В сентябре мы перешагнули красную черту: концентрация углекислого газа в атмосфере Земли повысилась до 400 частей на миллион . За 200 лет развития промышленности концентрация углекислого газа в атмосфере поднялась с 280 до 400 частей на миллион. Климатологи считают, что СО 2 в атмосфере никогда не станет меньше.
Благодаря своей способности образовывать сложные молекулы, углеродные циклы непрерывно проходят через экосистему от почвы и океанов до атмосферы. Уровни углекислого газа связаны с этим циклом; углекислый газ, образуемый вулканами, растворяется в океанах, чтобы сделать их более кислыми, и он становится сырьем для фотосинтеза. Этот естественный цикл возмущается добавлением дополнительного количества углекислого газа в атмосферу, например, при сжигании ископаемого топлива. Эффекты могут включать повышение температуры и повышенную кислотность океана, что может поставить под угрозу жизнь моря.
Сейчас считается, что повышение уровня углекислого газа обусловлено деятельностью человека. Увеличение концентрации СО 2 совпало с началом промышленной революции. С тех пор этот показатель только увеличивался, и в ближайшее время снижаться не собирается. Доказательством этому может служить то, что в сентябре в атмосфере Земли, обычно, минимальный уровень углекислого газа за год. Но в 2016 г. СО 2 в сентябре не стало меньше.
Данные о концентрации углекислого газа в атмосфере Земли предоставляют несколько организаций. Главный центр мониторинга - это обсерватория Мауна-Лоа . Она расположена на южном склоне одноименной горы одного из Гавайских островов. Информация, получаемая сотрудниками обсерватории, используется в глобальном мониторинге состояния атмосферы и в анализе проблем, которые связаны с глобальным потеплением климата.
Двуокись углерода через геологическое время. Большинство ученых согласны с тем, что за последние 200 миллионов лет углекислый газ уменьшился из-за ускорения прохождения атомов углерода из их вулканических источников в отложения. Свежие камни обеспечиваются посредством столкновений пластин и горного строительства, то есть поднятия земли и падения уровня моря. В целом за последние 100 миллионов лет, и особенно с последних 40 миллионов лет, наблюдается тенденция к увеличению количества гор. Это видно из содержания изотопов стронция морских карбонатов.
«Возможна ли ситуация, когда в октябре 2016 года концентрация СО 2 упадет ниже отметки в 400 частей на миллион? Нет, это очень маловероятно», - говорит Ральф Килинг , ведущий специалист программы мониторинга диоксида углерода в Институте океанографии Скриппса. Небольшая отрицательная динамика все еще возможна, считает ученый, но понижение уровня диоксида углерода может быть только краткосрочным.
Тип стронция, полученного из магматических пород на суше, увеличился по сравнению с типом стронция из других источников. Органические вещества захоронены в болотах и в континентальных окраинах. Климат охладился, когда планета приобрела горные хребты и как уровень моря упал. Пассаты стали более энергичными. Увеличился прибрежный апвеллинг питательных веществ в прибрежных водах. Таким образом, больше органических веществ было захоронено вдоль берегов континентов. Кроме того, увеличение количества грязи из восходящих гор помогло похоронить органическое вещество.
Причины отрицательной динамики могут быть разными. Например, обсерватория Мауна-Лоа в августе этого года зафиксировала падение СО 2 ниже отметки в 400 частей на миллион. Объясняется это тем, что в августе в районе Гавайских островов прошел ураган, который и стал причиной снижения концентрации диоксида углерода. В целом же, как утверждают климатологи, мы уже живем в мире «400 частей на миллион», и в ближайшее время ситуация не изменится. Какие это может иметь последствия для человека?
Со временем углекислый газ более легко превратился в осадочный углерод, и планета еще больше охладилась. Гидрат метана мог образоваться на морском дне, улавливая метан и отрицая другой источник углерода в системе океан-атмосфера. В углеродном цикле необходимо учитывать много процессов, которые чрезвычайно сложно учесть, и невозможно вычислить, не создавая компьютерную модель для имитации. Ученые, заинтересованные в углеродном цикле, за многие годы создали ряд таких моделей. Такие модели могут иметь от 50 до 100 взаимодействующих уравнений, описывающих все различные процессы углеродного цикла, которые имеют отношение к проблеме изменения углекислого газа через геологическое время.
Кэролин Снайдер (Carolyn Snyder) из Стэнфордского университета (США) провела работу по анализу температуры на Земле за период в два миллиона лет. В работе сравнивалась динамика температуры и изменение концентрации диоксида углерода в атмосфере. Как оказалось, климат Земли является еще более чувствительным к диоксиду углерода, чем считалось ранее. Снайдер утверждает, что в ближайшую тысячу лет температура поднимется сразу на несколько градусов. Свои выводы она изложила в статье, опубликованной в журнале Nature .
В какой степени следует надеяться на ответы, полученные от таких моделей? Все, что можно сказать, это: Модели - это лучшее, что мы можем сделать, все остальное - это заставка для конвертов. Это означает, что мы должны использовать модели для того, чтобы рассказать о возможностях, понимая, что их продукция порождает вероятности, а не измерения.
Последствия использования человеком ископаемого топлива в условиях глобального потепления не ускользнули от внимания. Подкисление океана является еще одним и менее известным из-за того, что примерно 79 миллионов тонн углекислого газа, выделяемого в атмосферу каждый день, не только в результате сжигания ископаемого топлива, а также обезлесения и производства цемента. Воздействие подкисления океана на морские экосистемы до сих пор слабо известно, но одним из наиболее вероятных последствий является более медленный рост организмов, образующих карбонатные скелеты или раковины, такие как кораллы и моллюски.
Для отслеживания динамики температуры на Земле за период времени в 2 млн лет Снайдер использовала специфическую методику, где требуется оценивать соотношение изотопов магния и кальция в осадочных породах. Этот метод возможно использовать только для оценки долгосрочных изменений параметров температуры на планете.
Как оказалось, последние пять тысяч лет стали наиболее теплыми за период времени в 120 000 лет. Правда, температурный пик пришелся как раз на первые 5000 лет указанного временного отрезка. Тогда среднегодовой показатель температуры был примерно на 3,5 °C выше, чем сейчас. Теплее на Земле было только 2 млн лет назад, когда средняя температура составляла около +16°C. Сейчас среднегодовая температура на Земле составляет +14°C. Снайдер построила шкалу зависимости температуры от концентрации углекислого газа. Если использовать метод, предложенный Кэролин Снайдер, получается, что при уровне СО 2 в 560 частей на миллион среднегодовая температура должна подняться с +14°C до +23°C.
Для понимания понимания подкисления океана и его возможных воздействий необходимо понять поведение углерода в природе. Углерод, как и другие элементы, циркулирует в разных химических формах и между различными частями системы Земли. Океаны могут смягчить этот дополнительный поток двуокиси углерода и тем самым способствовать умеренному глобальному потеплению, но это не без последствий.
После растворения в морской воде двуокись углерода подвергается двум возможным судам. Он может использоваться либо фотосинтезом, либо другими физиологическими процессами, либо оставаться свободным в его различных растворенных формах в воде. Последнее приводит к подкислению океана.
Повышение концентрации диоксида углерода за последние 200 лет с 280 до 400 частей на миллион должно повлечь за собой увеличение среднегодовой температуры на Земле примерено на +5°C. Пока что ученые говорят о разнице с доиндустриальным периодом всего на +1°C. Снайдер утверждает, что причина - в инерционности климата планеты. Спустя некоторое время температура будет повышаться. И даже, если концентрация СО 2 останется на текущем уровне, через 1000 лет среднегодовая температура на Земле повысится на прогнозируемые +5°C.
Химический процесс окисления океана
Между верхними слоями океанов и атмосферой происходит постоянный обмен. Таким образом, двуокись углерода в атмосфере растворяется в поверхностных водах океанов, чтобы установить равновесное равновесие с концентрацией атмосферы. Большая часть этой кислоты диссоциирует на ионы водорода и бикарбонатные ионы. Среднее значение рН сегодняшних поверхностных вод равно 1, что составляет примерно 1 показатель рН меньше, чем предполагаемая доиндустриальная стоимость 200 лет назад. Все это происходит со скоростью 100 раз больше, чем когда-либо наблюдалось во время геологического прошлого.
Современное человечество широко использует энергию, получающуюся при сжигании нефти, газа и угля. При этом в атмосферу выбрасывается огромное количество углекислого газа. Но он не остается там навсегда: растения используют его в процессе фотосинтеза, превращая в кислород и органику, океаны растворяют его в своих пучинах. Интересно, увеличивается содержание СО2 в атмосфере Земли? Ответ на этот вопрос очень важен.
Возможные последствия для морских организмов
Несколько морских видов, сообществ и экосистем могут не иметь времени для акклиматизации или адаптации к этим быстрым изменениям в химии океана. Растворение двуокиси углерода в морской воде не только провоцирует увеличение ионов водорода и, следовательно, снижение рН, но также и уменьшение очень важной формы неорганического углерода: карбонатного иона. Многочисленные морские организмы, такие как кораллы, моллюски, ракообразные и морские рыбы, полагаются на карбонатные ионы для образования их известковых оболочек или скелетов в процессе, известном как кальцификация.
Дело в том, что СО2, метан и некоторые другие газы, находясь в атмосфере, задерживают тепловое излучение Земли. Она оказывается как будто укутанной парниковой пленкой, и если количество углекислого и других «парниковых газов» возрастает, то на Земле, как в обычном парнике, начинает повышаться температура. Это грозит сильным потеплением, глобальным изменением климата, таянием ледников, повышением уровня океана и затоплением прибрежных густонаселенных и плодородных территорий. Но, для того чтобы определить, растет ли количество углекислого газа в атмосфере, надо знать ту его концентрацию, которая была в атмосфере до появления промышленности, до начала использования угля, нефти и газа.
Концентрация ионов карбоната в океане в значительной степени определяет, происходит ли растворение или осаждение арагонита и кальцита, двух природных полиморфов карбоната кальция, секретируемых в виде оболочек или скелетов этими организмами. Сегодня поверхностные воды являются супернасыщенными по отношению к арагониту и кальциту, что означает, что карбонатные ионы в изобилии. Эта супернасыщенность необходима не только для кальцификации организмов для производства их скелетов или оболочек, но и для сохранения этих структур.
Существующие оболочки и скелеты могут растворяться, если рН достигает более низких значений, а океаны становятся агрессивными для этих организмов. Следовательно, результаты снижения ионов карбоната могут быть катастрофическими для кальцификации организмов, которые играют важную роль в пищевой цепи и образуют разнообразные среды обитания, помогающие поддерживать биоразнообразие.
В этом ученым помогло изучение ледниковых кернов.
Когда фирн превращается в лед, атмосферный воздух замыкается в пузырьках. Выделяя его из керна, можно узнать о прошлом составе атмосферы, содержании углекислого газа и метана.
Анализ ледяного керна из глубоких скважин показал, что в разгар эпохи валдайского оледенения концентрация углекислого газа в атмосфере была на 25% ниже, чем теперь. Значит, за последние 15 тысч лет содержание СО2 в воздухе сильно возросло. Можно считать, что пониженное содержание углекислого газа типично для эпох оледенения, а повышенное – для теплых интервалов, таких, как нынешний. Эта цифра и есть та «точка отсчета», сравнивая с которой современную концентрацию СО2 в атмосфере, можно узнать, растет ли его содержание в воздухе или нет, грозит ли нам глобальное изменение климата или эта опасность минует человечество.
Величина подкисления океана может быть предсказана с высокой степенью уверенности, поскольку химия океана хорошо известна. Но воздействие подкисления на морские организмы и их экосистемы гораздо менее предсказуемо. Подверженность океаническому воздействию оказывает не только кальцинирующие организмы. Другие основные физиологические процессы, такие как размножение, рост и фотосинтез, подвержены влиянию, что может привести к значительной потере морского биоразнообразия. Исследования по подкислению океана все еще находятся в зачаточном состоянии, и требуется больше исследований, чтобы ответить на многочисленные вопросы, связанные с его биологическими и биогеохимическими последствиями.
Детальные наблюдения за концентрацией углекислого газа в атмосфере ведутся уже многие 13 годы на обсерватории Мауна-Лоа (Гавайские острова) и на Южном полюсе. По этим данным, с начала XIX века по 80-е годы XX века она выросла от значения, типичного для межледниковых условий, до значения, которому нет аналогов в ледниковом керне. Та же картина и с метаном: его современная концентрация в атмосфере в 2,5 раза больше максимальной «записанной» в леднике за последние 200 тысяч лет.
Антропогенный углерод и рН океана. Окисление океана за счет увеличения содержания углекислого газа в атмосфере. Подкисление океана и его последствия. Арагонит - орторомбическая минеральная форма кристаллического карбоната кальция, диморфная с кальцитом.
Биосфера - живые организмы и их окружающая среда. Неорганические - не вовлекать ни органическую жизнь, ни продукты органической жизни. Окисление океана - процесс, посредством которого двуокись углерода растворяется в морской воде, что приводит к снижению рН и другим изменениям в химическом составе карбоната океана.
Если сравнить нынешнее содержание парниковых газов с данными, определенными по ледниковому керну и соответствующими доиндустриальной эпохе, то окажется, что за последние 200 лет их рост составил: 25% для углекислого газа, 100% для метана, 8 – 10% для двуокиси азота. Эти значения согласуются с данными о масштабах сжигания минерального топлива, а общий рост содержания углекислых газов в атмосфере – с населением Земли, которое за те же 200 лет увеличилось с 1 до 5 миллиарда человек. Значит, именно рост народонаселения приближает человечество к экологической катастрофе.
Органические - относящиеся к живым организмам или связанные с ними. Фотосинтез. Процесс в зеленых растениях и некоторых других организмах, посредством которых углеводы синтезируются из углекислого газа и воды с использованием света в качестве источника энергии. Большинство форм фотосинтеза выделяют кислород в качестве побочного продукта.
Фитопланктон - Минута, свободноплавающие водные растения. Полиморф - химия. Конкретная кристаллическая форма соединения, которое может кристаллизоваться в разных формах. Для большинства людей глобальное изменение климата является одним из тех вопросов, которые мы постоянно слышим в новостях, но с трудом понимаем, потому что научные концепции сложны, а представленная информация часто противоречива. В одной статье можно сказать, что изменение климата является абсолютно результатом человеческой деятельности, а следующее может утверждать, что это естественный процесс, который произошел много раз по всей долгой истории Земли.
Похожие статьи
