Углерод и его соединения

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: лес реферат, зимой сочинение
| Добавил(а) на сайт: Papanov.

Известно, что в прошлом климат существенно отличался от современного и что природные климатические колебания происходили с определенной периодичностью, проявляющейся, в частности, как чередование ледниковых и межледниковых эпох. Последний ледниковый максимум датирован 18 тыс. лет назад, а мы живем в условиях межледниковая, начавшегося около 11 тыс. лет назад. На фоне этой периодичности происходят относительно кратковременные колебания, подобные малому климатическому оптимуму 1000 лет назад, малому ледниковому периоду 200-250 тыс. лет назад, и еще более мелкие вплоть до 4-
5 и 2-х летних циклов. Это исторический материал, позволяющий прогнозировать аналогичные (хотя и не вполне идентичные) колебания в будущем. Точность прогноза зависит от качества информации о климатах прошлого, которое, как было признано на совещании “Климаты прошлого и климатический прогноз” (Москва, институт охраны природы и заповедного дела,
1992 г.), во многих случаях оставляет желать лучшего.

Техногенные воздействия происходят не на статическом, а на динамическом фоне природных процессов. Около 1000 лет назад климат был теплее на 0,5(C. Есть ли основания приписывать современное потепление того же масштаба техногенным газам? По-видимому, нет, так как 40-60 годы, первый этап массовых выбросов CO2 ознаменовались заметным похолоданием. Резко возросшие техногенные выбросы 80-х по сверхточным спутниковым измерениям за десятилетие (1979-1988 гг.) не дали парникового эффекта.

Модели парникового потепления, решая уравнения с множеством неизвестных, не принимают в расчет обратных связей между потеплением и реакцией планетарных систем атмосферы, биосферы и гидросферы – изменения облачности, продуктивности растительных сообществ, циркуляции биологических вод.

Недавно обнаружена несомненная связь между содержанием CO2 в атмосфере и распространением аномально теплых поверхностных вод в Тихом океане, названное Эль-Ниньо, происходящим с периодичностью в 4-5 лет и вызывающим аномальные климатические явления – теплые зимы на Аляске, засухи в Африке – практически по всему шару. Оказалось, что в начале Эль-Ниньо концентрация
CO2 уменьшается, а затем увеличивается, превышая техногенную добавку. Спад
CO2 можно объяснить подавлением апвеллинга – подъема холодных глубинных вод, выделяющих CO2 в атмосферу, а пик – уменьшением растворимости CO2 при повышении температуры (альтернативный биологический механизм, предполагаемый Дж. Киплингом и другими авторами, маловероятен, так как временной интервал колебаний CO2 недостаточен для ощутимой реакции биосферы).

Дальнейшим подтверждением роли океанической циркуляции как основного регулятора содержания CO2 в атмосфере явились ряды наблюдений, показывающих не только хорошую корреляцию CO2 с температурой, но и запаздывание колебаний CO2 на 4 месяца по отношению к температуре поверхностных вод и на
1 месяц по отношению к температуре воздуха. Становится еще более очевидным, что в системе “CO2 – температура” ведущий фактор – температура, а не CO2 и что происходящее увеличение концентрации CO2 (включая техногенный источник) объясняется потеплением, а не наоборот. Эти данные не только вносят существенные коррективы в традиционные представления о роли океана в регуляции газового состава и поддержании теплового баланса атмосферы, но и приближают нас к общему объяснению климатических колебаний. Эль-Ниньо связаны с кратковременными изменениями скорости вращения Земли в результате гравитационных воздействий других небесных тел, которые служат пусковым механизмом волновых процессов в земных оболочках, включая Мировой океан и биосферу.

Известно, что в смене климатических ситуаций ледникового периода выражены циклы прецессий, наклона эклиптики и эксцентриситета земной орбиты. Содержание CO2 в атмосфере геологического прошлого по пузырькам воздуха в льдах Антарктиды, проверенных на станции Восток, коррелирует с температурой ледниковых и межледниковых эпох. Эти данные были использованы для подтверждения парниковой модели. Однако и здесь возникает вопрос о причинах и следствиях. Поскольку техногенного источника не было, то остается биосфера, продуктивность которой в межледниковье возрастала (сток, а не приток CO2), и океан, повышение температуры которого, по-видимому и было основным источником CO2.

Среди более отдаленных геологических периодов определенный интерес представляет меловой – 130 – 65 млн. лет назад. Постоянных полярных льдов в меловом периоде не было (хотя могли быть сезонные). Составленные фитоклиматические схемы дают представления о климатической зональности безледниковой планеты и позволяют сделать некоторые выводы прогнозного характера. Экваториальная зона примерно в современных границах отличалась сухостью и температурой ниже современной (крайний ксероморфизм растений, хвойные в низинных растительных формациях).

Область преимущественного распространения жестколистных кустарниковых формаций, интерпретируемая как зона летне-сухого климата, простиралась до
50( с. ш. в Азии, и на западе Северной Америки. На атлантическом побережье ее северная граница поднималась до 60(. Данные по годичным кольцам прироста древесины и склеритам на чешуе рыб указывают на непродолжительный сухой сезон. Вместе с тем, к этой зоне приурочены самые крупные захоронения меловых динозавров, свидетельствующие о высокой продуктивности жестколистной растительности.

Зона листопадных лесов простиралась далеко за полярный круг, по крайней мере до 80(с. ш. В ее пределах намечалась незначительная дифференциация по содержанию теплолюбивых компонентов, причем на полярных широтах снова возрастала роль вечнозеленных растений и, судя по количеству месторождений, численности динозавров, остатки которых известны на
Шпицбергене, северной Камчатке, северном склоне Аляски.

По общей продуктивности меловая растительность едва ли существенно отличалась от современной, так как слабая облесенность экваториальной зоны могла компенсироваться полярными лесами. Вместе с тем мощный вулканизм мелового периода, в десятки раз превышавший современную вулканическую активность, служил источником парниковых газов, не уступавшим техногенному.

Таким образом, мы подошли ко второму разделу, доказав, что в создании парникового эффекта играют роль как природные так и антропогенные источники.

Основные загрязнители атмосферы.

Природные источники.

При извержениях вулканов вместе с лавой из них изливается и углекислый газ в таком изобилии, что после одного извержения Везувия им было задушено тысячи зайцев и других маленьких животных. В то же время колодцы и погреба в Неаполе, далеко отстоящем от вулкана оказались наполненными углекислым газом. Углекислый газ постоянно выделяется сильными струями из почвы даже в таких местностях, где вулканическая деятельность давно прекратилась.

Сколько столетий функционирует в качестве постоянно действующего генератора углекислого газа неаполитанская “Собачья пещера”, без упоминания о которой не обходился ни один учебник химии и географии, вряд ли можно определить это; “чудо природы” упоминалось не только Ван-Гельмгольтом, но и в “Естественной истории” Плиния, созданной в начале нашей эры. Такие же пещеры существуют в Иеллоустонском заповеднике (США). Птицы и насекомые, залетающие в них в поисках убежища, гибнут. Громадные количества углекислого газа доставляются из недр Земли в атмосферу и ключами, изливающимися в местностях, где действуют или когда-то действовали вулканы.

Природные источники углекислого газа называются мофетами. Мофеты характерны для последней, поздней стадии затухания вулканов, в которой находится в частности знаменитый кавказский вулкан Эльбрус. Поэтому там наблюдаются многочисленные выходы пробивающихся сквозь снега и льды горячих источников, насыщенных углекислым газом. Наиболее известные из минеральных источников (углекислотных) находятся в Кисловодске (Назран), где они используются в лечебных целях (лечение желудочно-кишечного тракта).

Вне земного шара углекислый газ обнаружен спектроскопическим путем в атмосфере Венеры. Атмосфера ближайшей к Земле планеты лишена кислорода и водяных паров и полностью состоит из углекислого газа. При атмосферном давлении, составляющем около половины давления, господствующего на нашей планете, и средней температуре около 70(C Венера являет нам, примерный вид
Земли, какой она была до появления на ней растительного покрова.

Авиация.

Группа Л. Майкелис – управление энергетических технологий, Харуэлл,
Великобритания (ж. “Природа” № 2, 1993г.) пересмотрела выводы о поступлении парниковых газов в атмосферу, сделанные в 1990 году Межправительственной комиссией по изменению климата.

По их мнению: самолеты способствуют парниковому эффекту в восемь раз сильнее автомашин и в 22 раза больше, чем междугородний электрический железнодорожный транспорт. На каждое пассажирское место в самолете
“приходится” 684 грамма углекислого газа на 1 км проделанного пути, на одного пассажира легковой машины, прошедшего то же расстояние – лишь 83 грамма, а скоростного электропоезда – 31 грамм. Так из таб. 1 видно, сколько выбрасывается углекислого газа в двигателях космического корабля
“Шаттл” за 1 полет.

|продукты сгорания, |высота приземного |тропосфера |стратосфера |
|кг |пограничного слоя | | |
|CO2 |0 – 0,5 |0,5 – 1,3 |13 – 50 |
| |55075 |172570 |147684 |

Таблица 1, Количество углекислого газа в слоях атмосферы.

Особое беспокойство вызывает большое оксидов азота, выделяемых авиадвигателями во время полетов на высоте 10-12 км. Подвергаясь там фотохимическим реакциям, этот газ образует озон, порождающий парниковый эффект. На уровне Земли 1 грамм газа по воздействию втрое превосходит то же количество углекислого газа, а в верхних слоях атмосферы в 335 раз больше. В первую очередь это связано с более низкими температурами верхней атмосферы, замедляющими химические реакции и тем самым парниковое воздействие таких, как озон, газов со сравнительно коротким сроком “жизни”.

Выбросы оксидов азота ответственны примерно за 2/3 всех поставляемых самолетом парниковых газов; остальные на “совести” углекислого газа.
Наибольшее воздействие на температуру Земли, имеет озон, находящийся на высоте около 12 км, где проходит основная часть самолетов.

Таким образом, хотя самолеты в Европе производят видимо, не более 3% выброса оксидов азота, их вклад в парниковый эффект равен вкладу всех иных источников этого газа. Проблема усугубляется быстрым ростом авиасообщений: количество самолетов, садящихся или взлетающих, например, в аэропортах
Великобритании, за последние 20 лет удвоилось.