Globalne zmiany srodowiska

1
Globalne zmiany srodowiska

• dr inz. Danuta J. Michczynska

Wyklad 6
2
Obieg wegla w przyrodzie
3
Obieg wegla

• Drugi z podstawowych cykli biochemicznych (po
  obiegu wody) to obieg wegla.
• Bierze w nim udzial wegiel w postaci atomowej lub
  w róznych zwiazkach. Obieg ten polega glównie na
  wymianie dwutlenku wegla z atmosfera ziemska.
• Dwutlenek wegla bioracy udzial w wymianie
  pochodzi przede wszystkim z oceanów, gdzie jest
  go okolo 16 razy wiecej niz w atmosferze.
• Powstaje równiez w procesach termicznego rozkladu
  surowców energetycznych (spalanie, wydobywanie
  sie w czasie erupcji wulkanów i goracych zródel
  oraz w procesach oddychania organizmów zywych.
• Najbardziej zaskakujace jest to, ze prawie 90
  przemian, zwiazanych z oddychaniem, jest udzialem
  glonów zyjacych w oceanach.

4
Glówne rezerwuary wegla
Rezerwuary Forma wystepowania Masa C Gt
Atmosfera CO2 przed 1850 ok. 280 ppm CO2 w 1980 338 ppm CH4 1,5 ppm 594 717 4
Oceany Wegiel nieorganiczny (SCO2) Rozpuszczona materia organ. Biomasa 39 000 ok. 1600 3
Biomasa ladowa Zyjaca Gleby, humus 550 1500
Wody gruntowe 450
Osady Wegiel nieorganiczny Wegiel organiczny ok. 60 000 000 ok. 12 000 000
Paliwa kopalne ok. 5 500
5
(No Transcript)
6
(No Transcript)
7
Obieg wegla schemat uproszczony
8
CO2 w atmosferze
Koncentracja CO2 dla szczytu Mauna Loa na
Hawajach w latach 1958 1999. Koncentracja
podana w ppm (czesci na milion)
Koncentracja CO2 w atmosferze ciagle wzrasta.
Sezonowe zmiany sa powodowane zwiekszonym
pobieraniem CO2 przez rosliny w lecie. Wzrost
zaczal sie ok. 300 lat temu.
9
Gdzie jest brakujacy CO2?
Wzrost koncentracji Emisja ze spalania
Zmiany uzytko- Pobieranie
Brakujacy CO2 w atmosferze paliw kopalnych
wania pow. - przez ocean
CO2 3.20(20) 6.30(40)
2.20(80) - 2.40(70) -
2.9(11)
10
Gdzie jest brakujacy CO2?

• Notowany wzrost koncentracji CO2 w atmosferze to
  tylko polowa tego, co wynika ze spalania paliw
  kopalnych i wypalania lasów.
• Gdzie jest reszta?
• Badania wskazuja na fotoautotrofy (organizmy
  wytwarzajace C z pobieranego CO2 i energie w
  procesie fotosyntezy).
• Odnotowano zwiekszony wzrost lasów (zwlaszcza w
  Ameryce Pn. i ilosc fitoplanktonu w oceanach.

11
Wegiel w oceanach

• Dane z rdzeni lodowych wskazuja, ze koncentracja
  atm. CO2 odgrywa znaczaca role w ksztaltowaniu
  klimatu (koncentracja atm. CO2 byla wysoka dla
  okresów interglacjalnych, a niska dla
  glacjalnych).
• Koncentracja wegla w oceanie ok. 50-60 razy
  wieksza niz w atmosferze -gt nawet niewielkie
  zmiany w szybkosci wymiany CO2 miedzy oceanem a
  atmosfera moga znaczaco wplynac na poziom
  atmosferycznego CO2.

12
Wegiel w oceanach
Cykl pochlaniania uwalniania CO2. Fitoplankton
pochlaniania CO2 w czasie fotosyntezy. Bakterie
zywia sie fitoplanktonem i w ten sposób uwalniaja
skladniki odzywcze i CO2 z powrotem do wody. 
Ten proces nosi nazwe remineralizacji. 
Remineralizacja zachodzi glównie w
przypowierzchniowej warstwie wody i CO2 jest
albo zuzywany ponownie przez fitoplankton do
fotosyntezy, albo uwalniany do atmosfery.
Gdy fitoplankton obumiera - dostaje sie do wód
glebinowych. Autor Lucinda SpokesPolska wersja
ryciny Mateusz Kaminski
13
Wegiel w oceanach

• Zdecydowana wiekszosc (ok. 95) wegla w oceanie
  wystepuje w formie nieorganicznej (DIC ang.
  Dissolved Inorganic Carbon)Suma wegla w
  oceanie Stezenia molowe mol/l

14
Wegiel w oceanach

• Uwaza sie, ze okolo 30 CO2 pochodzacego ze
  spalania paliw kopalnych jest magazynowane w
  oceanach i dostaje sie tam wskutek procesów
  zarówno fizycznych, jak tez biologicznych.

15
Morska biosfera dziala jak pompa biologiczna. W
górnej ok. 100m warstwie oceanu w procesie
fotosyntezy CO2 jest pobierany z atmosfery a
wytwarzany jest tlen
Pompa weglanowa z kolei, produkuje i
transportuje na wieksze glebokosci weglan wapnia
i usuwa do atmosfery CO2.
16
Morska biosfera jest aktywna w tych ograniczonych
rejonach, gdzie w procesie upwellingu
(wentylacji) wynoszone sa do powierzchniowej
warstwy oceanu substancje odzywcze z duzych
glebokosci.
17
Lizoklina
CaCO3 H2O CO2 ? Ca2 2HCO3-
Lizoklina poziom, na którym zaczyna sie wyrazne
rozpuszczanie materialu weglanowego w kolumnie
wody oceanicznej. Znajduje sie ona na róznych
glebokosciach (zróznicowana zarówno wewnatrz
oceanu, jak i miedzy oceanami), ale zazwyczaj
ponizej 3000 m. CCD (Carbonate compensation
depth) poziom, ponizej którego szybkosci doplywu
weglanu wapnia i jego rozpuszczania sa równe i
nie ma osadzania weglanu wapnia.
18
Zmiany w cyrkulacji oceanicznej
Lancuch górski znajdujacy sie na dnie
Atlantyku tworzy bariere miedzy stanem epoki
lodowej i interglacjalem. W tym miejscu ocean
jest plytszy i Islandia oraz wyspy Faroer nawet
wystaja ponad poziom morza. 

• Moga wystapic trzy rózne stany cyrkulacji wód na
  Pn. Atlantyku 
• Cieply prad dociera tylko do nizszych szerkosci
  geograficznych (epoka lodowa),
• Dociera on do wysokich szerokosci geograficznych
  (okres cieply),
• W ogóle zanika (tzw. przypadek Heinricha).

19
Zmiany w cyrkulacji oceanicznej

• W okresach cieplych, jak np. obecnie, Prad
  Pólnocnoatlantycki dociera poza 'bariere' i
  przynosi cieple wody do obszarów pn. Europy.
• W czasie epok lodowych cieply prad jest
  zatrzymywany przez 'bariere'. W obszarach
  polozonych bardziej na pólnoc morze jest pokryte
  lodem.
• Przypadek Heinricha to stan kiedy ustaje
  tworzenie sie wód glebinowych, prad morski
  ustaje.

20
Zmiany w cyrkulacji oceanicznej
21
Zmiany w cyrkulacji oceanicznej

• Kiedy nastepuje zaklócenie pradów oceanicznych?
• Gdy nastepuje topienie sie lodu w
  okresach ciaglego ocieplania (np. pod koniec
  epoki lodowej) to sporo slodkiej wody ze
  stopionego lodu moze zasilic wody Pólnocnego
  Atlantyku. Ponadto wody powierzchniowe staja sie
  cieplejsze podczas gdy wody glebinowe sa dalej
  zimne. Woda nie moze wiec opadac. W takim wypadku
  cyrkulacja oceaniczna moze na jakis czas ustac w
  danym regionie. Nazywamy to przypadkiem
  Heinricha.

22
Zmiany w cyrkulacji oceanicznej
Okolo 15000 lat temu zakonczyla sie ostatnia
Epoka Lodowa i temperatura Ziemi wzrosla. To
ocieplenie spowodowalo topnienie pokrywy lodowej
i wzrost ilosci wody slodkiej wplywajacej do
Pólnocnego Atlantyku, co zatrzymalo cyrkulacje
oceaniczna i spowodowalo kolejne ochlodzenie. Gdy
caly lód ulegl stopieniu i zabraklo owych
dodatkowych dostaw wody slodkiej, to naturalna
cyrkulacja oceaniczna zostala przywrócona  i
temperatura gwaltownie (oczywiscie w geologicznej
skali czasu!) wzrosla, gdyz cieple wody z rejonów
zwrotnikowych mogly swobodnie przeplywac w
kierunku Pólnocnego Atlantyku. Zródlo R. Alley
oraz projekt CLIVAR.  Polska wersja ryciny
Mateusz Kaminski
Mlodszy Dryas