Углеродный цикл и изменения климата
ение [pic] не
явля-ется однородным, его концентрации в глубинных слоях океана выше, чем в
поверхностных. На-блюдается также увеличение концентрации [pic] от довольно
низких значений в глубинных водах Се-верного Ледовитого океана к более
высоким зна-чениям в глубинных водах Атлантического океана, к ещё более
высоким в Южном и Индийском океанах до максимальных в Тихом океане.
Вертикальное распре-деление щёлочности очень похоже на распределение [pic],
однако пределы изменений щёлочности значи-тельно меньше и составляют
примерно 30% изменений [pic]. Интересно отметить, что поверхностные концент-
рации [pic] были бы на примерно на 15% выше, если бы океаны были хорошо
перемешаны, что в свою очередь означало бы, что концентрация [pic] в
атмосфере должна быть около 700 млн[pic]. Наличие вертикальных градиендов
[pic](так же как и щёлочности) в океанах оказывает существенное влияние на
концентрации атмосферного [pic].
Фотосинтез, разложение и растворение
органического вещества.
Деятельность морской биоты практически пол-ностью ограничена
поверхностными слоями океана, где происходит интенсивный фотосинтез. В про-
цессе образования первичной продукции, включающей как органические, так и
неорганические соединения углерода, концентрация [pic] уменьшается. Влияние
этого процесса на щёлочность может быть различным.Несомненно, что
увеличение концентрации атмосферного [pic] создаёт поток [pic] из атмосферы
в океан, который в свою очередь должен был изменить доиндустриальное
распределение [pic] в верхних слоях океана.
Ежегодно около [pic]г С откладывается на дне океана, часть этих
отложений представляет собой органический углерод, а другая часть - [pic].
Органический углерод является основным источником энергии для организмов,
обитающих на дне моря, и только малая его часть захороняется в осадках,
исключение составляют прибрежные зоны и шельфы. В некоторых ограниченных
областях (например, в некоторых районах Балтийского моря) содержание
кислорода в придонных водах может быть очень низким, соответственно
уменьшается скорость окис-ления и значительные количества органического уг-
лерода захороняются в осадках. Области с бес-кислородными условиями
увеличиваются вследствие загрязнения прибрежных вод, и в последние годы,
вероятно, количество легко окисляемого органичес-кого вещества также
увеличилось.
Вследствие буферных свойств карбонатной системы, изменение
концентрации [pic] растворённого суммарного неорганического углерода в
морской воде, необходимое для достижения состояния рав-новесия с
возрастающей концентрацией атмосферного углекислого газа, мало, и
равновесное состояние между атмосферным и растворённым в поверхностных
водах [pic] устанавливается быстро. Роль океана в глобальном углеродном
цикле определяется главным образом скоростью обмена вод в океане.
Поверхностные слои океана довольно хорошо перемешаны вплоть до
верхней границы термоклина, т.е. до глубины около 75 м в области широт
примерно 45[pic]с. - 45[pic]ю. В более высоких широтах зимнее охлаждение
вод приводит к перемешиванию до значительно больших глубин, а в
ограниченных областях и в течение коротких интервалов времени перемешивание
вод распространяется до дна океанов (как, например, в Гренландском море и
море Уэд-делла). Кроме того, из областей основных течений в широтном поясе
45-55[pic] (Гольфстрим в Северной Атлантике, Куросио в северной части
Тихого океана и Антарктическое циркумполярное течение) про-исходит
крупномасштабный перенос холодных поверхностных вод в область главного
термоклина (глубина 100-1000 м). В слое термоклина про-исходит также
вертикальное перемешивание. Оба процесса играют важную роль при переносе
углерода в океане.
Между углекислым газом в атмосфере и растворённым неорганическим
углеродом в поверхностных слоях морской воды равновесие устанавливается
примерно в течение года (если пренебречь сезонными изменениями).
Растворённый неорганический углерод переносится вместе с водными массами из
поверхностных вод в глубинные слои океана. Возникающее в результате
увеличение содержания суммарного растворённого неоргани-ческого углерода
можно вычислить, принимая во внимание сопутствующий рост содержания пита-
тельных веществ и щёлочности. Однако, таким спо-собом нельзя достаточно
точно определить значения концентрации [pic] для времени, когда происходило
образование глубинных вод. При поглощении ант-ропогенного [pic] океаном
поток растворённого не-органического углерода из глубинных слоёв к по-
верхностным уменьшается из-за повышения кон-центрации [pic] в поверхностных
слоях океана, но при этом направленный вниз поток детрита остаётся не-
изменным. Справедливость этого предположения под-тверждает тот факт, что
первичная продуктивность в поверхностном слое океана обычно лимитируется
наличием питательных веществ.
Автор статьи, использованной в качестве основы для написания этого
реферата, проанализировал некоторые из этих возможных факторов и показал,
что при определённых условиях в поверхностных слоях океана могут
наблюдаться более низкие значения концентраций растворённого неорганичес-
кого углерода по сравнению с современными, соответственно концентрации
атмосферного [pic] будут также другими.
При оценках возможных значений концентраций атмосферного [pic] в будущем
обычно считают, что об-щая циркуляция океанов не будет изменятся. Однако
несомненно, что в прошлом она менялась. Если по-тепление, вызванное ростом
концентрации [pic] в ат-мосфере, будет значительным, то, вероятно, про-
изойдёт какое-то изменение циркуляции океана. В частности, может
уменьшиться интенсивность обра-зования холодных глубинных вод, что в свою
оче-редь может привести к уменьшению поглощения промышленного [pic]
океаном.
Изменение круговорота углерода могло бы произойти также при
увеличении суммарного количества питательных веществ в океане. Если наличие
питательных веществ в поверхностных слоях по-прежнему будет основным
фактором, лимитирующим фотосинтез, их концентрации в этих слоях должны быть
очень низкими. Следовательно, должна увели-чится концентрация питательных
веществ между обеднёнными этими веществами поверхностными вода-ми и
глубинными слоями. В этом случае за счёт вертикального перемешивания в
океане в поверх-ностные слои будет переноситься больше пита-тельных
веществ, что приведёт к росту интен-сивности фотосинтеза. Вертикальный
градиент концентрации [pic] также возрастёт, а поверхностные значения [pic]
и парциальное давление [pic] при этом уменьшатся.
Для грубой оценки возможного роста первичной продуктивности в водных
системах можно считать, что в процессе фотосинтеза используется 20-50 %
имеющегося количества фосфатов и что образованное таким образом
органическое вещество становится частью углеродного цикла в океане или
захоро-няется в отложениях. Такое изменение продук-тивности приведёт к
удалению из атмосферы и по-верхностных слоёв водных систем [pic] г. С/год.
Это количество соответствует 2-6 % годового выброса углерода в атмосферу за
счёт сжигания ископаемого топлива в 1972 году, поэтому данный процесс
нельзя не учитывать при построении моделей изменения глобального климата.
Углерод в континентальной биоте
и в почвах.
В течение последних 20 лет были предприняты многочисленные попытки
определения запасов уг-лерода в континентальной растительности и харак-
теристик его годового круговорота - общей пер-вичной продуктивности и
дыхания. Оценка, харак-теризующая состояние континентальной биомассы на
1980 год без учёта сухостоя, равна [pic] г С. В более поздних работах,
основанных на большем количестве данных, указывается, что эта оценка
содержания углерода в живом веществе биомассы скорее всего завышена.
Среднее время пребывания углерода в лесных системах составляет 16-20
лет, но средний возраст деревьев по крайней мере в два раза больше, так как
менее половины чистой первичной продукции превращается в целлюлозу. Среднее
время жизни уг-лерода в растениях, не входящих в лесные системы, равно
примерно 3 годам.
По разным оценкам, суммарное содержание углерода в составляет около
[pic] г С. Главная неопределённость существующих оценок обусловлена
недостаточной полнотой сведений о площадях и содержании углерода в
торфяниках планеты.
Изменения содержания углерода в
континентальных экосистемах.
За последние 200 лет произошли значительные изменения в
континентальных экосистемах в ре-зультате возрастающего антропогенного
воздейст-вия. Когда земли, занятые лесами и травянистыми сообществами,
превращаются в сельскохозяйственные угодья, органическое вещество, т.е.
живое вещест-во растений и мёртвое органическое вещество почв, окисляется и
поступает в атмосферу в форме [pic]. Какое-то количество элементарного
углерода может также захораниваться в почве в виде древесного угля (как
продукт, оставшийся от сжигания леса) и, таким образом, изыматься из
быстрого оборота в углеродном цикле. Содержание углерода в различных
компонентах экосистем изменяется, поскольку восстановление органического
вещества зависит от географической широты и типа растительности.
Были проведены много
| |  скачать работу |
Углеродный цикл и изменения климата |
