Г.А. Заварзин - Лекции по природоведческой микробиологии (1125587), страница 25
Текст из файла (страница 25)
4.2. Среднемесячная концентрация СОз цо меридионлльным станциям Тихого океана (Ашцвйни Вцгелц Мегеого!ойу) Станции: 1 — А!егг; 2 — Внпоиб 3 — Мнццн 1.он; 4 — Саре Спиц 5 — Яоцрл Ро1е Сезонные колебания, связанные с ассимиляцией Соз в вегетационный период, сильнее всего в контннентельном борезльном поясе (1,2 - Аяяскв) н влияют нв все Северное полушарие вплоть до тропиков (3 — Гаваи). В океаническом южном полушарии колебания сглажены (4- тесмання, 5 — Южный иолюс). Наземные экосистемы имеют наиболее быстрый обмен с атмосферой. Перенос воздушных месс через тропическую зону конвергенции земедлен Окислы азота образуются в результате высокотемпературных реакций на воздухе, особенно в двигателях внутреннего сгорания, но также при грозовых разрядах, и служат важными катализаторами фотохимических реакций.
Двуокись серы образуется при сжигании серосодержащих топлив, особенно сернистого угля, а также и при окислении биогенного диметилсульфида ЯМС). Следует обратить внимание, что техногенные источники парниковых газов совпадают по составу с вулканическими источниками. Причина заключается в высокотемпературных реакциях. Отсюда следует, что в природе вероятно существование естественных механизмов стока этих газов, и моделью их могут служить микроорганизмы вулканических мест обитания — кальдерная микрофлора. Важнейшим свойством климатической системы является наличие положительных обратных связей.
При повышении температуры воздуха увеличивается содержание паров воды в атмосфере, в большой степени отвечающих за поглощение теплового излучения и ведущих к потеплению. При понижении температуры происходит образование льда, повышающего сухость атмосферы и увеличивающего отражение солнечной радиации, что влечет за собой похолодание. При повышении температуры воды океана уменьшается растворимость углекислоты и соответственно происходит ее выброс в атмосферу, что опять-таки ведет к потеплению. Все эти связи ведут к большой неустойчивости климатической системы. Критическим для проблемы антропогенного влияния является корреляция газового состава атмосферы и температуры в прошлом.
Газовый состав атмосферы и температуру прошлого научились определять с большой точностью по составу газовых включений, а температуру — по изотопии кислорода. В результате было установлено, что климат резко менялся не только в течение геологических эпох, но и десятилетий, Первым примером таких изменений послужило резкое потепление в Северной Атлантике — климатическое явление Дансгаарда — Оешгера. Причины этих резких колебаний палеоклимата неясны. Неясно, что предшествует чему: повышение температуры увеличению концентрации парниковых газов или же наоборот.
Кроме мониторинга химического состава атмосферы важнейшим фактом стало исследование состава газов, уловленных в ледяных кернах Антарктиды, Керны были получены на станции "Восток" в буровой установке по разработке Института Арктики и Антарктики в Ленинграде и послужили для анализа пузырьков газа. Захват газов атмосферы происходит при последовательном спрессовывании снега в фирн и затем в лед, что происходит на глубине первых метров; только на этом последнем этапе прекращается миграция газов по ходам.
Таким образом, состав газа в пузырьках соответствует составу атмосферы в ту или иную эпоху с обобщением по меньшей мере в десятки лет. Ледяные керны были исследованы хроматографически и масс-спектрометрическн и дали корреляцию температуры, определяемой по изотопу ~гО, с содержанием СОг и СН4. Удалось проследить состав атмосферы на протяжении 160 тыс.
лет. Аналогичная работа была проведена в Гренландии и привела к заключению о резких колебаниях климата в доантропогенную эпоху с изменением около 5 'С за десятилетие. Информация об эпизодах внезапного потепления климата нашла свое подтверждение в данных палеоклиматологии, по слоям роста кораллов, индикаторным организмам (фораминиферам) в донных отложениях океанов. Основной вывод заключается в том, что темперагпура и содержание парниковых газов в атмосфере положительно коррелируют. Климат зависит не только от парниковых газов. Значение имеет и ряд иных факторов эндогенной и экзогенной природы. К ним относится: 1) астрономические факторы: изменение солнечной постоянной, эксцентриситета земной орбиты с периодом 93 000 лет, наклона земной оси с периодом 41 000 лет, прецессия оси с периодом 21 000 лет (циклы Миланковича). В масштабе десятков тысяч лет эти факторы являются ведущими н получили хорошее подтверждение для нескольких сот тысяч лет (Отаеде!, Сппгеп, 1992).
Астрономические факторы хорошо согласуются с ледниковыми периодамиг; 2) геологические факторы: тектонические процессы, вулканические извержения, эрозия и выветрнвание горных пород, положение континентов; 3) океанические факторы: Эль Ниньо (теплое течение у западных берегов Южной Америки, обусловленное атмосферными циклоническими системами над Тихим океаном) и менее выраженная г Милет йА., Мас0она!й 0.1. 1се аяев апв' ззиовввйса1 савгек Раса зресиз3 ава!уйг апа твсЬап1ивк Вз Брппхег, СЫсвеснег, Ь.: Ргахаь 2000. 318 р.
110 Северо-Атлантическая осцнлляция, изменение термогалинной циркуляции вод океана, изменение уровня океана (эвстатическая кривая), образование льда; 4) биологические факторы: влияние растительности на альбедо и эвапотранспирацию. Они эффектно иллюстрированы Дж. Ловелоком на примере "мира фиалок'* (1)а)зу )ног!б): пусгь часть поверхности Земли покрыта белыми фиалками с высоким альбедо.
При повышении температуры фиалки размножаются и увеличивают отражающую поверхность, снижая температуру и обусловливая отрицательную связь. Это пример саморегуляции "Земли как живого организма", или модной гипотезы Ген. К той же категории относится выделение морским фитопланктоном диметилсульфида, который в воздухе превращается в конечном итоге в сульфат, служащий центрами конденсации для воды облачного покрова Земли. Однако главным фактором влияния биоты на климат оказывается ее участие в образовании и поглощении парниковых газов, поскольку основным стоком для СОг является поглощение фотоавтотрофами, а источником разных парниковых газов служит аэробная и анаэробная деструкция мортмассы.
Эмиссия парниковых газов на 90% обусловлена деятельностью микроорганизмов. Только 10% эмиссии СОг с суши связано с сжиганием топлив. Роль животных суши количественно незначительна. В антропогенной продукции метана, за исключением источников, связанных с добычей ископаемых топлив, в первую очередь с открытыми разработками угольных месторождений, образование метана обусловлено изменениями условий обитания метаногенного сообщества, например на рисовых полях. Закись азота образуется при сжигании биомассы, но основным ее источником служат микробные процессы цикла азота.
Цикл летучих соединений серы связан с гниением и мощным процессом сульфатредукции. Так называемая "антропогенная продукция" парниковых газов обусловлена в значительной степени изменением условий обитания микробного сообщества в антропогенно-модифицированном ландшафте. Сопоставление газов, эмитируемых с поверхности Земли в атмосферу, с разнообразием специализированных физиологических групп бактерий показывает, что для отдельных газов можно указать циклы с бактериями-генераторами газов и бактериями-окислителями.
Этн циклы представляют важнейший глобальный биотический механизм и рассматриваются подробно ниже. Побудительным мотивом к действиям в связи с изменениями климата послужили антропоцентрические соображения. Сначала панику вызвало появление "озоновых дыр'* над Антарктидой, а потом и в Северном полушарии.
Уменьшение стратосферного озона величению (Л~-В, достигающего обитаемой поверхносги угрожает здоровью. Образование "дыр" приписывается хотя есть и другие участники. Последовал "Монреальский протокол", запрещающий выпуск фреонов. Для микробиологов это обернулось повышенным интересом к организмам, способным ис- пользовать хлорированные соединения, особенно в анаэробных ус- ловиях, проводя реакцию дегалогенизацни. Когда американец Килинг в результате многолетних наблюде- ний, начиная с 1958 г., за содержанием газов в меридиональной сети морских обсерваторий нашел увеличение концентрации СО2 в пос- ледние десятилетия, то это свидетельствовало об изменении балан- са в биосфере в сторону преобладания источников над стоками, или деструкции над продукцией. Неприродным источником СО2 служит сжигание углеродных топлив, которое суммируется с предположи- тельно находящимся в равновесии балансом продукции и деструк- [ ции.
Концентрация СОг в значительной степени определяет парни- ковый эффект. Возможность глобального изменения климата вы- звала необходимость превентивных действий вплоть до заключения "Рамочной Конвенции по климату" в 1992 г., согласно которой все страны должны воздерживаться от увеличения эмиссии парниковых газов и должны: — способствовать уменьшению источников парниковых газов, — поддерживать существующие стоки парниковых газов, 1 — расширять стоки парниковых газов, — сохранять резервуары предшественников парниковых газов, прежде всего органического углерода. Химия атмосферы стала одной из наиболее актуальных проблем естествознания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
