A légkör szénciklusa - Atmospheric carbon cycle
A légköri szénciklus a gáznemű szénvegyületek , elsősorban a szén -dioxid ( CO
2), a Föld légköre, az óceánok és a szárazföldi bioszféra között . Ez az egyik a gyorsabb komponensek a bolygó teljes szén-ciklus , amely támogatja a csere több mint 200 milliárd tonna szén (azaz gigatonna szén vagy ÁSZF), és ki a légkörbe egész folyamán minden évben. A CO légköri koncentrációja
2csak akkor maradnak stabilak hosszabb ideig, ha a két folyamat között egyensúly van. Metán ( CH
4), A szén-monoxid (CO) és más mesterséges vegyületek kisebb koncentrációban vannak jelen, és szintén a légköri szénciklus részét képezik.
Az emberi tevékenységek, elsősorban a fosszilis szén kitermelése és elégetése a Föld litoszférájából, az ipari forradalomtól kezdve , megzavarták a légköri szénciklus korábbi egyensúlyát, és főként felelősek a CO folyamatos gyors növekedéséért
2és CH
4koncentrációk. 2019 -től az éves kibocsátás 10 GtC/év -re nőtt, összesen mintegy 450 GtC -t fecskendeztek be a ciklusba. A szárazföldi és óceáni elnyelők eddig a hozzáadott szén felét elnyelték, fele pedig elsősorban CO -ként maradt a légkörben
2. Feltéve, hogy a kibocsátás növekedési tendenciája folytatódik, a CO
2 század második felére a koncentráció legalább a duplájára emelkedik.
A légköri szénciklus az üvegházhatás révén is erősen befolyásolja a Föld energiamérlegét , és befolyásolja a bolygó felszíni vizeinek és talajainak savasságát vagy lúgosságát . Annak ellenére, hogy az összes légköri gáz kevesebb mint 0,05% -át tartalmazza mólfrakcióban , a szénkoncentráció közelmúltbeli növekedése jelentős globális felmelegedést és óceánsavasodást okozott . Az ilyen hatások általában tovább gyorsulnak, amíg a nettó kibocsátás stabilizálódik és csökken.
Releváns gázok
| Egy sorozat része a |
| Szénciklus |
|---|
 |
A légkör a Föld egyik legnagyobb szén-dioxid-tárolója, és 2000-re megközelítőleg 720 gigatonna széntartalommal rendelkezik. Az ipari korszak kezdete óta drámaian megnőtt a többnyire szén-alapú üvegházhatású gázok koncentrációja . Ez rendkívül fontossá teszi a légkör szén -összetevőjének megértését. A két fő üvegházhatású szén -dioxid a metán és a szén -dioxid.
Metán
A metán (CH 4 ) az egyik legerősebb üvegházhatású gáz, és főleg biológiai élőlények emésztésével vagy bomlásával keletkezik. A második legfontosabb üvegházhatású gáznak tekintik, de a légkörben lévő metánciklus jelenleg csak rosszul érthető. Az évente előállított és elnyelt metán mennyisége nagymértékben változik.
Nagy üzlet metán megtalálható formájában metánjég alatt állandóan fagyott és kontinentális talapzat. További metánt termel a szerves anyagok anaerob bomlása , és az organizmusok emésztőrendszerében, talajában stb. Termelődik. A természetes metántermelés a globális metánforrások 10-30% -át teszi ki.
Az antropogén metánt különböző módon állítják elő, például szarvasmarhák tenyésztésével vagy a szemét lerakása során. Ezt számos ipari forrás is előállítja, beleértve a fosszilis tüzelőanyagok bányászatát és forgalmazását. A légköri metán több mint 70% -a biogén forrásokból származik . A metán szintje fokozatosan emelkedett az ipari korszak kezdete óta, az 1750 -es ~ 700 ppb -ról a ~ 1775 ppb -re 2005 -ben.
A metánt fotokémiai úton előállított szabad hidroxilgyök (OH) reakciójával lehet eltávolítani a légkörből . Az is távozhat a légkörből, ha belép a sztratoszférába, ahol megsemmisül, vagy felszívódik a talajba. Mivel a metán meglehetősen gyorsan reagál más vegyületekkel, nem marad a légkörben olyan sokáig, mint sok más üvegházhatású gáz, például a szén -dioxid. Légköri élettartama körülbelül nyolc év. Ez viszonylag alacsonyan tartja a metán koncentrációját a légkörben, és ez az oka annak, hogy jelenleg másodlagos szerepet játszik az üvegházhatásban a szén -dioxiddal szemben, annak ellenére, hogy térfogatonként sokkal erősebb üvegházhatást eredményez.
Szén-dioxid
Szén -dioxid ( CO
2) nagy melegítő hatással van a globális hőmérsékletre az üvegházhatás révén . Bár az egyes CO 2 -molekulák rövid tartózkodási idővel rendelkeznek a légkörben, rendkívül sok időbe telik, amíg a széndioxid-szint süllyedni fog hirtelen emelkedések után, pl. Vulkánkitörések vagy emberi tevékenység miatt, valamint a sok tartós üvegházhatású gáz között. a legfontosabb, mert a légkör legnagyobb részét teszi ki. Az ipari forradalom óta a CO 2 -koncentráció a légkörben körülbelül 280 ppm -ről majdnem 400 ppm -re emelkedett. Bár a bevezetett CO 2 mennyisége a globális szén -ciklusnak csak egy kis részét teszi ki, a szén -dioxid hosszú tartózkodási ideje miatt ezek a kibocsátások relevánsak a teljes szén -egyensúly szempontjából. A megnövekedett szén -dioxid koncentráció erősíti az üvegházhatást, változásokat okozva a globális klímában . A légkörbe évente bejövő megnövekedett szén -dioxid -mennyiség körülbelül 80% -a a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből és a cementgyártásból származik. A többi ~ 20% a földhasználat megváltoztatásából és az erdőirtásból származik. Mivel a gáz halmazállapotú szén -dioxid nem reagál gyorsan más vegyszerekkel, a légkör szén -dioxid -tartalmát megváltoztató fő folyamatok a föld többi szén -dioxid -tárolójával való cserét foglalják magukban, amint azt a következő szakaszokban kifejtjük.
Interakciók más rendszerekkel
| Egy sorozat része |
| Biogeokémiai ciklusok |
|---|
 |
A légköri szén gyorsan kicserélődik az óceánok és a szárazföldi bioszféra között. Ez azt jelenti, hogy időnként a légkör mosogatóként, máskor szénforrásként működik. A következő szakasz a légköri és a globális szénciklus más összetevői közötti cseréket mutatja be.
Földi bioszféra
A szén változó sebességgel cserélődik a szárazföldi bioszférával. Az autotrófok szén -dioxid formájában szívják fel és szerves vegyületekké alakítják át . A bioszférából a szén is felszabadul a légkörbe a biológiai folyamatok során. Az aerob légzés a szerves szenet szén -dioxiddá alakítja, az anaerob légzés egy bizonyos típusa pedig metánná. Légzés után a szén -dioxid és a metán is jellemzően a légkörbe kerül. Az égés során szerves szén is felszabadul a légkörbe.
A szén tartózkodási ideje a szárazföldi bioszférában változó, és számos tényezőtől függ. A szén bioszférába történő felvétele különböző időskálákon történik. A szén elsősorban a növények növekedése során szívódik fel. A megnövekedett szénfelvétel mintázata megfigyelhető mind a nap folyamán (kevesebb szén szívódik fel éjszaka), mind az év folyamán (kevesebb szén abszorbeálódik télen). Míg az állatok szerves anyaga általában gyorsan elbomlik, szénének nagy részét légzés útján bocsátja ki a légkörbe, az elhalt növényi anyagként tárolt szén akár egy évtizedig vagy tovább is maradhat a bioszférában. A különböző növényi típusú növényi anyagok különböző sebességgel bomlanak - például a fás anyagok tovább őrzik szénüket, mint a puha, leveles anyagok. A talajban lévő aktív szén akár ezer évig is megkötve maradhat , míg a talajban lévő inert szén több mint egy évezredig.
Óceánok
Évente nagy mennyiségű szén -dioxid cserélődik az óceán és a légkör között. Az óceáni-légköri széncsere egyik fő szabályozó tényezője a termohalin keringés . Az óceánok felfelé ívelő régióiban a mély óceán szén-dioxidban gazdag víz kerül a felszínre, és széndioxid formájában bocsátja ki a szenet a légkörbe. Nagy mennyiségű szén -dioxidot oldanak fel hideg vízben a magasabb szélességeken. Ez a víz süllyed, és a szén -dioxidot az óceán mélyebb szintjeibe hozza, ahol évtizedek és évszázadok között bárhol megmaradhat. Az óceáni keringési események miatt ez a folyamat változó. Például az El Nino események alatt kevésbé mély a felszíni óceán, ami alacsonyabb szén -dioxid -kibocsátást eredményez a légkörben.
A biológiai folyamatok az óceán-légkör széncseréhez is vezetnek. A szén -dioxid egyensúlyban van a légkör és az óceán felszíni rétegei között. Miközben az autotrófok fotoszintézis vagy légzés útján szén -dioxidot adnak hozzá vagy vonnak ki a vízből , módosítják ezt az egyensúlyt, lehetővé téve a víz számára, hogy több szén -dioxidot szívjon fel, vagy szén -dioxidot bocsát ki a légkörbe.
Geoszféra
A szén általában nagyon lassan cserélődik a légkör és a geoszféra között. Két kivétel a vulkánkitörés és a fosszilis tüzelőanyagok elégetése , amelyek mindkettő nagy mennyiségű szenet bocsátanak ki a légkörbe nagyon gyorsan. A geológiai folyamatok során kitett friss szilikát kőzet felszívja a szenet a légkörből, amikor az időjárási és eróziós folyamatok levegővel érintkeznek .
Antropogén források
2különböző források okozták egymás után ( Global Carbon Project )
2A kibocsátások azt mutatják, hogy a legtöbb kibocsátást elnyelték a szén -dioxid -elnyelők, beleértve a növények növekedését, a talajfelvételt és az óceánfelvételt ( Global Carbon Project )
Az emberi tevékenység közvetlenül a fosszilis tüzelőanyagok és más szerves anyagok elégetése révén megváltoztatja a légkörben lévő szén mennyiségét, ezáltal oxidálja a szerves szenet és szén -dioxidot termel. Egy másik ember által okozott szén-dioxid-forrás a cementgyártás . A fosszilis tüzelőanyagok elégetése és a cementgyártás a fő oka annak, hogy az ipari korszak kezdete óta növekedett a légköri CO 2 .
A légköri szénciklus egyéb, ember által okozott változásai a széntartályok antropogén változásai miatt következnek be. Az erdőirtás például csökkenti a bioszféra szén -dioxid -elnyelő képességét, ezáltal növelve a szén mennyiségét a légkörben.
Mivel a szén ipari felhasználása emberben nagyon új dinamika geológiai szempontból, fontos, hogy nyomon lehessen követni a szén forrásait és elnyelését a légkörben. Az egyik módja az, hogy van azáltal, hogy a aránya stabil szén izotópok jelen van a légkörben. A két fő szén izotópok 12 C és 13 C-on a növények elnyelik a könnyebb izotópot, 12 C, könnyebben, mint 13 C-on Mivel fosszilis tüzelőanyagok származnak főként növényi anyagok, a 13 C / 12 C arány a légkörben esik, amikor nagy mennyiségű fosszilis tüzelőanyagokat égetnek el, és 12 C -ot szabadítanak fel . Ezzel szemben a 13 C/ 12 C -os hőmérséklet növekedése a légkörben nagyobb bioszférikus szén -dioxid -felvételt jelez. A légköri CO 2 éves növekedésének a fosszilis tüzelőanyagokból és a cementből származó CO 2 -kibocsátáshoz viszonyított arányát "levegőben lévő frakciónak" nevezik. A levegőben lévő frakció az 1950 -es évek óta 60% körüli, ami azt jelzi, hogy a légkörben lévő új szén -dioxid körülbelül 60% -a évente emberi forrásból származik. Az egyértelműség kedvéért ez nem azt jelenti, hogy a szén -dioxid légkörbe jutásának 60% -a emberi tevékenységből származik. Ez azt jelenti, hogy a légkör évente körülbelül 210 gigatonna szén -dioxidot cserél, de 6-10 gigatonnával többet vesz fel, mint amennyit elveszít. Ennek a nettó nyereségnek mintegy 60% -a a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének tulajdonítható.
Képtár
Légköri CO
2 koncentráció az elmúlt 800 000 évben, jégmagból (kék/zöld) és közvetlenül (fekete) mérve.
Az óceán és a szárazföld elnyelte a fosszilis szén -dioxid -kibocsátás mintegy felét a légkörbe. Bizonytalan, hogy ez meddig folytatódik.
CO
2 emberi tevékenységből (balról) áramlik a légkörbe, a szárazföldbe és az óceáni süllyedőkbe (jobbra).
Az antropogén szénáramlás az 1850–2018 (bal) és a 2009–2018 (jobb) években.
