Globalne zmiany środowiska

Globalne zmiany Globalne zmiany środowiskaśrodowiskadr inż. Danuta J. Michczyńskadr inż. Danuta J. Michczyńska

Wykład 6Wykład 6

Obieg węgla w Obieg węgla w przyrodzieprzyrodzie

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 6 Globalne Zmiany Środowiska Wykład 6 str. str. 33

Obieg węglaObieg węgla Drugi z podstawowych cykli biochemicznych (po obiegu Drugi z podstawowych cykli biochemicznych (po obiegu

wody) to obieg węgla. wody) to obieg węgla. Bierze w nim udział węgiel w postaci atomowej lub w Bierze w nim udział węgiel w postaci atomowej lub w

różnych związkach. Obieg ten polega głównie na wymianie różnych związkach. Obieg ten polega głównie na wymianie dwutlenku węgla z atmosferą ziemską.dwutlenku węgla z atmosferą ziemską.

Dwutlenek węgla biorący udział w wymianie pochodzi Dwutlenek węgla biorący udział w wymianie pochodzi przede wszystkim z oceanów, gdzie jest go około 16 razy przede wszystkim z oceanów, gdzie jest go około 16 razy więcej niż w atmosferze. więcej niż w atmosferze.

Powstaje również w procesach termicznego rozkładu Powstaje również w procesach termicznego rozkładu surowców energetycznych (spalanie, wydobywanie się w surowców energetycznych (spalanie, wydobywanie się w czasie erupcji wulkanów i gorących źródeł oraz w czasie erupcji wulkanów i gorących źródeł oraz w procesach oddychania organizmów żywych. procesach oddychania organizmów żywych.

Najbardziej zaskakujące jest to, że prawie 90% Najbardziej zaskakujące jest to, że prawie 90% przemian, związanych z oddychaniem, jest udziałem przemian, związanych z oddychaniem, jest udziałem glonów żyjących w oceanach.glonów żyjących w oceanach.


Główne rezerwuary węglaGłówne rezerwuary węglaRezerwuaryRezerwuary Forma występowaniaForma występowania Masa C [Gt]Masa C [Gt]AtmosferaAtmosfera COCO22 przed 1850 ok. 280 ppm przed 1850 ok. 280 ppm

COCO22 w 1980 338 ppm w 1980 338 ppm

CHCH44 1,5 ppm 1,5 ppm

59459471771744

OceanyOceany Węgiel nieorganiczny (Węgiel nieorganiczny (COCO22))

Rozpuszczona materia organ.Rozpuszczona materia organ.BiomasaBiomasa

39 00039 000ok. 1600ok. 1600

33

Biomasa lądowaBiomasa lądowa ŻyjącaŻyjącaGleby, humusGleby, humus

55055015001500

Wody gruntoweWody gruntowe 450450

OsadyOsady Węgiel nieorganicznyWęgiel nieorganicznyWęgiel organicznyWęgiel organiczny

ok. 60 000 000ok. 60 000 000ok. 12 000 000ok. 12 000 000

Paliwa kopalnePaliwa kopalne ok. 5 500ok. 5 500


Obieg węgla – schemat Obieg węgla – schemat uproszczonyuproszczony

http://www.whrc.org/carbon/images/GlobalCarbonCycleLG.gif


COCO22 w atmosferze w atmosferze

Koncentracja CO2 w atmosferze ciągle wzrasta. Sezonowe zmiany są powodowane zwiększonym pobieraniem CO2 przez rośliny w lecie. Wzrost zaczął się ok. 300 lat temu.

Koncentracja CO2 dla szczytu Mauna Loa na Hawajach w latach 1958 – 1999. Koncentracja podana w ppm (części na milion)


Gdzie jest brakujący COGdzie jest brakujący CO22??

Wzrost koncentracji Emisja ze spalania Zmiany użytko- Pobieranie Brakujący

CO2 w atmosferze = paliw kopalnych + wania pow. - przez ocean CO2

3.20(20) = 6.30(40) + 2.20(80) - 2.40(70) - 2.9(11)

http://www.whrc.org/carbon/images/CO2_sources.jpg


Gdzie jest brakujący COGdzie jest brakujący CO22??

Notowany wzrost koncentracji CONotowany wzrost koncentracji CO22 w atmosferze w atmosferze to tylko połowa tego, co wynika ze spalania paliw to tylko połowa tego, co wynika ze spalania paliw kopalnych i wypalania lasów. kopalnych i wypalania lasów.

Gdzie jest reszta? Gdzie jest reszta? Badania wskazują na fotoautotrofy (organizmy Badania wskazują na fotoautotrofy (organizmy

wytwarzajace C z pobieranego COwytwarzajace C z pobieranego CO22 i energię w i energię w procesie fotosyntezy).procesie fotosyntezy).

Odnotowano zwiększony wzrost lasów (zwłaszcza Odnotowano zwiększony wzrost lasów (zwłaszcza w Ameryce Pn. i ilość fitoplanktonu w oceanach.w Ameryce Pn. i ilość fitoplanktonu w oceanach.


Węgiel w oceanachWęgiel w oceanach

Dane z rdzeni lodowych wskazują, że Dane z rdzeni lodowych wskazują, że koncentracja atm. COkoncentracja atm. CO22 odgrywa znaczącą rolę w odgrywa znaczącą rolę w kształtowaniu klimatu (koncentracja atm. COkształtowaniu klimatu (koncentracja atm. CO2 2 była była wysoka dla okresów interglacjalnych, a niska dla wysoka dla okresów interglacjalnych, a niska dla glacjalnych).glacjalnych).

Koncentracja węgla w oceanie ok. 50-60 razy Koncentracja węgla w oceanie ok. 50-60 razy większa niż w atmosferze -> nawet niewielkie większa niż w atmosferze -> nawet niewielkie zmiany w szybkości wymiany COzmiany w szybkości wymiany CO22 między między oceanem a atmosferą mogą znacząco wpłynąć na oceanem a atmosferą mogą znacząco wpłynąć na poziom atmosferycznego COpoziom atmosferycznego CO22..


Węgiel w oceanachWęgiel w oceanachCykl pochłaniania uwalniania COCykl pochłaniania uwalniania CO22. . Fitoplankton pochłaniania COFitoplankton pochłaniania CO22 w czasie w czasie fotosyntezy. Bakterie żywią fotosyntezy. Bakterie żywią się fitoplanktonem i w ten sposób uwalniają się fitoplanktonem i w ten sposób uwalniają składniki odżywcze i COskładniki odżywcze i CO22 z powrotem do z powrotem do wody. Ten proces nosi nazwę wody. Ten proces nosi nazwę remineralizacji. Remineralizacja zachodzi remineralizacji. Remineralizacja zachodzi głównie w przypowierzchniowej warstwie głównie w przypowierzchniowej warstwie wody i COwody i CO22 jest albo zużywany ponownie jest albo zużywany ponownie przez fitoplankton do fotosyntezy, albo przez fitoplankton do fotosyntezy, albo uwalniany do atmosfery. Gdy fitoplankton uwalniany do atmosfery. Gdy fitoplankton obumiera - dostaje się do wód głębinowych.obumiera - dostaje się do wód głębinowych.

Autor: Lucinda SpokesAutor: Lucinda SpokesPolska wersja ryciny: Mateusz KamińskiPolska wersja ryciny: Mateusz Kamiński



Zdecydowana większość (ok. 95%) węgla w Zdecydowana większość (ok. 95%) węgla w oceanie występuje w formie nieorganicznej (DIC oceanie występuje w formie nieorganicznej (DIC = = ang.ang. Dissolved Inorganic Carbon) Dissolved Inorganic Carbon)

Suma węgla w oceanie Stężenia molowe mol/lSuma węgla w oceanie Stężenia molowe mol/l

][CO ][HCO (aq)][COCO -23

-322



Uważa się, że około 30% COUważa się, że około 30% CO2 2

pochodzącego ze spalania paliw pochodzącego ze spalania paliw kopalnych jest magazynowane w kopalnych jest magazynowane w oceanach i dostaje się tam wskutek oceanach i dostaje się tam wskutek procesów zarówno fizycznych, jak też procesów zarówno fizycznych, jak też biologicznych. biologicznych.


Morska biosfera działa jak pompa biologiczna. W górnej ok. 100m warstwie oceanu w procesie fotosyntezy CO2 jest pobierany z atmosfery a wytwarzany jest tlen

Pompa węglanowa z kolei, produkuje i transportuje na większe głębokości węglan wapnia i usuwa do atmosfery CO2.


Morska biosfera jest aktywna w tych ograniczonych rejonach, gdzie w procesie „upwellingu” (wentylacji) wynoszone są do powierzchniowej warstwy oceanu substancje odżywcze z dużych głębokości.


LizoklinaLizoklinaLizoklina – poziom, na którym zaczyna się wyraźne rozpuszczanie materiału węglanowego w kolumnie wody oceanicznej. Znajduje się ona na różnych głębokościach (zróżnicowana zarówno wewnątrz oceanu, jak i między oceanami), ale zazwyczaj poniżej 3000 m.

CCD (Carbonate compensation depth) poziom, poniżej którego szybkości dopływu węglanu wapnia i jego rozpuszczania są równe i nie ma osadzania węglanu wapnia.

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3-


Zmiany w cyrkulacji Zmiany w cyrkulacji oceanicznejoceanicznej

Mogą wystąpić trzy różne stany cyrkulacji wód na Pn. Mogą wystąpić trzy różne stany cyrkulacji wód na Pn. Atlantyku: Atlantyku:

1.1. Ciepły prąd dociera tylko do niższych szerkości Ciepły prąd dociera tylko do niższych szerkości geograficznych (epoka lodowa), geograficznych (epoka lodowa),

2.2. Dociera on do wysokich szerokości geograficznych Dociera on do wysokich szerokości geograficznych (okres ciepły), (okres ciepły),

3.3. W ogóle zanika (tzw. przypadek Heinricha). W ogóle zanika (tzw. przypadek Heinricha).

Łańcuch górski znajdujący się na dnie Łańcuch górski znajdujący się na dnie Atlantyku tworzy barierę między stanem Atlantyku tworzy barierę między stanem epoki lodowej i interglacjałem. W tym epoki lodowej i interglacjałem. W tym miejscu ocean jest płytszy i Islandia oraz miejscu ocean jest płytszy i Islandia oraz wyspy Faroer nawet wystają ponad wyspy Faroer nawet wystają ponad poziom morza. poziom morza.


Zmiany w cyrkulacji Zmiany w cyrkulacji oceanicznejoceanicznej W okresach ciepłych, jak np. W okresach ciepłych, jak np.

obecnie, Prąd Północnoatlantycki obecnie, Prąd Północnoatlantycki dociera poza 'barierę' i dociera poza 'barierę' i przynosi ciepłe wody do obszarów przynosi ciepłe wody do obszarów pn. Europy. pn. Europy.

W czasie epok lodowych ciepły W czasie epok lodowych ciepły prąd jest zatrzymywany przez prąd jest zatrzymywany przez 'barierę'. W obszarach położonych 'barierę'. W obszarach położonych bardziej na północ morze jest bardziej na północ morze jest pokryte lodem.pokryte lodem.

Przypadek Heinricha to stan kiedy Przypadek Heinricha to stan kiedy ustaje tworzenie się wód ustaje tworzenie się wód głębinowych, prąd morski ustaje.głębinowych, prąd morski ustaje.

http://www.atmosphere.mpg.de/media/archive/4624.jpg



Kiedy następuje zakłócenie prądów Kiedy następuje zakłócenie prądów oceanicznych?oceanicznych?

Gdy następuje topienie się lodu w okresach ciągłego Gdy następuje topienie się lodu w okresach ciągłego ocieplania (np. pod koniec epoki lodowej) to sporo słodkiej ocieplania (np. pod koniec epoki lodowej) to sporo słodkiej wody ze stopionego lodu może zasilić wody Północnego wody ze stopionego lodu może zasilić wody Północnego Atlantyku. Ponadto wody powierzchniowe stają się Atlantyku. Ponadto wody powierzchniowe stają się cieplejsze podczas gdy wody głębinowe są dalej zimne. cieplejsze podczas gdy wody głębinowe są dalej zimne. Woda nie może więc opadać. W takim wypadku Woda nie może więc opadać. W takim wypadku cyrkulacja oceaniczna może na jakiś czas ustać w danym cyrkulacja oceaniczna może na jakiś czas ustać w danym regionie. Nazywamy to przypadkiem Heinricha. regionie. Nazywamy to przypadkiem Heinricha.



Około 15000 lat temu zakończyła się ostatnia Epoka Lodowa i temperatura Ziemi wzrosła. To ocieplenie spowodowało topnienie pokrywy lodowej i wzrost ilości wody słodkiej wpływającej do Północnego Atlantyku, co zatrzymało cyrkulację oceaniczną i spowodowało kolejne ochłodzenie. Gdy cały lód uległ stopieniu i zabrakło owych dodatkowych dostaw wody słodkiej, to naturalna cyrkulacja oceaniczna została przywrócona i temperatura gwałtownie (oczywiście w geologicznej skali czasu!) wzrosła, gdyż ciepłe wody z rejonów zwrotnikowych mogły swobodnie przepływać w kierunku Północnego Atlantyku.

Źródło: R. Alley oraz projekt CLIVAR. Polska wersja ryciny: Mateusz Kamiński

Młodszy Dryas

Globalne zmiany środowiska

Documents

Transcript of Globalne zmiany środowiska