Круговорот углерода. «Парниковый» эффект
Федеральное агентство по образованию
Московский Государственный Строительный Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.
ЭКОЛОГИЯ - Конспект лекций.
Москва 2009
Московский Государственный Строительный Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.
ЭКОЛОГИЯ - Конспект лекций.
Москва 2009
Введение.
Тема 1. Учение о биосфере и ее эволюции.
Тема 2. Основные законы и принципы экологии.
- Абиотические факторы воздушно-наземной среды.
- Абиотические факторы почвенного покрова.
- Абиотические факторы водной среды.
- Биотические факторы.
- Некоторые законы и понятия экологии.
- Закон ограниченности природных ресурсов. (правило одного процента)
- Понятие об экологической нише.
- Правило обязательного заполнения экологических ниш.
- Адаптация живых организмов к экологическим факторам.
- Популяция, ее структура и динамика.
- Структура водной и наземной экосистем.
- Гомеостаз и сукцессия экологической системы.
- Законы термодинамики.
- Антропогенные воздействия на экосистемы.
- Круговорот воды.
- Эвтрофикация и меры борьбы с нею.
- Атмосферные процессы.
- Кислотные осадки.
- Круговорот углерода. «Парниковый» эффект
- Разрушение озонового экрана.
- Круговорот азота.
- Круговорот серы.
- Круговорот фосфора.
- Круговорот радионуклидов.
- Круговорот токсичных элементов.
- Глобальные экологические проблемы.
- Загрязнения окружающей среды.
- Загрязнение гидросферы.
- Экологическая надежность и безопасность.
Список использованной литературы.
Круговорот углерода. «Парниковый» эффект.
В процессе фотосинтеза растения извлекают атомы С и О из молекул поглощаемого из воздуха или воды СО2 и атомы Н из молекул воды. Атомы С, Н и О используются для построения молекул простого сахара – глюкозы:
6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2↑
Углерод, содержащийся в атмосфере в виде СО2 (23,5*1011 т) служит сырьем для фотосинтеза растений, а затем вместе с растениями потребляется консументами разных трофических уровней, после чего СО2 выделяется при дыхании животных. Процесс расщепления органических молекул с выделением энергии называется клеточным дыханием:
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 ↑ + 6Н2О + энергия
В ходе фотосинтеза атомы углерода из СО2 включаются в состав глюкозы и других органических веществ, из которых построены все растительные ткани. В процессе клеточного дыхания СО2 вновь поступает в окружающую среду, завершив цикл. Аналогично атомы С возвращаются в атмосферу в результате сжигания органического топлива:
энергия
тепла и света
С6Н12О6 + 6О2 → горение ↑ → 6СО2 + 6Н2О
глюкоза (или окисление)
В настоящее время добывается огромное количество ископаемого топлива для обеспечения энергетических потребителей. Сжигая его, завершается круговорот углерода, начатый миллиарды лет тому назад. Но при этом сильно возрастает концентрация СО2, а его поступление в атмосферу превышает поглощающие возможности существующих растений. Такое явление чревато серьезными климатическими последствиями, в частности, возникновением так называемого «парникового» эффекта. Его причина – увеличение концентрации СО2 и некоторых других газов в атмосфере, что приведет к потеплению климата, а значит к повышению уровня моря и резкому изменению погодных условий во всем мире.
Известно, что световая энергия проникает сквозь толщу атмосферы, поглощается поверхностью Земли, преобразуется в тепловую энергию и выделяется в виде ИК-излучения. СО2 (в отличие от других компонентов атмосферы) поглощает это излучение, при этом СО2 нагревается и в свою очередь нагревает атмосферу в целом. Следовательно, чем больше в ней СО2, тем больше ИК-лучей будет поглощено, тем теплее станет атмосфера, в результате возникает так называемый «парниковый» эффект.
В природной биосфере содержание СО2 поддерживается примерно на одном уровне, т.к. поступление его равняется удалению. Антропогенная деятельность нарушает это равновесие, уничтожая леса и используя ископаемое топливо. Сжигание 1кг угля, нефтепродуктов и природного газа приводит к образованию ~ 3кг СО2. Ежегодно сжигается более 2млд т топлива, а значит в атмосферный воздух попадает около 6 млрд т СО2. Еще примерно 1,7 млрд. т СО2 поступает за счет уничтожения лесов и окисления органического вещества почвы. В результате концентрация СО2 в атмосфере, составляющая в начале ХХ века около 0,029%, к настоящему времени выросла более, чем на 20% и продолжает расти.
Усугубляют «парниковый» эффект и другие газы, особенно метан, фторхлоруглеводороды, оксиды азота, выбрасываемые в атмосферу, поглощающие ИК-излучение в 50-100 раз сильнее, чем СО2. Если эта тенденция сохранится, то к 2050 г. концентрация СО2 в атмосфере удвоится, а это приведет к повсеместному потеплению на 1,5-4,5 ºС (в полярных районах - на 10º, а в экваториальных – на 1-2 ºС). Увеличение температуры на Планете может привести к таянию ледников и полярных льдов, к поднятию уровня мирового океана. В свою очередь это вызовет затопление больших прибрежных территорий, и в результате – заставит людей покинуть обжитые места и мигрировать вглубь суши.
Потепление климата окажет сильное влияние на сельское хозяйство, известно, что разные температуры на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции атмосферы. Потепление на полюсах изменит картину циркуляции атмосферы, а значит и распределение осадков. В результате в средних широтах (наиболее благоприятная зона для земледелия) естественные осадки могут сократиться на 40%, и значит летом станет жарче, испарения с почвы увеличатся, сами почвы пересохнут, а ветры поднимут их частицы в атмосферу (возможны пыльные бури), урожайность сельскохозяйственных культур понизится.
В 1992 году в Рио-де-Жанейро на Конференции Организации объединенных наций по окружающей среде и развитию была принята рамочная Конвенция ООН об изменении климата (РКИК). Конвенция направлена на принятие мировым сообществом мер по смягчению глобального потепления, вызванного повышением концентрации в атмосфере так называемых парниковых газов и адаптации к его последствиям. Цель Конвенции заключается в стабилизации концентраций парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему. Конвенция вступила в силу 21 марта 1994 г. К середине 2002 года более 190 государств, включая Россию, все развитые страны и страны СНГ, ратифицировали или ввели в действие Конвенцию, тем самым связав себя ее условиями.
В декабре 1997 в г. Киото (Япония) был принят Протокол к рамочной конвенции ООН об изменении климата. Главное в Протоколе — количественные обязательства развитых стран и стран с переходной экономикой, включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парниковых газов, прежде всего СО2, в атмосферу в 2008-2012. У России разрешенный уровень выбросов парниковых газов на эти годы — 100% от уровня 1990. Для стран ЕС в целом он составляет 92%, для Японии — 94%. У США предполагалось 93%, однако эта страна отказалась участвовать в Протоколе, поскольку снижение выбросов углекислого газа означает понижение уровня выработки электроэнергии и, следовательно, стагнацию промышленности. 23 октября 2004 года Государственная Дума России приняла решение о ратификации Киотского Протокола.
В список парниковых газов, выбросы которых регламентируются РКИК и Киотским протоколом входят:
1. Газы с прямым парниковым эффектом:
- Двуокись углерода (СО2);
- Метан (СН4);
- Закись азота (N2O).
- Окись углерода (СО);
- Окислы азота (NOx);
- Неметановые углеводороды (НМУ);
- Фторуглероды;
- Гексафторид серы (SF6);
- Двуокись серы (SO2).
Человечество не только знает о глобальном потеплении, но уже живет в нем. В России некоторые до сих пор думают, что потепление – это хорошо: пусть где-то в Южной Америке иссохнет бассейн Амазонки, зато в РФ климат будет мягче. Однако, если потепление приведет к среднему увеличению глобальной температуры Земли на 2 ºС, то от засухи пострадает 500 млн. человек; а если на 3 ºС – то уже 4 млрд. человек. В этом случае появятся климатические мигранты, т.к. Африка, Средняя Азия, отчасти Индия и Китай превратятся в пустыни. Кроме того, потепление будет сопровождаться увеличением непредсказуемых катастрофических явлений – селей, засух, ураганов, невиданных ливней и т.д.
По заказу Правительства Великобритании был составлен доклад Н. Стерна, который описывает динамику глобального потепления за последние годы и делает прогноз возможной динамики до 2050 г., когда по его предположению будет общее повышение глобальной температуры на 5 ºС. Это придаст современным проблемам реально опасный характер, и тогда речь пойдет о выживании человечества. Сегодня для решения проблемы потепления цивилизации пока что требуется 1 % валового всемирного продукта (ВВП) человеческого сообщества. Однако, чтобы исправить катастрофические последствия в будущем – нужно будет 5% ВВП - это очевидный урон в виде разрушенных дорог, зданий, сооружений, погубленных урожаев и т.п. Стерн допускает, что если дело дойдет до социальных катастроф (массовые миграции населения), то речь может идти уже о 20% ВВП, что станет беспрецедентной нагрузкой на мировую экономику.
Меры борьбы с «парниковым» эффектом:
- Увеличение коэффициента полезного действия (КПД) использования горючего на транспорте, энерго- и ресурсосберегающие технологии;
- Разработка и внедрение альтернативных источников энергии (АЭС, ветровые станции, солнечные батареи, использование для ТЭС биотоплива);
- Прекращение уничтожения лесов и рациональное лесопользование;
- Посадка новых деревьев.
