1 / 45

Углерод в атмосфере

robin-mitchell
Download Presentation

Углерод в атмосфере

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Лекция 3. Lect_03_Carbon_IIЦикл углерода (продолжение). Анализ содержания СО2 в атмосфере в прошлые эпохи по данным кернов льда из Антарктиды: за 400 тыс. лет (станция «Восток») и 800 тыс. лет (проект «EPICA»). Циклы Миланковича. Сопряженные изменения CO2, CH4 и температуры (по дейтерию). Палеотемпература по данным изотопного состава кислорода в карбонатах донных отложений. Потепление в начале Пермского периодаи оценка динамики СО2 в это время. Органические углерод в океане: разные формы.

  2. Углерод в атмосфере

  3. А что происходило с СО2 в атмосфере 10, 20 или 200 тысяч лет тому назад?

  4. J. R. PETIT, J. JOUZEL, D. RAYNAUD, N. I. BARKOV, J.-M. BARNOLA, I. BASILE, M. BENDER, J. CHAPPELLAZ, M. DAVIS, G. DELAYGUE, M. DELMOTTE, V. M. KOTLYAKOV, M. LEGRAND, V. Y. LIPENKOV, C. LORIUS, L. PÉPIN, C. RITZ, E. SALTZMAN & M. STIEVENARD Сlimate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica // Nature. V. 399, P. 429 - 436 (03 June 1999)

  5. Nature 399, 429 - 436 (03 June 1999); Сlimate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica

  6. P. FalkowskiThe Global Carbon Cycle: A Test of OurKnowledge of Earth as a System // Science 2010 V. 290. P 291

  7. ЦИКЛЫ МИЛАНКОВИЧА • Земля регулярно меняет форму орбиты: • C периодичностью 26 тыс. лет меняется конус, описываемой Земной осью (прецессия) • С периодичностью в 41 тыс. лет — угол наклона земной оси к плоскости её орбиты • С периодичностью 93 тыс. лет она становится то более эллипсоидной, то более круговой (меняется эксцентриситет) • Комбинация этих изменений орбиты сказывается на количестве получаемого Землей тепла и на характере распределения его поповерхности планеты

  8. Определение палеотемператур на основе изотопного анализа карбоната кальция CaCO3 (раковины фораминифер, моллюсков, брахиопод) 1. В CaCO3 включаются два изотопа кислорода 16O и «тяжелый» 18O (в том соотношении, в котором они находятся в окружающей среде) 2. Когда океаническая вода испаряется, а затем конденсируется и выпадает в виде осадков, молекулы с тяжелым изотопом 18O, возвращаются в океан быстрее, чем содержащие легкий 16O

  9. Определение палеотемператур на основе изотопного анализа карбоната кальция CaCO3 (раковины фораминифер моллюсков, брахиопод) 3. Молекулы с 16О в значительном количестве уносятся на континенты (снег, выпадающий на ледники, всегда обеднен 18O). 4. Чем больше растет масса ледников, тем сильнее оставшиеся в океане воды обогащаются более тяжелым изотопом 18O

  10. Определение палеотемператур на основе изотопного анализа карбоната кальция CaCO3 (раковины фораминифер) 5. Прослеживая за относительным содержанием изотопов 16O и 18O в колонках (кернах) донных осадков из разных мест Мирового океана, можно судить о том, как изменялось на Земле соотношение массы свободной воды и воды связанной во льдах

  11. Проследить за относительным содержанием 18O можно и непосредственно в пузырьках воздуха из разных слоёв ледового керна. Соответственно, мы узнаем содержание 18О в атмосфере.

  12. Содержание 18Oв атмосфере меняется в зависимости от интенсивности фотосинтеза (прежде всего наземной растительности) и суммарного дыхания всех организмов. При дыхании потребляется более легкий изотоп 16О (в воздухе накапливается 18О), но растения выделяют О2 с таким соотношением изотопов, которое характерно для почвенной влаги (фракционирования не происходит)

  13. Nature 429, 623 - 628 (10 June 2004)

  14. Станция Европейского сообщества Concordia на куполе «С» (EPICA - European Project for Ice Coring in Antarctica) Толщина льда 3 309 мГлубина бурения 3190 м Проанализирован керн длиной 3129 м Время образования льда – 740 000 лет

  15. Станция Европейского сообщества Concordia на куполе С(EPICA - European Project for Ice Coring in Antarctica)

  16. Nature 429, 623 - 628 (10 June 2004) Eight glacial cycles from an Antarctic ice coreEPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) community members

  17. Изменения содержания метана в пузырьках воздуха со станций «Восток» (верхняя коричневая линия) и на куполе C (красная, далее черная линия) за 800 тысяч лет. Нижний график – содержания дейтерия во льду с купола С. Loulerlegueetal., 2008. Nature. V. 453. P. 383-386

  18. Nature 429, 623 - 628 (10 June 2004) Eight glacial cycles from an Antarctic ice coreEPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) community members Изменения температуры за 800 тысяч лет в районе Антарктиды. По оси абсцисс – возраст отложений в тысячах лет до настоящего времени (т.е. ход времени - справа налево). Чёрная линия вверху – относительное содержание дейтерия δD в колонке льда с Европейской станции (EPICA) на куполе «С». Синяя линия внизу – относительное содержание тяжелого изотопа кислорода δ18O в донных отложениях в Южном океане (в последнем случае – инвертированная шкала).

  19. Нижний график - изменения содержания СО2 в пузырьках воздуха и дейтерия во льду Антарктиды за 800 тысяч лет (разным цветом показаны данные из разных мест и полученные разными методами. Верхний – ход температурной аномалии. Loulerlegueetal., 2008. Nature. V. 453. P. 383-386

  20. Изменения, происходившие при потеплении (окончание ледникового периода) 430 - 420 тыс. лет тому назад. Показан ход концентрации СО2 и СН4 в пузырьках воздуха и относительного содержания дейтерия δD во льду, а также пыли EPICA на куполе «С».

  21. Изменения содержания кислорода (наверху) и углекислого газа (внизу) за 600 миллионов лет PAL – Present Atmospheric Level

  22. 305 -265 миллионов лет тому назад(начало Пермского периода)Послехолодов, длившихся почти полмиллиарда лет, пришло глобальное потепление, сопряженное с резким возрастанием содержания в атмосфере СО2 — от уровня, примерно равного современному (250 ppm), до 1000 ppm, а затем и до 3000 ppm (то есть почти в 12 раз)Isabel P. Montañezet al.CO2-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation // Science. 2007. V. 315. P 87-91

  23. Ранняя пермь – Кунгурский век (рис. С.В.Наугольных)

  24. Ископаемые растения пермского периода, распространявшиеся при потеплении климата. 1 — лист птеридосперма Rhachiphyllum 2 — лист птеридосперма Psygmophyllum; 3 — кутикула листа кониферофита Entsovia;4 — лист голосеменного растения рода Rufloria. Нижняя пермь Приуралья. Рис. с сайта: macroevolution.narod.ru

  25. Как определить содержание в воздухе СО2 300 миллионов лет тому назад?Метод, основан на оценке содержании стабильного изотопа углерода 13C в кальцитах, образовавшихся в древних почвах на поверхности континентов Isabel P. Montañezet al.CO2-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation // Science. 2007. V. 315. P 87-91

  26. 1. При фотосинтезе растения (особенно С-3) предпочитают молекулы СО2 с более легким изотопом 12С2. В образующемся абиогенным образом (без участия организмов) кальците изотопы углерода 12С и 13С встречаются в той же пропорции, что и в воздухе3. Воздух между частицами почвы обеднен 13С, поскольку там содержится много растительных остатков4. Но при высокой концентрации в воздухе СО2 он большем количестве и в неизмененном растениями состоянии проникает в почву, где соответственно повышается доля 13С«Метод палеобарометра», придуманный американским геофизиком Т. Серлингом (Thure E.Cerling)

  27. Изменения в биосфере 305 -265 миллионов лет тому назад(начало Пермского периода)Isabel P. Montañezet al.CO2-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation // Science. 2007. V. 315. P 87-91

  28. СО2 Температура

  29. Углерод в океане

  30. Углерод в океане Ежегодно связывается ≈ 92 Гт С возвращается в атмосферу ≈ 90 Гт ССО2, взаимодействуя с молекулами воды, образует угольную кислоту, которая диссоциирует на СО3- и СО32-В зависимости от рН соотношение сдвигаетсяСО32- + СО2 + Н2О ↔ 2 НСО3-

  31. Углерод в океанеБуферная емкость океана ограничена: 1. Нехваткой катионовCa2+и Mg2+(необходимы для образования известковых скелетов организмов)2. Крайне слабым перемешиванием водной толщи(перемешиваемый слой – 100-200 м,средняя глубина океана - 3900 м)

  32. Органический углерод в океане присутствует в виде:1.Живых организмов2.Детрита3.Растворенного органического вещества

  33. Масса углерода живых организмов в океане: ≈ 1-2 ГтМасса углерода в виде растворенного органического вещества (DOC – dissolved organic carbon)≈ 1000 Гт

  34. Масса углерода в виде детрита (POC – particulate organic carbon) в океане: ≈ 100 Гт

  35. Биомассаорганизмов в океане ≈ 1-2 Гт Сна суше ≈ 800 Гт С (600 - 1000)(??? но суммарная масса бактерий в верхних 300 метров донных океанических отложений - 90 Гт С)Чистая первичная продукцияокеана ≈ 60 Гт С год-1 (35 – 100)суши ≈ 57 Гт С год-1 (48 – 65)

  36. Биомасса tПродукция∆ tПервичная продукция (Primary production)Валовая продукция (Gross production - GP)Чистая продукция (Net production - NP)Дыхание (Respiration – R)NP = GP – RNet primary production - NPP

More Related