Лекция 11. - Кафедра общей экологии
advertisement
. Лекция 11. Тема 6. Биогеохимические циклы Часть 1. Цикл углерода Экология Заведующий кафедрой общей экологии Дмитрий Геннадьевич Замолодчиков dzamolod@mail.ru http://ecology.genebee.msu.ru/ Кафедра общей экологии МГУ Контрольная 1. Распределение числа правильных ответов по номерам вопросов Число точных ответов 30 28 27 24 25 20 15 12 10 8 5 0 1 2 3 Вопрос 4 5 Контрольные 1-2. Распределение числа слушателей по числу правильных ответов 10 9 9 Число слушателей 8 7 6 6 5 5 5 4 3 2 2 1 0 1 1 0 0 2 1 0 1 2 3 4 5 Баллы 6 7 8 9 10 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 Схема углеродного цикла биосферы Атмосфера CO2 Чистая первичная продукция Растворение Дыхание гетеротрофов Выделение Продуценты Чистая первичная Дыхание продукция гетеротрофов Продуценты Лифтинг Океан Консументы Мертвое органическое вещество Консументы и редуценты растворенный CO2 Суша Цикл С в 1900 г. Пулы – Гт С, потоки – Гт С в год, Гт – млрд. тонн CO2 500 Атмосфера Растворение 90 Чистая первичная продукция 60 Выделение 90 Дыхание гетеротрофо в 60 Продуценты 500 Чистая первичная Дыхание продукция 50 гетеротрофов 50 Консументы Продуценты Мертвое органическое вещество 1000 Консументы и редуценты Лифтинг растворенный CO2 38000 Океан 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 Концентрация CO2 8 4Изменение атмосферного пула CO2 350 6 325 4 и 300 2 275 250 1850 1870 1890 1910 1930 Год 1950 1970 1990 0 2010 Эмиссии и именение запаса, Гт С год Концентрация CO2, ppm -1 Эмиссии СO2 375 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 Промышленность (21%) эмиссий Транспорт (14% эмиссий) Цикл С в 2010 г. Пулы – Гт С, потоки – Гт С в год, Гт – млрд. тонн CO2 800 (+4 в год) Атмосфера Растворение 92 Выделение 90 Чистая первичная продукция 62 Дыхание гетеротрофов 60 Продуценты 500 Мертвое Чистая первичная Дыхание Консументы органическое продукция 50 гетеротрофов 50 и редуценты вещество 1000 Консументы Продуцент ы Антропогенные Лифтинг эмиссии 8 растворенный CO2 38000 Океан Суша Механизмы усиления биосферных стоков углерода Океан – увеличение градиента концентраций углекислого газа между атмосферой и океаном, усиление растворения CO2. Cуша – нет единой точки зрения, рассматриваются 1) фертилизация CO2, 2) фертилизация выпадениями азота, 3) глобальные климатические изменения; 4) изменения землепользования. Зависимость фотосинтеза от концентрации CO2 Chapin, Matson and Vitousek, Springer-Verlag, 2011 Моделирование глобального распределения потоков углерода (Stich et al., 2015) на основе мультимодельного ансамбля Регионы представления результатов Stich et al., Biogeosciences, 12, 653–679, 2015 Потоки углерода для биомов (макрорегионов) NEP = NPP – Rh NBP = NEP – Loss = NPP – Rh - Loss NPP – чистая первичная продукция Rh – дыхание гетеротрофов NEP – чистая экосистемная продукция NBP – чистая биомная продукция Loss – антропогенные потери Моделирование глобального распределения потоков углерода (Stich et al., 2015) на основе мультимодельного ансамбля Потоки углерода по регионам (Гт С год-1) Region Global Land NBP 2.38 NPP 62.93 Rh 57.45 Loss 3.10 Northern Land North America 1.03 24.06 21.80 1.23 0.40 7.78 7.03 0.35 Europe 0.18 5.08 4.66 0.24 North Asia 0.45 11.20 10.11 0.64 Tropical Land 0.96 26.61 24.49 1.16 Southern Land 0.38 12.30 11.20 0.71 Stich et al., Biogeosciences, 12, 653–679, 2015 Леса поглощают углерод и выделяют кислород лишь при увеличении пулов углерода. В стабильных лесных экосистемах потоки углерода и кислороды сбалансированы. Глобальные последствия увеличения концентрации CO2 1. 2. 3. Увеличение продуктивности растений, в частности, сельскохозяйственных культур. Подкисление поверхностных вод океана. Усиление парникового эффекта. Зависимость фотосинтеза от концентрации CO2 Chapin, Matson and Vitousek, Springer-Verlag, 2011 Рост сельскохозяйственной продукции в США 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? Парниковый эффект и радиационный баланс Земли Полосы поглощения парниковых газов в спектре излучения Земли Вклад газов в парниковый эффект Газ Вклад, % H2 O 60 CO2 26 O3 8 CH4+N2O 6 Парниковый эффект атмосферы Земли увеличивает глобальную температуру на 35°С. Увеличение парникового эффекта ведет к глобальному потеплению. 14.6 среднегодовые значения Температура, ºC 14.4 5-летнее скользящее среднее 14.2 14.0 13.8 13.6 с 13.4 13.2 1850 1870 1890 1910 1930 Год 1950 1970 1990 2010
