Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Естественные ограничения на глобальную энергетическую систему



 Другие рефераты
Гипоталамус Драма Океана Гипотезы возникновения жизни Живые организмы мирового океана: детритофаги и редуценты

Рассмотрим какие существуют естественные ограничения на полное  производство
энергии  Мы  не  будем  обсуждать   природные   ресурсы,   а   обратимся   к
экологическим последствиям, которые как теперь стало ясно, могут  проявиться
гораздо раньше, чем будут выработаны ископаемые энергоресурсы

Энергетический баланс Земли

Очевидно, что вся произведенная энергия раньше или позже  выделится  в  виде
тепла на поверхности Земли, которое в  принципе  может  повлиять  на  климат
Сравнение  производимой  человеком  энергии  с  полной  энергией  Солнечного
излучения, падающего на Землю, приведено в  Таблице  3.  Пока  еще  энергия,
производимая человеком, меньше чем 10-4  от Солнечной  энергии,  достигающей
поверхности Земли,  и  составляет  всего  лишь  несколько  процентов  от  ее
периодических изменений, которые, как считают, могут  быть  ответственны  за
периодические климатические изменения, происходившие в истории Земли.  Таким
образом, антропогенное  производство  энергии,  добавляющее  лишь  0  01%  к
Солнечной энергии, слишком мало, чтобы оказать  прямое  влияние  на  климат.
Более опасным  может  оказаться  изменение  химического  состава  атмосферы,
которое может привести к изменению  углеродного  цикла  и,  в  частности,  к
изменению глобального теплового баланса за счет парникового эффекта.

Таблица 3. Сравнение производимой человеком энергии с Солнечной энергией
[1,3]
|Полное производство энергии (1994)                  |1,2*1013В|
|                                                    |т        |
|Солнечная постоянная                                |1370     |
|                                                    |Вт/м2    |
|Солнечная энергия, падающая на Землю                |1,8*1017 |
|                                                    |Вт       |
|Солнечная энергия, достигающая поверхности Земли    |1,3*1017 |
|                                                    |Вт       |
|Амплитуда изменения Солнечного излучения в 11 летнем|0 1%     |
|цикле                                               |         |
|Изменение инсоляции при периодических изменениях    |3%       |
|Земной орбиты (период 20-40 тысяч лет) Механизм     |         |
|Миланковича для объяснения ледниковых периодов [1,  |         |
|10]                                                 |         |


Как  было  показано  выше,  большая   часть   энергии   (86%)   производится
человечеством за счет сжигания ископаемых топлив, или иначе говоря  за  счет
использования химической реакции (С +  О2  =  СO2+  94  ккал/моль.  Побочным
продуктом,  которой  является  углекислый  газ,  СO2,  и,   таким   образом,
практически весь углерод, сжигаемый при производстве энергии,  выбрасывается
в атмосферу в форме углекислого газа. Тем  самым  человек  при  производстве
энергии напрямую вмешивается в один из фундаментальных  циклов,  на  котором
построена жизнь на Земле - углеродный  цикл.  Выбросы  углекислого  газа  на
уровне  современной  энергетики  уже  приводят  к  сдвигам  в   естественном
углеродном цикле и, начиная с некоторого уровня, могут  вызвать  необратимые
изменения в Биосфере. Парниковый эффект от  углекислого  газа  производимого
при производстве энергии был предсказан более ста лет назад  С.  Аррениусом.
В то время это были чисто  теоретические  предположения,  и  было  не  ясно,
будет ли весь выброшенный углекислый газ поглощаться  мировым  Океаном.  Сто
лет спустя мы знаем гораздо больше о балансе углекислого газа в атмосфере.

Баланс углекислого газа в атмосфере.

Количество углерода содержащегося в атмосфере в виде углекислого  газа,  его
количество в мировом Океане, и потоки производимые различными  естественными
и антропогенными источниками показаны  на  Рисунке  4.  Каждый  год  зеленые
растения поглощают из  атмосферы  примерно  100  Гигатонн  (1  Гигатонна=109
тонн) углерода в процессе  фотосинтеза  и  роста  [II].  (Это  соответствует
средней продуктивности 20 ц/Га зеленой массы  на  10%  Земной  поверхности).
Примерно такое же количество углерода выбрасывается  каждый  год  обратно  в
атмосферу при потреблении  зеленых  растений  вторичными  потребителями,  их
химическом разложении, лесными пожарами и другими  естественными  причинами.
Полное количество углерода в биомассе, включая почвы, составляет по  оценкам
около 2200 Гт, что соответствует среднему времени жизни  биомассы  около  20
лет (близко ко  времени  жизни  дерева).  Пищевая  цепь  сообщества  человек
-свинья - зерно добавляет в сбалансированный круговорот углерода всего 1  Гт
в год. Планктон и другие океанские  растения,  живущие  на  глубине  до  ста
метров, куда проникает солнечный свет и где  возможна  реакция  фотосинтеза,
обмениваются с атмосферой примерно тем же  количеством  углерода,  90  Гт  в
год, что и  наземные  растения  [12].  Океан  содержит  огромное  количество
углерода, 40000 Гт,  в  виде  углекислого  газа,  растворенного  в  воде  на
большой глубине, но  обмен  между  поверхностью  и  глубокими  слоями  очень
медленный. Такой обмен имеет  характерное  время  500-1000  лет  [I]  и  при
нынешней концентрации углекислого газа в атмосфере  по  современным  оценкам
обеспечивает откачку около 2 Гт углерода в год.

  [pic]

 Рисунок 4. Углеродный цикл в Биосфере [1,12], Потоки  отмеченные  стрелками
 приведены в Гигатоннах углерода в год. Около двух Гт из 5.5 Гт  выброшенных
 при   сжигании   полезных   ископаемых   поглощается    мировым    Океаном.
 Дополнительная откачка в размере 0,2 Гт производится  наземными  растениями
 (включая эффект от вырубки тропических лесов). 3.3  Гт  добавляется  каждый
 год в атмосферу.

Геологические источники углекислого газа не велики. Например,  источник  СO2
от вулканической активности и эрозии  геологических  структур  поставляет  в
атмосферу только 0.1 Гт углерода в год, что гораздо  меньше,  чем  биогенные
потоки.

Рисунок 4 приводит  к  интересным  и  неожиданным  заключениям.  Во  первых,
видно,  что  зеленые  растения  суши  и  моря  в  состоянии  "съесть"   весь
углекислый газ из атмосферы примерно за  4  года.  Это  означает,  что  атом
углерода в форме молекулы СO2 живет в атмосфере в среднем  четыре  года,  до
того  момента,  когда  молекула  будет  поглощена  зеленым   растением   при
фотосинтезе.

Следующие 20 лет углерод проведет в составе органической материи  и  при  ее
распаде  снова  вернется  в  атмосферу.  Таким  образом,  полный  круговорот
углерода происходит  примерно  за  25  лет.  Например,  углерод  из  дерева,
которое умерло 100 лет назад, был использован  растениями  и  животными  уже
четыре раза. Во вторых, количество углерода  в  атмосфере  в  несколько  раз
меньше,  чем  количество  углерода  в  биомассе.  Все  это   означает,   что
атмосферный углекислый газ находится в  состоянии  настоящего  динамического
равновесия с живой природой и  оценки  влияния  человеческой  активности  на
баланс углерода должны это  учитывать.  Парниковый  эффект  это  лишь  часть
возможного воздействия и вполне вероятно, что существуют и  другие  аспекты,
о которых мы еще не знаем.

Влияние энергетической системы на углеродный цикл

Из рисунка 4 видно, что количество углерода, выбрасываемого в атмосферу  при
сжигании ископаемых топлив, 5.5 Гт, существенно превышает то, что  дают  все
естественные геологические  источники.  Очевидно,  что  у  биосферы,  как  у
системы  существующей  миллиарды  лет,  должна  быть  естественная   система
управления, поддерживающая, в частности, и  содержание  углекислого  газа  в
атмосфере  на   постоянном   уровне.   Действительно,   около   2   из   5.5
"дополнительных"  к  естественному  циклу  Гигатонн   углерода   поглощается
океанами. Леса  и  другие  растения  могли  бы  поглощать  еще  1.8  Гт,  но
систематические вырубки тропических лесов возвращают обратно 1.6  Гт  ,  так
что результирующий эффект от наземной растительности остается на уровне  0.2
Гт  в  год.  Таким  образом,   индустриальные   выбросы   углекислого   газа
существенно  превышают  естественные   способности   биосферы   регулировать
содержание углекислого газа  в  атмосфере,  и  его  концентрация  непрерывно
растет. Это видно на рисунке 5, на  котором  показаны  результаты  измерения
содержания углекислого газа в атмосфере в течение последних  1000  лет  [1].
Регулярные измерения в атмосфере ведутся на Гавайских  островах,  начиная  с
1958 г. Более ранние точки были получены по содержанию  углекислого  газа  в
пузырьках  воздуха  во  льдах  Антарктиды.  Видна  четкая  корреляция  между
началом регулярного использования полезных ископаемых в  начале  18  века  и
содержанием  углекислого  газа  в  атмосфере.   Нынешний   рост   содержания
углекислого газа в атмосфере хорошо  согласуется  с  оценками  источников  и
стоков, приведенными выше. Измерения также показывают, что за последние  200
лет  концентрация  углекислого  газа  возросла  на  30%  от   естественного,
прединдустриального уровня.
 [pic]

  Рисунок 5. Зависимость концентрации углекислого газа в Земной атмосфере от
  времени в течение последней 1000 лет [1]. Измерения по  пузырькам  воздуха
  во льдах Антарктики и прямые измерения на Гавайских островах. 1 ppm=  10-6
  объема.

Таким образом, океаны и наземные растения могут поглотить лишь 40%  выбросов
углекислого газа производимого при сжигании нефти, угля и  природного  газа,
а 60% выбросов накапливаются в атмосфере

Теперь можно попытаться оценить, каково будет содержание углекислого газа в
атмосфере  к  2050  г,  предполагая,   что,   как   и   сейчас,   ископаемые
энергоресурсы останутся  основным  источником  энергии,  а  ее  производство
удвоится  по  сравнению  с  нынешним  уровнем.   В   этом   случае   мировая
энергетическая система выбросит к 2050 году в атмосферу 400  Гт  углерода  и
увеличит его содержание  с  750  до  1000  Гт.  Эта  простая  оценка  хорошо
совпадает с прогнозами, сделанными на основе
12
скачать работу


 Другие рефераты
Политика цен
Греция
Альбрехт Дюрер - выдающийся художник северного Возрождения
Бухгалтерский учет векселей


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ