ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي

يمر ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي للأرض عبر مسار يذكرنا بشكل غامض بدورة المياه المعروفة للجميع منذ الطفولة في الطبيعة. يتلخص معناها في حقيقة أن ثاني أكسيد الكربون يظهر في الهواء بسبب العمليات الطبيعية والتي من صنع الإنسان ، ثم يتم إزالته جزئيًا من الغلاف الجوي ، ويتراكم جزئيًا في طبقاته العليا ويؤثر على المناخ.

توزيع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض

لقرون عديدة ، وحتى بداية الثورة الصناعية ، كانت العمليات الطبيعية بمثابة المصادر الرئيسية لتكوين ثاني أكسيد الكربون: الانفجارات البركانية ، وتحلل المواد العضوية ، وحرائق الغابات ، وتنفس الحيوانات. ولكن من حوالي منتصف القرن الثامن عشر. يبدأ محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء في التأثر بشكل كبير بالنشاط الصناعي البشري ، وبشكل أساسي تلك المرتبطة باحتراق الوقود الأحفوري (النفط ، والفحم ، والصخر الزيتي ، والغاز الطبيعي ، وما إلى ذلك) وإنتاج الأسمنت. وهي مسؤولة عن حوالي 75٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ. استخدام الأراضي مسؤول عن نسبة الـ 25٪ المتبقية ، ولا سيما إزالة الغابات النشطة.

تتم إزالة جزء من ثاني أكسيد الكربون من الهواء بسبب انحلاله في المحيط وامتصاصه بواسطة النباتات. ومع ذلك ، فإن النباتات لا تمتص ثاني أكسيد الكربون فحسب ، بل تطلقه أيضًا: في عملية التنفس ، فإنها ، مثل البشر ، "تستنشق" الأكسجين و "تزفر" ثاني أكسيد الكربون. لذا فإن ثاني أكسيد الكربون موجود دائمًا في الغلاف الجوي ، والسؤال الوحيد هو كم هو.

خلف العقود الاخيرةيرتفع محتوى ثاني أكسيد الكربون بشكل أسرع من أي وقت مضى في التاريخ الوثائقي. في عام 1750 ، كان تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي حوالي 270 جزء في المليون ، وفقط بعد أكثر من مائتي عام ، بحلول عام 1958 ، "زحف" إلى علامة 320 جزء في المليون. خمسون سنة أخرى - وقفزة تصل إلى 60 نقطة: في 2005 ، بلغ محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 380 جزء في المليون. في عام 2010 - بالفعل 395 جزء في المليون. في الآونة الأخيرة ، أفاد العلماء أن المحتوى نشبعتجاوزت 400 جزء في المليون ولن تعود في المستقبل المنظور. يبدو أن الوقت قد حان لإعادة كتابة الموسوعات.

بالمناسبة ، في تاريخ الأرض كانت هناك فترات ذات محتوى أعلى بكثير من ثاني أكسيد الكربون. قبل أربعة مليارات سنة ، احتوى الغلاف الجوي لكوكبنا الصغير على ما يصل إلى 90٪ من ثاني أكسيد الكربون. صحيح أن الحياة لم تنشأ بعد: لم يكن هناك أكسجين على الإطلاق. منذ 2.5 مليار سنة ، ظهرت النباتات وكان كل شيء على ما يرام.

يجب أن أقول أنه تم التغلب على علامة 400 جزء في المليون من قبل. يختلف محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على مدار العام ، حيث يصل إلى الحد الأقصى في مايو. لذا فإن زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الربيع والصيف لم تكن مصدر قلق للعلماء. في مايو 2015 ، حتى في القارة القطبية الجنوبية ، وصلت مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى 400 جزء في المليون ، وهو ما لم يحدث منذ 4 ملايين سنة! ولكن من ناحية أخرى ، في سبتمبر ، لوحظ تقليديا أدنى محتوى من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لهذا العام. لذلك ، فإن التغلب على علامة 400 جزء في المليون في سبتمبر هو أوضح دليل على الزيادة غير المنضبطة في كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

نحن وثاني أكسيد الكربون

ماذا سيحدث لنا في هذا "العالم الجديد المكون من أربعمائة بيبييم" ، حيث تمكنت الصحافة الغربية من تعميد كوكبنا؟ يمكن تلخيص الإجابة في كلمتين: الاحتباس الحراري.

بدأ الاحتباس الحراري منذ وقت طويل ، وهو مرتبط بشكل مباشر بمحتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. الحقيقة هي أن ثاني أكسيد الكربون ليس مجرد غاز ، ولكنه غاز دفيئة. ثاني أكسيد الكربون خامل للغاية ، فهو متردد في التفاعل مع الآخرين العناصر الكيميائية. نتيجة لذلك ، يتراكم في الغلاف الجوي للأرض ، حيث يحتفظ به الإشعاع الحراريمن سطحه ويمنع عودته إليه الفضاء. هذا هو تأثير الاحتباس الحراري.

يرتبط تأثير الاحتباس الحراري بقوة في أذهاننا بالاحتباس الحراري لدرجة أنه يرتبط عادةً بشيء سلبي. وفي الوقت نفسه ، فإن تأثير الاحتباس الحراري هو ما ندين به لحياة مريحة على الأرض. بدون غازات الاحتباس الحراري(بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون ، يشمل ذلك بخار الماء والميثان والأوزون) متوسط ​​درجة الحرارة على الكوكب سيكون -15 درجة مئوية ، وليس + 15 درجة مئوية ، كما هو الحال الآن.

لكن الزيادة غير المنضبطة في محتوى غازات الدفيئة تؤدي إلى زيادة تأثير الاحتباس الحراري ، مما يؤدي بدوره إلى الاحتباس الحراري. لقد سمع الجميع عنها وغالبًا ما يتعامل معها بسخرية ، وأحيانًا بشك: هل هذه مؤامرة لمنتجي الوقود البيئي؟ الشيء هو أنه يبدو أننا لا نرى أي علامات على ارتفاع درجة حرارة الأرض الحياة اليومية.

في الواقع ، الاحتباس الحراري هو عملية بطيئة. لن تذوب جرينلاند غدًا ، أو بعد غد ، أو حتى بعد مائة عام. لن تكون هناك موجة عملاقة تغزو نيويورك كما في أفلام الكوارث. سوف تغمرها المياه تدريجياً: سيتعين على المدينة أن تتراجع تحت هجمة ارتفاع المحيط. سوف تختفي جزر المحيط الهادئ الصغيرة من على وجه الأرض (أو بالأحرى البحر). ستصبح المناطق الرطبة أكثر رطوبة ، والمناطق الجافة أكثر جفافاً. في الأول ، سوف تتكاثر الحشرات الحاملة للأمراض ، وفي الثانية ، سيبدأ نقص حاد في الغذاء يشرب الماء. سيغير تدفق المياه الجليدية العذبة إلى المحيط مسار التيارات الدافئة والباردة ، والتي تهدد بالبرودة في نصف الكرة الشمالي والأعاصير حول الكوكب. لا يمكنك الاستمرار أكثر: حتى لو تحقق جزء صغير من هذه التنبؤات ، فستواجه البشرية وقتًا عصيبًا.

في غضون ذلك ، حطم متوسط ​​درجة الحرارة السنوية حول العالم الأرقام القياسية للعام الثالث على التوالي. يُطلق على عام 2016 العام الأكثر سخونة خلال الـ 150 عامًا الماضية. وجد العلماء أن الغلاف الجوي للأرض قد ارتفعت درجة حرارته بمقدار 1.45 درجة مئوية مقارنة بفترة ما قبل الصناعة. قد يبدو الرقم ضئيلاً ، لكنه أكثر من كافٍ لإذابة الجليد.

انظر بنفسك:

ذوبان الجليد (صور ناسا)

فياتشيسلاف فيكتوروفيتش أليكسييف ، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية ، رئيس مختبر مصادر الطاقة المتجددة ، كلية الجغرافيا ، جامعة لومونوسوف موسكو الحكومية. متخصص في مجال النمذجة الرياضية والفيزيائية للأنظمة الجيوفيزيائية.

صوفيا فالنتينوفنا كيسيليفا ، مرشحة العلوم الفيزيائية والرياضية ، باحثة أولى في نفس المختبر. يشارك في النمذجة الفيزيائية لعمليات نقل ثاني أكسيد الكربون ، ومشاكل تغير المناخ الحديث.

ناديجدا إيفانوفنا تشيرنوفا ، مرشحة للعلوم البيولوجية ، باحثة أولى في نفس المختبر. يتعامل مع الجوانب البيئية للتطبيق طاقة شمسية، مشاكل الاستخدام الرشيد للموارد الطبيعية.

في أوائل عام 1998 ، قدم الرئيس السابق للأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم ف. سيتز التماسًا إلى المجتمع العلمي للنظر فيه ، داعيًا حكومات الولايات المتحدة والدول الأخرى إلى رفض توقيع الاتفاقيات التي تم التوصل إليها في كيوتو في ديسمبر. 1997 للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ورافق الالتماس موجز إعلامي بعنوان "الأثر البيئي لارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي". احتوت على مجموعة مختارة من النتائج العلمية المنشورة المصممة لإثبات ليس فقط عدم وجود أدلة تجريبية لدعم الاحترار المستقبلي الذي تنبأ به العديد من العلماء ، ولكن أيضًا الفائدة التي لا شك فيها للبشرية من نمو غازات الدفيئة. تم طرح الأطروحات التالية في المراجعة.

تأتي الزيادة الحالية في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بعد ما يقرب من 300 عام من الاحترار. لذلك ، قد لا يكون هذا النمو نتيجة النشاط البشري ، ولكن نتيجة لعملية طبيعية - تكثيف إطلاق ثاني أكسيد الكربون من المحيط مع زيادة درجة حرارة الماء. بالإضافة إلى ذلك ، بالمقارنة مع المدخلات البشرية السنوية للكربون في الغلاف الجوي (5.5 جيجا طن) ، فإن محتواه حتى في خزانات الصندوق المتنقل (في الغلاف الجوي - حوالي 750 جيجا طن ، في الطبقات السطحية للمحيط - 1000 جيجا طن ، بالقرب من - الكائنات الحية في الأرض ، بما في ذلك التربة والمخلفات ، - حوالي 2200 جيجا طن) كبيرة جدًا بحيث يصعب التعرف على عامل النمو البشري المنشأ لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي باعتباره مهمًا.

علاوة على ذلك ، قدم مؤلفو المراجعة بيانات عديدة من قياسات الأقمار الصناعية لدرجة حرارة الطبقة السفلى من التروبوسفير (على ارتفاع حوالي 4 كم) للفترة 1958-1996. ولاحظ أنه منذ عام 1979 كان هناك اتجاه سلبي ضعيف في متوسط ​​درجة الحرارة العالمية (-0.047 درجة مئوية على مدى 10 سنوات). في الولايات المتحدة ، على مدى السنوات العشر الماضية ، انخفضت درجة حرارة الهواء السطحي بمقدار 0.08 درجة مئوية.

في الوقت نفسه ، تُظهر بيانات محطة الطقس اتجاهات إيجابية في درجات حرارة الطبقة السطحية (+ 0.07 درجة مئوية على مدى 10 سنوات). تؤدي الاختلافات في النتائج إلى نمذجة تغير المناخ في المستقبل بناءً على بيانات ارتفاع درجة الحرارة لتؤدي إلى تنبؤات غير صحيحة. من خلال مناقشة نماذج الكمبيوتر لتأثير الاحتباس الحراري والاحتباس الحراري ، يؤكد مؤلفو المراجعة أن المناخ نظام ديناميكي معقد وغير خطي. وفقًا للمؤلفين ، فإن أوجه عدم اليقين المتعلقة بتأثير التيارات السطحية للمحيطات ، ونقل الحرارة في المحيط ، والرطوبة ، والغيوم ، وما إلى ذلك ، على سبيل المثال ، كبيرة جدًا مقارنة بتأثير ثاني أكسيد الكربون. تختلف دورة درجة الحرارة بشكل كبير عن البيانات التجريبية المتاحة. كما تؤدي ردود الفعل العديدة للنظام المناخي ، والتي تنعكس بشكل سيئ في النماذج ، إلى أخطاء في التنبؤات وتناقضات مع الواقع.

منتقدين جودة البيانات من قياسات درجة حرارة الهواء الأرضية ، يشير مؤلفو المراجعة إلى التأثير الحراري للمناطق الحضرية ، مما يشوه الصورة الحقيقية للعلاقة بين الزيادة في تركيزات غازات الاحتباس الحراري والتغيرات في درجة حرارة الغلاف الجوي. لا يوجد شيء غير عادي في التغيرات المناخية الحديثة ؛ هذه ليست سوى تغييرات طبيعية ناجمة عن كل من التغيرات الأرضية الداخلية والخارجية - على وجه الخصوص ، التقلبات في النشاط الشمسي. ومع ذلك ، فإن بيانات الأقمار الصناعية التي تم الحصول عليها لمدة أربع سنوات فقط (1993-1997) ، وفقًا للمؤلفين ، لا تظهر أي تغييرات في مستوى المحيط ، كما تنبأت نماذج الاحتباس الحراري. عدد الأعاصير المدارية الشديدة في المحيط الأطلسي خلال الفترة 1940-1997. وانخفضت سرعة الرياح القصوى فيها ، وهو ما يتعارض أيضًا مع فكرة الاحتباس الحراري ونتائج النموذج.

هنا يجب التأكيد على أن وجود أكثر من اثني عشر من العوامل المكونة للمناخ معترف به بشكل عام. يبرز ما يلي باعتباره الأهم:

في دراسة أجراها V.V. Klimenko وزملاؤه ، تم تحليل تأثير هذه العوامل على توازن الإشعاع في غضون عقد والقرن الماضي. عند النظر في تقلب المناخ العلماني ، اتضح أن تراكم غازات الدفيئة في الغلاف الجوي هو الذي حدد الزيادة في متوسط ​​درجة الحرارة العالمية بمقدار 0.5 درجة مئوية. ومع ذلك ، يؤكد المؤلفون أن تفسير التغيرات المناخية الحالية والمستقبلية فقط من خلال العامل البشري يعتمد على أساس هش للغاية ، على الرغم من أن دوره يتزايد بالتأكيد مع مرور الوقت.

كان العمل الأخير الذي قام به S. Korti مع زملائه ذا أهمية خاصة ، حيث يرتبط الاحترار الملحوظ في نصف الكرة الشمالي أيضًا بشكل أساسي بالتغيرات الطبيعية في أنظمة دوران الغلاف الجوي. صحيح أن مؤلفيها يؤكدون أن هذه الحقيقة لا يمكن أن تكون بمثابة دليل على عدم وجود تأثير بشري على المناخ. أجرى علماء بريطانيون مؤخرًا تحليلًا نموذجيًا مفصلاً لدور نفس العوامل المناخية في زيادة متوسط ​​درجة حرارة الهواء السطحي. تظهر نتائجهم أن ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي في النصف الأول من القرن العشرين. (بين عامي 1910 و 1940) يرجع أساسًا إلى التقلبات في النشاط الشمسي ، وبدرجة أقل ، عوامل بشرية المنشأ - غازات الاحتباس الحراري وهباء كبريتات التروبوسفير. بالنسبة للفترة 1946-1996 ، فإن الاختلافات الطبيعية في النشاط الشمسي والبركاني ليس لها سوى تأثير طفيف على المناخ مقارنة بالتأثير البشري.

تأثير العوامل الرئيسية المكونة للمناخ على التغير في متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض. تشير تقديرات المساهمات إلى نطاقات القيم لـ: غازات الاحتباس الحراري وهباء الكبريتات (الصناديق البيضاء) ؛ النشاط الشمسي (مملوء بالنقاط) وتأثيرها المشترك (مظلل). المستطيلات السوداء تظهر نتائج الملاحظات الآلية. (تيت S.F.B. ، ستوت با وآخرون 1999.)

أظهر تحليل المحيط الحيوي الدافئ في العصر الطباشيري كتناظرية للاحترار المتوقع ، أجراه NM Chumakov ، أن تأثير العوامل الرئيسية المكونة للمناخ (بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون) لا يكفي لتفسير الاحترار. حجم في الماضي. إن تأثير الاحتباس الحراري بالحجم المطلوب يتوافق مع زيادة متعددة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. كان الدافع وراء التغيرات المناخية الهائلة خلال هذه الفترة من تطور الأرض ، على الأرجح ، هو ردود الفعل الإيجابية بين زيادة درجة حرارة المحيطات والبحار وزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

تم إيلاء الكثير من الاهتمام في الاستعراض أعلاه لثاني أكسيد الكربون باعتباره "سمادًا". يقدم المؤلفون بيانات عن تسريع نمو النبات مع زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. على وجه الخصوص ، فإن استجابة أشجار الصنوبر الصغيرة وأشجار البرتقال الصغيرة والقمح لزيادة ثاني أكسيد الكربون البيئي في النطاق من 400 إلى 800 جزء في المليون خطية وإيجابية تقريبًا. من هذا ، استنتج المؤلفون أنه يمكن نقل هذه البيانات بسهولة إلى مستويات مختلفة من إثراء ثاني أكسيد الكربون وأنواع نباتية مختلفة. يعزو المؤلفون الزيادة في كتلة غابات الولايات المتحدة (بنسبة 30٪ منذ عام 1950) إلى تأثير زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. يشار إلى أن نمو ثاني أكسيد الكربون ينتج عنه تأثير تحفيزي أكبر على النباتات التي تنمو في ظروف أكثر جفافاً (مجهدة). والنمو المكثف للمجتمعات النباتية ، وفقًا لمؤلفي المراجعة ، يؤدي حتماً إلى زيادة الكتلة الإجمالية للحيوانات وله تأثير إيجابي على التنوع البيولوجي بشكل عام. يؤدي هذا إلى استنتاج متفائل: "نتيجة للزيادة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، فإننا نعيش في ظروف مواتية أكثر فأكثر بيئة. سيستمتع أطفالنا بالحياة على الأرض مع المزيد من النباتات والحيوانات. هذه هدية رائعة وغير متوقعة من الثورة الصناعية ".

ومع ذلك ، يبدو لنا أن العديد من البيانات المرفقة بالالتماس متناقضة تمامًا.

بدلا من الاحتباس الحراري - التبريد؟

بالطبع ، حدثت تقلبات في مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في العهود الماضية ، ولكن لم تحدث هذه التغييرات بهذه السرعة مطلقًا. ولكن إذا كان المناخ في الماضي و النظم البيولوجيةنظرًا لأن الأرض ، نظرًا للتغيرات التدريجية في تكوين الغلاف الجوي ، "تمكنت" من الانتقال إلى حالة مستقرة جديدة وكانت في شبه توازن ، ثم في العصر الحديث ، مع تغير شديد وسريع للغاية في تكوين الغاز من الغلاف الجوي ، تغادر جميع الأنظمة الأرضية حالة الثبات. وحتى إذا اتخذنا موقف المؤلفين الذين ينكرون فرضية الاحتباس الحراري ، فيجب ملاحظة أن عواقب مثل هذا "ترك حالة شبه ثابتة" ، ولا سيما تغير المناخ ، يمكن أن تكون الأكثر خطورة.

بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لبعض التوقعات ، بعد الوصول إلى الحد الأقصى لتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، سيبدأ في الانخفاض بسبب انخفاض الانبعاثات البشرية المنشأ ، وامتصاص المحيطات والكائنات الحية لثاني أكسيد الكربون. في هذه الحالة ، سيتعين على النباتات مرة أخرى التكيف مع الموطن المتغير.

لاحظت المراجعة بشكل صحيح أن نمذجة عواقب نمو ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي ، فضلاً عن الإنشاءات النظرية الحديثة ، لا تأخذ في الاعتبار العديد من ردود الفعل لأنظمة المناخ ، مما يؤدي إلى تنبؤات غير صحيحة وحتى ، يؤكد المؤلفون ، إلى مغالطة الفكرة نفسها ، الاحتباس الحراري. ومع ذلك ، في رأينا ، هذا لا ينبغي أن يؤدي إلى الإنكار احترار محتملالمناخ ، ولكن لاحتمال حدوث عواقب مناخية لا يمكن التنبؤ بها (على سبيل المثال ، التأثير المعاكس - التبريد في عدد من مناطق العالم).

في هذا الصدد ، تعتبر بعض نتائج النمذجة الرياضية للعواقب المعقدة لتغير محتمل في مناخ الأرض مثيرة للاهتمام للغاية. أظهرت التجارب مع نموذج ثلاثي الأبعاد للنظام المتكامل للمحيطات والغلاف الجوي ، التي أجراها باحثون أمريكيون ، أنه استجابة للاحترار ، يتباطأ دوران شمال الأطلسي الحراري الملحي (تيار شمال الأطلسي). يقع التركيز الحرج لثاني أكسيد الكربون الذي يسبب هذا التأثير بين قيمتين وأربع قيم ما قبل الصناعة لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (280 جزء في المليون ، بينما يبلغ التركيز الحالي حوالي 360 جزء في المليون).

باستخدام نموذج أبسط لنظام المحيط والغلاف الجوي ، أجرى المتخصصون تحليلًا رياضيًا مفصلاً للعمليات الموضحة أعلاه. وفقًا لحساباتهم ، مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 1٪ سنويًا (وهو ما يتوافق مع المعدلات الحديثة) ، يتباطأ تيار شمال الأطلسي ، وعند محتوى ثاني أكسيد الكربون يبلغ 750 جزء في المليون ، يحدث انهياره - توقف تام عن الدوران. مع زيادة أبطأ في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (ودرجة حرارة الهواء) - على سبيل المثال ، بنسبة 0.5٪ سنويًا ، عندما يصل التركيز إلى 750 جزء في المليون ، يتباطأ الدوران ، ولكن بعد ذلك يتعافى ببطء. في حالة النمو المتسارع لغازات الدفيئة في الغلاف الجوي والاحترار المصاحب ، يتم تدمير تيار شمال الأطلسي بتركيزات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون - 650 جزء في المليون. وتكمن أسباب التغير في التيار في أن ارتفاع درجة حرارة الهواء السطحي يتسبب في زيادة درجة حرارة الطبقات السطحية للماء ، فضلاً عن زيادة ضغط البخار المشبع في المناطق الشمالية ، وبالتالي زيادة التكثيف ، مما يزيد من كتلة المياه المحلاة على سطح المحيط في شمال المحيط الأطلسي. تؤدي كلتا العمليتين إلى زيادة التقسيم الطبقي لعمود المياه وإبطاء (أو حتى استحالة) التكوين المستمر للمياه العميقة الباردة في الجزء الشمالي من المحيط الأطلسي ، عندما تغرق المياه السطحية ، وتبرد وتصبح أثقل ، في المناطق السفلية ثم تتحرك ببطء إلى المناطق الاستوائية.

الدراسات حول هذا النوع من عواقب ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي ، التي أجراها مؤخرًا R. Wood وزملاؤه ، تقدم صورة أكثر إثارة للاهتمام للأحداث المحتملة. بالإضافة إلى تقليل إجمالي النقل الأطلسي بنسبة 25٪ ، وفقًا للمعدل الحالي لنمو غازات الدفيئة ، سيكون هناك "توقف" للحمل الحراري في بحر لابرادور ، أحد المركزين الشماليين لتكوين المياه العميقة الباردة . علاوة على ذلك ، يمكن أن يحدث هذا بالفعل في الفترة من 2000 إلى 2030.

تطور الحد الأقصى لانخفاض التدفق الزولي لتيار شمال الأطلسي (نتائج الحساب لخمسة سيناريوهات للاحترار العالمي). يصل تركيز I - CO 2 إلى 560 جزء في المليون ، ويضعف التدفق قليلاً ، ثم يتعافى ؛ الثاني والرابع - تركيز ثاني أكسيد الكربون 2-650 و 750 جزء في المليون ، ومعدل نمو ثاني أكسيد الكربون 1٪ سنويًا ، يتم تدمير الدورة الدموية ؛ III ، V - 650 و 750 جزء في المليون ، معدل النمو 0.5٪ سنويًا ، يضعف التدفق ، ثم يتعافى عند مستوى أقل.

هذه التقلبات في تيار شمال الأطلسي يمكن أن تؤدي إلى عواقب وخيمة للغاية. على وجه الخصوص ، إذا انحرف توزيع الحرارة وتدفقات درجة الحرارة عن التوزيع الحالي في منطقة المحيط الأطلسي في نصف الكرة الشمالي ، فقد ينخفض ​​متوسط ​​درجات حرارة الهواء السطحي فوق أوروبا بشكل كبير. علاوة على ذلك ، يمكن للتغيرات في سرعة تيار شمال الأطلسي وتسخين المياه السطحية أن تقلل من امتصاص المحيط لثاني أكسيد الكربون (وفقًا لحسابات الخبراء المذكورين - بنسبة 30٪ مع مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء) ، والتي ينبغي أن تؤخذ في الاعتبار في كل من توقعات الحالة المستقبلية للغلاف الجوي وفي سيناريوهات انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. يمكن أن تحدث تغييرات كبيرة أيضًا في النظم الإيكولوجية البحرية ، بما في ذلك مجموعات الأسماك والطيور البحرية ، اعتمادًا ليس فقط على الظروف المناخية المحددة ، ولكن أيضًا على العناصر الغذائية التي يتم جلبها إلى السطح عن طريق التيارات المحيطية الباردة. هنا نريد التأكيد على النقطة المهمة للغاية المذكورة أعلاه: عواقب نمو غازات الدفيئة في الغلاف الجوي ، كما رأينا ، يمكن أن تكون أكثر تعقيدًا من الاحترار المنتظم للغلاف الجوي السطحي.

الاضطراب المحتمل للنظم البيئية

عند نمذجة تبادل ثاني أكسيد الكربون ، من الضروري أيضًا مراعاة التأثير على نقل الغاز لحالة السطح البيني بين المحيط والغلاف الجوي. لعدد من السنوات ، في التجارب المختبرية والطبيعية ، قمنا بدراسة كثافة انتقال ثاني أكسيد الكربون في نظام الماء والهواء. تم النظر في تأثير ظروف موجة الرياح والوسط المشتت المتكون بالقرب من السطح البيني بين مرحلتين (الرش على السطح ، الرغوة ، فقاعات الهواء في عمود الماء) على تبادل الغازات. اتضح أن معدل نقل الغاز عندما تتغير طبيعة الموجات من الجاذبية الشعرية إلى الجاذبية يزداد بشكل كبير. هذا التأثير (بالإضافة إلى زيادة درجة حرارة الطبقة السطحية للمحيطات) يمكن أن يساهم بشكل إضافي في تدفق ثاني أكسيد الكربون بين المحيط والغلاف الجوي. من ناحية أخرى ، يعتبر الترسيب مصدرًا مهمًا لثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، والذي ، كما أظهرت دراساتنا ، يرشح بشكل مكثف ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الشوائب الغازية الأخرى. أظهرت الحسابات باستخدام البيانات المتعلقة بمحتوى ثاني أكسيد الكربون المذاب في مياه الأمطار والكمية السنوية لهطول الأمطار أن 0.2 - 1 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تدخل المحيط سنويًا مع هطول الأمطار ، ويمكن أن يصل إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون المنجرفة من الغلاف الجوي إلى 0.7– 2.0 جيجا طن.

بالعودة إلى أطروحات مؤلفي ملحق الالتماس ، نلاحظ أن أكثر البيانات إثارة للجدل هي البيانات المتعلقة بالتأثير المفيد لنمو ثاني أكسيد الكربون للنباتات الخضراء. الحقيقة هي أن هناك عددًا من البيانات العلمية ، والتي وفقًا لها ، يمكن أن تؤدي زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، حتى بدون مراعاة الاحترار العالمي ، إلى تغيير كبير في بنية وعمل النظم البيئية ، والتي يمكن أن تكون غير مواتية للنباتات. لا تعني الاستجابة الإيجابية لزيادة ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، التي لوحظت في نبات فردي ، بالضرورة أنه سيكون هناك نمو متزايد للمجتمعات النباتية ككل.

تتجذر أفكار المؤلفين حول دور ثاني أكسيد الكربون كمحفز للنمو في تفاصيل عملية التمثيل الضوئي. في الواقع ، يمكن أن تؤدي زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى تكثيف هذه العملية ، وبالتالي تعزيز نمو النبات. تستفيد من ذلك ما يسمى بالنباتات C 3 ، والتي تشمل جميع الأشجار تقريبًا والعديد من المحاصيل الرئيسية: الأرز والقمح والبطاطس والبقوليات. في نباتات C 3 ، في المرحلة الأولى من التثبيت ، يرتبط جزيء CO 2 بـ ribulose diphosphate ، والذي يحتوي على سكر مكون من 5 كربون. نتيجة للتفاعل ، الذي يحدث تحت تأثير إنزيم ريبولوز ثنائي فوسفات الكربوكسيلاز ، يتم تكوين مركب غير مستقر قصير العمر ، بما في ذلك سكر من 6 كربون. ينقسم إلى مشتقين يحتويان على ثلاث ذرات كربون - ومن هنا جاء اسم "نباتات C 3". يتنافس الأكسجين الجوي مع ثاني أكسيد الكربون على المركز النشط لـ ribulose diphosphate carboxylase. إذا فاز O 2 ، يفقد المصنع الطاقة ، لأن تثبيت CO 2 لا يحدث أثناء استخدام الأكسجين. مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون ، تزداد احتمالية "فوزه" في منافسة O2 للارتباط بالمركز النشط للإنزيم. في الواقع ، في بعض التجارب ، عندما تم ضبط تركيز ثاني أكسيد الكربون عند 600 جزء في المليون ، تم تقليل التنفس الضوئي بنسبة 50٪ ، والحد من ذلك يعني أن النبات يمكنه استخدام المزيد من طاقته لبناء الأنسجة. ومع ذلك ، في هذه النباتات ، في ظل ظروف زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون ، لوحظ زيادة التمثيل الضوئي في المرحلة الأولى من التجارب ، ولكن بعد التنشيط المؤقت ، يحدث تثبيطه. نظام النقل للنبات متعدد الجينات ، ويعتمد على العديد من العوامل (الطاقة ، الهرمونات ، إلخ) ولا يمكن إعادة تنظيمه بسرعة. لذلك ، مع التعرض المطول للنبات لثاني أكسيد الكربون في ظل ظروف التركيز العالي ، ينخفض ​​التمثيل الضوئي بسبب التراكم المفرط للنشا في البلاستيدات الخضراء.

ومع ذلك ، من الناحية العملية ، تم إثبات زيادة كبيرة في نمو وتراكم الكتلة الحيوية في النباتات المزروعة بتركيز متزايد من ثاني أكسيد الكربون ، على الرغم من انخفاض شدة التمثيل الضوئي بمرور الوقت ، مما يقترب مما لوحظ في النباتات التي تعيش في جو به تكوين الغاز الطبيعي. يتم تفسير هذا التناقض من خلال الإجراء التنظيمي لثاني أكسيد الكربون على وظيفة نمو النبات. ويرافق الحفاظ المطول للنبات عند تركيز عالٍ من ثاني أكسيد الكربون زيادة في مساحة الأوراق ، وتحفيز نمو البراعم من الدرجة الثانية ، وزيادة نسبية في نسبة الجذور وأعضاء التخزين في النبات ، وزيادة التدرن. يتم تعزيز وظيفة النمو من خلال تشكيل جهاز جديد للتمثيل الضوئي. يشير هذا إلى الدور "المزدوج" لثاني أكسيد الكربون كركيزة في عملية التمثيل الضوئي وكمنظم لعمليات النمو. مع زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، يتم إنشاء حالة مستقرة جديدة للنظام ، تتوافق مع مستوى جديد من ثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى زيادة في المحصول ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة حجم الكل نظام التمثيل الضوئي ، وبدرجة أقل ، بسبب كثافة التمثيل الضوئي لكل وحدة مساحة ورقة.

تتمثل إحدى التقنيات المعروفة لزيادة كثافة وإنتاجية التمثيل الضوئي في زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في البيوت البلاستيكية. تسمح هذه الطريقة بزيادة نمو الكتلة الحيوية. ومع ذلك ، فإن التغيير في تركيز ثاني أكسيد الكربون يؤثر على تكوين المنتجات النهائية لعملية التمثيل الضوئي: فقد وجد أنه عند تركيزات عالية من 14 CO 2 14 C تم تضمينها بشكل أساسي في السكريات ، وبتركيزات منخفضة - في الأحماض الأمينية (سيرين ، جليكاين ، وما إلى ذلك).

نظرًا لأنه يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي جزئيًا عن طريق الترسيب والمياه السطحية العذبة ، يزداد محتوى ثاني أكسيد الكربون في محلول التربة ، ونتيجة لذلك يحدث تحمض البيئة. في التجارب التي أجريت في مختبرنا ، جرت محاولة لاستقصاء تأثيرات ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء على تراكم الكتلة الحيوية بواسطة النباتات. نمت شتلات القمح على وسط غذائي مائي قياسي ، حيث ، بالإضافة إلى الكربون الجوي ، يعمل ثاني أكسيد الكربون الجزيئي المذاب وأيون البيكربونات بتركيزات مختلفة كمصادر إضافية للكربون. تم تحقيق ذلك عن طريق تغيير وقت تشبع المحلول المائي بثاني أكسيد الكربون الغازي. اتضح أن الزيادة الأولية في تركيز ثاني أكسيد الكربون في وسط المغذيات تؤدي إلى تحفيز الأرض والكتلة الجذرية لنباتات القمح. ومع ذلك ، مع وجود زيادة بمقدار 2-3 أضعاف في محتوى ثاني أكسيد الكربون المذاب فوق المعدل الطبيعي ، لوحظ تثبيط نمو جذور النباتات مع حدوث تغيير في شكلها. ربما ، مع تحمض البيئة بشكل كبير ، هناك انخفاض في امتصاص العناصر الغذائية الأخرى (النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والمغنيسيوم والكالسيوم). وبالتالي ، يجب أن تؤخذ الآثار غير المباشرة لتركيزات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون في الاعتبار عند تقييم تأثيرها على نمو النبات.

البيانات المتعلقة بتكثيف نمو النباتات من مختلف الأنواع والأعمار الواردة في ملحق الالتماس تترك دون إجابة مسألة شروط تزويد كائنات الدراسة بالعناصر الحيوية. يجب التأكيد على أن التغيير في تركيز ثاني أكسيد الكربون يجب أن يكون متوازنًا بشكل صارم مع استهلاك النيتروجين والفوسفور والمغذيات الأخرى والضوء والماء في عملية الإنتاج دون الإخلال بالتوازن البيئي. وهكذا ، لوحظ نمو النبات المعزز بتركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون في وسط غني بالمغذيات. على سبيل المثال ، في الأراضي الرطبة في مصب خليج تشيسابيك (جنوب غرب الولايات المتحدة) ، حيث تنمو نباتات C3 بشكل أساسي ، أدت زيادة ثاني أكسيد الكربون في الهواء إلى 700 جزء في المليون إلى تكثيف نمو النبات وزيادة كثافتها. أظهر تحليل لأكثر من 700 دراسة زراعية أنه عند التركيزات العالية من ثاني أكسيد الكربون في البيئة ، كان محصول الحبوب أعلى في المتوسط ​​بنسبة 34 ٪ (حيث تم استخدام كمية كافية من الأسمدة والمياه على التربة - وهي موارد متوفرة فقط في الدول المتقدمة). من أجل زيادة إنتاجية المحاصيل الزراعية في ظروف ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، من الواضح أنه سيكون من الضروري ليس فقط الحصول على كمية كبيرة من الأسمدة ، ولكن أيضًا منتجات وقاية النبات (مبيدات الأعشاب ، ومبيدات الحشرات ، ومبيدات الفطريات ، وما إلى ذلك) ، فضلا عن أعمال الري واسعة النطاق. من المعقول أن نخشى أن تكون تكلفة هذه الأنشطة والعواقب على البيئة كبيرة للغاية وغير متناسبة.

كشفت الدراسات أيضًا عن دور المنافسة في النظم البيئية ، مما يؤدي إلى انخفاض التأثير المحفز للتركيزات العالية من ثاني أكسيد الكربون. في الواقع ، نمت شتلات الأشجار من نفس النوع في مناخ معتدل (نيو إنجلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية) والمناطق الاستوائية بشكل أفضل عند تركيز عالٍ من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ومع ذلك ، عندما نمت شتلات من أنواع مختلفة معًا ، زادت إنتاجية هذه المجتمعات لا تزيد في ظل نفس الظروف. من المحتمل أن التنافس على العناصر الغذائية يمنع استجابة النباتات لارتفاع ثاني أكسيد الكربون.

قد تكون نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون في الهواء غير مواتية لما يسمى بمصانع C4 ، وأول منتجات التمثيل الضوئي منها عبارة عن مركبات من أربع ذرات كربون: حمض الماليك والأسبارتيك ، أوكسالو أسيتات. تشتمل هذه الفئة على العديد من أعشاب المناطق الجافة والمدارية الساخنة وشبه الاستوائية والمحاصيل الزراعية - الذرة والذرة الرفيعة وقصب السكر وما إلى ذلك. تحتوي نباتات C 4 على آلية كربوكسيل إضافية - وهي نوع من المضخات التي تركز على ثاني أكسيد الكربون بالقرب من المركز النشط للإنزيم ، السماح لهذه النباتات بالنمو بشكل جيد بتركيزات طبيعية من ثاني أكسيد الكربون. في محطات C4 في ظل الظروف العادية ، يكون استهلاك الطاقة من أجل التنفس الضوئي أقل بكثير وبالتالي تكون كفاءة التمثيل الضوئي أعلى منها في محطات C 3. يحدث نفس الشيء تقريبًا أثناء عملية التمثيل الضوئي ، وهي سمة من سمات العصارة النموذجية. يطلق عليه عملية التمثيل الضوئي CAM (التمثيل الغذائي لحمض Crassulacean). تستخدم نباتات CAM ، مثل نباتات C 4 ، كلا من مسارات التمثيل الضوئي C 3 و C 4 ، ولكنها تختلف عن نباتات C 4 من حيث أنها تتميز بفصل هذه المسارات فقط في الوقت المناسب ، ولكن ليس في الفضاء ، كما في C 4 - النباتات .

وبالتالي ، مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون ، تكون نباتات C3 في وضع أفضل من نباتات C4 و CAM ، وهذا بدوره يمكن أن يكون له عواقب وخيمة للغاية. ستصبح العديد من نباتات C4 نادرة أو مهددة بالانقراض. في النظم البيئية الزراعية ، عند زراعة نباتات C4 ، مثل الذرة أو قصب السكر ، يمكن أن يؤدي التركيز المتزايد لثاني أكسيد الكربون إلى انخفاض في إنتاجيتها ، في حين أن الأعشاب الضارة ، التي تمثلها نباتات C 3 بشكل أساسي ، ستكتسب ميزة. نتيجة لذلك ، من الممكن حدوث انخفاض كبير في الغلة.

في حالة الاحتباس الحراري ، فإن نمو النبات المتزايد ، الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي ، لا يمكن أن يعوض عن التحلل المتسارع للمواد العضوية. هذا مهم بشكل خاص ، كما هو الحال في الموائل عالية الارتفاع ، مثل التندرا ، من المتوقع حدوث أكبر زيادة في درجة الحرارة. في المنطقة التربة الصقيعيةمع ذوبان الجليد ، سيتعرض المزيد والمزيد من الخث للكائنات الحية الدقيقة المتحللة للمواد العضوية. ستؤدي هذه العملية بدورها إلى زيادة إطلاق ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي. وفقًا للتقديرات ، مع زيادة درجة حرارة الصيف في التندرا بمقدار 4 درجات مئوية ، سيتم إطلاق ما يصل إلى 50 ٪ من الكربون من الخث بالإضافة إلى ذلك في الغلاف الجوي ، على الرغم من نمو النبات المكثف. في هذا الحزام ، تعتبر نباتات التندرا نفسها عاملاً هامًا في تكوين المناخ ؛ لذلك ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، سيكون لتحول حدود الغابة إلى الشمال عواقب وخيمة. سيتغير هيكل قاعدة العلف: سيتم استبدال الأشنات والطحالب ، التي تنجذب إلى درجات حرارة منخفضة ، بشجيرات غير مناسبة للغزلان. بالإضافة إلى ذلك ، ستؤثر زيادة ارتفاع الغطاء الثلجي سلبًا على بقاء الحيوانات الصغيرة التي تظهر في هذا الوقت.

لن يؤثر التأثير المتبادل التنافسي للنباتات ذات الاحتياطيات الغذائية المحدودة فقط النظم البيئية الطبيعيةولكن أيضًا على النظم البيئية التي صنعها الإنسان. لذلك ، فإن الفرضية القائلة بأن الزيادة المستقبلية في مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ستؤدي إلى غنى المحاصيل ، ونتيجة لذلك ، إلى زيادة في إنتاجية الحيوانات ، أمر مشكوك فيه.

إن دراسة الاستراتيجية التكيفية واستجابة النباتات للتقلبات في العوامل الرئيسية التي تؤثر على تغير المناخ والخصائص البيئية جعلت من الممكن تنقيح بعض التنبؤات. مرة أخرى في عام 1987 ، تم إعداد سيناريو للعواقب الزراعية المناخية لتغير المناخ الحديث ونمو ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض شمال امريكا. وفقًا للتقديرات ، مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى 400 جزء في المليون وزيادة متوسط ​​درجة الحرارة العالمية بالقرب من سطح الأرض بمقدار 0.5 درجة مئوية ، سيزداد محصول القمح في ظل هذه الظروف بنسبة 7-10٪. لكن الزيادة في درجات حرارة الهواء في خطوط العرض الشمالية ستكون واضحة بشكل خاص في الشتاء وستتسبب في ذوبان الجليد بشكل متكرر في الشتاء ، مما قد يؤدي إلى إضعاف مقاومة الصقيع للمحاصيل الشتوية ، وتجميد المحاصيل وإلحاق الضرر بقشرة الجليد. سوف تتطلب الزيادة المتوقعة في الفترة الدافئة اختيار أصناف جديدة ذات موسم نمو أطول.

بالنسبة لتنبؤات غلة المحاصيل الزراعية الرئيسية في روسيا ، يبدو أن الزيادة المستمرة في متوسط ​​درجات حرارة الهواء السطحي وزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي سيكون لهما تأثير إيجابي. يمكن أن يؤدي تأثير نمو ثاني أكسيد الكربون فقط في الغلاف الجوي إلى زيادة إنتاجية المحاصيل الزراعية الرائدة - نباتات C 3 (الحبوب والبطاطس والبنجر وما إلى ذلك) - بمتوسط ​​20-30٪ ، بينما بالنسبة لـ ج 4 - نباتات (ذرة ، دخن ، ذرة ، قطيفة) وهذا النمو ضئيل. ومع ذلك ، من الواضح أن الاحترار سيؤدي إلى انخفاض في مستوى الرطوبة في الغلاف الجوي بنحو 10٪ ، مما سيعقد الزراعة ، خاصة في الجزء الجنوبي من الأراضي الأوروبية ، في منطقة الفولغا ، في مناطق السهوب في الغرب و شرق سيبيريا. هنا يمكن للمرء أن يتوقع ليس فقط انخفاضًا في مجموعة المنتجات لكل وحدة مساحة ، ولكن أيضًا تطور عمليات التعرية (خاصة الرياح) ، وتدهور جودة التربة ، بما في ذلك فقدان الدبال ، والتملح ، والتصحر في مناطق واسعة. وقد وجد أن تشبع الطبقة السطحية من الغلاف الجوي بسماكة تصل إلى متر واحد مع وجود فائض من ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يستجيب "لتأثير الصحراء". هذه الطبقة تمتص التصاعدي تدفقات الحرارةلذلك ، نتيجة لتخصيبه بثاني أكسيد الكربون (1.5 مرة مقارنة بالمعيار الحالي) ، ستصبح درجة حرارة الهواء المحلي مباشرة على سطح الأرض أعلى بعدة درجات من متوسط ​​درجة الحرارة. ستزداد شدة تبخر الرطوبة من التربة ، مما يؤدي إلى جفافها. لهذا السبب ، قد ينخفض ​​إنتاج الحبوب والأعلاف وبنجر السكر والبطاطس وبذور عباد الشمس والخضروات وما إلى ذلك في البلاد ككل. نتيجة لذلك ، ستتغير النسب بين توزيع السكان وإنتاج الأنواع الرئيسية من المنتجات الزراعية.

وبالتالي ، فإن النظم البيئية الأرضية حساسة للغاية لزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ومن خلال امتصاص الكربون الزائد أثناء عملية التمثيل الضوئي ، فإنها بدورها تساهم في نمو ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تلعب عمليات تنفس التربة دورًا لا يقل أهمية في تكوين مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. من المعروف أن الاحترار المناخي الحديث يتسبب في زيادة إطلاق الكربون غير العضوي من التربة (خاصة في خطوط العرض الشمالية). أظهرت الحسابات النموذجية التي أجريت لتقييم استجابة النظم الإيكولوجية الأرضية للتغيرات المناخية العالمية ومستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أنه في حالة الزيادة فقط في ثاني أكسيد الكربون (دون تغير المناخ) ، ينخفض ​​تحفيز التمثيل الضوئي عند ارتفاع ثاني أكسيد الكربون. قيمتان ، لكن إطلاق الكربون من التربة يزداد مع تراكمه في الغطاء النباتي والتربة. إذا استقر محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، فإن صافي إنتاج النظم الإيكولوجية (صافي تدفق الكربون بين الكائنات الحية والغلاف الجوي) ينخفض ​​بسرعة إلى الصفر ، حيث يتم تعويض التمثيل الضوئي عن طريق تنفس النباتات والتربة. وفقًا لهذه الحسابات ، يمكن أن تكون استجابة النظم الإيكولوجية الأرضية لتغير المناخ دون تأثير نمو ثاني أكسيد الكربون انخفاضًا في تدفق الكربون العالمي من الغلاف الجوي إلى الكائنات الحية بسبب زيادة تنفس التربة في النظم الإيكولوجية الشمالية وانخفاض صافي الإنتاج الأولي في المناطق المدارية نتيجة لانخفاض محتوى رطوبة التربة. تدعم هذه النتيجة التقديرات التي تفيد بأن تأثير الاحترار على تنفس التربة يفوق تأثيره على نمو النبات ويقلل من مخزون الكربون في التربة. يمكن أن تؤدي التأثيرات المشتركة للاحتباس الحراري وارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى زيادة صافي إنتاج النظام الإيكولوجي العالمي ومصارف الكربون للكائنات الحية ، ولكن الزيادات الكبيرة في تنفس التربة يمكن أن تعوض هذا الحوض في الشتاء والربيع. من المهم أن تعتمد هذه التنبؤات لاستجابة النظم البيئية الأرضية بشكل كبير على تكوين الأنواع للمجتمعات النباتية ، وتوافر المغذيات ، وعمر أنواع الأشجار ، وتختلف بشكل كبير داخل المناطق المناخية.

* * * كان القصد من البيانات الواردة في مرفق الالتماس ، كما هو مبين ، منع اعتماد الوثيقة التي تم وضعها في الاجتماع الدولي في كيوتو 1997 وفتح باب التوقيع عليها من آذار / مارس 1998 إلى آذار / مارس 1999. كما جاء في نتائج الاجتماع أظهر في بوينس آيرس - أيريس (نوفمبر 1998) ، احتمال توقيع عدد من الدول الصناعية ، وخاصة الولايات المتحدة ، على هذه الوثيقة غائب عمليًا. في هذا الصدد ، هناك حاجة لتحسين الاستراتيجية في معالجة مشكلة تغير المناخ العالمي.

يعتبر نائب مدير World Watch Institute ، K. Flavin ، أن إنشاء مجموعة مبادرة عنصر ضروري لمزيد من الحركة. وسيشمل البلدان (على وجه الخصوص ، أوروبا وأمريكا اللاتينية) التي وقعت على بروتوكول كيوتو ، أكبر المدن، "الشركات والشركات ذات التفكير البناء" ("بريتش بتروليوم" ، "شركة إنرون" ، "رويال دويتش شل" ، وما إلى ذلك) ، وتدعم بنشاط الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتشارك في عملية الحد من انبعاثاتها على أساس تجارة الانبعاثات.

في رأينا ، يمكن أن يكون إدخال تقنيات توفير الطاقة واستخدام مصادر الطاقة المتجددة مساهمة مهمة في حل هذه المشكلة.

المؤلفات

1 Robinson AB، Baliunas S.L.، Soon W.، Robinson Z.W. الآثار البيئية لزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تم إرسال الالتماس ، إلى جانب المراجعة ، إلى معاهد البحث والعلماء الأفراد مع طلب للتوقيع عليها وتوزيعها على الزملاء. نسخة من الالتماس ومراجعة باللغتين الروسية و اللغة الانجليزيةمتوفر في طبعة Priroda.

2 لمزيد من التفاصيل ، انظر: Sidorenkov N.S. التقلبات بين السنوات في نظام الغلاف الجوي والمحيط والأرض // الطبيعة. 1998. رقم 7. الجزء 26 - 34.

3 Klimenko V.V. ، Klimenko A.V. ، Snytin S.Yu. ، Fedorov M.V. // هندسة الطاقة الحرارية. 1994. رقم 1. ص 5-11.

4 Corti S.، Molteni F.، Palmer T.N. // طبيعة. 1999. V.398. رقم 6730. ص 799-802.

5 تيت إس إف بي ، ستوت بي إس ، ألين إم آر ، إنجرام دبليو جي ، ميتشل جيه إف بي // طبيعة. 1999. V.399. رقم 6736. ص 569-572.

16 موكرونوسوف أ. التمثيل الضوئي والتغيير في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي // Priroda. 1994. رقم 7. م 25-27.

17 سكورلاتوف يو. ومقدمة أخرى في الكيمياء البيئية. م ، 1994 ، ص 38.

18 Romanenko GA، Komov N.V.، Tyutyunnikov A.I. تغير المناخ و العواقب المحتملةمن هذه العملية في الزراعة // موارد الأراضي في روسيا ، وكفاءة استخدامها. م ، 1995. S.87-94.

19 Mingkui C.، Woodward F. I. // الطبيعة. 1998. V.393. رقم 6682. ص 249-252.

في سبتمبر 2016 ، تجاوز تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض علامة ذات دلالة نفسية تبلغ 400 جزء في المليون (أجزاء في المليون). وهذا يجعل خطط الدول المتقدمة لمنع ارتفاع درجة الحرارة على الأرض بأكثر من درجتين مشكوك فيها.

الاحترار العالمي هو زيادة في متوسط ​​درجة حرارة نظام مناخ الأرض. خلال الفترة من 1906 إلى 2005 ، زاد متوسط ​​درجة حرارة الهواء بالقرب من سطح الكوكب بمقدار 0.74 درجة ، وبلغ معدل ارتفاع درجة الحرارة في النصف الثاني من القرن ضعف ارتفاعه في الفترة ككل. طوال فترة المراقبة بأكملها ، يعتبر عام 2015 أكثر الأعوام سخونة ، حيث تجاوزت جميع مؤشرات درجات الحرارة مؤشرات عام 2014 ، صاحب الرقم القياسي السابق ، بمقدار 0.13 درجة. في أجزاء مختلفةفي جميع أنحاء العالم ، تتغير درجات الحرارة بطرق مختلفة. منذ عام 1979 ، ارتفعت درجات الحرارة فوق اليابسة ضعف ما ارتفعت فوق المحيط. يفسر ذلك حقيقة أن درجة حرارة الهواء فوق المحيط تنمو بشكل أبطأ بسبب قدرتها الحرارية الكبيرة.

حركة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي

تعتبر الأنشطة البشرية السبب الرئيسي للاحتباس الحراري. أظهرت طرق البحث غير المباشرة أنه حتى عام 1850 ، لمدة ألف أو ألفي عام ، ظلت درجة الحرارة مستقرة نسبيًا ، وإن كان ذلك مع بعض التقلبات الإقليمية.

وهكذا ، فإن بداية تغير المناخ تكاد تتزامن مع بداية الثورة الصناعية في معظم الدول الغربية. تعتبر انبعاثات غازات الاحتباس الحراري هي السبب الرئيسي اليوم. الحقيقة هي أن جزءًا من الطاقة التي يتلقاها كوكب الأرض من الشمس يتم إعادة إشعاعها مرة أخرى إلى الفضاء الخارجي في شكل إشعاع حراري.

تعمل غازات الدفيئة على إعاقة هذه العملية بامتصاص بعض الحرارة وإبقائها في الغلاف الجوي.

تؤدي إضافة غازات الدفيئة إلى الغلاف الجوي إلى زيادة تسخين الغلاف الجوي وزيادة درجة الحرارة بالقرب من سطح الكوكب. الغازات الدفيئة الرئيسية في الغلاف الجوي للأرض هي ثاني أكسيد الكربون (CO 2) والميثان (CH 4). نتيجة للنشاط الصناعي للبشرية ، يتزايد تركيز هذه الغازات في الهواء ، مما يؤدي إلى زيادة سنوية في درجة الحرارة.

نظرًا لأن ارتفاع درجة حرارة المناخ يهدد حرفياً البشرية جمعاء ، فإن هناك محاولات متكررة في العالم للسيطرة على هذه العملية. حتى عام 2012 ، كان بروتوكول كيوتو هو الاتفاقية العالمية الرئيسية لمكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري.

غطت أكثر من 160 دولة في العالم وغطت 55 ٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العالم. ومع ذلك ، بعد نهاية المرحلة الأولى من بروتوكول كيوتو ، لم تتمكن الدول المشاركة من الاتفاق على مزيد من الإجراءات. جزئيًا ، أعيقت صياغة المرحلة الثانية من المعاهدة حقيقة أن العديد من المشاركين يتجنبون استخدام نهج الميزانية لتحديد التزاماتهم فيما يتعلق بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ميزانية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون - مقدار الانبعاثات خلال فترة زمنية معينة ، والتي يتم حسابها من درجة الحرارة التي يجب ألا يتجاوزها المشاركون.

وفقًا للقرارات المتخذة في ديربان ، لن يتم إبرام أي اتفاقية مناخية ملزمة حتى عام 2020 ، على الرغم من الجهود العاجلة لتقليل انبعاثات الغازات وتقليل الانبعاثات. تشير الدراسات إلى أن الطريقة الوحيدة في الوقت الحالي لتوفير "احتمال معقول" للحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى درجتين (مما يميز تغير المناخ الخطير) سيكون تقييد اقتصادات البلدان المتقدمة وانتقالها إلى استراتيجية مناهضة للنمو.

وفي سبتمبر 2016 ، وفقًا لمرصد Mauna Loa ، تم التغلب على حاجز نفسي آخر لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري CO 2 - 400 جزء في المليون (جزء في المليون). يجب القول أن هذه القيمة تم تجاوزها مرارًا وتكرارًا من قبل ،

لكن شهر سبتمبر يعتبر تقليديًا الشهر الذي يحتوي على أقل تركيز لثاني أكسيد الكربون في نصف الكرة الشمالي.

ويفسر ذلك حقيقة أن النباتات الخضراء لديها الوقت لامتصاص كمية معينة من غازات الاحتباس الحراري من الغلاف الجوي خلال فصل الصيف قبل سقوط الأوراق من الأشجار وعودة بعض ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، إذا تم تجاوز عتبة الأهمية النفسية البالغة 400 جزء في المليون في سبتمبر ، فمن المرجح أن المؤشرات الشهرية لن تكون أبدًا أقل من هذه القيمة.

هل من الممكن أن ينخفض ​​التركيز في أكتوبر من هذا العام مقارنة بشهر سبتمبر؟ مستبعد تماما

يوضح رالف كيلينغ من معهد سكريبس لعلوم المحيطات في سان دييغو على مدونته. "من الممكن حدوث انخفاض قصير المدى في مستوى التركيز ، لكن القيم المتوسطة الشهرية ستتجاوز دائمًا 400 جزء في المليون."

يلاحظ كيلينغ أيضًا أن الأعاصير المدارية يمكن أن تقلل من مستوى تركيز ثاني أكسيد الكربون بمقدار وقت قصير. يوافق جافين شميدت ، كبير علماء المناخ ، على ما يلي: "في أفضل الأحوال ، يمكنك أن تتوقع نوعًا من التوازن ، ولن ترتفع مستويات ثاني أكسيد الكربون بسرعة كبيرة. ولكن ، في رأيي ، لن ينخفض ​​ثاني أكسيد الكربون أبدًا إلى أقل من 400 جزء في المليون مرة أخرى ".

وفقًا للتوقعات ، بحلول عام 2099 ، سيكون تركيز ثاني أكسيد الكربون على الأرض 900 جزء في المليون ، وهو ما يمثل حوالي 0.1 ٪ من الغلاف الجوي بأكمله لكوكبنا. نتيجة لذلك ، سيكون متوسط ​​درجة الحرارة اليومية في مدن مثل القدس ونيويورك ولوس أنجلوس ومومباي قريبًا من + 45 درجة مئوية. في لندن وباريس وموسكو ، ستتجاوز درجات الحرارة + 30 درجة مئوية في الصيف.

الصودا ، البركان ، الزهرة ، الثلاجة - ما هو الشيء المشترك بينهم؟ نشبع. لقد جمعنا لك أكثر المعلومات إثارة للاهتمام حول أحد أهمها مركبات كيميائيةعلى الأرض.

ما هو ثاني أكسيد الكربون

يُعرف ثاني أكسيد الكربون أساسًا بخصائصه الحالة الغازية، بمعنى آخر. ثاني أكسيد الكربون مع بسيط صيغة كيميائيةثاني أكسيد الكربون. في هذا النموذج ، يوجد في ظل الظروف العادية - في الضغط الجويودرجات الحرارة "العادية". ولكن عند زيادة الضغط ، أكثر من 5850 كيلوباسكال (على سبيل المثال ، الضغط عند عمق البحر حوالي 600 متر) ، يتحول هذا الغاز إلى سائل. ومع التبريد القوي (-78.5 درجة مئوية) ، يتبلور ويصبح ما يسمى بالثلج الجاف ، والذي يستخدم على نطاق واسع في التجارة لتخزين الأطعمة المجمدة في الثلاجات.

يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون السائل والثلج الجاف واستخدامهما في الأنشطة البشرية ، ولكن هذه الأشكال غير مستقرة وتتحلل بسهولة.

لكن ثاني أكسيد الكربون الغازي موجود في كل مكان: يتم إطلاقه أثناء تنفس الحيوانات والنباتات وهو جزء مهم من التركيب الكيميائيالغلاف الجوي والمحيطات.

خواص ثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون CO2 عديم اللون والرائحة. في ظل الظروف العادية ، ليس له طعم. ومع ذلك ، عند استنشاق تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون ، يمكن الشعور بطعم حامض في الفم ، بسبب حقيقة أن ثاني أكسيد الكربون يذوب على الأغشية المخاطية وفي اللعاب ، مكونًا محلولًا ضعيفًا من حمض الكربونيك.

بالمناسبة ، فإن قدرة ثاني أكسيد الكربون على الذوبان في الماء هي التي تستخدم في صنع المياه الفوارة. فقاعات عصير الليمون - نفس ثاني أكسيد الكربون. تم اختراع أول جهاز لتشبع الماء بثاني أكسيد الكربون منذ عام 1770 ، وفي عام 1783 بدأ السويسري جاكوب شويبس في الإنتاج الصناعي للصودا (لا تزال علامة شويبس التجارية موجودة).

ثاني أكسيد الكربون أثقل بمقدار 1.5 مرة من الهواء ، لذلك يميل إلى "الاستقرار" في طبقاته السفلية إذا كانت تهوية الغرفة سيئة. تأثير "كهف الكلب" معروف ، حيث يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الأرض ويتراكم على ارتفاع حوالي نصف متر. لا يشعر شخص بالغ ، عند دخوله إلى مثل هذا الكهف ، في ذروة ارتفاعه ، بوجود فائض من ثاني أكسيد الكربون ، لكن الكلاب تجد نفسها في طبقة سميكة من ثاني أكسيد الكربون وتتعرض للتسمم.

لا يدعم غاز ثاني أكسيد الكربون الاحتراق ، لذا فهو يستخدم في أجهزة إطفاء الحريق وأنظمة إخماد الحرائق. تعتمد الحيلة في إطفاء شمعة مشتعلة بمحتويات زجاج فارغ مزعوم (ولكن في الواقع مع ثاني أكسيد الكربون) على وجه التحديد على خاصية ثاني أكسيد الكربون هذه.

ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة: مصادره الطبيعية

ينتج ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة من مصادر مختلفة:

• تنفس الحيوانات والنباتات.
  يعرف كل تلميذ أن النباتات تمتص ثاني أكسيد الكربون CO2 من الهواء وتستخدمه في عملية التمثيل الضوئي. تحاول بعض ربات البيوت التكفير عن أوجه القصور مع وفرة من النباتات الداخلية. ومع ذلك ، لا تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون فحسب ، بل تطلقها أيضًا في غياب الضوء كجزء من عملية التنفس. لذلك ، فإن الغابة في غرفة نوم سيئة التهوية ليست فكرة جيدة: في الليل ، سترتفع مستويات ثاني أكسيد الكربون أكثر.
• النشاط البركاني.
  ثاني أكسيد الكربون جزء من الغازات البركانية. في المناطق ذات الارتفاع العالي النشاط البركانييمكن أن ينبعث ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الأرض - من الشقوق والشقوق التي تسمى mofets. تركيز ثاني أكسيد الكربون في وديان mofet مرتفع للغاية لدرجة أن العديد من الحيوانات الصغيرة تموت عندما تصل إلى هناك.
• تحلل المواد العضوية.
  يتكون ثاني أكسيد الكربون أثناء احتراق المادة العضوية وتفسخها. تصاحب حرائق الغابات الانبعاثات الحجمية الطبيعية لثاني أكسيد الكربون.

يتم "تخزين" ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة على شكل مركبات كربون في معادن: الفحم والنفط والجفت والحجر الجيري. تم العثور على احتياطيات ضخمة من ثاني أكسيد الكربون في شكل مذاب في محيطات العالم.

يمكن أن يؤدي إطلاق ثاني أكسيد الكربون من خزان مفتوح إلى كارثة في علم الأحياء المائية ، كما حدث ، على سبيل المثال ، في عامي 1984 و 1986. في بحيرتي مانون ونيوس في الكاميرون. تشكلت كلتا البحيرتين في موقع الفوهات البركانية - انقرضت الآن ، لكن في الأعماق ، لا تزال الصهارة البركانية تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون ، الذي يرتفع إلى مياه البحيرات ويذوب فيها. نتيجة لعدد من العمليات المناخية والجيولوجية ، تجاوز تركيز ثاني أكسيد الكربون في المياه القيمة الحرجة. أطلق في الغلاف الجوي كمية كبيرةثاني أكسيد الكربون ، الذي ، مثل الانهيار الجليدي ، نزل إلى أسفل المنحدرات الجبلية. وقع حوالي 1800 شخص ضحايا للكوارث المائية في البحيرات الكاميرونية.

المصادر الاصطناعية لثاني أكسيد الكربون

المصادر البشرية الرئيسية لثاني أكسيد الكربون هي:

• الانبعاثات الصناعية المرتبطة بعمليات الاحتراق ؛
• النقل بالسيارات.

على الرغم من حقيقة أن نسبة النقل الصديق للبيئة في العالم آخذة في الازدياد ، إلا أن الغالبية العظمى من سكان العالم لن يكونوا قادرين (أو يرغبون) قريبًا في التحول إلى سيارات جديدة.

تؤدي إزالة الغابات النشطة للأغراض الصناعية أيضًا إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون CO2 في الهواء.

ثاني أكسيد الكربون هو أحد المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي (تكسير الجلوكوز والدهون). يفرز في الأنسجة ويحمله الهيموجلوبين إلى الرئتين ، ويتم الزفير من خلاله. في الهواء الذي يستنشقه الشخص ، يوجد حوالي 4.5٪ من ثاني أكسيد الكربون (45000 جزء في المليون) - 60-110 مرة أكثر من الهواء المستنشق.

يلعب ثاني أكسيد الكربون دورًا مهمًا في تنظيم إمداد الدم والتنفس. تؤدي زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الدم إلى توسع الشعيرات الدموية ، مما يسمح بمرور المزيد من الدم ، مما يوصل الأكسجين إلى الأنسجة ويزيل ثاني أكسيد الكربون.

يتم تحفيز الجهاز التنفسي أيضًا من خلال زيادة ثاني أكسيد الكربون ، وليس بسبب نقص الأكسجين ، كما قد يبدو. في الواقع ، لا يشعر الجسم بنقص الأكسجين لفترة طويلة ، ومن الممكن تمامًا أن يفقد الشخص وعيه في الهواء المخلخل قبل أن يشعر بنقص الهواء. تُستخدم الخاصية التحفيزية لثاني أكسيد الكربون في أجهزة التنفس الاصطناعي: حيث يتم خلط ثاني أكسيد الكربون بالأكسجين "لبدء" الجهاز التنفسي.

نحن وثاني أكسيد الكربون: ما سبب خطورة ثاني أكسيد الكربون؟

ثاني أكسيد الكربون ضروري لجسم الإنسان مثل الأكسجين. ولكن تمامًا كما هو الحال مع الأكسجين ، فإن فائض ثاني أكسيد الكربون يضر برفاهيتنا.

يؤدي التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون في الهواء إلى تسمم الجسم ويسبب حالة من فرط ثنائي أكسيد الكربون. في حالة فرط ثنائي أكسيد الكربون ، يعاني الشخص من صعوبة في التنفس ، والغثيان ، والصداع ، وقد يفقد وعيه. إذا لم ينخفض ​​محتوى ثاني أكسيد الكربون ، فسيأتي الدور - تجويع الأكسجين. الحقيقة هي أن كلا من ثاني أكسيد الكربون والأكسجين يتحركان حول الجسم على نفس "النقل" - الهيموجلوبين. عادة ، "يسافرون" معًا ، متصلين بأماكن مختلفة على جزيء الهيموجلوبين. ومع ذلك ، فإن زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدم تقلل من قدرة الأكسجين على الارتباط بالهيموجلوبين. تنخفض كمية الأكسجين في الدم ويحدث نقص الأكسجة.

تحدث هذه العواقب غير الصحية على الجسم عند استنشاق هواء يحتوي على نسبة تزيد عن 5000 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون (يمكن أن يكون هذا هو الهواء في المناجم ، على سبيل المثال). لكي نكون منصفين ، في الحياة العاديةنحن عمليا لا نواجه مثل هذا الهواء. ومع ذلك ، فحتى التركيز المنخفض جدًا لثاني أكسيد الكربون ليس مفيدًا للصحة.

وفقا لنتائج البعض ، بالفعل 1000 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون تسبب التعب والصداع في نصف المشاركين. يبدأ الكثير من الناس في الشعور بالتقارب وعدم الراحة حتى قبل ذلك. مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى 1500 - 2500 جزء في المليون ، يصبح الدماغ "كسولًا" لأخذ زمام المبادرة ومعالجة المعلومات واتخاذ القرارات.

وإذا كان مستوى 5000 جزء في المليون شبه مستحيل في الحياة اليومية ، فيمكن أن تكون 1000 وحتى 2500 جزء في المليون جزءًا من الواقع بسهولة. الإنسان المعاصر. أظهرنا أنه في الفصول الدراسية قليلة التهوية ، تظل مستويات ثاني أكسيد الكربون أعلى من 1500 جزء في المليون معظم الوقت ، وفي بعض الأحيان تقفز فوق 2000 جزء في المليون. هناك كل الأسباب للاعتقاد بأن الوضع متشابه في العديد من المكاتب وحتى الشقق.

يعتبر علماء الفسيولوجيا أن 800 جزء في المليون مستوى آمن من ثاني أكسيد الكربون لرفاهية الإنسان.

وجدت دراسة أخرى صلة بين مستويات ثاني أكسيد الكربون والإجهاد التأكسدي: فكلما ارتفع مستوى ثاني أكسيد الكربون ، زادت معاناتنا ، مما يؤدي إلى تدمير خلايا الجسم.

ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض

في الغلاف الجوي لكوكبنا ، يوجد فقط حوالي 0.04٪ من ثاني أكسيد الكربون (أي حوالي 400 جزء في المليون) ، ومؤخراً كان أقل من ذلك: تجاوز ثاني أكسيد الكربون علامة 400 جزء في المليون فقط في خريف عام 2016. يعزو العلماء ارتفاع مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى التصنيع: في منتصف القرن الثامن عشر ، عشية الثورة الصناعية ، كان يبلغ حوالي 270 جزءًا في المليون فقط.