Upload
barto
View
46
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Лекция 4 . Lect_04_Carbon_III - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Лекция 4. Lect_04_Carbon_IIIЦикл углерода (продолжение). Проблема масштаба при анализе динамики во времени содержания СО2 в атмосфере. Углерод в океане. Сравнение с сушей. Биомасса и чистая первичная продукция (NPP). Карты распределения NPP в океане. Апвеллинг и даунвеллинг. Эль-Ниньо. Перенос углерода в глубины водной толщи: физико-химический и биологический насосы. «Петля Брокера». Углерод на суше. Почва. Изъятие человеком NPP с поверхности суши: картина глобального распределения.
Проблема масштаба
scaling
май
октябрь
Изменения CO2 и температуры за 420 тыс. лет («Восток»)
Изменения CO2 и температуры за 800 тыс. лет (EPICA)
Изменения содержания кислорода (наверху) и углекислого газа (внизу) за 600 миллионов лет PAL – Present Atmospheric Level
Эмиссия СО2 определяет повышение
температуры? или повышение
температуры определяет эмиссию
CO2?
Углерод в океане
Ежегодно связывается ≈ 92 Гт С возвращается в атмосферу ≈ 90 Гт С
СО2, взаимодействуя с молекулами воды, образует угольную кислоту, которая
диссоциирует на СО3- и СО3
2-
В зависимости от рН соотношение сдвигается
СО32- + СО2 + Н2О ↔ 2 НСО3
-
Углерод в океане
Буферная емкость океана ограничена:
1. Нехваткой катионов Ca2+ и Mg2+ (необходимы для образования известковых скелетов организмов)
2. Крайне слабым перемешиванием водной толщи (перемешиваемый слой – 100-200 м,средняя глубина океана - 3900 м)
Масса углерода живых организмов в океане:
≈ 1-2 Гт
Масса углерода в виде детрита (POC – particulate organic carbon) в океане:
≈ 100 Гт
Масса углерода в виде растворенного органического вещества (DOC – dissolved organic carbon)
≈ 1000 Гт
Биомасса организмов в океане ≈ 1-2 Гт С на суше ≈ 800 Гт С (600 - 1000) Чистая первичная продукцияокеана ≈ 60 Гт С год-1 (35 – 100) суши ≈ 57 Гт С год-1 (48 – 65)
Биомасса tПродукция ∆ tПервичная продукция (Primary production)Валовая продукция (Gross production - GP) Чистая продукция (Net production - NP) Дыхание (Respiration – R)
NP = GP – R Net primary production - NPP
Что ограничивает первичную
продукцию на большей части
акватории Мирового океана?
Хлорофилл в июне
http://earth.rice.edu/mtpe/bio/biosphere/hot/chl_s.htmlCredit: NASA/GSFC
Хлорофилл в январе
http://earth.rice.edu/mtpe/bio/biosphere/hot/chl_s.htmlCredit: NASA/GSFC
Глобальное распределение хлорофилла (среднее за год)
Глобальное распределение температуры поверхности
океана
Redfield ratio(соотношение числа атомов в веществе
океанического планктона)
C : N : P106 : 16 : 1
Для перемещения углерода из поверхностных вод в глубинные существуют:
1) Физико-химический «насос» (термохалинный механизм)
2) Биологический «насос» (вертикальные миграции зоопланктона, опускание фекальных пеллет)
Подъем водных масс – апвеллинг(upwelling)
Обычно около западных берегов континентов
Самый знаменитый апвеллинг – Перуанский
Эль-Ниньо – перекрывание апвеллинга теплыми Тихого океана
Опускание водных масс (downwelling)
Петля Брокера
Смена ветров и перекрытие апвеллинга в случае Эль-
Ниньо
Положение апвеллингов
«Цветение» воды в районе
Перуанского апвеллинга
Биологический насос
Biological pump
Joe Roman, James J. McCarthy The whale pump: marine mammals enhance primary productivity in a coastal basin // PLoS ONE. 2010. V. 5(10): e13255.
Кит горбач (Megaptera novaeangliae) Снимок Марии Шевченко. Близ о-ва Беринга (Командорские острова)
Джой Роман (Joe Roman) из Университета штата Вермонт в заливе Мэн (Сев.-Зап. Атлантика) http://www.uvm.edu/~uvmpr/?Page=News&storyID=17125
УГЛЕРОД НА
СУШЕ
Rattan Lal Carbon sequestration // Phil. Trans. R. Soc. B 2008 363, 815-830
УГЛЕРОД НА СУШЕ
общая биомасса организмов ≈ 800 Гт С (600 - 1000)
Чистая первичная продукция ≈ 57 Гт С год-1 (48 – 65)
Общая биомасса организмов в океане ≈ 2 Гт С на суше ≈ 800 Гт С (600 - 1000)
Чистая первичная продукцияокеана ≈ 60 Гт С год-1 (35 – 100) суши ≈ 57 Гт С год-1 (48 – 65)
Г.А.Заварзин «Лекции по природоведческой микробиологии»
ПОЧВА – корнеобитаемый слой на поверхности суши
ПОЧВА появилась только при
освоении суши растениями ≈ 300 миллионов лет тому
назад
(уже в полностью оксигенированной атмосфере)
ПОЧВА своими органическим веществом
ПРИРАСТАЕТ ИЗ ВОЗДУХА
ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗА
если целлюлоза разлагается исключительно прокариотами, то лигнин – эукариотами, причем в
аэробных условиях
Разложение лигнина и целлюлозы – лимитирующее звено в круговороте углерода в наземных экосистемах
За год человек на суше изымает первичной продукции в сумме
11.54 × 1015 г углерода, или 20.32% всей годовой
чистой первичной продукции
Производство пищи требует изъятия в год 4.09 × 1015 г углерода, а
использование растений в качестве топлива
примерно столько же - 4.31 × 1015 г
Для развитых стран потребление NPP составляло
3.2 т С в год на человека
Для развивающихся (а это 83% всего населения Земли) – 1.8 т С в год на человека
Human appropriation of terrestrial net primary production (HANPP)