СО₂ Концентрации и температура

Сила парникового эффекта — сколько дополнительной энергии он направляет на земную поверхность — зависит от того, сколько молекул парниковых газов содержится в атмосфере. Когда концентрации парниковых газов высоки, они поглощают больший процент излучения инфракрасной энергии Земли. Это означает, что больше энергии излучается обратно к поверхности земли, повышая среднюю температуру ее поверхности. Верно и обратное: принимая CO₂ из атмосферы уменьшит количество инфракрасной энергии, которую она поглощает, и вызовет охлаждение Земли. Сосудистые растения впервые появились на земле около 420 миллионов лет назад. До этого наземные растения обитали только в самых влажных средах, но эволюция сосудистых систем позволила им колонизировать гораздо более разнообразные наземные среды. В течение следующих 90 миллионов лет в результате увеличения фотосинтетической активности было удалено столько CO.₂ из атмосферы, что это помогло вызвать ледниковый период продолжительностью 60 миллионов лет.

Представьте себе атмосферу как улавливающую тепло «сеть», окружающую землю.Углекислый газ и другие парниковые газы — это «верёвки», а азот и кислород — открытые пространства между верёвками. Когда инфракрасная энергия попадает в открытое пространство, она уходит в открытый космос и рассеивается; но когда он ударяется о веревку, веревка нагревается и переизлучает часть энергии обратно к планете, повышая ее общую температуру. Чем больше CO₂ молекул в атмосфере, тем больше веревок в сети, что сужает открытые пространства и затрудняет выход инфракрасной энергии в космос, не задев веревку. Чем туже сеть, тем больше энергии она поглощает и тем горячее становится земля.

Углеродный цикл

Углерод, обнаруженный в атмосферном CO₂ составляет лишь крошечную часть общих запасов углерода на Земле. Углерод также содержится в горных породах, океанах, месторождениях ископаемого топлива и во всех живых существах. Движение атомов углерода между этими резервуарами известно как углеродный цикл. Углерод покидает атмосферу, когда фотосинтезирующие организмы, такие как растения, водоросли и некоторые виды бактерий, вытягивают его из воздуха и объединяют с водой, образуя углеводы. Он возвращается в атмосферу в виде CO.₂ когда люди и другие животные выдыхают его или когда растения умирают и разлагаются. Иногда, вместо того чтобы сгнить и выпустить свой углерод обратно в атмосферу, фотосинтезаторы закапываются глубоко под землю, запирая свой углерод в земле на миллионы лет. При правильных подземных условиях остатки этих фотосинтезаторов станут отложениями ископаемого топлива, такими как уголь, нефть или природный газ. Этот подземный углерод эффективно удаляется из краткосрочного углеродного цикла. Он будет возвращаться в атмосферу медленно, в течение десятков или сотен миллионов лет, если вообще когда-либо.

Нарушение баланса

В течение последних 10 000 лет этот баланс поглощения и выброса поддерживал постоянное количество углекислого газа в атмосфере.Но, сжигая все большее количество ископаемого топлива, мы кладем палец на чашу весов, склоняя чашу весов в сторону CO.₂ эмиссия. Когда мы добываем ископаемое топливо и сжигаем его для получения энергии, мы берем углерод, которому понадобились бы миллионы и миллионы лет, чтобы вернуться в атмосферу, и возвращаем его туда сразу. Существует конечное количество углекислого газа, которое растения и другие фотосинтезаторы могут удалить из атмосферы за год, и почти вся эта фотосинтетическая способность идет на уравновешивание природного CO.₂ выбросы. Как только CO₂ испускаемый дыханием животных и органическим разложением, не осталось достаточно фотосинтетической способности, чтобы очистить весь дополнительный CO₂ выбрасывается при сжигании ископаемого топлива. В результате количество углекислого газа в атмосфере неуклонно увеличивалось с начала промышленной революции, при этом CO₂ концентрации особенно резко возросли во второй половине 20-го века. Органический углерод (содержащийся в живых существах) возвращается в атмосферу еще одним способом: огонь. Когда органическое вещество горит, оно выделяет CO₂ и водяной пар. Это так же верно для ископаемого топлива, которое представляет собой всего лишь геологически измененные остатки древних организмов, как и для дров в вашем камине. Обычно существует баланс между CO₂ который попадает в атмосферу из таких источников, как разложение органических веществ, дыхание животных и лесные пожары, а CO₂ выводятся в результате фотосинтеза. Иногда один процесс немного опережает другой, но в конечном счете они выравниваются.

СО человека₂ Выбросы

Тонна углекислого газа имеет объем 136 324 галлона. В 2012 году люди выбросили 34,8 миллиарда тонн CO.₂ в атмосферу, объемом 4,3 квадриллиона галлонов или 3912 кубических миль. Этого достаточно СО₂ чтобы заполнить озеро Мид, водохранилище длиной 120 миль и глубиной 489 футов, образованное плотиной Гувера, один раз каждые семнадцать часов в течение года.Со времен промышленной революции, около 250 лет назад, количество CO₂ в атмосфере увеличилась на 37%. До 1750 года одна из каждых 3571 молекул в атмосфере была молекулой углекислого газа. По состоянию на 2013 год это число возросло до одного из каждых 2500. 5 Если одна из 2500 молекул кажется не такой уж большой, учтите, что атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа (или более 96 из каждых ста молекул), а температура ее поверхности составляет 863°F. Увеличение пары CO₂ молекул на тысячу может оказать существенное влияние на температуру планеты. Больше CO₂ в атмосфере означает больше возможностей для поглощения и повторного излучения инфракрасной энергии Земли обратно к ее поверхности. И мы видим последствия: наша планета на 1,3°F теплее, чем столетие назад. К 2100 году может стать еще на 3,2–7° теплее.

Другие источники потепления

Другим следствием более высоких глобальных температур будет таяние постоянно промерзшей земли в таких местах, как Сибирь и Аляска. Эта вечная мерзлота содержит огромное количество метана, еще одного мощного парникового газа. Когда лед, удерживающий его в земле, начнет таять, метан улетучится в атмосферу. Как с СО₂, чем больше метана в атмосфере, тем сильнее станет парниковый эффект и тем теплее станет земля. СО человека₂ Выбросы являются движущей силой изменения климата, но по мере того, как земля становится теплее, они запускают ряд самоусиливающихся процессов (порочные круги), которые усиливают его последствия. Например, поверхность земли поглощает только около 70% падающего на нее солнечного света. Количество поглощаемого солнечного света зависит от цвета поверхности, на которую падает свет. Темные цвета поглощают больше света (и нагреваются сильнее), чем светлые. Белые снег и лед отражают почти весь падающий на них свет, и отраженный свет уходит обратно в космос, не нагревая земную поверхность.Когда снег или лед тает, они обнажают более темные, более поглощающие материалы (камни, грязь, воду) под ними. С меньшим количеством снега на земле из-за изменения климата Земля будет поглощать больше энергии, поступающей от солнца, что еще больше повысит ее температуру.

Люди вызывают изменение климата?

Но можем ли мы быть уверены, что за это потепление ответственна деятельность человека? Да. Нет никаких естественных источников углекислого газа, которые могли бы объяснить это быстрое увеличение содержания CO в атмосфере.₂. Вулканы, которые являются одними из крупнейших природных CO₂ эмиттеры, только выбрасывают около 220 миллионов тонн CO₂ в год. В 2012 году люди выбросили 34,8 миллиард тонн углекислого газа, более чем в 150 раз больше CO₂ как вулканы. И вулканическая активность не сильно меняется от тысячелетия к тысячелетию, поэтому нет причин думать, что они выделяют больше CO.₂ сейчас, чем в предыдущие века. Повышение температуры поверхности Земли также не связано с увеличением солнечной активности. Спутниковые наблюдения за Солнцем показывают, что в последние десятилетия оно не становилось жарче. Мы знаем, что атмосферный углекислый газ улавливает инфракрасную энергию земли, и что чем больше CO₂ есть в атмосфере, тем теплее становится земля. Мы также знаем, что атмосферный CO₂ уровни резко выросли за последние десятилетия, достигнув 400 частей на миллион (одна из каждых 2500 молекул) в 2013 году. Измерения состава атмосферы, проведенные в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях, показывают, что с 1960 года количество CO₂ в атмосфере подскочил с 320 частей на миллион до 400 частей на миллион. СО₂ выбросы от использования ископаемого топлива увеличились с 2,16 миллиарда тонн в год в 1900 году до более чем 34,8 миллиарда тонн в год в 2012 году. В результате земля сейчас на 1,3°F теплее, чем она была в начале 20-го века.

Ученые-климатологи почти единодушны в своем мнении, что человеческий CO₂ Выбросы являются движущей силой изменения климата. Более 97% ученых-климатологов говорят, что Земля нагревается и что причиной этого является деятельность человека.Что касается ученых, то нет никаких споров о том, реально ли изменение климата или мы его вызываем.

Почему нам нужно что-то с этим делать

Один раз дополнительный CO₂ попадает в атмосферу, остается там надолго. Большая часть углекислого газа, который мы выбрасываем сегодня, останется там и через столетия. Даже если мы прекратим сжигать ископаемое топливо прямо сейчас, фотосинтезу и другим процессам, потребляющим углерод, потребуется почти тысячелетие, чтобы удалить весь наш избыток CO.₂ из атмосферы. Для всех практических целей последствия изменения климата постоянны, и чем больше CO₂ мы добавляем в атмосферу, тем более серьезными будут эти эффекты. Это правда, что климат Земли может вернуться к норме через несколько тысяч лет, но у большинства из нас нет нескольких тысяч лет, чтобы ждать, пока все вернется к норме.