פחמן דו חמצני משתחרר לאטמוספירה. תפקידם וחשיבותם של הגזים העיקריים של האוויר האטמוספרי. רעיון נהדר, אבל איך לבדוק את זה

גדול מאוד. פחמן דו חמצני לוקח חלק ביצירת כל החומר החי על פני כדור הארץ ויוצר יחד עם מולקולות מים ומתאן את מה שנקרא "אפקט החממה (החממה)".

ערך פחמן דו חמצני ( CO 2, דו חמצניאוֹ פחמן דו חמצני) בחיי הביוספרה מורכבת בעיקר בשמירה על תהליך הפוטוסינתזה, המתבצע על ידי צמחים.

להיות גזי חממה, פחמן דו חמצני באוויר משפיע על חילופי החום של כדור הארץ עם החלל שמסביב, חוסם למעשה את החום המוקרן במספר תדרים, ובכך משתתף בהיווצרות.

לאחרונה חלה עלייה בריכוז הפחמן הדו חמצני באוויר, מה שמוביל ל.

פחמן (C) באטמוספרה נמצא בעיקר בצורת פחמן דו חמצני (CO 2) ובכמות קטנה בצורת מתאן (CH 4), פחמן חד חמצני ופחמימנים אחרים.

עבור גזים אטמוספריים, נעשה שימוש במושג "אורך חיים של גז". זה הזמן שבו הגז מתחדש לחלוטין, כלומר. הזמן שלוקח לכמות הגז לחדור לאטמוספירה כפי שהיא מכילה. אז, עבור פחמן דו חמצני הזמן הזה הוא 3-5 שנים, עבור מתאן - 10-14 שנים. CO מתחמצן ל-CO 2 תוך מספר חודשים.

בביוספרה חשיבותו של הפחמן גבוהה מאוד, שכן הוא חלק מכל היצורים החיים. בתוך יצורים חיים, פחמן כלול בצורה מופחתת, ומחוץ לביוספרה - בצורה מחומצנת. כך נוצר חילופי כימיים מעגל החיים: CO 2 ↔ חומר חי.

מקורות פחמן באטמוספרה.

מקור הפחמן הדו-חמצני הראשוני הוא, במהלך התפרצותו הוא משתחרר לאטמוספירה כמות גדולהגזים. חלק מפחמן דו חמצני זה נובע מפירוק תרמי של אבני גיר עתיקות באזורים מטמורפיים שונים.

פחמן נכנס לאטמוספירה גם בצורת מתאן כתוצאה מפירוק אנאירובי של שאריות אורגניות. מתאן בהשפעת חמצן מתחמצן במהירות לפחמן דו חמצני. הספקים העיקריים של מתאן לאטמוספירה הם יערות טרופיים ו.

בתורו, פחמן דו חמצני אטמוספרי הוא מקור לפחמן עבור גיאוספרות אחרות -, הביוספרה ו.

נדידת CO 2 בביוספרה.

הגירת CO 2 מתבצעת בשתי דרכים:

בשיטה הראשונה, CO 2 נספג מהאטמוספירה במהלך הפוטוסינתזה ומשתתף ביצירת חומרים אורגניים עם קבורה לאחר מכן בצורת מינרלים: כבול, שמן, פצלי שמן.

בשיטה השנייה, פחמן מעורב ביצירת קרבונטים בהידרוספירה. CO 2 נכנס לתוך H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. לאחר מכן, בהשתתפות סידן (לעתים קרובות פחות מגנזיום וברזל), משקעים של קרבונטים מתרחשים באופן ביוגני ואביוגני. מופיעות שכבות עבות של אבני גיר ודולומיטים. לדברי א.ב. רונוב, היחס בין פחמן אורגני (Corg) לפחמן קרבונט (Ccarb) בהיסטוריה של הביוספרה היה 1:4.

כיצד מתבצע המחזור הגיאוכימי של פחמן בטבע וכיצד פחמן דו חמצני מוחזר לאטמוספירה

תפקידו של פחמן דו חמצני באטמוספירה גדול מאוד * פחמן דו חמצני לוקח חלק ביצירת כל החומר החי על פני כדור הארץ ויוצר יחד עם מולקולות מים ומתאן את מה שנקרא "אפקט החממה (החממה)" *

ערך פחמן דו חמצני ( CO 2, דו חמצניאוֹ פחמן דו חמצני) בחיי הביוספרה מורכבת בעיקר בשמירה על תהליך הפוטוסינתזה, המתבצע על ידי צמחים *

להיות גזי חממה, פחמן דו חמצני באוויר משפיע על חילופי החום של כוכב הלכת עם החלל שמסביב, חוסם למעשה את החום המוקרן מחדש במספר תדרים, ובכך משתתף בהיווצרות האקלים של כוכב הלכת *

לאחרונה חלה עלייה בריכוז הפחמן הדו חמצני באוויר, מה שמוביל לשינוי באקלים כדור הארץ.

פחמן (C) באטמוספרה נמצא בעיקר בצורת פחמן דו חמצני (CO 2) ובכמות קטנה בצורת מתאן (CH 4), פחמן חד חמצני ופחמימנים אחרים.

בביוספרה חשיבותו של הפחמן גבוהה מאוד, שכן הוא חלק מכל היצורים החיים. בתוך יצורים חיים, פחמן כלול בצורה מופחתת, ומחוץ לביוספרה, בצורה מחומצנת. כך נוצר החילוף הכימי של מחזור החיים: CO 2 ↔ חומר חי.

מקורות פחמן באטמוספרה.

הרי געש הם המקור לפחמן דו חמצני ראשוני, שבמהלך התפרצותו משתחררת כמות עצומה של גזים לאטמוספירה. חלק מפחמן דו חמצני זה נובע מפירוק תרמי של אבני גיר עתיקות באזורים מטמורפיים שונים.

בתורו, פחמן דו חמצני אטמוספרי הוא מקור לפחמן עבור גיאוספרות אחרות - הליתוספירה, הביוספרה וההידרוספרה.

נדידת CO 2 בביוספרה.

הגירת CO 2 מתבצעת בשתי דרכים:

בשיטה הראשונה, CO 2 נספג מהאטמוספירה במהלך הפוטוסינתזה ומשתתף ביצירת חומרים אורגניים עם קבורה לאחר מכן ב קרום כדור הארץבצורת מינרלים: כבול, שמן, פצלי שמן.

כיצד מתבצע המחזור הגיאוכימי של פחמן בטבע וכיצד פחמן דו חמצני מוחזר לאטמוספירה

1 אדם ואקלים.

2 מבוא.

הקשר בין צריכת אנרגיה, פעילות כלכלית והכנסה באווירה.

צריכת אנרגיה ופליטת פחמן דו חמצני.

3 פחמן בטבע.

איזוטופים של פחמן.

4 פחמן באטמוספירה.

פחמן דו חמצני אטמוספרי.

פחמן באדמה.

5 תחזיות של ריכוז פחמן דו חמצני באטמוספרה לעתיד. מסקנות עיקריות.

6 בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה.

מבוא.

הפעילות האנושית כבר הגיעה לרמת התפתחות שבה השפעתה על הטבע הופכת גלובלית. מערכות טבעיות - האטמוספירה, האדמה, האוקיינוס - כמו גם החיים על הפלנטה בכללותה נתונים להשפעות אלו. ידוע שבמהלך המאה האחרונה עלתה תכולת רכיבי גז מסוימים באטמוספירה, כמו פחמן דו חמצני (), תחמוצת חנקן (), מתאן () ואוזון טרופיוספרי (). בנוסף, נכנסו לאטמוספירה גם גזים אחרים שאינם מרכיבים טבעיים של המערכת האקולוגית העולמית. העיקריים שבהם הם פלואורכלורו-פחמימנים. זיהומים גזים אלו סופגים ופולטים קרינה ולכן מסוגלים להשפיע על האקלים של כדור הארץ. ניתן לקרוא לכל הגזים הללו ביחד גזי חממה.

הרעיון שהאקלים עלול להשתנות כתוצאה משחרור פחמן דו חמצני לאטמוספירה לא הופיע כעת. ארניוס הצביע על כך ששריפת דלקים מאובנים עלולה להוביל לעלייה בריכוז האטמוספרי ובכך לשנות את מאזן הקרינה של כדור הארץ. כעת אנו יודעים כמה בערך השתחרר לאטמוספירה באמצעות שריפת דלק מאובנים ושינויים בשימוש בקרקע (כריתת יערות והרחבת קרקע חקלאית), וניתן לייחס את העלייה שנצפתה בריכוזים האטמוספריים לפעילות אנושית.

המנגנון של שינוי האקלים הוא מה שנקרא אפקט החממה. בעוד שהוא שקוף לקרינת גלים קצרים של השמש, גז זה סופג קרינה ארוכת גלים היוצאת משטח כדור הארץ ומקרין את האנרגיה הנקלטת לכל הכיוונים. כתוצאה מהשפעה זו, עלייה בריכוז האטמוספרי מובילה לחימום של פני כדור הארץ והאטמוספירה התחתונה. העלייה המתמשכת בריכוזים האטמוספריים יכולה להוביל לשינויי אקלים עולמיים, ולכן חיזוי ריכוזי הפחמן הדו חמצני העתידיים היא משימה חשובה.

שחרור פחמן דו חמצני לאטמוספירה

כתוצאה מתעשייתי

פליטות.

המקור האנתרופוגני העיקרי לפליטות הוא בעירה של כל מיני סוגים של דלקים פחמיים. כַּיוֹם התפתחות כלכליתבדרך כלל קשור לצמיחת התיעוש. מבחינה היסטורית, התאוששות כלכלית הייתה תלויה בזמינותם של מקורות אנרגיה סבירים ובכמות הדלקים המאובנים שנשרפים. נתונים על התפתחות הכלכלה והאנרגיה עבור רוב המדינות לתקופה 1860-1973. הם מעידים לא רק על צמיחה כלכלית, אלא גם על גידול צריכת האנרגיה. עם זאת, האחד אינו תוצאה של השני. מאז 1973, במדינות רבות חלה ירידה בעלויות האנרגיה הספציפיות עם עלייה במחירי האנרגיה האמיתיים. מחקר שנערך לאחרונה על שימוש באנרגיה תעשייתית בארצות הברית הראה שמאז 1920 היחס בין עלויות האנרגיה הראשונית לבין המקבילה הכלכלית של סחורות שיוצרו ירד בהתמדה. שימוש יעיל יותר באנרגיה מושג באמצעות שיפור טכנולוגיות תעשייתית, רכבותכנון מבנים. כמו כן, במספר מדינות מתועשות חלו שינויים במבנה המשק, המתבטאים במעבר מפיתוח חומרי גלם ותעשיות עיבוד להתרחבות תעשיות המייצרות את המוצר הסופי.

רמת צריכת האנרגיה המינימלית לנפש הנדרשת כיום כדי לענות על צורכי הרפואה, החינוך והפנאי משתנה באופן משמעותי מאזור לאזור וממדינה למדינה. במדינות מתפתחות רבות, עלייה משמעותית בצריכת דלקים איכותיים לנפש חיונית להשגת רמת חיים גבוהה יותר. כעת נראה סביר שהמשך הצמיחה הכלכלית והשגת רמת חיים רצויה אינם קשורים לצריכת אנרגיה לנפש, אך תהליך זה עדיין אינו מובן היטב.

ניתן להניח כי לפני אמצע המאה הבאה, הכלכלות של רוב המדינות יוכלו להסתגל למחירי אנרגיה גבוהים יותר, להפחית את הצורך בעבודה ומשאבים מסוגים אחרים, וכן להגביר את מהירות העיבוד והעברת המידע או אולי שינוי מבנה האיזון הכלכלי בין ייצור סחורות ומתן שירותים. לפיכך, שיעור הפליטות התעשייתיות יהיה תלוי ישירות בבחירת אסטרטגיית פיתוח אנרגיה עם נתח כזה או אחר של השימוש בפחם או בדלק גרעיני במערכת האנרגיה.

צריכת אנרגיה ופליטות

פחמן דו חמצני.

אנרגיה אינה מופקת לשם הפקת האנרגיה עצמה. במדינות מתועשות, רוב האנרגיה המופקת מגיעה מתעשייה, תחבורה, חימום וקירור מבנים. מחקרים רבים עדכניים הראו שניתן להפחית משמעותית את רמת צריכת האנרגיה הנוכחית במדינות מתועשות באמצעות שימוש בטכנולוגיות לחיסכון באנרגיה. חישוב היה שאם ארה"ב תעבור, בייצור מוצרי צריכה ובמגזר השירותים, לטכנולוגיות הכי פחות עתירות אנרגיה באותו נפח ייצור, אזי הכמות הנכנסת לאטמוספירה תפחת ב-25%. הירידה שתתקבל בפליטות הגלובלית תהיה 7%. השפעה דומה תתרחש במדינות מתועשות אחרות. ניתן להשיג הפחתה נוספת בקצב השחרור לאטמוספירה על ידי שינוי מבנה המשק כתוצאה מהכנסת שיטות יעילות יותר לייצור סחורות ושיפורים במתן השירותים לאוכלוסייה.

פחמן בטבע.

בין הרבים יסודות כימיים, שבלעדיו בלתי אפשרי קיומם של חיים על פני כדור הארץ, הפחמן הוא העיקרי.טרנספורמציות כימיות של חומרים אורגניים קשורות ליכולת של אטום הפחמן ליצור שרשראות וטבעות קוולנטיות ארוכות. המחזור הביו-גיאוכימי של הפחמן הוא, כמובן, מורכב מאוד, שכן הוא כולל לא רק את תפקוד כל צורות החיים על פני כדור הארץ, אלא גם העברה של חומרים אנאורגניים הן בין מאגרי פחמן שונים והן בתוכם. המאגרים העיקריים של פחמן הם האטמוספרה, ביומסה יבשתית, כולל קרקעות, ההידרוספירה עם הביוטה הימית והליתוספירה. במהלך המאתיים האחרונות במערכת האטמוספירה-ביוספירה-הידרוספרה חלו שינויים בשטפי הפחמן, שעוצמתם גבוהה בסדר גודל בערך מעוצמת התהליכים הגיאולוגיים של העברת יסוד זה. מסיבה זו, יש להסתפק בניתוח של אינטראקציות בתוך מערכת זו, כולל קרקעות.

תרכובות ותגובות כימיות בסיסיות.

ידועות יותר ממיליון תרכובות פחמן, שאלפים מהן מעורבות בתהליכים ביולוגיים. אטומי פחמן יכולים להיות באחד מתשעה מצבי חמצון אפשריים: מ-+IV ל-IV. התופעה השכיחה ביותר היא חמצון מוחלט, כלומר. +IV, ויכול לשמש דוגמאות לתרכובות כאלה. למעלה מ-99% מהפחמן באטמוספרה הוא בצורת פחמן דו חמצני. כ-97% מהפחמן באוקיינוסים קיים בצורה מומסת (), ובליתוספירה - בצורה של מינרלים. דוגמה למצב חמצון +II הוא רכיב גזי קטן של האטמוספירה, אשר מתחמצן די מהר ל- . פחמן יסודי קיים באטמוספירה בכמויות קטנות בצורת גרפיט ויהלום, ובאדמה בצורת פחם. הטמעת הפחמן במהלך הפוטוסינתזה מובילה ליצירת פחמן מופחת, המצוי בביוטה, החומר האורגני המת של הקרקע, בשכבות העליונות של סלעי משקע בצורת פחם, נפט וגז הקבורים בעומק רב, וכן בליתוספרה בצורה של פחמן מפוזר תת-מחמצן. כמה תרכובות גזים המכילות פחמן מחומצן לחלוטין, במיוחד מתאן, נכנסות לאטמוספירה במהלך הפחתת חומרים המתרחשת בתהליכים אנאירוביים. למרות שמספר תרכובות גזים שונות נוצרות במהלך פירוק חיידקים, הן מתחמצנות במהירות, וניתן להתייחס לכך שחודר למערכת. יוצא דופן הוא מתאן, שכן הוא תורם גם לאפקט החממה. האוקיינוסים מכילים כמות משמעותית של תרכובות פחמן אורגניות מומסות, שתהליכי החמצון שלהן עדיין לא ידועים.

איזוטופים של פחמן.

ישנם שבעה איזוטופים ידועים של פחמן בטבע, מתוכם שלושה ממלאים תפקיד משמעותי. שניים מהם - ו- יציבים, ואחד רדיואקטיבי עם זמן מחצית חיים של 5730 שנים. הצורך לחקור איזוטופי פחמן שונים נובע מהעובדה שקצבי ההעברה של תרכובות פחמן ותנאי שיווי המשקל ב תגובה כימיתתלוי איזה איזוטופי פחמן מכילים תרכובות אלו. מסיבה זו נצפית בטבע חלוקה שונה של איזוטופי פחמן יציבים. התפלגות האיזוטופ, מחד גיסא, תלויה בהיווצרותו בתגובות גרעיניות המעורבות בניוטרונים ואטומי חנקן באטמוספירה, ומאידך בדעיכה רדיואקטיבית.

פחמן באטמוספירה.

מדידות קפדניות של תוכן אטמוספרי החלו בשנת 1957 על ידי קילינג במצפה הכוכבים מאונה לואה. מדידות סדירות של תכולת אטמוספירה מתבצעות גם במספר תחנות אחרות. מניתוח התצפיות ניתן להסיק כי מהלך הריכוז השנתי נובע בעיקר משינויים עונתיים במחזור הפוטוסינתזה והשמדת הצמחים ביבשה; הוא מושפע גם, אם כי במידה פחותה, מהשונות השנתית בטמפרטורת פני האוקיינוס, שבה תלויה המסיסות במי הים. הגורם השלישי, וכנראה הפחות חשוב, הוא הקצב השנתי של הפוטוסינתזה באוקיינוס. תכולת האטמוספירה הממוצעת עבור כל שנה נתונה מעט גבוהה יותר בחצי הכדור הצפוני, שכן מקורות הקלט האנתרופוגני נמצאים בעיקר בחצי הכדור הצפוני. בנוסף, נצפות וריאציות בין-שנתיים קטנות בתוכן, שנקבעות כנראה על ידי תכונות המחזור הכללי של האטמוספירה. מהנתונים הזמינים על השינוי בריכוז באטמוספרה, יש חשיבות עיקרית לנתוני העלייה הסדירה בתכולת האטמוספירה שנצפתה ב-25 השנים האחרונות. מדידות קודמות של תכולת הפחמן הדו-חמצני באטמוספרי (החל מאמצע המאה הקודמת) היו, ככלל, לא שלמות מספיק. דגימות אוויר נלקחו ללא היסודיות הדרושה ולא נעשתה הערכה של טעות התוצאות. על ידי ניתוח הרכב בועות האוויר מלייבות קרחונים, ניתן היה לקבל נתונים על התקופה שבין 1750 ל-1960. כמו כן, נמצא כי ערכי הריכוזים האטמוספריים בשנות ה-50, שנקבעו על ידי ניתוח תכלילי האוויר של קרחונים, תואמים היטב את נתוני מצפה הכוכבים מאונה לואה. הריכוז במהלך השנים 1750-1800 התברר כקרוב ל-280 מיליון, לאחר מכן החל לעלות לאט וב-1984 הסתכם ב-3431 מיליון.

פחמן באדמה.

על פי הערכות שונות, תכולת הפחמן הכוללת היא בערך

GS. אי הוודאות העיקרית של ההערכות הקיימות נובעת מחוסר שלמות המידע על השטחים ותכולת הפחמן באדמות הכבול של כדור הארץ.

התהליך האיטי יותר של פירוק פחמן בקרקעות של אזורי אקלים קרים מוביל לריכוז גבוה יותר של פחמן קרקע (ליחידת שטח פנים) ביערות בוריאליים ובקהילות עשב בקווי רוחב בינוניים בהשוואה למערכות אקולוגיות טרופיות. עם זאת, רק כמות קטנה (אחוזים בודדים או אפילו פחות) של דטריטים הנכנסים למאגר הקרקע נשארת בהם מדי שנה למשך זמן רב. רובחומר אורגני מת מתחמצן עד כמה שנים. בצ'רנוזמים, לכ-98% מפחמן המלטה יש זמן מחזור של כ-5 חודשים, ו-2% מפחמן המלטה נשארים בקרקע למשך 500-1000 שנים בממוצע. זֶה תכונהתהליך יצירת הקרקע מתבטא גם בכך שגיל הקרקעות בקווי הרוחב האמצעיים, הנקבע בשיטת הרדיואיזוטופים, נע בין כמה מאות לאלף שנים ויותר. עם זאת, קצב הפירוק של חומר אורגני במהלך הפיכת קרקע שתפוסה על ידי צמחייה טבעית לאדמה חקלאית שונה לחלוטין. לדוגמה, נטען כי 50% מהפחמן האורגני בקרקעות המשמשות בחקלאות צפון אמריקה, עלולים ללכת לאיבוד עקב חמצון, שכן קרקעות אלו החלו להיות מנוצלות לפני תחילת המאה הקודמת או ממש בתחילתה.

שינויים בתכולת הפחמן ב

יַבַּשׁתִי מערכות אקולוגיות.

במהלך 200 השנים האחרונות התרחשו שינויים משמעותיים במערכות אקולוגיות יבשתיות כתוצאה מהשפעה אנתרופוגנית גוברת. כאשר אדמות תפוסות על ידי יערות וקהילות עשבוניות הופכות לאדמות חקלאיות, חומר אורגני, כלומר. חומר חי של צמחים וחומר אורגני מת של קרקעות מתחמצנים ומשתחררים לאטמוספירה בצורה של . חלק מהפחמן היסודי עשוי גם להיקבר באדמה כפחם (כתוצר לוואי של שריפת יער) וכך להסירו מהתחלופה המהירה במחזור הפחמן. תכולת הפחמן במרכיבים שונים של מערכות אקולוגיות משתנה, שכן שיקום והרס של חומר אורגני תלויים בקו הרוחב הגיאוגרפי ובסוג הצמחייה.

מחקרים רבים בוצעו כדי לפתור את אי הוודאות הנוכחית בהערכת שינויים במלאי הפחמן במערכות אקולוגיות יבשתיות. בהתבסס על הנתונים ממחקרים אלה, ניתן להסיק שהכניסה האטמוספרית מ-1860 עד 1980 הייתה C וכי בשנת 1980 פליטת הפחמן הביוטי הייתה ג/שנה. בנוסף, אפשרית ההשפעה של הגדלת הריכוזים והפליטות של מזהמים באטמוספירה, כגון ו, על עוצמת הפוטוסינתזה והרס של חומר אורגני במערכות אקולוגיות יבשתיות. ככל הנראה, עוצמת הפוטוסינתזה עולה עם הגדלת הריכוז באטמוספרה. סביר להניח שגידול זה אופייני לגידולים חקלאיים, ובמערכות אקולוגיות יבשות טבעיות, עלייה ביעילות השימוש במים עלולה להוביל להאצה ביצירת חומר אורגני.

תחזיות של ריכוז פחמן דו חמצני

גז באטמוספירה לעתיד.

מסקנות עיקריות.

במהלך העשורים האחרונים נוצרו מספר רב של מודלים של מחזור הפחמן העולמי, אשר לא נראה כי ראוי להתייחס אליהם במאמר זה בשל העובדה שהם מורכבים ונפחיים מספיק. הבה נבחן בקצרה את המסקנות העיקריות שלהם. תרחישים שונים ששימשו לניבוי שפע אטמוספרי עתידי הניבו תוצאות דומות. להלן ניסיון לסכם את הידע וההנחות הנוכחיות שלנו לגבי בעיית השינוי האנתרופוגני בריכוזים האטמוספריים.

מ-1860 עד 1984, האווירה קיבלה ד עקב שריפת דלקים מאובנים, קצב הפליטה כיום (לפי נתוני 1984) שווה ל-g.C לשנה.

· במהלך אותה פרק זמן, השתחררות האטמוספירה מכריתת יערות ושינוי שימושי קרקע הסתכמו ב ז.ג, עוצמת ההכנסה הזו שווה כיום ל ג/שנה.

· מאז אמצע המאה הקודמת, הריכוז באטמוספירה גדל מ-1984 עד למיליון.

· המאפיינים העיקריים של מחזור הפחמן העולמי מובנים היטב. ניתן היה ליצור מודלים כמותיים שיכולים לשמש בסיס לחיזוי גידול הריכוז באטמוספרה כאשר נעשה שימוש בתרחישי פליטה מסוימים.

· אי הוודאות בתחזיות לשינויי ריכוז עתידיים צפויים הנגזרים מתרחישי הפליטות קטנים משמעותית וקטנה בהרבה מאי הוודאות בתרחישי הפליטה עצמם.

אם עוצמת הפליטות לאטמוספירה במהלך ארבעת העשורים הבאים תישאר קבועה או תגדל לאט מאוד (לא יותר מ-0.5% בשנה) ובעתיד הרחוק יותר גם תגדל לאט מאוד, הרי שעד סוף המאה ה-21, האטמוספירה הריכוז יהיה כ-440 מיליון ., כלומר. לא יותר מ-60% יותר מהרמה הקדם-תעשייתית.

· אם עוצמת הפליטות במהלך ארבעת העשורים הקרובים תגדל בממוצע של 1-2% בשנה, כלומר. כשם שהיא גדלה מ-1973 ועד היום, ובעתיד הרחוק יותר קצב צמיחתו יואט, תתרחש הכפלה של התוכן באטמוספירה בהשוואה לרמות הטרום-תעשייתיות עד סוף המאה ה-21.

היווצרות כמות גדולה של N2 נובעת מחמצון אטמוספירת האמוניה-מימן על ידי O2 מולקולרית, שהחלה להגיע מפני השטח של כדור הארץ כתוצאה מפוטוסינתזה, החל מלפני 3 מיליארד שנים. N2 משתחרר לאטמוספירה גם כתוצאה מהניטריפיקציה של חנקות ותרכובות אחרות המכילות חנקן. חנקן מתחמצן על ידי אוזון ל-NO באטמוספרה העליונה.

חנקן N2 נכנס לתגובות רק בתנאים ספציפיים (לדוגמה, במהלך פריקת ברק). חמצון של חנקן מולקולרי על ידי אוזון במהלך פריקות חשמליות משמש בייצור תעשייתי של דשני חנקן. ניתן לחמצן אותו בצריכת אנרגיה נמוכה ולהמיר אותו לצורה פעילה ביולוגית על ידי ציאנובקטריה (אצה כחולה-ירוקה) וחיידקי גושים היוצרים סימביוזה rhizobial עם קטניות, מה שנקרא. זבל ירוק.

חַמצָן

הרכב האטמוספירה החל להשתנות באופן קיצוני עם הופעת האורגניזמים החיים על פני כדור הארץ, כתוצאה מפוטוסינתזה, המלווה בשחרור חמצן ובספיגה של פחמן דו חמצני. בתחילה, החמצן הושקע על חמצון של תרכובות מופחתות - אמוניה, פחמימנים, צורת הברזל הכלול באוקיינוסים וכו '. הבמה הזאתתכולת החמצן באטמוספירה החלה לעלות. בהדרגה נוצרה אווירה מודרנית בעלת תכונות מחמצנות. מכיוון שהדבר גרם לשינויים רציניים וחטומים בתהליכים רבים המתרחשים באטמוספרה, בליתוספירה ובביוספרה, אירוע זה כונה קטסטרופה של חמצן.

בתקופת הפאנרוזואיקון עברו שינויים בהרכב האטמוספירה ותכולת החמצן. הם מתואמים בעיקר עם קצב השקיעה של סלעי משקע אורגניים. אז, בתקופות של צבירת פחם, תכולת החמצן באטמוספרה עלתה ככל הנראה מהרמה המודרנית.

פחמן דו חמצני

אחד החלקים החשובים ביותר של האוויר הוא פחמן דו חמצני. סמוך לפני כדור הארץ, פחמן דו חמצני נמצא בכמויות משתנות, בממוצע 0.03% בנפח.

פחמן דו חמצני חודר לאטמוספירה כתוצאה מפעילות געשית, פירוק וריקבון של חומרים אורגניים, נשימה של בעלי חיים וצמחים ושריפת דלק. הרגולטור העיקרי של תכולת הפחמן הדו חמצני באטמוספירה הוא האוקיינוסים. הוא סופג ומשחרר לאטמוספירה כ-20% מהתוכן הממוצע באטמוספירה.

למרות תכולתו הקטנה יחסית באטמוספירה, לפחמן דו חמצני יש השפעה רבה על מה שמכונה "אפקט החממה". העברת קרינת שמש קצרת גל אל פני כדור הארץ, סופגת קרינה ארוכת גלים (תרמית) המגיעה מפני כדור הארץ, היא תורמת לעלייה בטמפרטורת האוויר בשכבות הבסיסיות של האטמוספירה.

בעידן התיעוש, יש תכולה מוגברת של פחמן דו חמצני ממקור אנתרופוגני.

בהשפעת פעילות אנושית עולה תכולת הגזים האנתרופוגניים באטמוספירה, כגון דו תחמוצת הגופרית, פחמן חד חמצני ותחמוצות חנקן שונות.

תפקיד חשוב ביותר ממלא האוזון, הסופג את החלק של קרינת השמש האולטרה סגולה שאינו חיובי לאורגניזמים חיים ולצמחים. על פני כדור הארץ, אוזון נמצא בכמויות קטנות: הוא נוצר כתוצאה מפריקות ברק. הכמות הגדולה ביותר שלו היא בסטרטוספירה (אוזונוספרה) מ-10 עד 50 ק"מ עם מקסימום בשכבה בגבהים של 20-25 ק"מ. בשכבה זו, תחת פעולתה של קרינה אולטרה סגולה מהשמש, מולקולות חמצן דו-אטומיות מתפרקות חלקית לאטומים, כשהאחרונים, המצטרפים למולקולות החמצן הדו-אטומיות הבלתי-נרקבות, יוצרות אוזון טריאטומי. במקביל להיווצרות האוזון מתרחש התהליך ההפוך.

ריכוז האוזון תלוי בעוצמת היווצרות וההרס של מולקולות האוזון. תכולת האוזון עולה מקו המשווה לקווי רוחב גבוהים.

חָשׁוּב רְכִיבאוויר - אדי מים החודרים לאטמוספירה כתוצאה מהתאדות מפני המים, היבשה, במהלך התפרצויות געשיות. השכבות התחתונות של האטמוספירה מכילות בין 0.1 ל-4% אדי מים. עם הגובה, התוכן שלו יורד בחדות.

אדי מים מעורבים באופן פעיל בתהליכים תרמודינמיים רבים הקשורים להיווצרות עננים וערפילים.

אירוסולים נמצאים באטמוספירה - אלו הם חלקיקים מוצקים ונוזליים התלויים באוויר. חלקם, בהיותם גרעיני עיבוי, מעורבים ביצירת עננים וערפילים.

אירוסולים טבעיים כוללים טיפות מים וגבישי קרח הנוצרים במהלך עיבוי אדי מים; אבק, פיח הנובע משריפות יער, אדמה, חלל, אבק וולקני, מלחים מי ים. כמו כן, כמות גדולה של אירוסולים ממקור מלאכותי נכנסת לאטמוספירה - פליטות מפעלים תעשייתיים, רכבים וכו'.

הכמות הגדולה ביותר של אירוסולים נמצאת בשכבות התחתונות של האטמוספירה.

4. מבנה האטמוספירה.

מסת האטמוספירה היא 5.3 * 105 טון. בשכבה עד 5.5 ק"מ

מכיל 50%, עד 25 ק"מ - 95% ועד 30 ק"מ - 99% מהמסה הכוללת של האטמוספירה. השכבה בת שלושים הקילומטרים של האטמוספירה היא 1/200 או 0.05 מרדיוס כדור הארץ. על כדור בקוטר 40 ס"מ, שכבת 30 ק"מ זו היא בעובי של כ-1 מ"מ; האטמוספירה היא סרט דק המכסה את פני כדור הארץ.

גבול תחתון של האטמוספירההוא פני כדור הארץ, הנקרא במטאורולוגיה המשטח הבסיסי. לאטמוספירה אין גבול עליון מוגדר בבירור. הוא עובר בצורה חלקה לחלל הבין-פלנטרי.

לְכָל הגבול העליון של האטמוספירהקח באופן מותנה גובה של 1500-2000 ק"מ, מעליו הקורונה של כדור הארץ.

הלחץ והצפיפות יורדים עם הגובה: בלחץ ליד הקרקע של 1013 hPa הצפיפות היא 1.27 * 103 גרם / מ"ק, ובגובה 750 ק"מ הצפיפות היא 10-10 גרם / מ"ק.

הפצה תכונות גשמיותבאטמוספירה יש לו אופי שכבות, שכן השינוי בגובה שלהם מתרחש הרבה פעמים יותר מאשר בכיוון האופקי. לפיכך, שיפועי טמפרטורה אנכיים גדולים פי כמה מאות משיפועים אופקיים.

חלוקת האטמוספרה לשכבות נעשית לפי תכונות שונות של האוויר: טמפרטורה, לחות, תכולת אוזון, מוליכות חשמלית וכו'. ההבדל בין שכבות האטמוספרה מתבטא בצורה הברורה ביותר באופי התפלגות טמפרטורת האוויר עם הגובה. על בסיס זה, חמישה רבדים עיקריים מובחנים.

גרם לוויכוח עז בהערות האם הציוויליזציה האנושית היא המקור העיקרי לגזי חממה על פני כדור הארץ. יָקָר עמום12 נתן קישור מעניין, שאומר שהרי געש פולטים פי 100-500 פחות פחמן דו חמצני מהציוויליזציה המודרנית:

בתגובה לכך, יקירי ולאדימיר000 הביא את שלו. כתוצאה ממנו הוא קיבל את הפליטות האלה CO2הרבה פחות ציוויליזציה אנושית: כ-600 מיליון טון:

משהו שיש לך סדר מספרים מוזר. החיפוש נותן את ההספק הכולל של כל תחנות הכוח של כדור הארץ 2*10^12 וואט, כלומר, בהנחה שכולן פועלות על דלקים מאובנים כל השנה, נקבל בערך 2*10^16 וואט-שעות של צריכה שנתית, ש הוא, 6 * 10^15 KJoules .

שוב, החיפוש מניב ערך קלורי ספציפי של עשרות אלפי KJ הראשונים לק"ג דלק מאובנים. ניקח 10,000 בשביל הפשטות, ונניח שכל הדלק המעובד עף לתוך הצינור בלי שאריות.

ואז, על מנת לכסות באופן מלא את צורכי האנרגיה של האנושות, מתברר שמספיק לשרוף 6 * 10^15 / 10^4 קילוגרם פחמן בשנה, כלומר 6 * 10^8 טון. 600 מגה טון בשנה. בהתחשב בעובדה שעדיין יש מפעלים גרעיניים, הידרו ומפעלים מתחדשים אחרים, אני לא רואה איך, הצריכה הסופית תגדל פי 500.

התברר שההבדל היה עצום - פי 500. אבל יחד עם זאת, לא ממש הבנתי מאיפה ההבדל הזה של פי 500. אם תחלק 29 מיליארד טון ב-600 מיליון טון, יהיה הבדל של פי 50. מצד שני, ההבדל הזה כנראה נובע מכך שלא 100% יְעִילוּתתחנת כוח, והעובדה שדלקים מאובנים נצרכים לא רק על ידי תחנות כוח, אלא גם לתחבורה, חימום ביתי או ייצור מלט.

לכן, אפשר לעשות את החישוב הזה בצורה מדויקת יותר. כדי לעשות זאת, פשוט השתמש בציטוט הבא: " בשריפת פחם בכמות של טון אחד של דלק סטנדרטי נצרכים 2.3 טון חמצן ונפלטים 2.76 טון פחמן דו חמצני, ובשריפת גז טבעי נפלטים 1.62 טון פחמן דו חמצני ואותם 2.35 טון חמצן. מְאוּכָּל ".

כמה דלק האנושות צורכת בשנה עכשיו? סטטיסטיקה כזו ניתנת בדוחות החברה. BP. כ-13 מיליארד טון של דלק ייחוס. כך, האנושות פולטת כ-26 מיליארד טונות של פחמן דו חמצני לאטמוספירה. יתר על כן, אותם נתונים מספקים סטטיסטיקה מפורטת על פליטות CO2לכל שנה. מכאן נובע שהפליטות הללו גדלות ללא הרף:

יחד עם זאת, רק מחצית מהפליטות הללו נכנסות לאטמוספירה. החצי השני