Strona 8 z 10
W ostatnim czasie obserwuje się wzrost stężenia dwutlenku węgla w powietrzu, co prowadzi do zmian w klimacie Ziemi.
Węgiel (C) w atmosferze występuje głównie w postaci dwutlenku węgla (CO 2) oraz w niewielkich ilościach w postaci metanu (CH 4), tlenku węgla i innych węglowodorów.
W przypadku gazów występujących w atmosferze ziemskiej stosuje się pojęcie „czasu życia gazu”. Jest to czas, w którym gaz ulega całkowitej odnowie, tj. czas, w którym do atmosfery dostaje się taka sama ilość gazu, jaka się w niej znajduje. Zatem dla dwutlenku węgla czas ten wynosi 3-5 lat, dla metanu – 10-14 lat. CO utlenia się do CO 2 w ciągu kilku miesięcy.
W biosferze znaczenie węgla jest bardzo duże, ponieważ jest on częścią wszystkich żywych organizmów. W organizmach żywych węgiel występuje w formie zredukowanej, a poza biosferą – w formie utlenionej. W ten sposób powstaje wymiana chemiczna koło życia: CO 2 ↔ materia żywa.
Źródłem pierwotnego dwutlenku węgla są wulkany, których erupcje uwalniają do atmosfery ogromne ilości gazów. Część tego dwutlenku węgla powstaje podczas rozkładu termicznego starożytnych wapieni w różnych strefach metamorficznych.
Węgiel przedostaje się również do atmosfery ziemskiej w postaci metanu w wyniku beztlenowego rozkładu pozostałości organicznych. Metan pod wpływem tlenu szybko utlenia się do dwutlenku węgla. Głównymi dostawcami metanu do atmosfery są lasy deszczowe i bagna.
Migracja CO 2 zachodzi na dwa sposoby:
— W pierwszej metodzie CO 2 jest pochłaniany z atmosfery ziemskiej podczas fotosyntezy i bierze udział w powstawaniu materia organiczna z późniejszym zakopaniem w skorupie ziemskiej w postaci minerałów: torfu, ropy, łupków bitumicznych.
— W drugiej metodzie węgiel uczestniczy w tworzeniu węglanów w hydrosferze. CO 2 zamienia się w H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Następnie przy udziale wapnia (rzadziej magnezu i żelaza) węglany odkładają się drogami biogennymi i abiogennymi. Pojawiają się grube warstwy wapienia i dolomitu. Według A.B. Ronova stosunek węgla organicznego (Corg) do węgla węglanowego (Ccarb) w historii biosfery wynosił 1:4.
Dwutlenek węgla jest wydobywany z atmosfery ziemskiej przez rośliny zielone w procesie fotosyntezy, który odbywa się za pośrednictwem chlorofilu wykorzystującego energię pigmentu Promieniowanie słoneczne. Rośliny przetwarzają dwutlenek węgla z atmosfery na węglowodany i tlen. Węglowodany biorą udział w tworzeniu związki organiczne rośliny, a tlen jest uwalniany z powrotem do atmosfery.
Bardzo mała część jego całkowitej masy uczestniczy w obiegu węgla aktywnego. Ogromna ilość kwasu węglowego jest zachowana w postaci kopalnych wapieni i innych skał. Z kolei pomiędzy dwutlenkiem węgla w atmosferze ziemskiej a wodą oceaniczną zachodzi ruchoma równowaga.
Dzięki wysoka prędkość Podczas rozmnażania organizmy roślinne (zwłaszcza mikroorganizmy niższe i fitoplankton morski) wytwarzają rocznie około 1,5-10 11 ton węgla w postaci masy organicznej, co odpowiada energii 5,86-10 20 J (1,4-10 20 cal).
Rośliny są częściowo zjadane przez zwierzęta, gdy umierają, materia organiczna odkłada się w postaci sapropelu, próchnicy, torfu, co z kolei daje początek wielu innym kaustobiolitom - węgiel kamienny, olej, gazy łatwopalne.
Bakterie (np. gnilne), a także wiele grzybów (np. pleśnie) odgrywają ogromną rolę w procesach rozkładu substancji organicznych i ich mineralizacji.
Główne zasoby węgla znajdują się w stanie związanym (głównie w składzie węglanów) w skałach osadowych Ziemi, znaczna część jest rozpuszczona w wodach oceanicznych, a stosunkowo niewielka część jest obecna w powietrzu.
Stosunek ilości węgla w litosferze, hydrosferze i atmosferze Ziemi, według aktualnych obliczeń, wynosi 28 570:57:1.
Dwutlenek węgla uwalniany jest do atmosfery ziemskiej:
- w procesie oddychania organizmów żywych i rozkładu ich zwłok, rozkładu węglanów, procesach fermentacji, gnicia i spalania;
- rośliny zielone, w ciągu dnia pochłaniając dwutlenek węgla z atmosfery w procesie fotosyntezy, w nocy oddają jego część;
- w wyniku działalności wulkanów, których gazy składają się głównie z dwutlenku węgla i pary wodnej. Współczesny wulkanizm prowadzi średnio do emisji 2 10 8 ton CO 2 rocznie, co stanowi mniej niż 1% emisji antropogenicznej emisje (emitowane w wyniku działalności człowieka);
- w wyniku działalności przemysłowej człowieka, w ostatnie lata zajmują szczególne miejsce w obiegu węgla. Masowe spalanie paliw kopalnych prowadzi do wzrostu zawartości węgla w atmosferze, gdyż zaledwie 57% dwutlenku węgla wytwarzanego przez ludzkość jest przetwarzane przez rośliny i pochłaniane przez hydrosferę. Masowe wylesianie prowadzi również do wzrostu stężenia dwutlenku węgla w powietrzu.
To był artykuł” Dwutlenek węgla w atmosferze ziemskiej. „. Przeczytaj dalej: « Argon w atmosferze ziemskiej stanowi 1% w atmosferze.«
Naukowcy z Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego zgłoszone USA Today, że zawartość dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej osiągnęła najwyższy poziom od 800 tysięcy lat. Obecnie wynosi 410 ppm (cząstek na milion). Oznacza to, że w każdym metrze sześciennym powietrza dwutlenek węgla zajmuje objętość 410 ml.
Dwutlenek węgla, czyli dwutlenek węgla, pełni ważną funkcję w atmosferze naszej planety: przepuszcza część promieniowania słonecznego, które ogrzewa Ziemię. Ponieważ jednak gaz pochłania również ciepło emitowane przez planetę, przyczynia się do powstawania efekt cieplarniany. Uważa się to za główny czynnik globalnego ocieplenia.
Od czasów rewolucji przemysłowej rozpoczął się stały wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Wcześniej stężenie nigdy nie przekraczało 300 ppm. W kwietniu tego roku ustalono najwyższy średni poziom od 800 tys. lat. Po raz pierwszy wartość 410 ppm zarejestrowano na stacji monitorowania jakości powietrza na Hawajach w kwietniu 2017 r., ale wtedy był to raczej przypadek niezwykły. W kwietniu 2018 roku ocena ta stała się średnią za cały miesiąc. Od czasu rozpoczęcia obserwacji przez naukowców z Instytutu Scripps stężenie dwutlenku węgla wzrosło o 30%.
Naukowiec Ralph Keeling z Instytutu Scripps, dyrektor programu badawczego CO2, uważa, że stężenie dwutlenku węgla w atmosferze stale rośnie, ponieważ stale spalamy paliwo. Podczas przetwarzania ropy, gazu i węgla do atmosfery uwalniane są gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla i metan. Gazy spowodowały w ciągu ostatniego stulecia wzrost temperatury Ziemi do poziomu, którego nie można wytłumaczyć naturalną zmiennością. To było dawno temu znany fakt nikt jednak nie podejmuje działań, aby w jakiś sposób naprawić sytuację.
Z kolei Światowa Organizacja Meteorologiczna stwierdziła, że liczba ta wzrosła Gazy cieplarniane przyczynia się do zmiany klimatu i czyni „planetę bardziej niebezpieczną i niegościnną dla przyszłych pokoleń”. Problem należy rozwiązać na poziomie globalnym i to najszybciej, jak to możliwe.
Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.
Działalność człowieka osiągnęła już taką skalę, że całkowita zawartość dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej osiągnęła maksimum. dopuszczalne wartości. Systemy naturalne – ląd, atmosfera, ocean – znajdują się pod niszczycielskim wpływem.
Należą do nich na przykład chlorofluorowęglowodory. Te zanieczyszczenia gazowe emitują i pochłaniają promieniowanie słoneczne, które wpływa na klimat planety. Łącznie CO 2 i inne związki gazowe występujące w atmosferze nazywane są gazami cieplarnianymi.
Ostrzegł, że wzrost ilości spalanego paliwa może doprowadzić do zakłócenia bilansu radiacyjnego Ziemi.
Obecnie większa ilość dwutlenku węgla przedostaje się do atmosfery w wyniku spalania paliw, a także na skutek zmian zachodzących w przyrodzie na skutek wylesiania lasów i zwiększania się obszarów rolniczych.
Wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze powoduje efekt cieplarniany. Jeśli na falach krótkich Promieniowanie słoneczne Ponieważ tlenek węgla (IV) jest przezroczysty, pochłania promieniowanie długofalowe, emitując energię we wszystkich kierunkach. W rezultacie zawartość dwutlenku węgla w atmosferze znacznie wzrasta, powierzchnia Ziemi nagrzewa się, a dolne warstwy atmosfery stają się gorące. Jest to możliwe przy późniejszym zwiększeniu ilości dwutlenku węgla globalna zmiana klimat.
Dlatego tak ważne jest przewidywanie całkowitej zawartości dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej.
Wśród nich są emisje przemysłowe. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta w wyniku emisji antropogenicznych. Wzrost gospodarczy zależy bezpośrednio od ilości spalonych zasobów naturalnych, ponieważ wiele gałęzi przemysłu to przedsiębiorstwa energochłonne.
Wyniki badań statystycznych wskazują, że od końca ubiegłego stulecia w wielu krajach nastąpił spadek jednostkowych kosztów energii przy znaczącym wzroście cen energii elektrycznej.
Jego efektywne wykorzystanie osiąga się poprzez modernizację proces technologiczny, pojazdów, zastosowanie nowych technologii w budowie warsztatów produkcyjnych. Niektóre rozwinięte kraje uprzemysłowione przeszły od rozwoju przemysłu przetwórczego i surowcowego do rozwoju tych obszarów, które wytwarzają produkt końcowy.
W dużych miastach o poważnej bazie przemysłowej emisja dwutlenku węgla do atmosfery jest znacznie wyższa, gdyż CO 2 jest często produktem ubocznym gałęzi przemysłu, których działalność zaspokaja potrzeby edukacji i medycyny.
W krajach rozwijających się znaczny wzrost zużycia wysokiej jakości paliw w przeliczeniu na mieszkańca uznawany jest za poważny czynnik przejścia na wyższy standard życia. Obecnie wysuwa się pogląd, że dalszy rozwój gospodarczy i podnoszenie poziomu życia jest możliwy bez zwiększania ilości spalanego paliwa.
W zależności od regionu zawartość dwutlenku węgla w atmosferze waha się od 10 do 35%.
Zacznijmy od tego, że energii nie produkuje się tylko po to, żeby ją otrzymać. W rozwiniętych krajach uprzemysłowionych większość wykorzystuje się w przemyśle, do ogrzewania i chłodzenia budynków oraz w transporcie. Badania prowadzone przez największe ośrodki naukowe wykazały, że stosowanie technologii energooszczędnych pozwala znacząco ograniczyć emisję dwutlenku węgla do atmosfery ziemskiej.
Naukowcom udało się np. wyliczyć, że gdyby Stany Zjednoczone przestawiły się na mniej energochłonne technologie w produkcji dóbr konsumpcyjnych, zmniejszyłoby to ilość dwutlenku węgla przedostającego się do atmosfery o 25%. W skali glob Zmniejszyłoby to problem efektu cieplarnianego o 7%.
Analizując problem emisji dwutlenku węgla do atmosfery ziemskiej zauważamy, że węgiel wchodzący w jej skład jest niezbędny do istnienia organizmów biologicznych. Jego zdolność do tworzenia złożonych łańcuchów węglowych (wiązania kowalencyjne) prowadzi do pojawienia się cząsteczek białka niezbędnych do życia. Biogenny obieg węgla jest procesem złożonym, ponieważ obejmuje nie tylko funkcjonowanie organizmów żywych, ale także transfer związków nieorganicznych pomiędzy różnymi zbiornikami węgla i w ich obrębie.
Należą do nich atmosfera, masa kontynentalna, w tym gleby, a także hydrosfera i litosfera. Na przestrzeni ostatnich dwóch stuleci w układzie biofera-atmosfera-hydrosfera obserwowano zmiany przepływów węgla, które w swoim natężeniu znacznie przekraczają natężenie przepływu procesy geologiczne przeniesienie tego elementu. Dlatego należy ograniczyć się do rozważań o relacjach wewnątrz systemu, w tym także w glebie.
Poważne badania nad określeniem ilościowej zawartości dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej zaczęto prowadzić od połowy ubiegłego wieku. Pionierem takich obliczeń był Killing, pracujący w słynnym Obserwatorium Mauna Loa.
Analiza obserwacji wykazała, że na zmiany stężenia dwutlenku węgla w atmosferze wpływ ma cykl fotosyntezy, niszczenie roślin na lądzie, a także roczne zmiany temperatury w Oceanie Światowym. W trakcie eksperymentów udało się ustalić, że ilościowa zawartość dwutlenku węgla na półkuli północnej jest znacznie wyższa. Naukowcy sugerują, że wynika to z faktu, że większość bodźców antropogenicznych zachodzi na tej półkuli.
Do analizy wzięto je bez specjalnych technik, ponadto nie uwzględniono błędu względnego i bezwzględnego obliczeń. Dzięki analizie pęcherzyków powietrza zawartych w rdzeniach lodowych badaczom udało się ustalić dane dotyczące zawartości dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej w latach 1750-1960.
Na przestrzeni ostatnich stuleci w ekosystemach kontynentalnych nastąpiły istotne zmiany, spowodowane wzrostem oddziaływania antropogenicznego. Wraz ze wzrostem ilościowej zawartości dwutlenku węgla w atmosferze naszej planety narasta efekt cieplarniany, co negatywnie wpływa na istnienie organizmów żywych. Dlatego ważne jest, aby przejść na Technologie oszczędzające energię, które pozwalają na ograniczenie emisji CO 2 do atmosfery.
Skład chemiczny
Atmosfera ziemska powstała w wyniku uwolnienia gazów podczas erupcji wulkanów. Wraz z pojawieniem się oceanów i biosfery powstał w wyniku wymiany gazowej z wodą, roślinami, zwierzętami i produktami ich rozkładu w glebach i bagnach.
Obecnie atmosfera ziemska składa się głównie z gazów i różnych zanieczyszczeń (pył, kropelki wody, kryształki lodu, sole morskie, produkty spalania).
Stężenie gazów tworzących atmosferę jest prawie stałe, z wyjątkiem wody (H 2 O) i dwutlenku węgla (CO 2).
Oprócz gazów wskazanych w tabeli atmosfera zawiera SO 2, NH 3, CO, ozon, węglowodory, HCl, HF, pary Hg, I 2, a także NO i wiele innych gazów w małych ilościach. Stale znajduje się w troposferze duża liczba zawieszone cząstki stałe i ciekłe (aerozol).
Dwutlenek węgla w atmosferze ziemskiej od 2011 r. jest reprezentowany w ilości 392 ppm, czyli 0,0392%. Rola dwutlenku węgla ( Dwutlenek CO2 Lub dwutlenek węgla) w życiu biosfery polega przede wszystkim na utrzymaniu procesu fotosyntezy, który przeprowadzają rośliny. Dwutlenek węgla zawarty w powietrzu, jako gaz cieplarniany, wpływa na wymianę ciepła planety z otaczającą przestrzenią, skutecznie blokując ponownie wypromieniowane ciepło na szeregu częstotliwościach, a tym samym uczestniczy w kształtowaniu klimatu planety.
W związku z aktywnym wykorzystaniem przez ludzkość paliw kopalnych jako paliwa, następuje szybki wzrost stężenia tego gazu w atmosferze. Pierwszy antropogeniczny wpływ na stężenie dwutlenku węgla odnotowano już w połowie XIX wieku. Od tego czasu jego dynamika wzrosła i pod koniec XXI wieku kształtowała się na poziomie 2,20 ± 0,01 ppm/rok, czyli 1,7% rocznie. Według odrębnych badań obecny poziom CO 2 w atmosferze jest najwyższy od ostatnich 800 tysięcy lat i być może od ostatnich 20 milionów lat.
Rola w efekcie cieplarnianym
Pomimo stosunkowo niskiego stężenia w powietrzu, CO 2 jest ważnym składnikiem atmosfera ziemska, ponieważ pochłania i ponownie promieniuje promieniowanie podczerwone przy różnych długościach fal, w tym o długości fali 4,26 µm (tryb wibracyjny – asymetryczne rozciąganie cząsteczki) i 14,99 µm (drgania zginające). Proces ten eliminuje lub ogranicza promieniowanie Ziemi w przestrzeni kosmicznej o tych długościach fal, co powoduje efekt cieplarniany. Obecna zmiana stężenia CO 2 w atmosferze wpływa na pasma absorpcji, w których się on znajduje nowoczesny wpływ w widmie reemisji Ziemi prowadzi jedynie do częściowej absorpcji.
Oprócz właściwości cieplarnianych dwutlenku węgla ważne jest również to, że jest to gaz cięższy w porównaniu do powietrza. Ponieważ średnia jest względna masa cząsteczkowa powietrze wynosi 28,98 g/mol, a masa molowa CO 2 wynosi 44,01 g/mol, wówczas wzrost udziału dwutlenku węgla prowadzi do wzrostu gęstości powietrza i odpowiednio do zmiany jego profilu ciśnienia w zależności od wysokości . Na mocy charakter fizyczny efekt cieplarniany, taka zmiana właściwości atmosfery prowadzi do wzrostu Średnia temperatura na powierzchni.
Ogólnie rzecz biorąc, wzrost stężenia z poziomu przedindustrialnego wynoszącego 280 ppm do współczesnego poziomu wynoszącego 392 ppm jest równoważny dodatkowemu 1,8 W na metr kwadratowy powierzchnię planety. Ten gaz też ma wyjątkowa nieruchomość długoterminowy wpływ na klimat, który po ustaniu emisji, która go spowodowała, pozostaje w dużej mierze stały przez okres nawet tysiąca lat. Inne gazy cieplarniane, takie jak metan i podtlenek azotu, występują w formie wolnej w atmosferze przez krótszy okres czasu.
Źródła dwutlenku węgla
Naturalnymi źródłami dwutlenku węgla w atmosferze są m.in erupcje wulkaniczne, spalanie substancji organicznych w powietrzu i oddychanie przedstawicieli świata zwierzęcego (organizmy tlenowe). Dwutlenek węgla wytwarzany jest także przez niektóre mikroorganizmy w wyniku procesów fermentacji, oddychania komórkowego oraz w procesie rozkładu pozostałości organicznych znajdujących się w powietrzu. Do antropogenicznych źródeł emisji CO 2 do atmosfery zalicza się: spalanie paliw kopalnych w celu produkcji ciepła, wytwarzania energii elektrycznej oraz transportu ludzi i towarów. Niektóre rodzaje działalności przemysłowej, takie jak produkcja cementu i usuwanie gazów w procesie spalania na pochodniach, prowadzą do znacznych emisji CO2.
Rośliny przekształcają powstały dwutlenek węgla w węglowodany podczas fotosyntezy, która odbywa się za pośrednictwem pigmentu chlorofilowego, który wykorzystuje energię promieniowania słonecznego. Powstały gaz, tlen, jest uwalniany do atmosfery ziemskiej i wykorzystywany do oddychania przez organizmy heterotroficzne i inne rośliny, tworząc w ten sposób obieg węgla.
Emisje antropogeniczne
Emisje dwutlenku węgla do atmosfery w wyniku działalności przemysłowej. działalność w latach 1800 – 2004
Wraz z nadejściem rewolucji przemysłowej w połowie XIX wieku nastąpił postępujący wzrost antropogenicznej emisji dwutlenku węgla do atmosfery, co doprowadziło do zaburzenia równowagi w obiegu węgla i wzrostu stężenia CO 2 . Obecnie około 57% dwutlenku węgla wytwarzanego przez ludzkość jest usuwane z atmosfery przez rośliny i oceany. Stosunek wzrostu ilości CO 2 w atmosferze do całkowitego uwolnionego CO 2 jest wartością stałą wynoszącą około 45% i podlega wahaniom krótkoterminowym oraz wahaniom z okresem pięciu lat.
Spalanie paliw kopalnych, takich jak węgiel, ropa naftowa i gazu ziemnego, jest główną przyczyną antropogenicznej emisji CO 2, wylesianie jest drugą najczęstszą przyczyną. W 2008 r. spalanie paliw kopalnych wyemitowało do atmosfery 8,67 miliarda ton węgla (31,8 miliarda ton CO2), w porównaniu z 6,14 miliarda ton rocznej emisji dwutlenku węgla w 1990 r. Przekształcenie lasów w użytkowanie gruntów spowodowało wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, co odpowiada spaleniu 1,2 miliarda ton węgla w 2008 r. (1,64 miliarda ton w 1990 r.). Skumulowany wzrost w ciągu 18 lat wynosi 3% rocznego naturalnego cyklu CO2, co wystarczy, aby wytrącić system z równowagi i spowodować szybki wzrost poziomu CO2. W rezultacie dwutlenek węgla stopniowo gromadził się w atmosferze i w 2009 roku jego stężenie było o 39% wyższe niż przedindustrialne.
Tym samym, mimo iż (od 2011 roku) całkowita antropogeniczna emisja CO2 nie przekracza 8% jego naturalnego cyklu rocznego, następuje wzrost stężeń wynikający nie tylko z poziomu emisji antropogenicznej, ale także ze stałego wzrostu emisji poziomu emisji w czasie.
W ciągu ostatnich trzech milionów lat Ziemia doświadczyła wielu rytmicznych wahań, wchodząc i wychodząc epoka lodowcowa w ramach tzw. cykli Milankovitcha (na cześć astrofizyka z Serbii). Cykle Milankovitcha na orbicie Ziemi zmieniają kąt i ilość światła padającego na powierzchnię naszej planety. światło słoneczne. Jednak te wahania klimatyczne byłyby znacznie mniejsze, gdyby nie wzmacniający wpływ zmian stężeń gazów cieplarnianych. Dane klimatyczne, takie jak bloki lodowe, pokazują nam dokładnie, jak stężenia gazów zmieniają się w czasie, ponieważ zawierają one pęcherzyki starożytnego powietrza. Naszym zadaniem jest ustalenie, dlaczego gazy cieplarniane przedostają się do atmosfery i z niej wypływają. Na przykład, gdzie zniknął cały dwutlenek węgla z atmosfery, gdy ciepłe okresy ustąpiły miejsca okresom lodowcowym?
Głównym podejrzanym jest Południowy ocean. Woda bogata w dwutlenek węgla wypływa na powierzchnię i wymienia go z atmosferą. Jeśli ta wentylacja ulegnie spowolnieniu, poziom dwutlenku węgla w atmosferze spadnie. Na przykład zmniejszony upwelling głębokich wód spowodowany czapą wody o niższej gęstości u wybrzeży Antarktydy może wyjaśniać spadek zawartości dwutlenku węgla do 40 ppm z około 100 ppm podczas ostatnich zlodowaceń.
Jednocześnie wiele czynników pozostaje nieuwzględnionych. Pod koniec lat 80. oceanografowie rozwiązali jedną z zagadek. Odkryli obszary oceanu, w których wiele z nich jest niezwykle ważnych składniki odżywcze azot i fosfor, ale wydajność fotosyntezy była tutaj niska. Co utrzymywało fitoplankton na miejscu? Ograniczona podaż żelaza.
Żelazo w pyle unoszącym się w powietrzu może być transportowane na duże odległości z suchych regionów; uwolniony do oceanu napędza rozwój fitoplanktonu morskiego. John H. Martin i jego współpracownicy zasugerowali, że to wyjaśnia, dokąd trafia część dwutlenku węgla podczas epok lodowcowych. Jeśli do oceanów przedostanie się więcej pyłu i żelaza, wzmożona aktywność biologiczna może przyciągnąć węgiel do głębin oceanu.
Zawierały czapy lodowe Antarktyki duże ilości unoszący się w powietrzu pył, którego duża część prawdopodobnie przybyła z Patagonii Ameryka Południowa. Rozległa równina osadów wyłaniających się spod topniejącego lodowca jest idealnym źródłem pyłu. Jest to szczególnie prawdziwe w Patagonii, gdzie wiatry są silne, a opady deszczu w epoce lodowcowej były szczególnie widoczne. Im większe są tu lodowce, tym więcej pyłu znajduje się w powietrzu wiejącym nad Oceanem Południowym.
Wzrost fitoplanktonu, „zapłodnionego” tym żelazem, przeniesie dwutlenek węgla z atmosfery do głębin oceanu. Dwutlenek węgla, a raczej jego część, jest pobierany przez fitoplankton podczas fotosyntezy, otrzymując energię i materiał do wzrostu komórek. Kiedy obumiera i opada na dno, zabiera ze sobą węgiel.
Przez lata podejmowano próby sprawdzenia tej teorii, ale wyniki były niejasne. Opierali się w dużej mierze na fakcie, że fitoplankton prawdopodobnie wykorzystuje cząsteczki azotanów zawierające 14-atomowy azot (najpowszechniejszy izotop), a nie 15-atomowy. Dokładny stosunek azotu-15 do azotu-14 w fitoplanktonie zależy od ilości dostępnego azotanu; w przypadku niedoboru stosuje się którykolwiek z izotopów. Jeśli część oceanu pozbawiona żelaza zostanie nawożona pyłem unoszącym się w powietrzu, zużyje się więcej azotanów, a stężenie spadnie. Zatem stosunek izotopów azotu (który można zarejestrować w osadzie) mówi nam, ile azotanów wykorzystano.
Nowe badanie prowadzone przez Alfredo Martineza-Garcíę w ETH Zrich zapewnia jeszcze lepszy test hipotezy o nawożeniu żelazem. Postęp technologiczny umożliwił badaczom pomiar izotopów azotu w skorupach planktonu z węglanu wapnia zwanych otwornicami, znajdujących się w rdzeniach osadów dna morskiego. W poprzednich badaniach analizowano okrzemki lub sam osad. W obu przypadkach wystąpiły czynniki zakłócające, które komplikują interpretację wyników. Naukowcy wyodrębnili także zapisy dotyczące produktywności fotosyntezy i żelaza z wiatru obejmującego okres 160 000 lat.
Korelacja między izotopami azotu i żelaza była dość silna. Zawartość żelaza wzrosła wraz z ochłodzeniem klimatu podczas ostatniego zlodowacenia, wywołanego wiatrami z Patagonii, a stężenie azotanów na powierzchni oceanu spadło. Analiza wykazała także więcej wysoki poziom fotosyntezy w tych okresach.
Dane wskazują na wyraźny wpływ nawożenia żelazem, które spowoduje przedostanie się większej ilości węgla z atmosfery do głębin oceanu. Ten sam proces zachodził w krótszych okresach czasu, przyczyniając się do zmian w CO 2 podczas mniejszych wahań klimatycznych trwających zaledwie kilka tysięcy lat.
Takie zapisy pomagają wyjaśnić rolę Oceanu Południowego wśród innych części systemu klimatycznego, które przekształcają cykle orbitalne Milankovitcha w znaczące zmiany klimatyczne.
