چرخه کربن در جو زمین

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
کسر مولی دی‌اکسید کربن در تروپوسفر در سال ۲۰۱۱

جو زمین یکی از مخازن بزرگ کربن و جزء مهمی از چرخه کربن به حساب می‌آید. کربن موجود در جو نقش مهمی را در اثر گلخانه‌ای ایفا می‌کند.[۱] از مهمترین ترکیبات کربن در این رابطه، می‌توان به گاز دی اکسید کربن (CO2) اشاره کرد. اگرچه آن مقدار کمی از جو را شامل می‌شود (تقریبا ۰٫۰۴٪ بر اساس مول)، اما نقش بسیار مهمی در حفظ حرارت در جو و در نتیجه اثر گلخانه‌ای دارد. گازهای دیگر حاوی کربن که اثراتی بر آب و هوا در جو دارند، متان و کلروفلوئوروکربن‌ها می‌باشد. انتشار گازها توسط انسان‌ها مقدار دی اکسید کربن در جو را از حدود ۲۰۰ سال گذشته تاکنون تقریبا دو برابر کرده‌است.[۱][۲]

گازهای مرتبط[ویرایش]

غلظت گازهای گلخانه‌ای مبتنی بر کربن از زمان شروع عصر صنعتی به طور چشمگیری افزایش یافته است. این امر موجب مهم شدن اهمیت درک استفادهٔ کربن در اتمسفر گردیده است. دو گاز اصلی گلخانه‌ای کربن متان و دی‌اکسید کربن هستند.

متان[ویرایش]

نوشتار اصلی: متان موجود در جو

سطح گاز متان در اتمسفر به تغییر اقلیم وابسته هستند. متان موجود در جو یکی از قوی‌ترین و با نفوذترین گازهای گلخانه‌ای روی کرهٔ زمین است. مقدار پتانسیل گرمایش جهانی[پ ۱] (GWP) متان در ۱۰۰ سال حدود ۲۵ GWP است، این بدان معنی است که متان در طی یک دوره ۱۰۰ ساله، ۲۵ بار گرمای بیشتری در واحد جرم، نسبت به دی‌اکسید کربن را به دام می‌اندازد.[۳]

متان (CH4)، یکی از گازهای گلخانه‌ای قوی است و عمدتاً به وسیله فروپاشی موجودات بیولوژیکی تولید می‌شود و به عنوان دومین گاز گلخانه‌ای مهم در نظر گرفته می‌شود، اما چرخهٔ متان در جو در حال حاضر زیاد شناخته‌شده نیست. مقدار تولیدشده و جذب‌شدهٔ سالانهٔ متان به طور گسترده‌ای متفاوت است.[۴]

این نمودار ساده چرخهٔ متان را از منابع به اتمسفر و همچنین سینک‌هایی که متان مصرف می‌کنند را به تصویر می‌کشد.

A. پرمافراست، یخچال‌های طبیعی، و هسته‌های یخی - منبعی که متان به‌دام افتاده و یخ‌زده را با افزایش دمای کرهٔ زمین به آرامی آزاد می‌کند.
B. تالاب - محیط‌های مرطوب و گرم که ایده‌آل برای تولید متان هستند.
C. آتش‌سوزی جنگل - سوزاندن یا سوخته‌شدن مواد آلی باعث آزاد شدن مقدار بسیار زیادی متان به اتمسفر می‌شود.
D. شالیزارها - هر چه شالیزارها مرطوب‌تر و گرم‌تر باشند، متان بیشتری تولید می‌شود.
E. حیوانات - تولید گاز متان پس از دفع مدفوع.
F. گیاهان - علی‌رغم آن‌که متان قبل از وارد شدن به جو مصرف می‌شود، گیاهان به متان اجازه راه یافتن مستقیم از طریق ریشه و برگ و به جو می‌دهند.
G. محل‌های دفن زباله - پوسیدگی آلی و شرایط بی‌هوازی محل‌های دفن زباله را به یک منبع گاز متان تبدیل می‌کند.
H. تصفیه فاضلاب
I. رادیکال هیدروکسیل
J. رادیکال آزاد

دی‌اکسید کربن[ویرایش]

منحنی کیلینگ طراحی‌شده توسط رصدخانه مانوالوا که غلظت کربن موجود در جو زمین را از سال ۱۹۶۰ تا ۲۰۱۰ نشان می‌دهد.
نوشتار اصلی: کربن دی‌اکسید در جو زمین

غلظت دی‌اکسید کربن (CO2) در جو زمین از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۹ به طور سالانه ۲ پی‌پی‌ام در حال افزایش بود[۵] و از تاریخ اکتبر ۲۰۱۲ به ۳۹۱ پی‌پی‌ام (قسمت در میلیون) رسید.[۶][۷] با توجه به نمودارهای سنجش، این غلظت پیش از انقلاب صنعتی کمتر از ۲۸۰ پی‌پی‌ام بود.[۸] دی‌اکسید کربن در فتوسنتز مورد استفاده قرار می‌گیرد و نیز یک گاز گلخانه‌ای برجسته است. با وجود غلظت نسبتاً کوچکش نسبت به دیگر گازها در اتمسفر بخش مهمی از جو زمین است که اشعه مادون قرمز را در طول موج ۴.۲۶ میکرومتر و ۱۴.۹۹ میکرومتر جذب و ساطع می کند، در نتیجه نقش مهمی در اثر گلخانه‌ای دارد.[۹] سطح فعلی این گاز در اتمسفر بالاتر از هر سطح دیگری در طول تاریخ نسبت به ۸۰۰ هزارسال گذشته[۱۰] و یا احتمالاً حتی ۲۰ میلیون سال گذشته[۱۱] رسیده‌است.

مقدار موجود[ویرایش]

بنابه گزارشی در سال ۲۰۰۷ توسط IPCC، مقداری حدود ۷۶۵ گیگاتن کربن در اتمسفر یافت می‌شود و این محتوا به طور سالانه حدود ۳ گیگاتن در حال افزایش است. در اتمسفر، کربن به صورت دی‌اکسید کربن و متان یافت می‌شود. هردوی این گازها جذبنده هستند و حرارت را در اتمسفر حفظ می‌کنند که تا حدی مسئول اثر گلخانه‌ای محسوب می‌شوند. انباشت میلیاردها تن از گاز دی‌اکسید کربن در اتمسفر مانند یک لایهٔ ضخیم، زمین را داغ‌تر می‌کند و ممکن است به مرور زمان به نابودی برخی از پدیده‌ها منجر شود.[۱۲] غلظت این گاز ۳۹۰ میلی‌گرم بر هر مترمکعب و مقدار آن چیزی در حدود ۸۰۰ گیگاتن می‌باشد البته این فقط چیزی در حدود ۰٫۰۰۱٪ از مقدار کلی کربن در جهان است.

مقدار کربن موجود در جو توسط منابع مختلف بین ۷۰۰ الی ۷۵۵ گیگاتن گزارش می‌شود. برخی از این مقادیر عبارتند از:

منبع [۱۳][۱۴][۱۵] [۱۶][۱۷] [۱۸] [۱۹] [۲۰]
مقدار گزارش‌شده ۷۰۰ گیگاتن ۷۲۰ گیگاتن ۷۳۵ گیگاتن ۷۵۰ گیگاتن ۷۵۵ گیگاتن

مقدار دی‌اکسید کربن در اتمسفر به‌دلیل تغییرات در فتوسنتز و تنفس در طول شبانه‌روز متغیر است که متوسط مقدار کربن را در طول روز ۳۲۰ پی‌پی‌ام و در شب حدود ۵۰۰ پی‌پی‌ام برآورد کرده‌اند؛ البته این تغییر عملاً وابسته به نوع پوشش، میزان پوشش گیاهی و تراکم جانوری در منطقه است.[۲۱] اتمسفر و بیوسفر به عنوان ذخیره‌سازهای کوچک کربن محسوب می‌شوند؛ محتوای کربن موجود در اتمسفر به تغییر سرعت جریان، با حساسیت واکنش نشان می‌دهد. به دلیل فرآیندهای بیوشیمیایی، اتمسفر بالاترین سرعت‌جریان‌های کربن را دارد و در نتیجه جزئی از چرخه‌های کوتاه مدت محسوب می‌شود.[۲۲]

برخی از گازها و آلاینده‌های دیگری که علاوه بر دی‌اکسید کربن در اتمسفر وجود دارند عبارتند از:

    غلظت مولار
در ppm
زمان پایداری در اتمسفر افزایش
٪ در سال
کربن دی‌اکسید [پ ۲] ۳۹۰ ۵–۲۰۰ سال ۰٫۴
متان [پ ۳] ۱٫۷۵ ۱۲ سال ۱٫۵
کربن مونوکسید [پ ۴] ۰٫۰۵–۰٫۲ ۶۰–۱۸۰ روز  
هیدروکربن‌های کلروفلوئور[پ ۵] FCKW ۱۰−۳ ۷۰–۱۰۰ سال  
کربن تتراکلرید [پ ۶] ۱۰−۴  
هیدروکربن [پ ۷]      
دوده [پ ۸]      

معادل‌های انگلیسی[ویرایش]

  1. Global-warming potential
  2. CO2
  3. CH4
  4. CO
  5. Chlorofluorocarbon
  6. CCl4
  7. Hydrocarbon
  8. Soot

پانویس[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Falkowski, P.; Scholes, R. J.; Boyle, E.; Canadell, J.; Canfield, D.; Elser, J.; Gruber, N.; Hibbard, K. et al (2000). "The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System". Science 290 (5490): 291–296. DOI:10.1126/science.290.5490.291. PMID 11030643. 
  2. Tans, Pieter; Keeling, Ralph. "Trends in Carbon Dioxide". NOAA Earth System Research Laboratory. 
  3. Keppler, F.; Hamilton, J. T. G.; Brass, M.; Röckmann, T. (2006). "Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions". Nature 439 (7073): 187–191. DOI:10.1038/nature04420. PMID 16407949.  ویرایش
  4. Forster, P.; Ramawamy, V.; Artaxo, P.; Berntsen, T.; Betts, R.; Fahey, D.W.; Haywood, J.; Lean, J.; Lowe, D.C.; Myhre, G.; Nganga, J.; Prinn, R.; Raga, G.; Schulz, M.; Van Dorland, R. (2007), "Changes in atmospheric constituents and in radiative forcing", Climate Change 2007: the Physical Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 
  5. Carbon Budget 2009 Highlights, globalcarbonproject.org, retrieved 2012-11-02 
  6. NOAA Mauna Loa dataset (reported online at: http://co2now.org/ )
  7. Etheridge, D. M.; L. P. Steele, R. L. Langenfelds, R. J. Francey, J.-M. Barnola, V. I. Morgan (1996). "Natural and anthropogenic changes in atmospheric CO2 over the last 1000 years from air in Antarctic ice and firn". Journal of Geophysical Research 101 (D2): 4115–4128. Bibcode 1996JGR...101.4115E. DOI:10.1029/95JD03410. ISSN 0148-0227. 
  8. Petty, G.W. (2004). A First Course in Atmospheric Radiation. Sundog Publishing. pp. 229–251. 
  9. Amos, Jonathan (2006-09-04). "Deep ice tells long climate story". BBC News. Retrieved 2010-04-28. 
  10. Climate Change 2001: The Scientific Basis
  11. «چرخه کربن و آینده زمین». «روزنامه جام جم»، ۱۴ جولای ۲۰۱۱. بازبینی‌شده در ۱۸ دسامبر ۲۰۱۲. 
  12. George M. Woodwell: Das Kohlendioxidproblem. In: Spektrum der Wissenschaft. Erst-Edition, 1978. S. 17.
  13. Roger Revelle: Weltklima: Wärmer und feuchter durch Kohlendioxid. In: Spektrum der Wissenschaft. Oktober 1982, Heft 10, S. 19.
  14. Dieter Heinrich et al.: dtv-Atlas zur Ökologie. 1990, ISBN 3-423-03228-6. S. 62.
  15. Robert A. Berner et al.: Simulation des geochemischen Kohlenstoffkreislaufes. In: Spektrum der Wissenschaft. Mai 1985, Heft 5, S. 56.
  16. E. R. Lucius et al.: Der globale Kohlenstoffkreislauf als System. In: Praxis der Naturwissenschaften – Biologie in der Schule. 53. Jahrgang, April 2004, Heft 3. S. 7.
  17. Richard A. Houghton und George M. Woodwell: Globale Veränderung des Klimas. In: Spektrum der Wissenschaft. Juni 1985, Heft 6, S. 109.
  18. Helmut Grimm: Gefährdung der Biosphäre. In: Unterricht Biologie. 15. Jahrgang 1991, Heft 162, S. 5.
  19. Malte Faber et al.: Wirtschaftliche Aspekte des Kohlendioxid-Problems. In: Spektrum der Wissenschaft. Juli 1993, Heft 7, S. 31.
  20. مجله سلامت فانسرا. «چرخه کربن». بازبینی‌شده در ۱۹ دسامبر ۲۰۱۲. 
  21. . لکزیکاپول (زبان آلمانی). http://www.lexikapool.de/lexika/Kohlenstoffkreislauf.html. بازبینی‌شده در ۱۸ دسامبر ۲۰۱۲. 

منابع[ویرایش]