Углеродный цикл и изменения климата
Страница 3
Углерод в атмосфере.
Атмосферный углекислый газ.
Тщательные измерения содержания атмосферного были начаты в 1957 году Киллингом в обсерватории Мауна-Лоа. Регулярные измерения содержания атмосферного
проводятся также на ряде других станций. Из анализа наблюдений можно заключить, что годовой ход концентрации
обусловлен в основном сезонными изменениями цикла фотосинтеза и деструкции растений на суше; на него также влияет, хотя и меньшей степени, годовой ход температуры поверхности океана, от которого зависит растворимость
в морской воде. Третьим, и , вероятно, наименее важным фактором является годовой ход интенсивности фотосинтеза в океане. Среднее за каждый данный год содержание
в атмосфере несколько выше в северном полушарии, поскольку источники антропогенного поступления
расположены преимущественно в северном полушарии. Кроме того, наблюдаются небольшие межгодовые изменения содержания
, которые, вероятно, определяются особенностями общей циркуляции атмосферы. Из имеющихся данных по изменению концентрации
в атмосфере основное значение имеют данные о наблюдаемом в течение последних 25 лет регулярном росте содержания атмосферного
. Более ранние измерения содержания атмосферного углекислого газа (начиная с середины прошлого века) были, как правило, недостаточно полны. Образцы воздуха отбирались без необходимой тщательности и не производилась оценка погрешности результатов. С помощью анализа состава пузырьков воздуха из ледниковых кернов стало возможным получить данные для периода с 1750 по 1960 год. Было также выявлено, что определённые путём анализа воздушных включений ледников значения концентраций атмосферного
для 50-х годов хорошо согласуются с данными обсерватории Мауна-Лоа. Концентрация
в течение 1750-1800 годов оказалась близкой к значению 280 млн
, после чего она стала медленно расти и к 1984 году составляла 343
1 млн
.
Содержание изотопа С в
атмосферном углекислом газе.
Содержание изотопа выражается отклонением (
) (
) отношения
от общепринятого стандарта. Первые измерения содержания изотопа
в атмосфере были проведены Килингом в 1956 году и повторены им же в 1978 году. Значение
для атмосферного
в 1956 году было равно 7
, а в 1978 составляло -7,65
. Недавно были опубликованы также данные измерений
в углекислом газе воздушных включений в ледниках. В среднем оценки уменьшения
в атмосферном
в течение последних 200 лет составляют 1,0-1,5
. Наблюдаемые изменения содержания
вызваны главным образом поступлением
в атмосферу с меньшим значением
при вырубке лесов, изменении характера землепользования и сжигания ископаемого топлива.
Содержание изотопа С в атмосферном
углекислом газе.
Количество изотопа на Земле зависит от баланса между образованием
под воздействием космического излучения и его радиоактивным распадом. По-видимому, до начала сельскохозяйственной и промышленной революции распределение изотопа
в различных резервуарах углерода сохранялось примерно неизменным. До начала заметных изменений, вызванных выбросами
при испытаниях ядерного оружия, с начала прошлого века до середины текущего происходило уменьшение содержания
. Оно было главным образом вызвано выбросом
за счёт сжигания ископаемого топлива, в котором не содержится радиоактивный изотоп
. Это привело к уменьшению содержания
в атмосфере. Начиная с первых испытаний ядерного оружия в 1952 и 1954 годах наблюдались существенные изменения содержания
в атмосферном углекислом газе. Большое поступление
в атмосферу произошло в результате ядерных испытаний, проведённых США в Тихом океане в 1958 году и СССР в 1961-1962 годах. После этого выбросы были заметно ограничены. Первоначально большая часть радиоактивных продуктов переносилась в стратосферу. Поскольку время обмена между стратосферой и атмосферой составляет несколько лет, то уменьшение концентрации изотопа
в тропосфере, обусловленное взаимодействием с континентальной биотой и океанами, начиная с 1965 года происходило более медленно за счёт поступления этого изотопа из стратосферы.
Перемешивание в атмосфере.
Перемешивание воздуха в тропосфере происходит довольно быстро. Пассаты в средних широтах в обоих полушариях огибают Землю в среднем примерно за один месяц, вертикальное перемещение между земной поверхностью и тропопаузой (на высоте от 12 до 16 км) также происходит в течение месяца, перемешивание в направлении с севера на юг в пределах полушария происходит приблизительно за три месяца, а эффективный обмен между двумя полушариями осуществляется примерно за год. Поскольку в данной работе рассматриваются процессы, изменения которых происходят за время порядка нескольких лет, десятилетий и столетий, можно считать, что тропосфера в любой момент времени хорошо перемешана. Это предположение основано на том, что средние годовые значения концентрации для высоких северных и высоких южных широт отличаются только на 1,5-2,0 млн
. В северном полушарии концентрация
выше, чем в южном. Различие концентраций в северном и южном полушариях, вероятно, вызвано тем, что около 90% источников промышленных выбросов расположено в северном полушарии. За последние десятилетия эта разница увеличилась, поскольку потребление ископаемого топлива также возросло.