом економіки залежить від наявності доступних джерел енергії та кількості викопного палива, що спалюється. Дані розвитку економіки та енергетики більшість країн у період 1860-1973 гг. Свідчать не лише про економічне зростання, а й про зростання енергоспоживання. Проте одне не є наслідком іншого. Починаючи з 1973 року у багатьох країнах відзначається зниження питомих енерговитрат у разі зростання реальних цін на енергію. Недавнє дослідження промислового використання енергії США показало, що починаючи з 1920 року відношення витрат первинної енергії до економічного еквіваленту вироблених товарів постійно зменшувалася. Більш ефективне використання енергії досягається внаслідок вдосконалення промислової технології, транспортних засобів та проектування будівель. Крім того, у ряді промислово розвинених країн відбулися зрушення у структурі економіки, що виразились у переході від розвитку сировинної та переробної промисловості до розширення галузей, що виробляють кінцевий продукт.

Мінімальний рівень споживання енергії душу населення, необхідний нині задоволення потреб медицини, освіти та рекреації, значно змінюється від регіону до регіону і зажадав від країни до країни. У багатьох країнах значне зростання споживання високоякісних видів палива душу населення є істотним чинником задля досягнення вищого рівня життя. Тепер видається ймовірним, що продовження економічного зростання і досягнення бажаного рівня життя не пов'язані з рівнем енергоспоживання на душу населення, проте цей процес ще недостатньо вивчений.

Можна припустити, що до досягнення середини наступного століття економіка більшості країн зуміє пристосуватися до підвищених цін на енергію, зменшуючи потреби в робочій силі та інших видах ресурсів, а також збільшуючи швидкість обробки та передачі інформації або, можливо, змінюючи структуру економічного балансу між виробництвом товарів та наданням послуг. Таким чином, від вибору стратегії розвитку енергетики з тією чи іншою часткою використання вугілля або ядерного палива в енергетичній системі безпосередньо залежатиме швидкість промислових викидів.

Споживання енергії та викиди

Вуглекислий газ.

Енергія не виробляється заради виробництва енергії. У промислово розвинених країнах основна частина енергії, що виробляється, припадає на промисловість, транспорт, обігрів і охолодження будівель. У багатьох нещодавно виконаних дослідженнях показано, що сучасний рівень споживання енергії у промислово розвинених станах може бути суттєво знижений за рахунок застосування енергозберігаючих технологій. Було розраховано, що якби США перейшли, при виробництві товарів широкого споживання та у сфері послуг, на найменш енергоємні технології при тому ж обсязі виробництва, то кількість вступника в атмосферу зменшилася б на 25%. Результуюче зменшення викидів загалом по земній кулі у своїй становило б 7%. Подібний ефект мав би місце і в інших промислово розвинених країнах. Подальшого зниження швидкості надходження в атмосферу можна досягти шляхом зміни структури економіки в результаті впровадження ефективних методіввиробництва товарів та удосконалень у сфері надання послуг населенню.

Вуглецю в природі.

Серед безлічі хімічних елементів, без яких неможливе існування життя на Землі, вуглець є головним. Хімічні перетворення органічних речовин пов'язані зі здатністю атома вуглецю утворювати довгі ковалентні ланцюги та кільця. Біогеохімічний цикл вуглецю, природно, дуже складний, оскільки він включає як функціонування всіх форм життя Землі, а й перенесення неорганічних речовин як між різними резервуарами вуглецю, і усередині них. Основними резервуарами вуглецю є атмосфера, континентальна біомаса, включаючи ґрунти, гідросферу з морською біотою та літосферою. Протягом останніх двох століть у системі атмосфера – біосфера – гідросфера відбуваються зміни потоків вуглецю, інтенсивність яких приблизно на порядок величини перевищує інтенсивність геологічних процесів перенесення цього елемента. З цієї причини слід обмежитися аналізом взаємодій у межах цієї системи, включаючи ґрунти.

Основні хімічні сполуки та реакції.

Відомо понад мільйон вуглецевих сполук, тисячі з яких беруть участь у біологічних процесах. Атоми вуглецю можуть бути в одному з дев'яти можливих станів окислення: від +IV до -IV. Найбільш поширене явище - повне окислення, тобто. +IV, прикладами таких сполук можуть бути і . Понад 99% вуглецю в атмосфері міститься у вигляді вуглекислого газу. Близько 97% вуглецю в океанах існує у розчиненій формі (), а літосфері - як мінералів. Прикладом стану окислення +II є мала газова складова атмосфери, яка досить швидко окислюється до. Елементарний вуглець присутній у атмосфері у малих кількостях як графіту і алмазу, а грунті - у вигляді деревного вугілля. Асиміляція вуглецю в процесі фотосинтезу призводить до утворення відновленого вуглецю, який присутній у біоті, мертвій органічній речовині ґрунту, у верхніх шарах осадових порід у вигляді вугілля, нафти та газу, похованих на великих глибинах, та у літосфері – у вигляді розсіяного недоокисленого вугілля. Деякі газоподібні сполуки, що містять недоокислений вуглець, зокрема метан, надходять в атмосферу при відновленні речовин, що відбувається в анаеробних процесах. Хоча при бактеріальному розкладанні утворюється кілька різних газоподібних сполук, вони швидко окислюються, і вважатимуться, що у систему надходить . Винятком є ​​метан, оскільки він також впливає на парниковий ефект. В океанах міститься значна кількість розчинених сполук органічного вуглецю, процеси окислення яких до цього часу відомі ще недостатньо добре.

Ізотопи вуглецю.

У природі відомо сім ізотопів вуглецю, у тому числі істотну роль грають три. Два з них - і - є стабільними, а один - радіоактивним з періодом піврозпаду 5730 років. Необхідність вивчення різних ізотопів вуглецю обумовлена ​​тим, що швидкості перенесення сполук вуглецю та умови рівноваги в хімічних реакціяхзалежить від того, які ізотопи вуглецю містять ці сполуки. З цієї причини у природі спостерігається різний розподіл стабільних ізотопів вуглецю. Розподіл ізотопу , з одного боку, залежить від його утворення в ядерних реакціях за участю нейтронів і атомів азоту в атмосфері, а з іншого - від радіоактивного розпаду.

Вуглецю в атмосфері.

Ретельні вимірювання атмосферного змісту були розпочаті в 1957 році Кіллінгом в обсерваторії Мауна-Лоа. Регулярні вимірювання вмісту атмосферного проводяться також на інших станціях. З аналізу спостережень можна зробити висновок, що річний хід концентрації обумовлений в основному сезонними змінами циклу фотосинтезу та деструкції рослин на суші; на нього також впливає, хоч і меншою мірою, річний хід температури поверхні океану, від якого залежить розчинність у морській воді. Третім, і, ймовірно, найменш важливим фактором є річний перебіг інтенсивності фотосинтезу в океані. Середнє за кожен даний рік вміст в атмосфері дещо вищий у північній півкулі, оскільки джерела антропогенного надходження розташовані переважно у північній півкулі. Крім того, спостерігаються невеликі міжрічні зміни змісту, які, ймовірно, визначаються особливостями загальної циркуляції атмосфери. З наявних даних щодо зміни концентрації в атмосфері основне значення мають дані про спостерігається протягом останніх 25 років регулярному зростанні вмісту атмосферного. Більш ранні вимірювання вмісту атмосферного вуглекислого газу (починаючи з середини минулого століття) були, як правило, недостатньо повні. Зразки повітря відбиралися без необхідної ретельності та не проводилася оцінка похибки результатів. За допомогою аналізу складу бульбашок повітря з льодовикових кернів стало можливим отримати дані для періоду з 1750 до 1960 року. Було також виявлено, що визначені шляхом аналізу повітряних включень льодовиків значення атмосферних концентрацій для 50-х років добре узгоджуються з даними обсерваторії Мауна-Лоа. Концентрація протягом 1750-1800 років виявилася близькою до значення 280 млн., після чого вона почала повільно зростати і до 1984 року становила 3431 млн. дол.

Вуглець у ґрунті.

За різними оцінками, сумарний вміст вуглецю становить близько

Г С. Головна невизначеність існуючих оцінок обумовлена ​​недостатньою повнотою відомостей про площі та вміст вуглецю в торфовищах планети.

Більш повільний процес розкладання вуглецю в ґрунтах холодних кліматичних зон призводить до більшої концентрації вуглецю ґрунтів (на одиницю поверхні) у бореальних лісах та трав'янистих угрупованнях середніх широт порівняно з тропічними екосистемами. Однак лише невелика кількість (декілька відсотків або навіть менше) детриту, що надходить щорічно в резервуар ґрунтів, залишається у них протягом тривалого часу. Більшість мертвого органічного речовини окислюється до кількох років. У чорноземах близько 98% вуглецю підстилки характеризується часом обороту близько 5 місяців, а 2% вуглецю підстилки залишаються у ґрунті в середньому протягом 500-1000 років. Ця характерна риса ґрунтоутворювального процесу проявляється також у тому, що вік ґрунтів у середніх широтах, який визначається радіоізотопним методом, становить від декількох сотень до тисячі років і більше. Однак швидкість розкладання органічної речовини при трансформації земель, зайнятих природною рослинністю, у сільськогосподарські угіддя зовсім інша. Наприклад, висловлюється думка, що 50% органічного вуглецю в ґрунтах, що використовуються в сільському господарствіПівнічна Америка могла бути втрачена внаслідок окислення, оскільки ці грунти почали експлуатуватися до початку минулого століття або на самому його початку.

Зміни вмісту вуглецю в

континентальних екосистемах.

За останні 200 років відбулися значні зміни у континентальних екосистемах внаслідок зростаючого антропогенного впливу. Коли землі, зайняті лісами і трав'янистими угрупованнями, перетворюються на сільськогосподарські угіддя, органічне речовина, тобто. жива речовина рослин та мертва органічна речовина ґрунтів, окислюється і надходить в атмосферу у формі . Якась кількість елементарного вуглецю може також зберігатися у ґрунті у вигляді деревного вугілля (як продукт, що залишився від спалювання лісу) і, таким чином, вилучатися з швидкого обороту у вуглецевому циклі. Вміст вуглецю в різних компонентах екосистем змінюється, оскільки відновлення та деструкція органічної речовини залежать від географічної широти та типу рослинності.

Були проведені численні дослідження, які мали на меті дозволити існуючу невизначеність в оцінці змін запасів вуглецю в континентальних екосистемах. Грунтуючись на даних цих досліджень, можна зробити висновок про те, що надходження в атмосферу з 1860 по 1980 рік склало р. З і що у 1980 року біотичний викид вуглецю дорівнював м. З/рік. Крім того, можливий вплив зростаючих атмосферних концентрацій та викидів забруднюючих речовин, таких як і , на інтенсивність фотосинтезу та деструкції органічної речовини континентальних екосистем. Очевидно, інтенсивність фотосинтезу зростає зі збільшенням концентрації у атмосфері. Найімовірніше, що це зростання характерне для сільськогосподарських культур, а природних континентальних екосистемах підвищення ефективності використання води могло б призвести до прискорення утворення органічної речовини.

Прогнози концентрації вуглекислого

газу в атмосфері на майбутнє

Основні висновки.

За останні десятиліття було створено велику кількість моделей глобального вуглецевого циклу, розглядати які в цій роботі не є доцільним через те, що вони достатньо складні і об'ємні. Розглянемо лише коротко основні висновки. Різні сценарії, використані прогнозу змісту у атмосфері у майбутньому, дали подібні результати. Нижче наведена спроба підбити загальний підсумок наших сьогоднішніх знань та припущень щодо проблеми антропогенної зміни концентрації в атмосфері.

· З 1860 по 1984 рік в атмосферу надійшло р. рахунок спалювання викопного палива, швидкість викиду нині (за даними на 1984 рік) дорівнює р. З/год.

· Протягом цього ж періоду часу надходження в атмосферу за вирубування лісів та зміни характеру землекористування склало р. С, інтенсивність цього надходження нині дорівнює м. З/рік.

· З середини минулого століття концентрація в атмосфері збільшилася від до млн. 1984 року.

· Основні характеристики глобального вуглецевого циклу добре вивчені. Стало можливим створення кількісних моделей, які можуть бути покладені в основу прогнозу зростання концентрації в атмосфері при використанні певних сценаріїв викиду.

· Невизначеності прогнозів ймовірних змін концентрації в майбутньому, одержуваних на основі сценаріїв викидів, значно менше значно менше невизначеностей самих сценаріїв викидів.

· Якщо інтенсивність викидів в атмосферу протягом найближчих чотирьох десятиліть залишиться постійною або зростатиме дуже повільно (не більше 0,5% на рік) і в більш віддаленому майбутньому також зростатиме дуже повільно, то до кінця XXI століття концентрація атмосферного становитиме близько 440 млн. ., тобто. не більше ніж на 60% перевищить доіндустріальний рівень.

· Якщо інтенсивність викидів протягом найближчих чотирьох десятиліть зростатиме у середньому на 1-2 % на рік, тобто. також, як вона зростала з 1973 року до теперішнього часу, а в більш віддаленому майбутньому темпи її зростання уповільняться, то подвоєння вмісту в атмосфері порівняно з доіндустріальним рівнем відбудеться до кінця XXI століття.

Сторінка 8 з 10

Роль вуглекислого газу атмосфері Землі.

Останнім часом спостерігається збільшення концентрації вуглекислого газу повітря, що веде до зміни клімату Землі.

Вуглець (С) в атмосфері міститься в основному у вигляді вуглекислого газу (СО 2) та у невеликій кількості у вигляді метану (СН 4), чадного газу та інших вуглеводнів.

Для газів атмосфери Землі застосовують поняття «час життя газу». Це час, протягом якого газ повністю оновлюється, тобто. час, за який в атмосферу надходить стільки ж газу, скільки в ньому міститься. Так от для вуглекислого газу цей час становить 3-5 років, для метану - 10-14 років. СО окислюється до 2 протягом декількох місяців.

У біосфері значення вуглецю дуже велике, оскільки він входить до складу всіх живих організмів. У межах живих істот вуглець міститься у відновленому вигляді, а поза біосфери – в окисленому. Таким чином, формується хімічний обмін життєвого циклу: СО 2 ↔ жива речовина.

Джерела вуглецю в атмосфері Землі.

Джерелом первинної вуглекислоти є вулкани , при виверженні у атмосферу виділяється дуже багато газів. Частина цієї вуглекислоти виникає при термічному розкладі стародавніх вапняків у різних зонах метаморфізму.

Також вуглець надходить у повітря Землі як метану внаслідок анаеробного розкладання органічних залишків. Метан під впливом кисню швидко окислюється до вуглекислого газу. Основними постачальниками метану в атмосферу є тропічні ліси та болота.

Міграція СО 2 у біосфері.

Міграція СО 2 протікає двома способами:

- При першому способі СО 2 поглинається з атмосфери Землі в процесі фотосинтезу і бере участь в утворенні органічних речовин з подальшим похованням у земній корі у вигляді корисних копалин: торфу, нафти, горючих сланців.

- При другому способі вуглець бере участь у створенні карбонатів у гідросфері. 2 переходить в Н 2 3 , НСО 3 -1 , 3 -2 . Потім за участю кальцію (рідше магнію та заліза) відбувається осадження карбонатів біогенним та абіогенним шляхом. Виникають потужні товщі вапняків та доломітів. За оцінкою А.Б. Ронова, співвідношення органічного вуглецю (С орг) до карбонатного вуглецю (С карб) історія біосфери становило 1:4.

Геохімічний кругообіг вуглецю.

Вилучення вуглекислого газу з атмосфери.

Вуглекислий газ із атмосфери Землі витягується зеленими рослинами у процесі фотосинтезу, який здійснюється за допомогою пігменту хлорофілу, що використовує енергію сонячного випромінювання. Отриманий з атмосфери вуглекислий газ рослини перетворять на вуглеводи та кисень. Вуглеводи беруть участь у освіті органічних сполук рослин, а кисень виділяється у атмосферу.

Зв'язування вуглекислого газу.

В активному кругообігу вуглецю бере участь дуже невелика частина всієї його маси. Величезна кількість вугільної кислоти законсервовано як викопних вапняків та інших порід. Між вуглекислим газом атмосфери Землі та водою океану, у свою чергу, існує рухлива рівновага.

Завдяки високій швидкості розмноження рослинні організми (особливо нижчі мікроорганізми та морський фітопланктон) продукують на рік близько 1,5-10 11 т вуглецю у вигляді органічної маси, що відповідає 5,86-10 20 Дж (1,4-10 20 кал) енергії .

Рослини частково поїдаються тваринами, при відмиранні яких органічна речовина відкладається у вигляді сапропелю, гумусу, торфу, які, у свою чергу, дають початок багатьом іншим каустобіолітам - кам'яним вугіллям, нафті, горючим газам.

У процесах розпаду органічних речовин, їх мінералізації величезну рольграють бактерії (наприклад, гнильні), а також багато грибів (наприклад, плісняві).

Основні запаси вуглецю перебувають у пов'язаному стані (переважно у складі карбонатів) в осадових породах Землі, значна частина розчинена у водах океану, і щодо невелика – є у складі повітря.

Відношення кількостей вуглецю в літосфері, гідросфері та атмосфері Землі, за уточненими розрахунками, становить 28 570: 57:1.

Як вуглекислий газ знову повертається в атмосферу Землі?

Вуглекислий газ виділяється в атмосферу Землі:

- у процесі дихання живих організмів та розкладання їх трупів, розпаду карбонатів, процесів бродіння, гниття та горіння;

- зелені рослини, вдень поглинаючи вуглекислий газ із атмосфери у процесі фотосинтезу, вночі деяку його частину повертають назад;

— внаслідок діяльності вулканів, гази яких складаються здебільшого з вуглекислого газу та пари води. Сучасний вулканізм в середньому призводить до виділення 2 · 108 тонн CO 2 на рік, що становить величину менше 1% від антропогенної емісії (виділеної внаслідок людської діяльності);

- в результаті індустріальної діяльності людини, Останніми рокамияка зайняла особливе місце в кругообігу вуглецю. Масове спалювання викопного палива веде до зростання вмісту вуглецю в атмосфері, тому що тільки 57% відсотків вуглекислого газу, що виробляється людством, переробляється рослинами і поглинається гідросферою. Масова вирубка лісів також веде до збільшення концентрації вуглекислоти у повітрі.

Це була стаття « Вуглекислий газ у складі атмосфери Землі. “. Далі читайте: « Аргон у складі атмосфери Землі – вміст у атмосфері 1%.«