Perubahan turun naik bermusim dalam CO2 • Alexey Gilyarov • Tugas sains popular mengenai "Unsur" • Ekologi

Variasi bermusim CO 2

Udara, seperti yang diketahui, terdiri daripada nitrogen molekul (78%), oksigen molekul (21%), argon (1%), sedikit wap air dan sebilangan bahan yang kandungannya diukur dalam seratus dan seribu peratus. Antaranya ialah karbon dioksida, atau, sebagai ahli sains memilih untuk memanggilnya, karbon dioksida (CO2). Untuk kemudahan, kandungan CO2 di udara, dianggarkan tidak dalam peratusan (seratus), tetapi dalam ppm, yang dilambangkan dengan huruf Latin ppm (bahagian per juta). Kandungan karbon dioksida di atmosfer bumi sepanjang sejarah kewujudannya telah berubah dalam had yang cukup luas (lihat: 300 juta tahun yang lalu terdapat lebih banyak karbon dioksida di atmosfer daripada sekarang). Sekarang kepekatannya dianggarkan pada 380-390 ppm (atau 0.038-0.039%), walaupun 50 tahun lalu hanya 310-320 ppm. Sebab utama pertumbuhan karbon dioksida di atmosfera sejak abad yang lalu adalah pelepasannya daripada pembakaran bahan api fosil (minyak, arang batu, gas), serta penebangan hutan.

Kewujudan kehidupan di Bumi sangat berkaitan dengan kehadiran karbon dioksida di atmosfera. Pertama, karbon dioksida, bersama dengan wap air dan metana, menghasilkan kesan rumah hijau – memastikan pemeliharaan haba, yang memancarkan bumi yang dipanaskan oleh sinar matahari.Sekiranya tidak ada gas rumah hijau di atmosfera, maka suhu udara purata tahunan di permukaan bumi tidak akan menjadi + 15 ° C, seperti sekarang, tetapi -23 ° C

Kedua, karbon dioksida adalah sumber karbon untuk semua tumbuhan hijau, alga mikroskopik plankton dan sianobakteria. Menggunakan tenaga cahaya matahari, semua organisma ini dalam proses fotosintesis menghasilkan bahan organik dari karbon dioksida dan air, dan mengeluarkan oksigen sebagai produk sampingan. Inti dari proses fotosintesis digambarkan oleh persamaan yang mudah:

CO2 + H2O + tenaga → (CH2O) + O2,

di mana (CH2O) – formula umum bahan organik.

Walau bagaimanapun, jika semasa fotosintesis, karbon dioksida terikat (masing-masing, dikeluarkan dari atmosfera), kemudian dalam proses lain – pernafasan – ia dibebaskan semula:

(CH2O) + O2 → CO2 + H2O + tenaga.

Dalam biosfera moden, kebanyakan organisma menerima tenaga yang mereka perlukan dalam proses pernafasan aerobik – pengoksidaan bahan organik dengan oksigen. Oleh itu, aktiviti penting banyak organisma adalah sumber penting karbon dioksida. Sumbangan terbesar dibuat oleh pernafasan kulat dan bakteria, yang mengurai bahan mati tisu tumbuhan, dan juga pernafasan tumbuhan sendiri (terutamanya akar).

Sekarang para saintis telah belajar untuk mengukur kepekatan karbon dioksida dengan sangat tepat di udara. Di dunia yang paling pelbagai, dari Alaska ke Kutub Selatan, ada stesen khas di mana semua perubahan dalam kandungan CO dipantau sepanjang tahun.2. Data yang dikumpul membolehkan kami membina graf tiga dimensi yang menunjukkan pergantungan jumlah karbon dioksida di udara pada satu masa pada dua parameter – latitud geografi stesen dan masa tahun (lihat Rajah 1).

Rajah. 1. Permaidani dengan lipatan ini tidak lebih daripada grafik tiga dimensi yang menunjukkan perubahan bermusim dalam kandungan karbon dioksida di atmosfera di latitud yang berlainan. Secara menegak Kepekatan karbon dioksida (dinyatakan dalam ppm, ppm) diplotkan. Pada paksi kiri mendatar – Lintang geografi: dari Kutub Selatan hingga 82 ° c. sh. Di sebelah kanan – masa dari September 1988 hingga September 1992. Garis "karpet" yang berjalan sepanjang paksi masa menyambungkan poin kepunyaan garis lintang yang sama (ditarik setiap 10 °). Talian yang berjalan secara serentak, sepanjang paksi lintang geografi, menyambungkan mata yang berkaitan dengan tarikh yang sama. Grafik ini didasarkan pada data dari Makmal Kebangsaan Oak Ridge.Dari buku itu: Tyler Volk Badan Gaia. Ke arah falsafah bumi. New York: Copernicus. Springer. 1998

Tugas

Pertimbangkan graf di atas perubahan-perubahan bermusim di dalam karbon dioksida atmosfera di lintang-lintang yang berlainan. Perhatikan bahawa untuk Hemisfera Utara, terutamanya – kawasan lintang yang tinggi, turun naik yang luar biasa dalam kandungan CO2. Nilai maksimum dicatatkan pada musim bunga – pada bulan April-Mei, dan minimum – pada musim luruh, pada bulan September-Oktober. Di hemisfera selatan, naik dan turun CO2 juga diperhatikan, tetapi dalam antiphase dengan apa yang berlaku di Hemisfera Utara, dan yang paling penting – dengan amplitud yang sangat kecil.
Tugas Cuba untuk menerangkan gambar yang dihasilkan. Kenapa kandungan karbon dioksida berfluktuasi begitu banyak pada tahun ini, dan mengapa pelbagai turun naik lebih tinggi di Hemisfera Utara berbanding di Selatan?

Sekiranya anda merasa sukar untuk memahami grafik tiga dimensi yang ditunjukkan di atas, lihat satu lagi (Rajah 2). Ia berorientasikan dengan cara yang berbeza: hemisfera selatan lebih dekat kepada anda, dan Utara – lebih jauh. Ini adalah tahun-tahun lain, tetapi sifat perubahan bermusim di latitud berbeza adalah sama: di Hemisfera Selatan, mereka sangat lemah dinyatakan, di Utara – dengan kuat.

Rajah. 2 Variasi bermusim dalam kandungan CO2 (nilai-nilai diplot secara menegak dalam ppm) di atmosfera di latitud berbeza dari 1981-84. Perubahan dari 60 ° S ditunjukkan. sh. hingga 60 ° c. sh. Angka ini juga dengan jelas menunjukkan bahawa turun naik bermusim amplitud yang sangat besar diperhatikan di Hemisfera Utara, dan tidak penting di Selatan. Dari: Conway, T.J., et al., 1988 // Tellus. V. 40, P. P. 81-115


Petua 1

Sebagai petunjuk, saya menasihatkan anda untuk mengambil dunia (walaupun patah, lebih baik, yang jatuh dari pendirian) dan melihat dengan teliti dari Kutub Utara dan dari Selatan. Berikut adalah sepasang lukisan yang sepadan (Gambarajah 3). Anda perlu memahami perbezaan antara hemisfera Utara dan Selatan dan bagaimana perbezaan ini dapat mempengaruhi proses penyerapan dan pelepasan karbon dioksida.

Rajah. 3 Inilah yang kelihatan seperti dunia kita jika anda melihatnya dari Kutub Utara (di sebelah kiri) atau Kutub Selatan (di sebelah kanan). Ia dapat dilihat bahawa di Hemisfera Utara, ruang yang cukup banyak diduduki oleh benua, dan di selatan – lautan. Hijau pengeluaran primer (jumlah bahan organik yang dihasilkan setiap tahun) tumbuh-tumbuhan terestrial dan fitoplankton lautan ditunjukkan. Warna yang lebih gelap, semakin besar nilai pengeluaran utama. Warna coklat kawasan di mana produk sangat rendah ditunjukkan (terdapat hanya tumbuh-tumbuhan). Warna putih menunjukkan penutup ais dari Lautan Artik dan Antartika


Petua 2

Lihat graf perubahan bermusim dalam kandungan karbon yang diperoleh pada tahun-tahun kebelakangan di Observatorium Astrophysikal Mauna Loa di pulau Hawaii (Rajah 4). Walaupun hanya 20 °. w., turun naik kepekatan CO2 dinyatakan dengan sangat jelas. Kepekatan tertinggi diperhatikan pada bulan Mei, terendah – pada bulan September-Oktober.

Rajah. 4 Perubahan dalam karbon dioksida atmosfera (CO2) sejak beberapa tahun kebelakangan ini, menurut sebuah pemerhatian di gunung berapi Mauna Loa (pulau Hawaii). Kandungan CO2 dinyatakan dalam bahagian per juta (ppm). Garis merah – Data purata bulanan (turun naik bermusim kelihatan jelas: maksimum berlaku pada bulan Mei, minimum pada bulan September-Oktober). Garis hitam – lengkung yang dikeluarkan oleh data purata. Ia mencerminkan trend umum peningkatan kandungan CO.2 dalam tahun-tahun kebelakangan ini. Data laut dan pentadbiran atmosfera (NOAA). Grafik diterbitkan semula di laman web Makmal Penyelidikan Sistem Bumi.


Penyelesaian

Mungkin anda menarik perhatian kepada fakta bahawa Hemisfera Utara adalah sebahagian besar benua (bkira-kirakebanyakan daripadanya adalah tanah), dan Selatan adalah lautan (di tengah-tengah Antartika ditutupi ais, dan di sekelilingnya adalah kawasan laut yang besar). Kita boleh menganggap bahawa tanah dan lautan berbeza dengan intensiti proses mengikat dan melepaskan karbon dioksida. Dari graf perubahan bermusim dalam kepekatan CO2yang diperoleh di Mauna Loa (Rajah 4), ia berlaku bahawa semasa bulan-bulan musim panas di Hemisfera Utara, jumlah gas ini berkurang sangat (minimum dicapai pada musim gugur), dan pada musim sejuk ia tumbuh dan mencapai maksimum dengan musim bunga. Kini tidak sukar untuk meneka bahawa pengurangan karbon dioksida pada musim panas adalah disebabkan aktiviti tumbuhan, iaitu, fotosintesis, di mana CO2 dimakan. Pertumbuhan tumbuhan, peningkatan jisim daun, batang dan akar disebabkan oleh karbon, yang diserap oleh mereka dari udara dalam bentuk karbon dioksida.

Jika fotosintesis bertanggungjawab untuk mengeluarkan karbon dioksida dari atmosfer, maka pengambilannya adalah pernafasan semua organisma, terutamanya bakteria dan kulat, yang mengurai tumbuhan mati organik. Pernafasan berlaku pada musim bunga, dan pada musim panas, dan pada musim gugur, dan dengan keamatan kecil – pada musim sejuk, sekurang-kurangnya di tempat-tempat di mana suhu positif berterusan.Musim yang semakin meningkat (pertumbuhan tumbuhan aktif) di latitud yang sederhana dan tinggi adalah terhad pada akhir musim bunga – permulaan musim panas. Tetapi pada masa itu, jumlah karbon dioksida yang terikat oleh tumbuh-tumbuhan berkembang pesat ketara melebihi jumlah yang dibebaskan semasa pernafasan semua organisma. Itulah sebabnya pada masa ini kita melihat penurunan kepekatan karbon dioksida di udara. Kemudian fotosintesis menurun secara mendadak, dan pernafasan semua organisma berterusan, yang membawa kepada pengumpulan CO2. Satu lagi sumber tambahan karbon dioksida yang berfungsi sepanjang tahun adalah pembakaran bahan api fosil oleh manusia.

Di sini pembaca berhak untuk memperhatikan bahawa proses-proses fotosintesis dan respirasi tidak hanya berlaku di darat, tetapi juga di lautan. Mengapa di atas lautan, kita tidak melihat perubahan penting dalam kandungan CO2 di udara? Lagipun, fotosintesis yang paling aktif berlaku di laut juga pada musim bunga dan awal musim panas, apabila menjadi hangat, dan yang paling penting – cahaya, dan apabila air itu juga mengandungi banyak nutrien mineral (nitrogen dan fosforus dalam bentuk yang boleh diakses). Malah, turun naik bermusim dalam kepekatan karbon dioksida di Selatan, Laut, hemisfera juga wujud, tetapi mereka secara semula jadi berlaku dalam antiphase dengan apa yang berlaku di Utara.Sungguh mengagumkan kenapa mereka mempunyai amplitud yang kecil. Beberapa mekanisme boleh berfungsi di sini.

Pertama, lautan (walaupun lapisan atasnya) mempunyai kapasiti haba yang besar, yang melancarkan variasi musim dalam suhu berbanding dengan apa yang berlaku di darat. Kedua, karbon dioksida larut dalam air (lebih baik dalam keadaan sejuk daripada panas) – iaitu mekanisme fizikokimia pengikatan CO.2; Walau bagaimanapun, lapisan permukaan lautan boleh dan memberi CO2 suasana dalam kes tekanan separa yang rendah di sana. Ketiga, dan ini mungkin merupakan hal yang paling penting – nilai produksi primer murni, iaitu, jumlah bahan organik yang dihasilkan semasa fotosintesis oleh organisme autotropik per unit tanah untuk tanah adalah kira-kira 2.5 kali lebih tinggi daripada lautan. Phytoplankton tidak dapat memastikan jumlah CO yang dikeluarkan dari alam sekitar.2, yang menghilangkan tumbuh-tumbuhan terestrial lintang sederhana dan utara. Perubahan dalam kandungan karbon yang dijumpai oleh pemerhatian di Mauna Loa ditentukan terutamanya oleh bermusim dalam perkembangan tumbuh-tumbuhan Eurasia dan Amerika Utara.


Selepas perkataan

Malah, udara sangat mudah alih berbanding dengan air. Persoalan secara sukarela timbul: mengapa pencampuran jisim udara tidak menyelaraskan kandungan karbon dioksida di atmosfer bumi? Di sini adalah perlu untuk mengingatkan bahawa udara bergerak dengan mudah dan cepat dalam arah mendatar, tetapi tidak dalam arah meridian. Oleh itu, di Kepulauan Hawaii, seseorang dapat melihat hasil perkembangan tumbuh-tumbuhan bermusim di benua terpencil. Tetapi ke arah "utara – selatan" kita melihat kegigihan perbezaan yang serius dalam kandungan CO2 di lintang yang berlainan. Struktur selular peredaran udara mengganggu pengangkutan meridian. Udara di dekat khatulistiwa memanaskan yang paling sukar, sehingga ia naik ke sana, mengembang, bergerak ke utara dan selatan, secara beransur-ansur menyejukkan dan jatuh di kedua hemisfera ke bumi sekitar 30 °. Kemudian udara sejuk ini bergerak berhampiran permukaan bumi ke khatulistiwa dan menutup peredarannya. Dengan cara ini, sel-sel Hadley dibentuk, dinamakan selepas saintis Inggeris abad ke-18 George Hadley yang menggambarkannya. Pergerakan jisim udara di setiap sel ini menyebabkan jisim udara jiran bergerak ke bawah dan kemudian ke utara dan selatan (bergantung kepada hemisfera).Ini adalah sel-sel Ferrell, dinamakan selepas ahli meteorologi Amerika abad ke-19, William Ferrell. Kehadiran struktur peredaran sel itu sangat menghalang pencampuran jisim udara dalam arah meridian, tetapi tidak mewujudkan halangan untuk pergerakan di latitud.

Rajah. 5 Skim umum yang diselaraskan bagi peredaran selular atmosfera. Jelasnya, kehadiran sel-sel tersebut menjadikannya sangat sukar untuk memindahkan jisim di arah utara-selatan. Dalam arah pendaratan, jisim udara bergerak jauh lebih cepat daripada arah meridian. Dari: "Biosphere". Sat artikel / ed. M. S. Gilyarova. M: Mir, 1972


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: