Föld légköre – Szén-dioxid a Föld légkörében. Szén-dioxid a légkörben Hogyan jelent meg a szén-dioxid a légkörben

A légkör a Föld gáznemű héja, természetes kimeríthetetlen

forrás. A légkör réteges szerkezetű, és magában foglalja a troposzférát,

sztratoszféra, mezoszféra, ionoszféra (termoszféra), exoszféra.

A legtöbbet a Föld felszínével szomszédos troposzféra tartalmazza

gázok, amelyek a légkör tömegének 75%-át teszik ki. Felső szegély magassága

8-10 km-rel a sarkok és 16-18 km-rel az Egyenlítő felett van. Itt

intenzív függőleges légkeverés van és

vízszintesen a fő vízgőz mennyisége koncentrálódik és

szennyeződések, amelyek hozzájárulnak a felhők kialakulásához.

A következő réteg a sztratoszféra. Gyenge levegő jellemzi

patakok, alacsony felhőzet és állandó hőmérséklet.

9-10 km-es magasságban a sarkoknál és 17-18 km-rel az Egyenlítő felett

ózonszűrő (ózonréteg), amely 35 km magasságig terjed.

A sztratoszféra felett található a mezoszféra (55-80 km magasságtól). Ő az

a hőmérséklet csökkenése jellemzi

A mezoszféra átmegy a termoszférába (ionoszférába), amelyet a hőmérséklet emelkedése jellemez. Ebben a rétegben gázok ionizálódnak és képződnek.

Az 1000-2000 km magasságig terjedő exoszférában hidrogén és hélium szivárog a világűrbe.

A légköri levegő mindig 3-4% mennyiségben tartalmaz vizet (vízgőzt és csepegtető nedvességet), valamint különféle légköri szennyező anyagokat (kén-oxidok, nitrogén, metán, szén-monoxid, freonok, por, korom), amelyek a a légkör teljes tömege jelentéktelen része.

A légköri levegőnek van nagyon fontos a bioszféra életében.

1. A levegő oxigénje szükséges az aerob szervezetek légzéséhez.

2. A légkör klimatológiai szerepet játszik. Légáramok képződnek benne, nagy légtömegek keverednek össze, és a Föld felszínén különböző forrásokból kibocsátott kémiai anyagok jelentős távolságokra újra eloszlanak.

3. A légkör védő funkciót lát el, elnyeli a Nap kemény ultraibolya sugárzását a sztratoszférában lévő ózonmolekulákkal, valamint megakadályozza a Föld felszínének a felső rétegekben kiégő meteoritokkal történő bombázását.

4. A légkör fontos szerepet játszik az anyagok keringésében környezet. Ez elsősorban az oxigénre, szénre, nitrogénre és kénre vonatkozik.

35 A légkör gázösszetétele

A légkörben lévő gázok összetétele meglehetősen állandó (térfogat%-ban): nitrogén -78,084; oxigén, 20,946; szén-dioxid - 0,033; argon - 0,93; egyéb inert és egyéb gázok (N20, NO2, CH4) - ezred százalék.

Az egyes gázok jelentősége a bioszféra szempontjából

Oxigén. Az oxigéntartalom állandósága a növényekben végbemenő fotoszintézis folyamatnak köszönhető, melynek eredményeként szerves anyag és oxigén képződik. Az oxigén részt vesz a biológiai oxidációs reakciókban, amelyek biztosítják

energia élő szervezetek.

Nitrogén. A légkör nagy részét alkotja. Az élet sokat köszönhet a nitrogénnek, hiszen az aminosavak, fehérjék és más szerves molekulák része. A Föld légkörében a szabad nitrogén jelenléte életfolyamatoknak köszönhető, melynek eredményeként a Föld primer légkörében lévő ammóniából képződött.

Szén-dioxid. Részt vesz a fotoszintézis folyamatában. Az úgynevezett "üvegházhatású" gázoknak nevezik, amelyek képesek csökkenteni a földfelszínről a világűrbe történő hősugárzást. Növekvő szén-dioxid koncentráció az égés következtében

üzemanyag, ipari vállalkozások munkája, közlekedés, term

erőművek stb. "üvegházhatáshoz" vezetnek,

a légkör alsóbb rétegeinek hőmérsékletének emelkedésével és a globális felmelegedéssel függ össze. részt vesznek az üvegházhatás kialakulásában

továbbá vízgőz, metán, nitrogén-oxidok (N20, N02), néhány egyéb gáz.

1 Az ember és az éghajlat.

2 Bevezetés.

Az energiafogyasztás, a gazdasági aktivitás és a jövedelem kapcsolata légkörben.

Energiafogyasztás és szén-dioxid kibocsátás.

3 szén a természetben.

A szén izotópjai.

4 Szén a légkörben.

légköri szén-dioxid.

Talaj szén.

5 A légkör szén-dioxid-koncentrációjának előrejelzései a jövőben. Főbb következtetések.

6 Bibliográfia.

Bevezetés.

Az emberi tevékenység már elérte azt a fejlettségi szintet, hogy a természetre gyakorolt ​​hatása globálissá válik. A természeti rendszerek – a légkör, a szárazföld, az óceán –, valamint a bolygó életének egésze ki vannak téve ezeknek a hatásoknak. Ismeretes, hogy az elmúlt évszázad során a légkör egyes gázkomponenseinek, például a szén-dioxid (), a dinitrogén-oxid (), a metán () és a troposzférikus ózon () tartalma megnőtt. Emellett olyan egyéb gázok is bekerültek a légkörbe, amelyek nem a globális ökoszisztéma természetes összetevői. A főbbek a fluor-klór-szénhidrogének. Ezek a gáznemű szennyeződések elnyelik és kibocsátják a sugárzást, ezért képesek befolyásolni a Föld klímáját. Mindezeket a gázokat együtt üvegházhatású gázoknak nevezhetjük.

Az a gondolat, hogy a klíma megváltozhat a légkörbe kerülő szén-dioxid hatására, most nem jelent meg. Arrhenius rámutatott, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetése a légköri koncentráció növekedéséhez vezethet, és ezáltal megváltoztathatja a Föld sugárzási egyensúlyát. Ma már hozzávetőlegesen tudjuk, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetése és a földhasználat megváltozása (erdőirtás és a mezőgazdasági területek terjeszkedése) következtében mennyi került a légkörbe, és a légköri koncentrációk megfigyelt növekedését az emberi tevékenységhez köthetjük.

A klímaváltozás mechanizmusa az úgynevezett üvegházhatás. Míg a nap rövidhullámú sugárzása számára átlátszó, ez a gáz elnyeli a földfelszínről távozó hosszúhullámú sugárzást, és az elnyelt energiát minden irányba kisugározza. E hatás eredményeként a légköri koncentráció növekedése a Föld felszínének és az alsó légkör felmelegedéséhez vezet. A légköri koncentráció folyamatos emelkedése globális klímaváltozáshoz vezethet, ezért a jövőbeni szén-dioxid-koncentráció előrejelzése fontos feladat.

A szén-dioxid kibocsátása a légkörbe

eredményeként az ipari

kibocsátások.

A kibocsátás fő antropogén forrása mindenféle széntartalmú tüzelőanyag elégetése. Jelenleg gazdasági fejlődésáltalában az iparosodás növekedéséhez kötik. Történelmileg a gazdasági fellendülés a megfizethető energiaforrások elérhetőségétől és az elégetett fosszilis tüzelőanyagok mennyiségétől függött. Adatok a gazdaság és az energia fejlődéséről a legtöbb országban az 1860-1973 közötti időszakra vonatkozóan. Nemcsak a gazdasági növekedésről, hanem az energiafelhasználás növekedéséről is tanúskodnak. Az egyik azonban nem a másik következménye. 1973 óta számos országban csökkentek a fajlagos energiaköltségek a valós energiaárak növekedésével. Az Egyesült Államokban az ipari energiafelhasználásról nemrég készült tanulmány kimutatta, hogy 1920 óta folyamatosan csökkent a primerenergia-költségeknek a megtermelt áruk gazdasági egyenértékéhez viszonyított aránya. A fejlettebb ipari technológia eredményeként hatékonyabb energiafelhasználás érhető el, Járműés épülettervezés. Emellett számos iparosodott országban elmozdulások történtek a gazdaság szerkezetében, ami a nyersanyag- és feldolgozóipar fejlesztéséről a végterméket előállító iparágak terjeszkedésére való átmenetben fejeződik ki.

Az egy főre jutó energiafogyasztás minimális szintje, amely jelenleg az orvostudomány, az oktatás és a rekreáció szükségleteinek kielégítéséhez szükséges, régiónként és országonként jelentősen eltér. Sokban fejlődő országok a magasabb életszínvonal eléréséhez elengedhetetlen a jó minőségű üzemanyagok egy főre jutó fogyasztásának jelentős növelése. Ma már valószínűnek tűnik, hogy a folyamatos gazdasági növekedés és a kívánatos életszínvonal elérése nincs összefüggésben az egy főre jutó energiafogyasztással, de ez a folyamat még nem teljesen ismert.

Feltételezhető, hogy a következő évszázad közepe előtt a legtöbb ország gazdasága képes lesz alkalmazkodni a magasabb energiaárakhoz, csökkentve a munkaerő- és egyéb erőforrásigényt, valamint növelni az információfeldolgozás és -továbbítás sebességét. , vagy esetleg az árutermelés és a szolgáltatásnyújtás közötti gazdasági egyensúly szerkezetének megváltoztatása. Így az ipari kibocsátás mértéke közvetlenül függ egy olyan energiafejlesztési stratégia megválasztásától, amely a szén vagy a nukleáris üzemanyag energiarendszerben való felhasználásának egy vagy másik részét tartalmazza.

Energiafogyasztás és kibocsátás

szén-dioxid.

Az energiát nem magának az energiatermelésnek a érdekében állítják elő. Az iparosodott országokban a megtermelt energia nagy része az iparból, a közlekedésből, az épületek fűtéséből és hűtéséből származik. Számos közelmúltbeli tanulmány kimutatta, hogy az iparosodott országok energiafogyasztásának jelenlegi szintje jelentősen csökkenthető energiatakarékos technológiák alkalmazásával. Kiszámították, hogy ha az Egyesült Államok a fogyasztási cikkek gyártásában és a szolgáltatási szektorban azonos termelési volumen mellett a legkevésbé energiaigényes technológiákra tér át, akkor a légkörbe kerülő mennyiség 25%-kal csökkenne. Ennek eredményeként a globális kibocsátás 7%-kal csökkenne. Hasonló hatás érvényesülne más ipari országokban is. A légkörbe jutás ütemének további mérséklése érhető el a gazdaság szerkezetének megváltoztatásával, több légkör bevezetése következtében. hatékony módszerekárutermelés és a lakossági szolgáltatások javítása.

szén a természetben.

A számos kémiai elem között, amelyek nélkül az élet a Földön lehetetlen, a szén a fő.A szerves anyagok kémiai átalakulásai a szénatom azon képességével függnek össze, hogy hosszú kovalens láncokat és gyűrűket képezzen. A szén biogeokémiai körforgása természetesen nagyon összetett, hiszen nemcsak a földi élet minden formájának működését foglalja magában, hanem a szervetlen anyagok átvitelét is mind a különböző széntárolók között, mind azokon belül. A fő széntárolók a légkör, a kontinentális biomassza, beleértve a talajt, a hidroszféra a tengeri élőlényekkel és a litoszféra. Az elmúlt két évszázad során az atmoszféra-bioszféra-hidroszféra rendszerben változások mentek végbe a szénáramokban, amelyek intenzitása megközelítőleg egy nagyságrenddel nagyobb, mint ezen elem átvitelének geológiai folyamatainak intenzitása. Emiatt a rendszeren belüli kölcsönhatások elemzésére kell szorítkoznunk, beleértve a talajokat is.

Fő kémiai vegyületekés reakciók.

Több mint egymillió szénvegyületet ismerünk, amelyek közül több ezer vesz részt a biológiai folyamatokban. A szénatomok kilenc lehetséges oxidációs állapot egyikében lehetnek: +IV-től -IV-ig. A leggyakoribb jelenség a teljes oxidáció, azaz. +IV, és példaként szolgálhat az ilyen vegyületekre. A légkörben lévő szén több mint 99%-a szén-dioxid formájában van. Az óceánokban lévő szén körülbelül 97% -a oldott formában (), a litoszférában pedig ásványi anyagok formájában van jelen. A +II oxidációs állapotra példa a légkör egy kis gáznemű komponense, amely meglehetősen gyorsan oxidálódik . Az elemi szén a légkörben kis mennyiségben grafit és gyémánt, a talajban pedig szén formájában van jelen. A fotoszintézis során a szén asszimilációja redukált szén képződéséhez vezet, amely a biótában, a talaj holt szerves anyagában, az üledékes kőzetek felső rétegeiben jelen van nagy mélységben eltemetett szén, olaj és gáz formájában, ill. a litoszférában diszpergált aluloxidált szén formájában. Egyes, nem teljesen oxidált szenet tartalmazó gáznemű vegyületek, különösen a metán, az anaerob folyamatokban fellépő anyagok redukciója során kerülnek a légkörbe. Bár a baktériumok lebomlása során több különböző gáznemű vegyület keletkezik, ezek gyorsan oxidálódnak, és a rendszerbe kerülőnek tekinthető. Kivételt képez a metán, mivel az is hozzájárul az üvegházhatáshoz. Az óceánok jelentős mennyiségű oldott szerves szénvegyületet tartalmaznak, amelyek oxidációs folyamatai még nem ismertek.

A szén izotópjai.

A természetben hét szénizotóp ismert, amelyek közül három jelentős szerepet játszik. Közülük kettő - és - stabil, egy pedig radioaktív, felezési ideje 5730 év. A különféle szénizotópok vizsgálatának szükségessége abból adódik, hogy a szénvegyületek átviteli sebessége és a kémiai reakciók egyensúlyi feltételei attól függnek, hogy ezek a vegyületek milyen szénizotópokat tartalmaznak. Emiatt a természetben a stabil szénizotópok eltérő eloszlása ​​figyelhető meg. Az izotóp eloszlása ​​egyrészt attól függ, hogy a légkörben neutronokat és nitrogénatomokat érintő magreakciókban keletkezik, másrészt a radioaktív bomlástól.

Szén a légkörben.

A légköri tartalom gondos mérését Killing 1957-ben kezdte meg a Mauna Loa Obszervatóriumban. A légköri tartalom rendszeres mérését számos más állomáson is végzik. A megfigyelések elemzéséből megállapítható, hogy a koncentráció éves lefolyása elsősorban a fotoszintézis ciklusának szezonális változásaiból és a szárazföldi növények pusztulásából adódik; szintén befolyásolja, bár kisebb mértékben, az óceán felszíni hőmérsékletének éves alakulása, amelyen az oldhatóság tengervíz. A harmadik és valószínűleg legkevésbé fontos tényező az óceánban zajló fotoszintézis éves üteme. Az éves átlagos légkörtartalom valamivel magasabb az északi féltekén, mivel az antropogén input forrásai túlnyomórészt az északi féltekén találhatók. Ezen túlmenően a tartalom kismértékű évenkénti eltérései is megfigyelhetők, amelyeket valószínűleg a légkör általános keringésének sajátosságai határoznak meg. A légköri koncentráció változására vonatkozóan rendelkezésre álló adatok közül az elmúlt 25 év során megfigyelt rendszeres légköri tartalom-növekedésre vonatkozó adatok a legfontosabbak. A légköri szén-dioxid-tartalom korábbi mérései (a múlt század közepétől kezdődően) általában nem voltak kellően teljesek. A levegőmintákat a kellő alaposság nélkül vettük, és az eredmények hibáját nem becsültük meg. A gleccsermagokból származó légbuborékok összetételének elemzésével lehetővé vált az 1750 és 1960 közötti időszakra vonatkozó adatok beszerzése. Azt is megállapították, hogy a gleccserek légzárványainak elemzésével meghatározott, az 1950-es évek légköri koncentrációinak értékei jó egyezést mutatnak a Mauna Loa obszervatórium adataival. Az 1750-1800-as évek koncentrációja megközelítette a 280 milliót, majd lassan növekedni kezdett, és 1984-re elérte a 3431 milliót.

Talaj szén.

Különféle becslések szerint a teljes széntartalom kb

GS: A jelenlegi becslések fő bizonytalansága a bolygó tőzeglápjainak területeire és széntartalmára vonatkozó információk elégtelen teljességéből adódik.

A hideg éghajlati övezetek talajában lezajló lassabb szénlebomlási folyamat a trópusi ökoszisztémákhoz képest magasabb talajszénkoncentrációhoz vezet (területegységenként) a boreális erdőkben és a középső szélességi körök füves közösségeiben. A talajtározóba évente bekerülő törmelékből azonban csak kis mennyiségű (néhány százalék vagy még kevesebb) marad bennük hosszú ideig. Az elhalt szerves anyagok nagy része néhány éven belül oxidálódik. A csernozjomokban az alomszén körülbelül 98%-a körülbelül 5 hónapig fordul elő, az alomszén 2%-a pedig átlagosan 500-1000 évig marad a talajban. A talajképződési folyamatnak ez a jellegzetessége abban is megmutatkozik, hogy a középső szélességi fokokon a talajok radioizotópos módszerrel meghatározott kora több száztól ezer évig terjed. A természetes növényzet által elfoglalt területek mezőgazdasági területté való átalakulása során azonban teljesen más a szervesanyag-lebontás mértéke. Például azzal érveltek, hogy az észak-amerikai mezőgazdasági talajokban a szerves szén 50%-a elveszhetett a savasodás miatt, mivel ezeket a talajokat a múlt század előtt vagy nagyon korán kiaknázták.

A széntartalom változása a

kontinentális ökoszisztémák.

Az elmúlt 200 évben jelentős változások mentek végbe a kontinentális ökoszisztémákban a növekvő antropogén hatások következtében. Amikor az erdők és a lágyszárú közösségek által elfoglalt területek mezőgazdasági területté alakulnak, szerves anyag, i.e. a növények élő anyaga és a talajok elhalt szerves anyaga oxidálódik és formájában kerül a légkörbe. Az elemi szén egy része faszénként is eltemethető a talajban (az erdőégetés melléktermékeként), és így eltávolítható a szénkörforgás gyors forgalmából. Az ökoszisztémák különböző összetevőinek széntartalma változó, mivel a szerves anyagok helyreállítása és pusztulása a földrajzi szélességtől és a növényzet típusától függ.

Számos tanulmányt végeztek a kontinentális ökoszisztémák szénkészletében bekövetkezett változások becslésével kapcsolatos jelenlegi bizonytalanság feloldására. E vizsgálatok adatai alapján megállapítható, hogy az 1860-tól 1980-ig terjedő légköri belépés C és hogy 1980-ban a biotikus szénkibocsátás az volt C/év. Ezen túlmenően lehetséges, hogy a növekvő légköri koncentrációk és szennyezőanyagok, például és , kibocsátása befolyásolja a fotoszintézis intenzitását és a szerves anyagok pusztulását a kontinentális ökoszisztémákban. Nyilvánvalóan a fotoszintézis intenzitása növekszik a koncentráció növekedésével a légkörben. Valószínűleg ez a növekedés a mezőgazdasági növényekre jellemző, és a természetes kontinentális ökoszisztémákban a vízfelhasználás hatékonyságának növekedése a szerves anyagok képződésének felgyorsulásához vezethet.

A szén-dioxid-koncentráció előrejelzése

gáz a légkörben a jövőben.

Főbb következtetések.

Az elmúlt évtizedek során számos olyan modell született a globális szénciklusról, amelyeket nem tűnik helyénvalónak ebben a cikkben figyelembe venni, mivel kellően összetettek és terjedelmesek. Tekintsük röviden főbb következtetéseiket. A jövőbeli légköri mennyiségek előrejelzésére használt különféle forgatókönyvek hasonló eredményeket hoztak. Az alábbiakban megpróbáljuk összefoglalni jelenlegi ismereteinket és feltételezéseinket a légköri koncentrációk antropogén változásának problémájával kapcsolatban.

1860-tól 1984-ig a hangulat fogadott d) A fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatt a kibocsátás mértéke jelenleg (1984-es adatok szerint) g C/év.

· Ugyanebben az időszakban az erdőirtásból és a földhasználat változásából származó légköri kibocsátások mértéke g. C, ennek a bevételnek az intenzitása jelenleg egyenlő C/év.

· A múlt század közepe óta a légkör koncentrációja az 1984-es legfeljebb egymillióról nőtt.

· A globális szénciklus fő jellemzői jól ismertek. Lehetővé vált olyan mennyiségi modellek létrehozása, amelyek alapul szolgálhatnak a légköri koncentráció növekedésének előrejelzéséhez bizonyos kibocsátási forgatókönyvek alkalmazásakor.

· A kibocsátási forgatókönyvekből származó valószínű jövőbeni koncentrációváltozások előrejelzéseinek bizonytalanságai lényegesen kisebbek és lényegesen kisebbek, mint maguk a kibocsátási forgatókönyvek bizonytalanságai.

Ha a légkörbe történő kibocsátások intenzitása a következő négy évtizedben állandó marad, vagy nagyon lassan (évente legfeljebb 0,5%-kal) növekszik, és a távolabbi jövőben is nagyon lassan növekszik, akkor a 21. század végére a légkör koncentráció körülbelül 440 millió lesz., azaz. legfeljebb 60%-kal magasabb, mint az iparosodás előtti szint.

· Ha a következő négy évtizedben a kibocsátások intenzitása átlagosan évi 1-2%-kal nő, i.e. ahogyan 1973-tól napjainkig nőtt, és a távolabbi jövőben növekedési üteme lassulni fog, úgy a 21. század végére a légköri tartalom megkétszereződése az iparosodás előtti szinthez képest.

A légkör összetétele és szerkezete.

A légkör a Föld gáznemű burka. A légkör függőleges kiterjedése több mint három földi sugár (az átlagos sugár 6371 km), tömege pedig 5,157x10 15 tonna, ami megközelítőleg a Föld tömegének egy milliomod része.

A légkör függőleges irányú rétegekre osztása a következőkön alapul:

a légköri levegő összetétele,

Fizikai és kémiai folyamatok;

Magassági hőmérséklet eloszlás;

A légkör kölcsönhatása az alatta lévő felülettel.

Bolygónk légköre különféle gázok, köztük vízgőz, valamint bizonyos mennyiségű aeroszol mechanikai keveréke. A száraz levegő összetétele az alsó 100 km-ben szinte állandó marad. A tiszta és száraz levegő, amelyben nincs vízgőz, por és egyéb szennyeződések, gázok, főleg nitrogén (a levegő térfogatának 78%-a) és oxigén (21%) keveréke. Valamivel kevesebb, mint egy százalék az argon, és nagyon kis mennyiségben sok más gáz is található benne - xenon, kripton, szén-dioxid, hidrogén, hélium stb. (1.1. táblázat).

A nitrogén, az oxigén és a légköri levegő egyéb komponensei mindig gázhalmazállapotban vannak a légkörben, mivel a kritikus hőmérsékletek, vagyis az a hőmérséklet, amelyen folyékony halmazállapotúak lehetnek, sokkal alacsonyabbak, mint a Föld felszínén megfigyelhető hőmérsékletek. . A kivétel a szén-dioxid. A folyékony állapotba való átmenethez azonban a hőmérséklet mellett a telítettségi állapot elérése is szükséges. A légkörben kevés a szén-dioxid (0,03%), és különálló molekulák formájában van jelen, egyenletesen elosztva mások molekulái között. légköri gázok. Az elmúlt 60-70 évben tartalma 10-12%-kal nőtt emberi tevékenység hatására.

Másoknál jobban változik a vízgőz tartalma, amelynek koncentrációja a Föld felszínén magas hőmérsékleten elérheti a 4%-ot. A magasság növekedésével és a hőmérséklet csökkenésével a vízgőz tartalma meredeken csökken (1,5-2,0 km magasságban - felére és 10-15-ször az egyenlítőtől a pólusig).

A szilárd szennyeződések tömege az elmúlt 70 év során az északi félteke légkörében körülbelül másfélszeresére nőtt.

A levegő gázösszetételének állandóságát az alsó légréteg intenzív keverése biztosítja.

A száraz levegő alsó rétegeinek gázösszetétele (vízgőz nélkül)

A légköri levegő főbb gázainak szerepe és jelentősége

OXIGÉN (O) létfontosságú a bolygó szinte minden lakója számára. Ez egy aktív gáz. Részt vesz a kémiai reakciókban más légköri gázokkal. Az oxigén aktívan elnyeli a sugárzási energiát, különösen a nagyon rövid, 2,4 μm-nél kisebb hullámhosszakat. A nap ultraibolya sugárzásának hatása alatt (X< 03 µm), az oxigénmolekula atomokra bomlik. Az atomi oxigén egy oxigénmolekulával kombinálva új anyagot képez - háromatomos oxigént vagy ózon(Óz). Az ózon többnyire nagy magasságban található. Ott övé bolygó szerepe rendkívül előnyös. A Föld felszínén villámkisülések során ózon képződik.

A légkörben lévő összes többi gáztól eltérően, amelynek sem íze, sem szaga nincs, az ózonnak jellegzetes szaga van. A görög fordításban az "ózon" szó "éles szagú"-t jelent. Zivatar után ez az illat kellemes, frissesség illataként érzékelhető. Nagy mennyiségben az ózon mérgező anyag. Azokban a városokban, ahol sok az autó, és ezért nagy az autógáz-kibocsátás, felhőtlen vagy enyhén felhős időben a napfény hatására ózon képződik. A várost sárga-kék felhő borítja, a látási viszonyok romlanak. Ez fotokémiai szmog.

A NITROGÉN (N2) semleges gáz, nem lép reakcióba a légkör többi gázával, nem vesz részt a sugárzási energia elnyelésében.

500 km-es magasságig a légkör főleg oxigénből és nitrogénből áll. Ugyanakkor, ha a nitrogén uralkodik a légkör alsó rétegében, akkor nagy magasságban több oxigén van, mint nitrogén.

ARGON (Ag) - semleges gáz, nem lép reakcióba, nem vesz részt a sugárzó energia elnyelésében és kibocsátásában. Hasonlóképpen - xenon, kripton és sok más gáz. Az argon nehéz anyag, a légkör magas rétegeiben nagyon kevés.

A SZÉN-DIOXID (CO2) a légkörben átlagosan 0,03%. Ez a gáz nagyon szükséges a növények számára, és aktívan felszívják őket. A levegőben lévő tényleges mennyiség némileg változhat. Ipari területeken mennyisége akár 0,05%-ra is emelkedhet. Vidéken az erdők felett kevesebb a szántó. Az Antarktisz felett a szén-dioxid körülbelül 0,02%-a, azaz majdnem Ouse kevesebb, mint a légkör átlagos mennyisége. Ugyanennyi és még kevesebb a tenger felett - 0,01-0,02%, mivel a szén-dioxidot intenzíven felszívja a víz.

A közvetlenül a földfelszínnel szomszédos levegőrétegben a szén-dioxid mennyisége is napi ingadozást tapasztal.

Éjszaka többet, nappal kevesebbet. Ez azzal magyarázható, hogy nappal a szén-dioxidot a növények felszívják, de éjszaka nem. A bolygó növényei az év során mintegy 550 milliárd tonna oxigént vesznek el a légkörből, és mintegy 400 milliárd tonna oxigént juttatnak vissza.

A szén-dioxid teljesen átlátszó a rövid hullámhosszú napsugarak számára, de intenzíven nyeli el a Föld termikus infravörös sugárzását. Ehhez kapcsolódik az üvegházhatás problémája, amelyről időszakonként fellángolnak a viták a tudományos sajtó, és főként a tömegtájékoztatás oldalain.

A HÉLIUM (He) nagyon könnyű gáz. A tórium és az urán radioaktív bomlása következtében a földkéregből kerül a légkörbe. A hélium a világűrbe kerül. A hélium csökkenésének sebessége megegyezik a Föld beleiből való bejutásának sebességével. 600 km-es magasságtól 16 000 km-ig légkörünk főként héliumból áll. Ez Vernadsky szavaival élve "a Föld héliumkoronája". A hélium nem lép reakcióba más légköri gázokkal, és nem vesz részt a sugárzó hőátadásban.

A HIDROGÉN (Hg) még könnyebb gáz. Nagyon kevés van belőle a Föld felszínének közelében. A felső légkörbe emelkedik. A termoszférában és az exoszférában az atomos hidrogén válik a domináns komponenssé. A hidrogén bolygónk legfelső, legtávolabbi héja. 16 000 km felett a légkör felső határáig, azaz 30-40 ezer km magasságig a hidrogén dominál. Így légkörünk kémiai összetétele magassággal megközelíti az Univerzum kémiai összetételét, amelyben a hidrogén és a hélium a leggyakoribb elemek. A felső légkör legkülső, rendkívül ritka részén a hidrogén és a hélium távozik a légkörből. Az egyes atomjaik kellően nagy sebességgel rendelkeznek ehhez.

Az emberi tevékenység már elérte azt a mértéket, hogy a Föld légkörének összes szén-dioxid-tartalma elérte a megengedett legnagyobb értékeket. A természeti rendszerek – szárazföld, légkör, óceán – pusztító hatás alatt állnak.

Fontos tények

Ilyenek például a fluor-klór-szénhidrogének. Ezek a gázszennyeződések kibocsátják és elnyelik a napsugárzást, ami hatással van a bolygó éghajlatára. A CO 2 -t, más, a légkörbe kerülő gáznemű vegyületeket együtt üvegházhatású gázoknak nevezzük.

Történeti hivatkozás

Arra figyelmeztetett, hogy az elégetett üzemanyag mennyiségének növekedése a Föld sugárzási egyensúlyának megsértéséhez vezethet.

Modern valóságok

Ma több szén-dioxid kerül a légkörbe az üzemanyag elégetésekor, illetve az erdőirtás és a mezőgazdasági területek növekedése miatt a természetben bekövetkező változások miatt.

A szén-dioxid vadvilágra gyakorolt ​​hatásának mechanizmusa

A légkörben lévő szén-dioxid növekedése üvegházhatást okoz. Ha a szén-monoxid (IV) átlátszó a rövidhullámú napsugárzás során, akkor a hosszúhullámú sugárzást elnyeli, energiát sugározva minden irányba. Ennek hatására jelentősen megnő a légkör szén-dioxid tartalma, a Föld felszíne felmelegszik, a légkör alsó rétegei felforrósodnak. A szén-dioxid mennyiségének ezt követő növekedésével globális klímaváltozás lehetséges.

Éppen ezért fontos megjósolni a Föld légkörében található szén-dioxid teljes mennyiségét.

A légkörbe való kibocsátás forrásai

Ezek közé tartozik az ipari kibocsátás. A légkör szén-dioxid-tartalma az antropogén kibocsátások miatt növekszik. A gazdasági növekedés közvetlenül függ az elégetett természeti erőforrások mennyiségétől, mivel sok iparág energiaintenzív vállalkozás.

eredmények statisztikai tanulmányok azt jelzik, hogy a múlt század vége óta számos országban a fajlagos energiaköltségek csökkenése és a villamosenergia-árak jelentős növekedése következett be.

Hatékony felhasználása korszerűsítéssel érhető el technológiai folyamat, járművek, új technológiák alkalmazása gyártóműhelyek építésében. Egyes fejlett ipari országok a feldolgozó- és nyersanyagipar fejlesztésétől a végtermék előállításával foglalkozó területek fejlesztése felé mozdultak el.

A komoly ipari bázissal rendelkező nagyvárosokban lényegesen magasabb a légkörbe kerülő szén-dioxid-kibocsátás, mivel a CO 2 gyakran olyan iparágak mellékterméke, amelyek tevékenysége az oktatás és az orvostudomány igényeit elégíti ki.

A fejlődő országokban az 1 lakosra jutó jó minőségű üzemanyag használatának jelentős növekedését tekintik a magasabb életszínvonalra való átállás egyik fő tényezőjének. A felvetett ötlet az, hogy a folyamatos gazdasági növekedés és az életszínvonal javulása lehetséges az elégetett üzemanyag mennyiségének növelése nélkül.

A légkör szén-dioxid-tartalma régiótól függően 10-35%.

Az energiafogyasztás és a CO2-kibocsátás kapcsolata

Kezdjük azzal, hogy az energiát nem csak a befogadás kedvéért állítják elő. A fejlett ipari országokban nagy részét az iparban, épületek fűtésére-hűtésére, valamint közlekedésre használják. őrnagy által végzett kutatás tudományos központok, kimutatta, hogy energiatakarékos technológiák alkalmazásával jelentős mértékben csökkenthető a föld légkörébe történő szén-dioxid-kibocsátás.

A tudósok például ki tudták számolni, hogy ha az Egyesült Államok kevésbé energiaigényes technológiákra tér át a fogyasztási cikkek gyártásában, az 25%-kal csökkentené a légkörbe jutó szén-dioxid mennyiségét. Világviszonylatban ez 7%-kal csökkentené az üvegházhatás problémáját.

szén a természetben

A Föld légkörébe történő szén-dioxid-kibocsátás problémáját elemezve megjegyezzük, hogy az ennek részét képező szén létfontosságú a biológiai szervezetek létezéséhez. Összetett szénláncokat (kovalens kötéseket) képező képessége az élethez szükséges fehérjemolekulák megjelenéséhez vezet. A biogén szénkörforgás összetett folyamat, hiszen nemcsak az élőlények működését jelenti, hanem a szervetlen vegyületek átvitelét is a különböző széntárolók között, illetve azokon belül.

Ide tartozik a légkör, a kontinentális tömeg, beleértve a talajokat, valamint a hidroszféra, litoszféra. Az elmúlt két évszázad során a szénáramlás változásait figyelték meg a bioszféra-légkör-hidroszféra rendszerben, amelyek intenzitásukban jelentősen meghaladják ennek az elemnek a geológiai folyamatainak sebességét. Ezért szükséges a rendszeren belüli kapcsolatok figyelembevételére szorítkoznunk, beleértve a talajt is.

A földi légkör szén-dioxid mennyiségi meghatározásával kapcsolatos komoly vizsgálatok a múlt század közepétől kezdődtek. Az ilyen számítások úttörője Killing volt, aki a híres Mauna Loa Obszervatóriumban dolgozik.

A megfigyelések elemzése kimutatta, hogy a légkör szén-dioxid-koncentrációjának változását befolyásolja a fotoszintézis ciklusa, a szárazföldi növények pusztulása, valamint az óceánok éves hőmérséklet-változása. A kísérletek során sikerült megállapítani, hogy az északi féltekén lényegesen magasabb a szén-dioxid mennyiségi tartalma. A tudósok szerint ez annak a ténynek köszönhető, hogy az antropogén bevételek nagy része erre a féltekére esik.

Az elemzéshez speciális módszerek nélkül vettük őket, emellett nem vettük figyelembe a számítások relatív és abszolút hibáit. A gleccsermagokban található légbuborékok elemzésének köszönhetően a kutatóknak sikerült adatokat állítaniuk a Föld légkörének szén-dioxid-tartalmáról 1750-1960 között.

Következtetés

Az elmúlt évszázadok során jelentős változások mentek végbe a kontinentális ökoszisztémákban, ennek oka az antropogén hatások növekedése volt. Bolygónk légkörében a szén-dioxid mennyiségi tartalmának növekedésével az üvegházhatás fokozódik, ami negatívan befolyásolja az élő szervezetek létezését. Éppen ezért fontos áttérni olyan energiatakarékos technológiákra, amelyek lehetővé teszik a légkörbe történő CO 2 -kibocsátás csökkentését.

Kémiai összetétel

A Föld légköre a vulkánkitörések során felszabaduló gázok következtében keletkezett. Az óceánok és a bioszféra megjelenésével a vízzel, növényekkel, állatokkal és ezek bomlástermékeivel a talajban és a mocsarakban történő gázcsere miatt is kialakult.

A Föld légköre jelenleg főleg gázokból és különféle szennyeződésekből (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek) áll.

A légkört alkotó gázok koncentrációja a víz (H 2 O) és a szén-dioxid (CO 2) kivételével szinte állandó.

A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz még SO 2-t, NH 3-t, CO-t, ózont, szénhidrogéneket, HCl-t, HF-et, Hg-gőzt, I 2 -t, valamint NO-t és sok más gázt. A troposzférában folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskék (aeroszol) találhatók.

Szén-dioxid a Föld légkörében 2011-ben 392 ppm, azaz 0,0392% mennyiségben szerepel. A szén-dioxid szerepe ( CO 2, dioxid vagy szén-dioxid) a bioszféra életében elsősorban a fotoszintézis folyamatának fenntartásából áll, amelyet a növények hajtanak végre. Üvegházhatású gáz lévén a levegőben lévő szén-dioxid befolyásolja a bolygó hőcseréjét a környező térrel, számos frekvencián hatékonyan gátolja a visszasugárzó hőt, így részt vesz a bolygó klímájának kialakításában.

Az emberiség által fosszilis energiahordozók tüzelőanyagként történő aktív felhasználásával összefüggésben ennek a gáznak a koncentrációja a légkörben gyorsan növekszik. A 19. század közepe óta először figyeltek meg antropogén hatást a szén-dioxid koncentrációjára. Azóta növekedési üteme növekszik, és a 2000-es évek végén 2,20 ± 0,01 ppm/év, azaz évi 1,7%-os ütemben fordult elő. Külön tanulmányok szerint a légkör jelenlegi CO 2 szintje az elmúlt 800 ezer év, és valószínűleg az elmúlt 20 millió év legmagasabb szintje.

Szerep az üvegházhatásban

A levegőben lévő viszonylag alacsony koncentrációja ellenére a CO 2 a föld atmoszférájának fontos alkotóeleme, mivel elnyeli és újrasugározza az infravörös sugárzást különböző hullámhosszokon, beleértve a 4,26 µm-es (rezgésmód - a molekula aszimmetrikus nyújtása) és a 14,99 µm-es (hajlítási fluktuációk) infravörös sugárzást. ). Ez a folyamat kizárja vagy csökkenti a Föld űrbe történő kisugárzását ezeken a hullámhosszokon, ami üvegházhatáshoz vezet. A légköri CO 2 koncentrációjának jelenlegi változása az abszorpciós sávokat érinti, ahol a Föld reemissziós spektrumára gyakorolt ​​jelenlegi hatása csak részleges abszorpcióhoz vezet.

A szén-dioxid üvegházhatású tulajdonságai mellett az is jelentős, hogy a levegőnél nehezebb gáz. Mivel a levegő átlagos relatív moláris tömege 28,98 g/mol, a CO 2 móltömege pedig 44,01 g/mol, a szén-dioxid arányának növekedése a levegő sűrűségének növekedéséhez, és ennek megfelelően a levegősűrűség változásához vezet. nyomásprofilja magasságtól függően. Az üvegházhatás fizikai természetéből adódóan a légkör tulajdonságainak ilyen változása az átlagos felszíni hőmérséklet növekedéséhez vezet.

Általánosságban elmondható, hogy a koncentráció növekedése az iparosodás előtti 280 ppm-ről a modern 392 ppm-re a bolygó felszínének négyzetméterenkénti további 1,8 watt kibocsátásával egyenértékű. Ennek a gáznak az az egyedülálló tulajdonsága is, hogy hosszú távú hatást gyakorol az éghajlatra, amely az azt okozó kibocsátás után nagyjából ezer évig állandó marad. Más üvegházhatású gázok, mint például a metán és a dinitrogén-oxid, rövidebb ideig szabadon vannak a légkörben.

A szén-dioxid forrásai

A légkör természetes szén-dioxid-forrásai a vulkánkitörések, a levegőben lévő szerves anyagok elégetése, valamint az állatvilág képviselőinek (aerob szervezetek) légzése. Ezenkívül egyes mikroorganizmusok szén-dioxidot termelnek a fermentációs folyamat, a sejtlégzés és a levegőben lévő szerves maradványok bomlási folyamata során. A CO 2 légkörbe történő kibocsátásának antropogén forrásai a következők: a fosszilis tüzelőanyagok elégetése hőtermelés, villamos energia, valamint emberek és áruk szállítása céljából. Bizonyos ipari tevékenységek, mint például a cementgyártás és a gázok fáklyázással történő hasznosítása jelentős CO 2 -kibocsátással járnak.

A növények a kapott szén-dioxidot a fotoszintézis során szénhidrátokká alakítják, ami a napsugárzás energiáját hasznosító pigment klorofillon keresztül megy végbe. A keletkező gáz, az oxigén a Föld légkörébe kerül, és a heterotróf szervezetek és más növények légzésre használják fel, így alakul ki a szénkörforgás.

Antropogén emisszió

Szén-kibocsátás a légkörbe a prom. tevékenysége 1800-2004 között

A 19. század közepén az ipari forradalom beköszöntével fokozatosan nőtt az antropogén szén-dioxid légkörbe történő kibocsátása, ami a szénciklus egyensúlyának felborulásához és a CO 2 koncentráció növekedéséhez vezetett. Jelenleg az emberiség által termelt szén-dioxid mintegy 57%-át a növények és az óceánok távolítják el a légkörből. A légkörben lévő CO 2 mennyiségének növekedésének a teljes kibocsátott CO 2 -hoz viszonyított aránya körülbelül 45% állandó érték, és rövid távú ingadozásokon és ingadozásokon megy keresztül, öt éves időtartammal.

A fosszilis tüzelőanyagok, például szén, olaj és földgáz elégetése az antropogén CO 2 -kibocsátás fő oka, az erdőirtás pedig a második vezető ok. 2008-ban a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során 8,67 milliárd tonna szén (31,8 milliárd tonna CO 2 ) került a légkörbe, míg 1990-ben az éves szén-dioxid-kibocsátás 6,14 milliárd tonna volt. A földhasználati célú erdők leltározása 1,2 milliárd tonna szén elégetésével egyenértékű növekedést eredményezett a légkörben 2008-ban (1990-ben 1,64 milliárd tonna). A kumulatív növekedés 18 év alatt a CO 2 éves természetes ciklusának 3%-a, ami elegendő ahhoz, hogy a rendszert kimozdítsa az egyensúlyi helyzetből és felgyorsult növekedés CO 2 szint. Ennek eredményeként a szén-dioxid fokozatosan felhalmozódott a légkörben, és 2009-ben koncentrációja 39%-kal haladta meg az iparosodás előtti értéket.

Így annak ellenére, hogy (2011-től) a teljes antropogén CO 2 kibocsátás nem haladja meg a természetes éves ciklusának 8%-át, koncentrációnövekedés tapasztalható nemcsak az antropogén kibocsátások szintjének, hanem az állandó állandóságnak köszönhetően. a kibocsátások szintjének időbeli növekedése.