Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
6
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
57.13 Mб
Скачать

Углеродный цикл

Уравнение баланса углерода в атмосфере (Захаров, 1995):

Сопряжение биогеохимических циклов, в 1018 г

2.123 dC(t)/dt = Qfoss(t) + Dn(t) - SOC(t) - Sfert(t) + Sresid(t)

где: C(t) – атмосферная концентрация СО2 (ppm), Qfoss- индустриальная эмиссия углерода (Гт С/год) ), Dn- биоэмиссия, SOC- сток в океан, Sfert- фертилизационный сток (растения), Sresid

сток за счет короткопериодной климатической изменчивости.

4 основных резервуара перераспределения углерода: атмосфера, океан, биосфера, ископаемое топливо

Содержание углерода в различных резервуарах

В млрд. тонн (109Т)

Резервуар

Концентрация

Содержание

 

 

углерода

углерода, Гт

 

Атмосфера (масса 5.14*106Гт)

340 ppm

717 (550)

 

 

(ранее 260 ppm)

 

 

Океан (масса 1.384*109Гт)

 

 

 

неорганический углерод

29 г/м3

39000

 

органический углерод

0.7 г/м3

1000

 

растворенная органика

 

30

 

Биосфера

 

 

 

живая масса

 

560

 

неживая органическая масса

 

30

 

соломенная подстилка

 

60

 

гумус

 

2000-16000

 

Литосфера (масса 24*109Гт)

 

1000000

 

неорганический углерод

20%

48

 

органический углерод

0.07%

17.5

 

1Гт=109Т

Все процессы, объединяющие потоки и превращения неорганического и органического углерода образуют глобальный биогеохимический цикл углерода (Будыко, 1985; Baugher, 1988)

Основное уравнение (Андерсон, 1985):

 

 

1

Ископаемое топливо,

 

 

 

Фотосинтез

 

 

 

5

 

 

5000 -10000

 

6СО2+6Н2О+энергия

 

 

С6Н12О6+6О2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дыхание

Следствие взаимодействия атмосферы и биосферы – удаленность ее от состояния термодинамического равно- весия.(Заварзин, Котляков, 1998)

Блок-схема глобального углеродного цикла (Болин, 1989) Содержание углерода – в 109Т, потоки между резервуарами – в 109Т/год

Независимая оценка в потоках, баланс не выполняется

Глобальный углеродный цикл

3-5

Схема геохимического цикла углерода показывает количество углерода в атмосфере, гидросфере и геосфере Земли, а также годовой перенос углерода между ними. Все величины в гигатоннах (миллиардах тонн). В результате сжигания ископаемого топлива, человечество ежегодно добавляет 5,5 гигатонн углерода в атмосферу.

3 стадии круговорота (Логинов, 1998)

1). Зеленые растения, поглощая СО2 из воздуха, создают

органическое вещество.

2). Животные, питаясь растениями из содержащихся в них соединений углерода, продуцируют другие соединения.

3). Микроорганизмы разрушают вещество умерших растений и животных и освобождают углерод, который снова попадает в атмосферу.

Неоднозначность в оценках, сложность определения, Уточнения:

Средние год (за период 1991-93 гг. по данным В.Г.Горшкова,К.Я.Кондратьева, К.С.Лосева):

Основной вывод: дисбаланс глобального бюджета

углерода, атмосфера накапливает углерод

(от 1 до 5 Гт, в среднем 3 Гт ежегодно)!

Глобальный бюджет углерода

Источники и стоки

Бюджет

Источники и стоки

(1991-93 гг.)

ГтС/год

(1991-93 гг.)

1.Ископаемое топливо

 

4.Органический углерод

 

2.

Атмосфера

 

4а. Океан

 

3.

Океан

 

4б. Суша

 

 

 

 

 

4б1 Тропики

 

 

 

 

 

 

4б2 Бореальная зона

Круговорот углерода (Кондратьев, 1980)

Бюджет

 

источники

 

ГтС/год

 

 

стоки (поглощает)

 

 

 

 

 

 

0.5±0.5

Дисбаланс глобального бюджета углерода может компенсировать только поглощение углерода невозмущенной биотой суши (бореальные леса России и Канады) и океана.

Причем биота океана значительно меньше возмущена человеком, чем биота суши.

Рост потребления ископаемого топлива

Современное состояние

возмущенная

биота

Гт С/год или %

Состояние глобального экологического равновесия

Изменения хозяйственной деятельности и глобальной экосистемы

Показатели

Начало XX

Конец XX

 

века

века

Валовой мировой продукт, млрд.

60

20000

долларов

 

 

Мощность мирового хозяйства. ТВт

1

10

(1012 Вт = 1 ТВт - тераватт)

 

 

Численность населения, млрд. чел.

1

5

Потребление пресной воды, куб. км

360

4000

Потребление чистой первичной

1

16

продукции биоты, %

 

 

Площадь заселенных территорий, млн.

57.49

50.07

кв. км

 

 

Рост площади пустынь, млн. га

-

+156

Сокращение числа видов, %

-

-20

Площадь, нарушенная хозяйственной

20

60

деятельностью на суше, %

 

 

Гипотеза биологического саморегулирования состояния ОС

Неразрывность биоты и среды обитания

Принцип Ле Шателье: “Внешнее воздействие, выводящее систему из состояния равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия”

Гипотетический пример:

Повышение

температуры

Рост

биопродук

тивности

океана

Увеличение потока серы в атмосферу

Рост ядер конденсации

Увеличение

облачности

Снижение

приходящей

радиации

Снижение

температуры

“Биосфера ведет себя как саморегулиру- ющая система, способная подавить всякие природные нарушения и восстановить некий внутренний баланс”.

(1998 г.)

Изменение климата Земли в прошлом не выходило, согласно существующим данным, за пределы отклонения среднеглобальной температуры на плюс-минус 5oС от современного значения (+15oС).

Ортодоксальное воплощение принципа Ле Шателье для биосферы – концепция Геи

(Джеймс Лавлок = Lovelock, 1982, 1995)

“Человек не господин сущего.

 

«Мир маргариток» - одномерный мир в котором тем-ра поверхности зависит

Человек пастух бытия.”

только от поглощенной солнечной радиации. Отражательные свойства

М.Хайдеггер «Письмо о гуманизме».

представлены маргаритками двух видов: черными и белыми. Каждый вид

Научное представление о Земле, как о

существует в своем диапазоне температур.

 

целостной живой системе, "макрокосме",

 

живом суперорганизме развивалось

 

учеными-натуралистами и мыслителями

Температура является единственным фактором, влияющим на биоту.

начиная с 18-го века (Дж. Геттон (1726-

1797), Ж. Б. Ламарк (1744-1829), А.

 

При увеличении солнечной постоянной растет т-ра и сначала прорастают и

Гумбольдт (1769-1859)).

 

развиваются черные маргаритки на экваторе — они лучше приспособлены к

Мир маргариток — для экологов игра.

жизни в холоде, так как полнее поглощают солнечный свет. Затем черные

Есть маргаритки черные, что поглощают свет

замещаются белыми от экватора к полюсу. Возрастает альбедо,

и делятся теплом наивно, свято,

радиационный баланс уменьшается и препятствует росту температуры.

и белые, что отражают, не согревшись.

Параметры модели подобраны таким образом, что увеличение солнечной

Есть в этом мире Солнце и Луна,

хотя последняя значенья не имеет,

постоянной компенсируется ростом альбедо за счет увеличения территории,

и воздух есть, ветра его и влага.

занятой белыми маргаритками, а температура сохраняется стабильной При

Ученые нашли, что можно жить

дальнейшем росте солнечной постоянной компенсировать рост т-ры уже

в полях из маргариток черных, белых,

невозможно и земля высыхает. Аналогично – при уменьшении солнечной

но трогать их и рвать — недопустимо.

постоянной.

Пусть вам не нравится тревожный белый цвет,

 

Модель усложняется: серые маргаритки, кролики, лисы и т.д.

но если оборвете их нещадно,

 

настанет засуха, в которой всё погибнет.

Изменения температуры

А если траурный вам неприятен цвет,

поверхности планеты с

и вы лишь белые оставите цветочки -

изменением светимости Солнца

настанет холод, и опять же всё погибнет.

(1,0 – нынешнее состояние) при

Мы думали, живем мы в мире сосен,

наличии единственной морфы

и в мире гор и городов, морей и марей,

маргариток (а) и при двух,

но суть баланса - в мире маргариток.

«светлой» и «темной», способных

 

кондиционировать среду

Возможность глобального биологи-

обитания (б) (по Lovelock, 1982)

 

ческого контроля окружающей среды

Соседние файлы в папке Климатология лабы