Глобальный цикл углерода, недавнее прошлое и современность
advertisement
. Глобальные изменения, кризисы и катастрофы: успехи и неудачи современной экологии Лекция 2. Глобальный цикл углерода, недавнее прошлое и современность. Парниковый эффект, связь с климатическими изменениями. Дмитрий Геннадьевич Замолодчиков dzamolod@mail.ru Биогеохимический цикл химического элемента либо вещества это его круговорот в биосфере, включающий переход в живые организмы из неживой среды и обратно. Обобщенная схема биогеохимического цикла Продуценты Консументы Редуценты Обменный фонд Резервный фонд Углерод - С Жизнь на Земле – жизнь на углеродной основе Органическая химия – химия соединений углерода В сухой массе растений и бесскелетных животных – около 50% углерода. Оксид углерода CO2 – углекислый газ В земной коре примерно 0.1% углерода Схема углеродного цикла биосферы Атмосфера CO2 Чистая первичная продукция Растворение Дыхание гетеротрофов Выделение Продуценты Чистая первичная продукция Продуценты Лифтинг Океан Дыхание Мертвое органическое гетеротрофов вещество Консументы и редуценты Консументы растворенный CO2 Суша Упрощенное уравнение фотосинтеза свет 6CO2+6H2O = C6H12O6 +6O2 Цикл С в 1900 г. Пулы – Гт С, потоки – Гт С в год, Гт – млрд. тонн Атмосфера CO2 500 Растворение 90 Чистая первичная продукция 60 Выделение 90 Дыхание гетеротрофов 60 Продуценты 500 Чистая первичная продукция 60 Продуценты Лифтинг Океан Дыхание Мертвое органическое гетеротрофов вещество 1000 60 Консументы Консументы и редуценты растворенный CO2 38000 Суша Антропогенные эмиссии CO2 – причина современной модификации цикла С 10 Эмиссии, Гт С/год 8 Эмиссии CO2 6 4 2 0 1850 1870 1890 1910 1930 Год 1950 1970 1990 2010 Антропогенные эмиссии CO2 – причина современной модификации цикла С 400 10 Эмиссии CO2 Концентрация CO2, ppm 375 8 350 6 325 4 300 2 275 250 1850 1870 1890 1910 1930 Год 1950 1970 1990 0 2010 Эмиссии и именение запаса, Гт С/год Концентрация СO2 Антропогенные эмиссии CO2 – причина современной модификации цикла С 10 400 Эмиссии СO2 Концентрация CO2, ppm 375 8 4Изменение атмосферного пула CO2 350 6 325 4 300 2 275 250 1850 0 1870 1890 1910 1930 Год 1950 1970 1990 2010 Эмиссии и именение запаса, Гт С год -1 Концентрация CO2 Эмиссии CO2 по отраслям экономики Выработка электричества и тепла (25% эмиссий) Изменения землепользования (25% эмиссий) Аргентина: обезлесение в действии Один из островов в Папуа: потери лесов за 10 лет Транспорт (14% эмиссий) Цикл С в 2010 г. Пулы – Гт С, потоки – Гт С в год, Гт – млрд. тонн Атмосфера CO2 800 (+4 в год) Растворение 92 Чистая первичная продукция 62 Выделение 90 Дыхание гетеротрофов 60 Продуценты 500 Чистая первичная продукция 60 Продуценты Лифтинг Океан Дыхание Мертвое органическое гетеротрофов вещество 1000 60 Консументы растворенный CO2 38000 Консументы и редуценты Антропогенные эмиссии 8 Суша Поглощают углерод и выделяют кислород только молодые растущие леса. Старовозрастные леса – не «зеленые легкие Земли», а хранилище углерода! Сток углерода в леса России за 1990-2010 гг. Вклад лесов России в поглощение углерода Сушей составляет 12% при доле площади 5%. 400 Сток угле рода, млн. т С/год 350 300 250 200 150 100 50 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Год Замолодчиков и др., Лесоведение, 2013 Площади сплошных рубок и лесных пожаров в России 4000 Площадь, 10 3 га / год Рубки Пожары 3000 2000 1000 0 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Год Замолодчиков и др., Метеорология и гидрология, 2013 Глобальные последствия увеличения концентрации CO2 1. 2. 3. Прямое воздействие на живые организмы, в частности, увеличение продуктивности растений. Подкисление поверхностных вод океана. Усиление парникового эффекта. Зависимость фотосинтеза от концентрации CO2 Chapin, Matson and Vitousek, Springer-Verlag, 2011 Рост сельскохозяйственной продукции в США Действие CO2 на человека В атмосферном воздухе 0.04% CO2. В воздухе помещений 0.05-0.15% CO2. В выдыхаемом воздухе около 0.3% CO2. Повышение концентрации CO2 до 2% приводит к сонливости и слабости. Опасные концентрации превышают 4% удушье, головная боль, потеря сознания. Смертельные концентрации – выше 7%. Подкисление океана При растворении в воде CO2 вступает в карбонатное равновесие: CO2+H2O=H2CO3=H++HCO3-=2H++CO32Морская вода слабо щелочная, pH варьирует в пределах от 7.5 до 8.4. С 1750 г. pH поверхностных вод океана уменьшился на 0.1 pH – это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. Изменение pН на 0.1 – это увеличение концентрации ионов водорода на 25%. Изменение pH океана с 1700 по 1990 гг. Global Ocean Data Analysis Project (GLODAP) Выживут ли рифовые кораллы?
