Rozložení a toky uhlíku v biosféře

Prezentace na téma: "Rozložení a toky uhlíku v biosféře"— Transkript prezentace:

1 Rozložení a toky uhlíku v biosféře

2

3 Biogeochemický cyklus uhlíku: biomasa a litosféra
biom rozloha 106 km2 vegetace půda celkem tropický les 17, les mírného p. 10, boreální les 13, savana 22, step 12, pouště 45, tundra 9, mokřady 3, pole celkem 151, Globální rezervoáry uhlíku v biomase a v půdě do hloubky 1m, Gt uhlíku

4 Biogeochemický cyklus uhlíku: atmosféra
Uhlík je v atmosféře zastoupen zejména CO2, méně CH4 CO2 ovlivňuje skleníkový efekt, úzce souvisí s fotosyntézou a respirací Obsah CO2 v atmosféře narůstá od dob průmyslové revoluce Nárůst obsahu CO2 dokumentován z koncentrací v ledu, izotopovým složením přírůstkových zón korálů a dřevin Preindustriální atmosféra obsahovala ppm CO2, současná koncentrace CO2 je 400 ppm CH4 vzniká při anaerobních procesech v rýžových polích, ve velkochovech dobytka, v termitištích, uvolňuje se z fosilních paliv, rašelinišť, mokřadů Působí rovněž jako skleníkový plyn Oxidací CH4 vzniká CO

5 Obsah CO2 v atmosféře : Keelingova křivka
Atmosférická koncentrace CO2: výkyvy plynou ze sezónních variací v produkci biomasy.

6 Historická měření obsahu CO2 v atmosféře

7 Historická měření obsahu CO2 v atmosféře

8 Biogeochemický cyklus uhlíku: procesy
Výměna CO2 mezi hydrosférou a atmosférou: oceán je významný rezervoár, příjem CO2 z atmosféry je omezený karbonátovou rovnováhou a pomalým míšením povrchových a hlubinných vod. Rozpuštěné množství ovlivňuje atmosférická koncentrace CO2 a teplota. CO2 uvolňovaný z antropogenních procesů: nejvýznamnější je spalování fosilních paliv, produkce cementu, změny v charakteru krajiny, odlesňování, desertifikace atd. Pohlcování CO2 asimilující biomasou: hnojivý vliv vyšší koncentrace CO2 se obtížně prokazuje, ale experimenty ukazují že zvýšená koncentrace CO2 může až 2-3x zvýšit asimilaci CO2 a vázat uhlík v biomase zejména kořenových systémů, půdních mikroorganismů a hub.

9 Radiační rovnováha v atmosféře
Ze Slunce do zemské atmosféry dopadá cca 343 W.m-2 cca 1/3 záření odražena atmosférou cca 2/3 záření pohltí planeta a následně skleníkové plyny, které zvyšují teplotu o 33C (78% energie) 21 % energie se použije na vypařování vody z oceánů 1 % energie se přemění na kinetickou energii větrů 0.1 % využijí zelené rostliny

10

11 Korelace obsahu CO2 v atmosféře a průměrných teplot

12 Vývoj průměrných teplot za posledních 130 let
Nejteplejších 10 let: 2016, 2015, 2017, 2014, 2010, 2013, 2005, 2009, 1998, 2012

13 Rozložení teplotních změn

14 Skleníkové plyny

15 Relativní vliv antropogenních skleníkových plynů

16 Emise skleníkových plynů z různých činností

17 Relativní emise z různých druhů činností

18 Skleníkové plyny v ČR (celkové a pouze CO2)

19 Vývoj růstu průměrných teplot

20 Vývoj hladiny oceánů (spodní odhad)

21 Příklad zpětné vazby v klimatickém systému

22 Předpovědi klimatických modelů
- klimatické změny způsobí více srážek v tropech, méně v subtropech, střídání prudkých bouří se zničujícím suchem - obří kusy ledovců roztáté zvýšenou teplotou by mohly vytvořit vrstvu chladné vody a ochromit nebo zeslabit proudění např. Golfského proudu (možné je paradoxní snížení teploty v Evropě) - šíření teplomilných rostlinných a živočišných druhů (v posledních letech na našem území pozorovány kudlanka, vlha, šakal, je možné očekávat mizení chladnomilných rostlin - např. smrk) - Afrika - šíření pouští, eroze v pobřežních oblastech, neúroda, šíření tropických chorob - Asie - pohyb lidí od zaplavených pobřeží, severní oblasti kontinentu vlhčí podnebí - vyšší výnosy - jižní a střední Asie - sucha, šířící se choroby, povodně, vedra, lesní požáry, cyklony - Austrálie - rozšíření pouští, cyklony, nárazové záplavy - Evropa - jižní Evropa - sucha a vedra, severní Evropa - tání tundry, střední Evropa - záplavy a letní vedra - Amerika - sucha, záplavy, cyklony

23

24

25 Reakce světového společenství
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 3 zprávy o vývoji klimatu Kjótský protokol (od 2007), Pařížská úmluva (2015)  omezení emisí oxidu uhličitého a pěti dalších skleníkových plynů Strategie pro útlum globálního oteplení zahrnují vývoj nových technologií, využití solární a větrné energie a dalších obnovitelných zdrojů, jaderné energie, palivových článků, úspor energie, uhlíkových daní a sekvestraci uhlíku (ukládání CO2 v geologických formacích)

26

27 Většina ozónu je shromážděna ve stratosféře, ve výšce kolem 25 km.
Ozónosféra Statosférický ozón chrání organismy před účinky vysoce energetického UV záření. Vliv ozónu na absorbci UV záření je pozorován již od 1881 (Hartley), pionýrské práce práce prováděli Fabry a Dobson (Dobsonovy jednotky). Kdyby běžně se vyskytující ozón vytvořil souvislou vrstvu kolem Země za atmosférického tlaku, měla by tloušťku 3 mm, což odpovídá 300 Dobsonovým jednotkám. Většina ozónu je shromážděna ve stratosféře, ve výšce kolem 25 km.

28 Koncentrační profil ozónu

29 Vznik ozónové vrstvy: Chapmanův mechanismus
V roce 1930 Chapman navrhnul model fotochemických reakcí kyslíku jako příčinu vzniku ozónosféry: O2 + h  O + O <243 nm (1) O + O2 + M  O3 + M (2) O3 + h  O + O2 (3) O + O3  O2 + O2 (4) M představuje molekulu např. O2 nebo N2, která „převezme“ přebytečnou energii (uvolní se jako teplo, které ohřívá stratosféru). O je vysoce reaktivní kyslíkový radikál.

30 výsledná reakce tedy je O + O3  2O2 (7)
Katalytický rozklad ozónu Alternativou k pomalé reakci (4) je efektivnější a rychlejší proces se stejným výsledkem: X + O3  XO + O2 (5) XO + O  X + O2 (6) výsledná reakce tedy je O + O3  2O2 (7) V reakcích (5, 6) má X charakter katalyzátoru, tzn. nespotřebovává se, pouze urychluje celý proces. X je zastoupeno zejména radikály H, OH, NO, Cl, Br. Nepatrná množství těchto látek způsobují masivní propad množství O3 ve stratosféře.

31 Freony výroba od r (Thomas Midgley, DuPont – původně General Motors, vynálezce tetraetylolova) nehořlavé, netoxické, chemicky inertní použití: klimatizace, chladící zařízení, rozprašovače, hasící přístroje, čistidla… životnost v atmosféře nejméně 50 let – dost času na difúzi do všech částí stratosféry

32 Katalytický účinek freonů
1970 Paul Crutzen navrhnul mechanismus katalytického odbourávání ozónu (na příkladu oxidů dusíku) V roce 1974 Mario Molina a Sherwood Rowland ukázali, že na destrukci ozónu se podílejí dichlordifluormethan CF2Cl2 (CFC 12, 1/2 = 139 let) a trichlormonofluormethan CFCl3 (CFC 11, 1/2 = 77 let) 1985 Joseph Farman publikoval data o poklesu ozónové vrstvy v Antarktidě (nesouhlas s měřeními satelitu NASA způsobený chybným zpracováním satelitních dat) 1995 Nobelova cena – Crutzen, Molina, Rowland

33 Meziroční měření ozónu nad Antarktidou

34 Montrealský protokol a následná ujednání
V září podepsán tzv. Montrealský protokol, který kontroluje následující sloučeniny vzorec číslo potenciál doba setrvání destrukce O3 CFCl3 CFC , let CF2Cl2 CFC-12 1, let C2F3Cl CFC-113 0, let C2F4Cl2 CFC-114 1, let C2F5Cl CFC-115 0, let CF2BrCl halon ,7 12,5 let CF3Br halon , let C2F4Br2 halon ,6 není známa

35 Projekce koncentrace freonů v atmosféře

36 Úbytek stratosférického ozónu

37 Rozsah ozónové díry