168741 (Джерела і сток СО2)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РЕФЕРАТ

ДЖЕРЕЛА І СТОК СО2

Київ-2007

Зміст

1. Людина і клімат

   1. Взаємозв’язок між енергоспоживанням, економічною діяльністю і надходженням СО2 в атмосферу

   2. Споживання енергії і викиди вуглекислого газу

2. Вуглець в природі

   1. Основні хімічні з’єднання і реакції

   2. Ізотопи вуглецю

3. Вуглець в атмосфері

   1. Атмосферний вуглекислий газ

   2. Зміст ізотопу С в атмосферному вуглекислому газі

   3. Зміст ізотопу С в атмосферному вуглекислому газі

   4. Перемішування в атмосфері

4. Газообмін в системі атмосфера – океан

   1. Швидкість газообміну

   2. Буферні властивості карбонатної системи

5. Вуглець в морській воді.

   1. Повний зміст вуглецю і лужність

   2. Фотосинтез, розкладання і розчинення органічної речовини

   3. С в океані

   4. Донні осідання океану

   5. Процеси перенесення в океані

6. Вуглець в континентальній біоті і в грунтах

   1. Вуглець в біоті і первинна продуктивність

   2. Вуглець в грунті

   3. Зміна змісту вуглецю в континентальних екосистемах

7. Прогнози концентрації вуглекислого газу в атмосфері на майбутнє.

Список літератури

1 Людина і клімат

Вплив людини на клімат почав виявлятися декілька тисяч років тому у зв’язку з розвитком землеробства. В багатьох районах для обробки землі знищувалася лісова рослинність, що призводило до збільшення швидкості вітру земної поверхні, деякій зміні режиму температури і вологості нижнього шару повітря, а також до зміни режиму вологості грунту, випаровування і річкового стоку. В порівняно сухих областях знищення лісів часто супроводжувалося посиленням запорошених бурь і руйнуванням грунтового покриву, помітно змінювало природні умови на цих територіях.

Разом з цим знищення лісів навіть на широких просторах робить обмежений вплив на метеорологічні процеси великого масштабу. Зменшення шорсткості земної поверхні і деяка зміна випаровування на звільнених від лісів територіях дещо змінює режим опадів, хоча така зміна порівняно невелика, якщо ліси замінюються іншими видами рослинності.

Більш істотний вплив на осідання може надати повне знищення рослинного покриву на деякій території, що неодноразово відбувалося у минулому в результаті господарської діяльності людини. Такі випадки мали місце після вирубки лісів в гірських районах із слабо розвиненим грунтовим покривом. В цих умовах ерозія швидко руйнує не захищений лісом грунт, внаслідок чого стає неможливим подальше існування розвиненого рослинного покриву. Схоже становище виникає в деяких областях сухих степів, де природний рослинний покрив, знищений внаслідок необмеженого випасу сільськогосподарських тварин, не поновлюється, у зв’язку з чим ці області перетворюються на пустелі.

Оскільки земна поверхня без рослинного покриву сильно нагрівається сонячною радіацією, відносна вологість повітря на ній падає, що підвищує рівень конденсації і може зменшувати кількість випадаючих опадів. Ймовірно, саме цим можна пояснити випадки невідновлення природної рослинності в сухих районах після її знищення людиною.

Інша форма впливу діяльності людини на клімат зв’язана із застосуванням штучного зрошування. В посушливих районах зрошування використовується протягом багатьох тисячоліть, починаючи з епохи найдавніших цивілізацій, що виникли в долині Ніла і межиріччі Тігра і Єфрата.

Вживання зрошування різко змінює мікроклімат зрошуваних полів. Через незначне збільшення витрат тепла на випаровування знижується температура земної поверхні, що призводить до пониження температури і підвищення відносної вологості нижнього шару повітря. Проте така зміна метеорологічного режиму швидко затухає за межами зрошуваних полів, тому зрошування призводить тільки до змін місцевого клімату і мало впливає на метеорологічні процеси великого масштабу.

Інші види діяльності людини у минулому не робили помітного впливу на метеорологічний режим різних за своєю структурою просторів, тому до недавнього часу кліматичні умови на нашій планеті визначалися в основному природними чинниками. Таке положення почало змінюватися в середині ХХ століття через швидке зростання чисельності населення і особливо через прискорення розвитку техніки і енергетики.

Сучасні дії людини на клімат можна розділити на дві групи, з якої до першої відносяться направлені дії на гідрометеорологічний режим, а до другої - дії, що є побічними наслідками господарської діяльності людини.

Діяльність людини досягла вже такого рівня розвитку, при якому її вплив на природу набуває глобального характеру. Природні системи – атмосфера, суша, океан, – а також життя на планеті вцілому піддаються цим діям. Відомо, що протягом останнього століття збільшувався вміст в атмосфері деяких газових складових, таких, як двоокис вуглецю ( ), закис азоту ( ), метан ( ) і тропосферний озон ( ). Додатково в атмосферу поступали і інші гази, що не є природними компонентами глобальної екосистеми. Головні з них - фторхлоруглеводні. Ці газові домішки поглинають і випромінюють радіацію і тому здатні впливати на клімат Землі. Всі ці гази в сукупності можна назвати парниковими.

Уявлення про те, що клімат міг змінюватися в результаті викиду в атмосферу двоокису вуглецю, виникло не сьогодні. Арреніус вказав на те, що спалювання викопного палива могло привести до збільшення концентрації атмосферного і тим самим змінити радіаційний баланс Землі. В теперішні часи час нам приблизно відомо, яка кількість поступила в атмосферу за рахунок спалювання викопного палива і змін у використанні земель (знищення лісів і розширення сільськогосподарських угідь), і можна зв’язати збільшення концентрації атмосферної внаслідок діяльністі людини.

Механізм дії на клімат полягає в так званому парниковому ефекті. Тоді як для короткохвильової сонячної радіації прозорий, довгохвильову радіацію, що йде від земної поверхні, цей газ поглинає і перевипромінює поглинену енергію у всіх напрямах. Внаслідок цього ефекту збільшення концентрації атмосферного приводить до нагріву поверхні Землі і нижньої атмосфери. Зростання концентрації в атмосфері, що продовжується, може привести до зміни глобального клімату, тому прогноз майбутніх концентрацій вуглекислого газу є важливою задачею.

1.1 Взаємозв’язок між енергоспоживанням економічною діяльністю і надходженням вуглекислого газу в атмосферу

Основним антропогенним джерелом викидів є спалювання всіляких видів вуглеводовмісного палива. В даний час економічний розвиток звичайно зв’язується із зростанням індустріалізації. Історично склалося, що підйом економіки залежить від наявності доступних джерел енергії і кількості спалюваного викопного палива. Дані про розвиток економіки і енергетики для більшості країн за період 1860-1973 рр. свідчать не тільки про економічне зростання, але і про зростання енергоспоживання. Проте одне не є наслідком іншого. Починаючи з 1973 року в багатьох країнах наголошується зниження питомих енерговитрат при зростанні реальних цін на енергію. Недавнє дослідження промислового використовування енергії в США показало, що починаючи з 1920 року відношення витрат первинної енергії до економічного еквівалента вироблюваних товарів постійно зменшувалося. Більш ефективне використовування енергії досягається в результаті вдосконалення промислової технології, транспортних засобів і проектування будівель. Крім того, у ряді промислово розвинених країн відбулися зміни в структурі економіки, що виразилися в переході від розвитку сировинної і переробляючої промисловості до розширення галузей, які виробляють кінцевий продукт.

Мінімальний рівень споживання енергії на душу населення, необхідний в даний час для задоволення потреб медицини, освіти і рекреації, значно міняється від регіону до регіону і від країни до країни. В багатьох країнах, що розвиваються, значне зростання споживання високоякісних видів палива на душу населення є істотним чинником для досягнення більш високого рівня життя. Зараз представляється вірогідним, що продовження економічного зростання і досягнення бажаного рівня життя не пов’язано з рівнем енергоспоживання на душу населення, проте цей процес ще недостатньо вивчений.

Можна припустити, що до досягнення середини наступного сторіліття економіка більшості країн зуміє пристосуватися до підвищених цін на енергію, зменшуючи потреби в робочій силі і в інших видах ресурсів, а також збільшуючи швидкість обробки і передачі інформації або, можливо, змінюючи структуру економічного балансу між виробництвом товарів і наданням послуг. Таким чином, від вибору стратегії розвитку енергетики з тією або іншою часткою використання вугілля або ядерного палива в енергетичній системі безпосередньо залежатиме швидкість промислових викидів .

1.2 Споживання енергії і викиди вуглекислого газу

Енергія не виробляється заради самого виробництва енергії. В промислово розвинених країнах основна частина енергії, що виробляється, викоритовується на промисловість, транспорт, обігрів і охолоджування будівель. В багатьох виконаних дослідженнях показано, що сучасний рівень споживання енергії в промислово розвинених станах може бути істотно понижений за рахунок вживання енергозберігаючих технологій. Так, було розраховано, що якби США перейшли б при виробництві товарів широкого споживання і у сфері послуг на якнайменш енергоємні з вже наявних технологій при тому ж об’ємі виробництва, то кількість поступаючого в атмосферу вуглекислого газу зменшилася б на 25%. Загальне зменшення викидів вцілому по земній кулі при цьому склало б 7%. Подібний ефект мав би місце і в інших промислово розвинених країнах. Подальшого зниження швидкості надходження в атмосферу можна досягти шляхом зміни структури економіки в результаті упровадження більш ефективних методів виробництва товарів і удосконалень у сфері надання послуг населенню.

2 Вуглець в природі

Серед безлічі хімічних елементів, без яких неможливе існування життя на Землі, вуглець є головним. Хімічні перетворення органічних речовин пов’язані із здатністю атома вуглецю утворювати довгі ковалентні ланцюги і кільця. Біогеохімічний цикл вуглецю, природно, дуже складний, оскільки він включає не тільки функціонування всіх форм життя на Землі, але і перенесення неорганічних речовин як між різними резервуарами вуглецю, так і усередині них. Основними резервуарами вуглецю є атмосфера, континентальна біомаса, включаючи грунти, гідросфера з морською біотою і літосфера. Протягом останніх двох століть в системі атмосфера – біосфера – гідросфера відбуваються зміни потоків вуглецю, інтенсивність яких приблизно на порядок величини перевищує інтенсивність геологічних процесів перенесення цього елемента. З цієї причини слід обмежитися аналізом взаємодій в межах цієї системи, включаючи грунти.

2.1 Основні хімічні з’єднання і реакції

Відомо більше мільйона вуглецевих з’єднань, тисячі з яких беруть участь в біологічних процесах. Атоми вуглецю можуть знаходитися в одному з дев’яти можливих станів окислення: від +IV до -IV. Найпоширеніше явище – це повне окислення, тобто +IV, прикладами таких з’єднань можуть служити і . Більше 99% вуглецю в атмосфері міститься у вигляді вуглекислого газу. Біля 97% вуглецю в океанах існує в розчиненій формі ( ), а в літосфері – у вигляді мінералів. Прикладом стану окислення +II є мала газова складова атмосфери , яка досить швидко окислюється до .Элементний карбон присутній в атмосфері в малих кількостях у вигляді графіту і алмаза, а в грунті – у формі деревного вугілля. Асиміляція вуглецю в процесі фотосинтезу приводить до утворення відновленого вуглецю, який присутній в біоті, мертвій органічній речовині грунту, у верхніх шарах осадових порід у вигляді вугілля, нафти і газу, схованого на великих глибинах, і в літосфері – у вигляді розсіяного недоокисленого вуглецю. Деякі газоподібні з’єднання, що містять недоокислений вуглець

2.2 Ізотопи вуглецю