«O κύκλος του άνθρακα»

Εργασία στα πλαίσια του μαθήματος «Φυσική Περιβάλλοντος»

Της φοιτήτριας Δεληγεώργη Κατερίνας

Θεσσαλονίκη, Σεπτέμβριος 2004

Ο κύκλος του άνθρακα επιτελείται από:

Επίγειες διαδικασίες Ωκεάνιες διαδικασίες Ανθρωπογενείς εκπομπές

Συγκέντρωση CO2 στην ατμόσφαιραΑυξητική τάση από το 1800 σχετικά αργά και στη συνέχεια πιο γρήγορη αύξηση [από τα 280ppm (1800) έφτασε τα 367 ppm (1997)]Στοιχεία που μαρτυρούν ότι η αυξητική τάση προκαλείται από ανθρωπογενείς πηγές και κυρίως την καύση ορυκτών καυσίμων:Το οξυγόνο μειώνεται με ρυθμό συγκρίσιμο του CO2 που εκπέμπεται από καύση από ορυκτά καύσιμα.Υπάρχει μεγαλύτερη αύξηση στο Βόρειο Ημισφαίριο, όπου εμφανίζεται περισσότερο η καύση των ορυκτών καυσίμων.Το ανθρωπογενές CO2 που εκπέμπεται από τα ορυκτά καύσιμα:50% διαλύεται στους ωκεανούς και απορροφάται από τα επίγεια οικοσυστήματα[φωτοσύνθεση κατά την αναπνοή και άλλες οξειδωτικές διαδικασίες(αποσύνθεση ή καύση οργανικού υλικού)]50% διοχετεύεται στην ατμόσφαιραΟποιαδήποτε αλλαγή της βιόσφαιρας θα μπορούσε να επιφέρει αλλαγές στο μέρος του CO2 που μένει στην ατμόσφαιρα

Επίγειες διαδικασίες άνθρακαΦυτά:Προσλαμβάνουν CO2 από τα στόματα φύλλωνΔέντρα:σε μικρή ηλικία γρηγορότερη πρόσληψη CO2, επιβράδυνση καθώς ωριμάζουν.GPP(Gross Primary Production):το ποσό του οργανικού άνθρακα που παράγεται από τη φωτοσύνθεση.NPP(Net Primary Production):αυτό που παραμένει μετά την αυτοτροφική αναπνοή(περίπου το μισό).Το ΝΡΡ επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με δύο διαδικασίες:Ετεροτροφική αναπνοή (Rh) από τους αποσυνθέτεςΚαύση από ανθρωπογενή δραστηριότηταΚατά την γήρανση των φυτών το ΝΡΡ καταλήγει σε αυτό που ονομάζουμε δεξαμενή «συντριμμιών» CΝΕΡ(Net Ecosystem Production)=ΝΡΡ-RhNBP(Net Biome Production) αυτό που μένει από την καθαρή παραγωγή μείον τις υπόλοιπες απώλειες(φωτιές, συγκομιδή, διάβρωση)Σε σταθερή κατάσταση το ΝΡΡ=Rh => ΝΕΡ=0Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες επηρεάζουν το ΝΡΡ και το Rh με αποτέλεσμα το ΝΒΡ να αλλάζει.Τα επίγεια οικοσυστήματα αποτελούν δεξαμενές άνθρακα (εξαιρούνται οι περιοχές αποψίλωσης)

Έδαφος Εδαφολογικός άνθρακας: δημιουργείται από τη νεκρή

βιομάζα και το εδαφολογικό οργανικό υλικό. Γήρανση των φυτών το ΝΡΡ καταλήγει στη δεξαμενή συντριμμιών.Τα συντρίμμια αποσυντίθεται(επιστροφή C ατμόσφαιρα)ενώ άλλα μετατρέπονται στον εδαφολογικό άνθρακα που αποσυντίθεται ακόμη πιο αργά.

Δεξαμενή αδρανή άνθρακα: αποτελείται από τον εδαφολογικό άνθρακα και το ποσό του μαύρου άνθρακα (κάρβουνο)που παράγεται από τις πυρκαγιές

Oι βιολογικές διαδικασίες μπορούν να επηρεάσουν το ποσό του άνθρακα που αποθηκεύεται στις δεξαμενές σε δεκάδες ή εκατοντάδες χρόνια

Επιδράσεις από την αλλαγή στη χρήση της γης και τη διαχείριση του εδάφους

Αποψίλωση:έκλυση άνθρακαΠυρκαγιές: πηγή άνθρακα σε μικρή χρονική κλίμακα, μακροχρόνια συνεισφέρει σε νεροχύτη(sink) απορρόφηση άνθρακα με την παραγωγή της αργής αποσύνθεσης και του αδρανούς μαύρου άνθρακα.Μετατροπή του εδάφους από φυσική βλάστηση σε γεωργικό έδαφος αποτελεί πηγή CO2 (δίνει στο έδαφος )

Επιδράσεις του κλίματος Το κλίμα επηρεάζει την ανάπτυξη των φυτών:

Ηλ.ακτινοβολία φωτοσύνθεσηΘερμοκρασία επηρεάζουν αναπνοή Διαθέσιμο νερό αποσύνθεση

αλλαγή στο ΝΕΡ

Πιθανόν η αλλαγή κλίματος αλλαγή βιόσφαιραςΑλλαγή στην αύξηση του CO2

Επιδράσεις του κλίματος Θέρμανση αύξηση του ΝΡΡ στα εύκρατα και αρκτικά

οικοσυστήματα αύξηση της ημερήσιας και εποχικής

ανάπτυξης των φυτώνμείωση του ΝΡΡ στα water-sressed

οικοσυστήματααύξηση της εδαφικής αναπνοής και από

τη ρίζα (βραχυπρόθεσμα)Αλλαγή στις βροχοπτώσεις: επιδρά στη διαθεσιμότητα του εδάφους σε νερό ιδιαίτερα σε ξηρές και ημιάγονες περιοχές Αλλαγή στο κλίμα: μπορεί να επιδράσει στις φωτιές και την κατανομή της βλάστησης

Επιδράσεις της αύξησης του CO2

Αύξηση του CO2 αύξηση της φωτοσύνθεσης Αποκτώντας το ίδιο μέγεθος σε μικρότερο χρόνο Αυξάνεται το ποσοστό παραγωγής «σκουπιδιών» αύξηση εδαφολογικού άνθρακα Αυξάνοντας την τελική τους μάζαΑύξηση εδαφολογικού και ατμοσφαιρικού άνθρακαC3 φυτά ανταποκρίνονται πιο γρήγορα στη φωτοσύνθεση στην αύξηση του CO2C4 φυτά αποθηκεύουν CO2 μικρότερη απόκριση από ότι τα C3

Αύξηση του CO2 πιθανόν να μειώνει την αναπνοή των φυτών

Επιδράσεις από την ανθρωπογενή απόθεση αζώτου

Το άζωτο που ελευθερώνεται ως ΝΟΧ από ορυκτά καύσιμα, καύση βιομάζας, εκπομπή ΝΗ3 από βιομηχανικές περιοχές και χρήση λιπασμάτων μπορεί να αποτελέσει λίπασμα για τα φυτά.Επιπρόσθετη απόθεση αζώτου αύξηση του ΝΡΡ πιθανόν και αύξηση του χρόνου παραμονής του άνθρακα στο έδαφος

Υπάρχει και όριο : από εκεί και πέρα προβλήματα

Για τον υπολογισμό των αποθεμάτων και των ροών στα επίγεια οικοσυστήματα πρέπει να

γνωρίζουμε: Κάλυψη εδάφους Πυκνότητα άνθρακα στη βλάστηση και το χώμα «Μοίρα» του άνθρακα

Ωκεάνιες διαδικασίεςΠοσοστό C στους ωκεανούς 50 φορές μεγαλύτερο από το ποσοστό στην ατμόσφαιρα.Ανταλλαγή σε κλίμακα εκατοντάδων ετών.Η διάλυση του CΟ2 στους ωκεανούς αποτελεί νεροχύτη για το ανθρωπογενές CΟ2.Ο C βρίσκεται υπό τη μορφή CΟ2(1%), ΗCΟ3(91%) και CΟ3(8%)H διαλυτότητα του CΟ2 είναι θερμοκρασιακά εξαρτώμενη:Η ψύξη των επιφανειακών υδάτων οδηγεί σε λήψη CΟ2 Η θέρμανση των επιφανειακών υδάτων οδηγεί σε εξάτμισηΕντός των ωκεανών βρίσκεται ο DIC(έρχεται από τα ποτάμια ) και ο DOC(παράγεται από τη διάβρωση του ανθρακικού ασβεστίου)

Λήψη ανθρωπογενούς CO2 από τους ωκεανούςΗ λήψη ανθρωπογενούς CO2 από τη θάλασσα ρυθμίζεται από φυσικούς και χημικούς μηχανισμούς.Η λήψη του ανθρωπογενούς CO2 είναι πιο έντονη στις περιοχές όπου τα παλιά νερά που βρίσκονται για πολύ καιρό στο εσωτερικό του ωκεανού έρχονται στην επιφάνεια και επομένως το ποσοστό ανάμειξης των παλιών νερών με τη διεπιφάνεια αέρα –θάλασσας καθορίζει και τη λήψη του ανθρωπογενούς CO2

Αύξηση της μερικής πιέσεως του CO2 πέρα από τα προβιομηχανικά επίπεδα έχει την τάση να αυξήσει τη λήψη στις περιοχές νεροχύτες και να μειώσει την απελευθέρωση στις περιοχές που έχουμε απελευθέρωση.Μεγάλη ικανότητα λήψης του ανθρωπογενούς CO2 . Το 70 –80% απορροφάται από τη θάλασσα. Λόγω του ότι υπάρχει πεπερασμένο ποσοστό ανάμειξης παίρνει αρκετές εκατοντάδες χρόνια για να συμβεί.

Τα ακαθάριστα ποσά που ανταλλάσσονται μεταξύ ατμόσφαιρας και γης και μεταξύ ατμόσφαιρας και ωκεανών αντιπροσωπεύουν ένα αρκετά μεγάλο μέρος της περιεκτικότητας του αέρα σε CO2.Tα ακαθάριστα ποσά είναι κατά πολύ μεγαλύτερα από τις ανθρωπογενείς εκπομπές, αυτές , ‘ομως καθορίζουν σημαντικά την ανταλλαγή.

Παγκόσμια αποθέματα CO2 (pgC/yr) βασισμένες σε μετρήσεις των τάσεων των CO2 ,O2 μέσα στις δεκαετίες

Οι θετικές τιμές = ροές στην ατμόσφαιραΟι αρνητικές τιμές = λήψη από την ατμόσφαιρα

Δεκαετία ‘80 Δεκαετία ‘90Ατμοσφαιρική αύξηση του CO2 3.3±0.1 3.2 ±0.1

Εκπομπές (ορυκτά καύσιμα, τσιμέντο)

5.4 ±0.3 6.3 ±0.4

Ροή ατμόσφαιρας-ωκεανών -1.9 ±0.6 -1.7 ±0.5

Ροή ξηράς-ατμόσφαιρας -0.2 ±0.7 -1.4 ±0.7

Χωρισμένα ως εξής

Από αλλαγή της χρήσης εδάφους 1.7(0.6 ως 2.5)Υπόλοιπος επίγειος νεροχύτης -1.9(-3.8 ως 0.3)

Συμπεράσματα

Παράγοντες που επηρεάζουν την λήψη ή απελευθέρωση του CO2 από τους ωκεανούς και το έδαφος

Ίδια η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε CO2 To φυσικά μεταβλητό κλίμα Πιθανές αλλαγές κλίματος από το CO2 και άλλα

θερμοκηπικά αέρια Αλλαγές στην ωκεάνια κυκλοφορία και βιολογία Μετατροπή του εδάφους (από φυσική βλάστηση σε

γεωργία και αντίστροφα) Πυρκαγιές Διαχείριση εδάφους