หน้า 8 จาก 10
เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสภาพอากาศของโลก
คาร์บอน (C) ในบรรยากาศส่วนใหญ่อยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) และในปริมาณเล็กน้อยในรูปของก๊าซมีเทน (CH 4) คาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ
สำหรับก๊าซในชั้นบรรยากาศของโลกจะใช้แนวคิดเรื่อง "อายุก๊าซ" นี่คือช่วงเวลาที่ก๊าซได้รับการต่ออายุอย่างสมบูรณ์นั่นคือ เวลาที่ก๊าซเข้าสู่บรรยากาศมากที่สุดเท่าที่มี ดังนั้นสำหรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในครั้งนี้คือ 3-5 ปีสำหรับก๊าซมีเทน - 10-14 ปี CO ออกซิไดซ์เป็น CO 2 ภายในไม่กี่เดือน
ในชีวมณฑล คาร์บอนมีความสำคัญสูงมาก เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ภายในสิ่งมีชีวิต คาร์บอนมีอยู่ในรูปแบบรีดิวซ์ และภายนอกชีวมณฑล อยู่ในรูปแบบออกซิไดซ์ ดังนั้นการแลกเปลี่ยนทางเคมีของวงจรชีวิตจึงเกิดขึ้น: CO 2 ↔ สิ่งมีชีวิต
แหล่งที่มาหลักของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์คือภูเขาไฟในระหว่างการปะทุซึ่งมีการปล่อยก๊าซจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศ คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนหนึ่งเกิดจากการสลายตัวด้วยความร้อนของหินปูนโบราณในเขตแปรสภาพต่างๆ
คาร์บอนยังเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกในรูปของก๊าซมีเทนซึ่งเป็นผลมาจากการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนของสารอินทรีย์ มีเทนภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ซัพพลายเออร์หลักของก๊าซมีเทนสู่บรรยากาศคือป่าเขตร้อนและหนองน้ำ
การย้ายถิ่นของ CO 2 ดำเนินการในสองวิธี:
- ในวิธีแรก CO 2 ถูกดูดซับจากชั้นบรรยากาศของโลกในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของสารอินทรีย์ด้วยการฝังศพในภายหลังในเปลือกโลกในรูปแบบของแร่ธาตุ: พีท, น้ำมัน, หินน้ำมัน
- ในวิธีที่สอง คาร์บอนเกี่ยวข้องกับการสร้างคาร์บอเนตในไฮโดรสเฟียร์ CO 2 ไปหาร H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2 จากนั้นด้วยการมีส่วนร่วมของแคลเซียม (มักเป็นแมกนีเซียมและธาตุเหล็กน้อยกว่า) การตกตะกอนของคาร์บอเนตจะเกิดขึ้นในลักษณะทางชีวภาพและทางชีวภาพ ชั้นหินปูนและโดโลไมต์หนาปรากฏขึ้น ตามที่ เอ.บี. Ronov อัตราส่วนของคาร์บอนอินทรีย์ (Corg) ต่อคาร์บอเนตคาร์บอน (Ccarb) ในประวัติศาสตร์ของชีวมณฑลคือ 1:4
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศของโลกถูกสกัดโดยพืชสีเขียวผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งดำเนินการผ่านคลอโรฟิลล์เม็ดสีที่ใช้พลังงาน รังสีดวงอาทิตย์. พืชแปลงคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศเป็นคาร์โบไฮเดรตและออกซิเจน คาร์โบไฮเดรตเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์ของพืช และออกซิเจนจะถูกปล่อยกลับสู่บรรยากาศ
ส่วนเล็ก ๆ ของมวลรวมของมันเกี่ยวข้องกับวัฏจักรแอคทีฟของคาร์บอน กรดคาร์บอนิกจำนวนมหาศาลถูกอนุรักษ์ไว้ในรูปแบบของหินปูนฟอสซิลและหินอื่นๆ ระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกกับน้ำในมหาสมุทร ทำให้เกิดสมดุลที่เคลื่อนที่
เนื่องจากอัตราการสืบพันธุ์ที่สูง สิ่งมีชีวิตในพืช (โดยเฉพาะจุลินทรีย์ที่ต่ำกว่าและแพลงก์ตอนพืชในทะเล) ผลิตคาร์บอนประมาณ 1.5-10 11 ตันในรูปของสารอินทรีย์ต่อปี ซึ่งสอดคล้องกับ 5.86-10 20 J (1.4-10 20 cal) ของพลังงาน
พืชถูกสัตว์กินบางส่วนในช่วงที่อินทรียวัตถุถูกสะสมในรูปของ sapropel, ฮิวมัส, พีทซึ่งในทางกลับกันจะก่อให้เกิด caustobioliths อื่น ๆ อีกมากมายเช่นถ่านหินน้ำมันก๊าซที่ติดไฟได้
ในกระบวนการสลายสารอินทรีย์ การทำให้เป็นแร่ แบคทีเรีย (เช่น เน่าเสีย) และเชื้อราจำนวนมาก (เช่น รา) มีบทบาทอย่างมาก
ปริมาณสำรองคาร์บอนหลักอยู่ในสถานะผูกมัด (ส่วนใหญ่อยู่ในองค์ประกอบของคาร์บอเนต) ในหินตะกอนของโลก ส่วนสำคัญจะละลายในน่านน้ำของมหาสมุทร และส่วนที่ค่อนข้างเล็กอยู่ในอากาศ
อัตราส่วนของปริมาณคาร์บอนในเปลือกโลก ไฮโดรสเฟียร์ และชั้นบรรยากาศของโลก ตามการคำนวณที่ปรับปรุงใหม่ คือ 28570: 57: 1
คาร์บอนไดออกไซด์ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศของโลก:
- ในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตและการสลายตัวของซากศพ การสลายตัวของคาร์บอเนต กระบวนการหมัก การสลายตัวและการเผาไหม้
- พืชสีเขียวในระหว่างวันดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในตอนกลางคืนบางส่วนจะกลับมา
- เป็นผลมาจากกิจกรรมของภูเขาไฟ ก๊าซซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ. ภูเขาไฟสมัยใหม่โดยเฉลี่ยทำให้เกิดการปล่อย CO 2 10 8 ตันต่อปี ซึ่งน้อยกว่า 1% ของการเกิดมานุษยวิทยา การปล่อยมลพิษ (จากกิจกรรมของมนุษย์);
- อันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ในอุตสาหกรรมซึ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้เกิดขึ้นเป็นพิเศษในวัฏจักรคาร์บอน การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมากทำให้ปริมาณคาร์บอนในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีคาร์บอนไดออกไซด์เพียง 57% ที่ผลิตโดยมนุษย์เท่านั้นที่ถูกประมวลผลโดยพืชและดูดซับโดยไฮโดรสเฟียร์ การตัดไม้ทำลายป่าจำนวนมากยังนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ
นี่คือบทความ คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลก ". อ่านเพิ่มเติม: « อาร์กอนในองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลก - เนื้อหาในชั้นบรรยากาศคือ 1%«
นักวิจัยจาก Scripps Institution of Oceanography ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโกรายงาน USA Today ที่ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกถึงระดับสูงสุดในรอบ 800,000 ปีที่ผ่านมา ตอนนี้อยู่ที่ 410 ppm (ส่วนในล้านส่วน) ซึ่งหมายความว่าในทุกลูกบาศก์เมตรของอากาศคาร์บอนไดออกไซด์จะมีปริมาตร 410 มล.
คาร์บอนไดออกไซด์หรือคาร์บอนไดออกไซด์ทำหน้าที่สำคัญในชั้นบรรยากาศของโลก: มันส่งผ่านส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้โลกร้อนขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากก๊าซยังดูดซับความร้อนที่ปล่อยออกมาจากดาวเคราะห์ด้วย จึงมีส่วนทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก ซึ่งถือเป็นปัจจัยหลักของภาวะโลกร้อน
ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเริ่มต้นขึ้นจากการปฏิวัติอุตสาหกรรม ก่อนหน้านั้นความเข้มข้นไม่เคยเกิน 300 ppm ในเดือนเมษายนของปีนี้ มีการกำหนดคะแนนเฉลี่ยสูงสุดในช่วง 800,000 ปีที่ผ่านมา ครั้งแรกที่มีการบันทึกตัวเลข 410 ppm ที่สถานีตรวจสอบคุณภาพอากาศในฮาวายเมื่อเดือนเมษายน 2017 แต่แล้วมันก็ค่อนข้างไม่ปกติ ในเดือนเมษายน 2018 เครื่องหมายนี้กลายเป็นค่าเฉลี่ยสำหรับทั้งเดือน ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น 30% นับตั้งแต่เริ่มสังเกตการณ์โดยนักวิจัยจากสถาบันสคริปส์
นักวิทยาศาสตร์ Ralph Keeling แห่งสถาบัน Scripps หัวหน้าโครงการวิจัย CO2 เชื่อว่าความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ยังคงเพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศเนื่องจากการที่เราเผาผลาญเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง การแปรรูปน้ำมัน ก๊าซ และถ่านหินจะปล่อยก๊าซเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนออกสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซเหล่านี้ทำให้อุณหภูมิของโลกสูงขึ้นในช่วงศตวรรษที่ผ่านมาจนถึงระดับที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยความแปรปรวนตามธรรมชาติ นี่เป็นข้อเท็จจริงที่ทราบมานานแล้ว แต่ไม่มีใครดำเนินการแก้ไขสถานการณ์อย่างใด
ในทางกลับกัน องค์การอุตุนิยมวิทยาโลกกล่าวว่าการเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและทำให้ "โลกมีอันตรายและไม่เอื้ออำนวยต่อคนรุ่นต่อไปในอนาคต" ปัญหานี้ต้องได้รับการแก้ไขในระดับโลก และดำเนินการให้เสร็จสิ้นโดยเร็วที่สุด
หากคุณพบข้อผิดพลาด โปรดเน้นข้อความและคลิก Ctrl+Enter.
กิจกรรมของมนุษย์ได้มาถึงระดับที่เนื้อหาทั้งหมดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกถึงค่าสูงสุดที่อนุญาต ระบบธรรมชาติ - พื้นดิน บรรยากาศ มหาสมุทร - อยู่ภายใต้อิทธิพลการทำลายล้าง
ตัวอย่างเช่น สิ่งเหล่านี้รวมถึงฟลูออโรคลอโรไฮโดรคาร์บอน สิ่งเจือปนของก๊าซเหล่านี้จะปล่อยและดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศของโลก รวมกันแล้ว CO 2 สารประกอบก๊าซอื่น ๆ ที่สิ้นสุดในชั้นบรรยากาศเรียกว่าก๊าซเรือนกระจก
เขาเตือนว่าการเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงที่เผาไหม้อาจนำไปสู่การละเมิดสมดุลรังสีของโลก
ทุกวันนี้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศมากขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ และยังเกิดจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในธรรมชาติอันเนื่องมาจากการตัดไม้ทำลายป่าและการเพิ่มขึ้นของพื้นที่เกษตรกรรม
การเพิ่มขึ้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก หากคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) โปร่งใสในระหว่างการแผ่รังสีแสงอาทิตย์คลื่นสั้น ก็จะดูดซับรังสีคลื่นยาวและแผ่พลังงานออกมาในทุกทิศทาง เป็นผลให้เนื้อหาของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญพื้นผิวโลกร้อนขึ้นและชั้นล่างของชั้นบรรยากาศจะร้อนขึ้น ด้วยปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในเวลาต่อมา การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกจึงเป็นไปได้
นั่นคือเหตุผลที่จำเป็นต้องทำนายปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดในชั้นบรรยากาศของโลก
ในหมู่พวกเขามีการปล่อยมลพิษทางอุตสาหกรรม เนื้อหาของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นเนื่องจากการปล่อยมลพิษจากมนุษย์ การเติบโตทางเศรษฐกิจโดยตรงขึ้นอยู่กับปริมาณของทรัพยากรธรรมชาติที่ถูกเผา เนื่องจากหลายอุตสาหกรรมเป็นองค์กรที่ใช้พลังงานมาก
ผลการศึกษาทางสถิติระบุว่าตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ผ่านมาในหลายประเทศ ต้นทุนพลังงานเฉพาะลดลงด้วยราคาไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก
การใช้อย่างมีประสิทธิภาพทำได้โดยการปรับปรุงกระบวนการทางเทคโนโลยี ยานพาหนะ การใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ ในการสร้างการประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิต ประเทศอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้วบางประเทศได้เปลี่ยนจากการพัฒนาอุตสาหกรรมแปรรูปและวัตถุดิบไปสู่การพัฒนาพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ในเขตเมืองใหญ่ที่มีฐานอุตสาหกรรมที่จริงจัง การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศจะสูงขึ้นอย่างมาก เนื่องจาก CO 2 มักเป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมที่มีกิจกรรมตอบสนองความต้องการด้านการศึกษาและการแพทย์
ในประเทศกำลังพัฒนา การใช้เชื้อเพลิงคุณภาพสูงต่อประชากร 1 คนที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญถือเป็นปัจจัยสำคัญในการเปลี่ยนไปสู่มาตรฐานการครองชีพที่สูงขึ้น แนวคิดที่เสนอคือการเติบโตทางเศรษฐกิจอย่างต่อเนื่องและมาตรฐานการครองชีพที่ดีขึ้นสามารถทำได้โดยไม่ต้องเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงที่เผาผลาญ
ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศอยู่ในช่วง 10 ถึง 35% ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับภูมิภาค
เริ่มจากความจริงที่ว่าพลังงานไม่ได้เกิดขึ้นเพียงเพื่อรับมัน ในประเทศอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้ว ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรม สำหรับอาคารที่ให้ความร้อนและความเย็น และสำหรับการขนส่ง การศึกษาที่ดำเนินการโดยศูนย์วิจัยใหญ่ๆ แสดงให้เห็นว่าการใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงานสามารถนำไปสู่การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศของโลกได้อย่างมีนัยสำคัญ
ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณได้ว่าหากสหรัฐอเมริกาเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีที่ใช้พลังงานน้อยลงในการผลิตสินค้าอุปโภคบริโภค การทำเช่นนี้จะลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้ 25% ในระดับโลก ปัญหานี้จะช่วยลดปัญหาภาวะเรือนกระจกได้ 7%
การวิเคราะห์ปัญหาการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศของโลก เราสังเกตว่าคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคาร์บอนนั้นมีความสำคัญต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา ความสามารถในการสร้างสายโซ่คาร์บอนที่ซับซ้อน (พันธะโควาเลนต์) นำไปสู่การปรากฏตัวของโมเลกุลโปรตีนที่จำเป็นต่อชีวิต วัฏจักรคาร์บอนชีวภาพเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน เนื่องจากไม่เพียงเกี่ยวข้องกับการทำงานของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการถ่ายโอนสารประกอบอนินทรีย์ระหว่างแหล่งกักเก็บคาร์บอนต่างๆ รวมทั้งภายในด้วย
สิ่งเหล่านี้รวมถึงชั้นบรรยากาศมวลทวีปรวมถึงดินเช่นเดียวกับไฮโดรสเฟียร์เปลือกโลก ในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมา มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์คาร์บอนในระบบชีวมณฑล-บรรยากาศ-ไฮโดรสเฟียร์ ซึ่งในความเข้มข้นของมันนั้นสูงกว่าอัตรากระบวนการทางธรณีวิทยาของการถ่ายโอนองค์ประกอบนี้อย่างมีนัยสำคัญ นั่นคือเหตุผลที่จำเป็นต้องจำกัดตัวเราให้พิจารณาความสัมพันธ์ภายในระบบ รวมทั้งดินด้วย
การศึกษาอย่างจริงจังเกี่ยวกับการกำหนดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกเริ่มดำเนินการตั้งแต่กลางศตวรรษที่ผ่านมา ผู้บุกเบิกในการคำนวณดังกล่าวคือ Killing ซึ่งทำงานที่ Mauna Loa Observatory ที่มีชื่อเสียง
การวิเคราะห์ข้อสังเกตพบว่าการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศได้รับผลกระทบจากวัฏจักรของการสังเคราะห์ด้วยแสง การทำลายพืชบนบก ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิประจำปีในมหาสมุทร ในระหว่างการทดลอง พบว่าปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในเชิงปริมาณในซีกโลกเหนือนั้นสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำว่านี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ารายได้ของมนุษย์ส่วนใหญ่ตกอยู่ในซีกโลกนี้
สำหรับการวิเคราะห์นั้นไม่มีวิธีการพิเศษนอกจากนี้ยังไม่คำนึงถึงข้อผิดพลาดสัมพัทธ์และการคำนวณแบบสัมบูรณ์ ต้องขอบคุณการวิเคราะห์ฟองอากาศที่มีอยู่ในแกนน้ำแข็ง นักวิจัยสามารถสร้างข้อมูลเกี่ยวกับเนื้อหาของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกในช่วง ค.ศ. 1750-1960
ตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในระบบนิเวศของทวีป เหตุผลก็คือการเพิ่มขึ้นของผลกระทบต่อมนุษย์ ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศของโลกของเรา ภาวะเรือนกระจกจึงเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลเสียต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต ด้วยเหตุนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงานที่ช่วยลดการปล่อย CO 2 สู่ชั้นบรรยากาศ
องค์ประกอบทางเคมี
ชั้นบรรยากาศของโลกเกิดขึ้นจากการปล่อยก๊าซในระหว่างการปะทุของภูเขาไฟ ด้วยการถือกำเนิดของมหาสมุทรและชีวมณฑล มันถูกสร้างขึ้นด้วยการแลกเปลี่ยนก๊าซกับน้ำ พืช สัตว์ และผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของพวกมันในดินและหนองน้ำ
ปัจจุบัน ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยก๊าซและสิ่งเจือปนต่างๆ เป็นหลัก (ฝุ่น หยดน้ำ ผลึกน้ำแข็ง เกลือทะเล ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้)
ความเข้มข้นของก๊าซที่ประกอบเป็นบรรยากาศเกือบจะคงที่ ยกเว้นน้ำ (H 2 O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2)
นอกจากก๊าซที่ระบุในตารางแล้ว บรรยากาศยังประกอบด้วย SO 2, NH 3, CO, โอโซน, ไฮโดรคาร์บอน, HCl, HF, ไอ Hg, I 2 รวมถึง NO และก๊าซอื่นๆ อีกจำนวนมากในปริมาณเล็กน้อย ในชั้นโทรโพสเฟียร์มีอนุภาคของแข็งและของเหลวจำนวนมาก (ละอองลอย) ที่แขวนลอยอยู่อย่างต่อเนื่อง
คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศโลกณ ปี 2554 เป็นจำนวน 392 ppm หรือ 0.0392% บทบาทของคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO 2 , ไดออกไซด์หรือ คาร์บอนไดออกไซด์) ในชีวิตของชีวมณฑลประกอบด้วยการรักษากระบวนการสังเคราะห์แสงเป็นหลักซึ่งดำเนินการโดยพืช เนื่องจากเป็นก๊าซเรือนกระจก คาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศส่งผลต่อการแลกเปลี่ยนความร้อนของดาวเคราะห์กับพื้นที่โดยรอบ ปิดกั้นความร้อนที่แผ่ออกมาซ้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความถี่ต่างๆ และมีส่วนร่วมในการก่อตัวของสภาพอากาศของดาวเคราะห์
ในการเชื่อมต่อกับการใช้งานโดยมนุษย์ของผู้ให้บริการพลังงานฟอสซิลเป็นเชื้อเพลิง มีความเข้มข้นของก๊าซนี้ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นครั้งแรกที่มีการสังเกตอิทธิพลของมนุษย์ต่อความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาอัตราการเติบโตเพิ่มขึ้นและในช่วงปลายทศวรรษ 2000 เกิดขึ้นที่อัตรา 2.20 ± 0.01 ppm/ปี หรือ 1.7% ต่อปี จากการศึกษาแยกกัน ระดับปัจจุบันของ CO 2 ในชั้นบรรยากาศสูงที่สุดในรอบ 800,000 ปีที่ผ่านมา และอาจเป็นไปได้ว่าในช่วง 20 ล้านปีที่ผ่านมา
บทบาทในภาวะเรือนกระจก
แม้จะมีความเข้มข้นในอากาศค่อนข้างต่ำ แต่ CO 2 เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของชั้นบรรยากาศของโลกเพราะดูดซับและแผ่รังสีอินฟราเรดซ้ำที่ความยาวคลื่นต่างๆ รวมถึงความยาวคลื่น 4.26 µm (โหมดสั่น - การยืดโมเลกุลแบบไม่สมมาตร) และ 14.99 µm (ความผันผวนของการดัด) กระบวนการนี้จะแยกหรือลดการแผ่รังสีของโลกสู่อวกาศที่ความยาวคลื่นเหล่านี้ ซึ่งนำไปสู่ภาวะเรือนกระจก การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันในความเข้มข้นของ CO 2 ในบรรยากาศส่งผลกระทบต่อแถบการดูดกลืน ซึ่งอิทธิพลในปัจจุบันที่มีต่อสเปกตรัมการปล่อยก๊าซซ้ำของโลกนำไปสู่การดูดซับเพียงบางส่วนเท่านั้น
นอกจากคุณสมบัติเรือนกระจกของคาร์บอนไดออกไซด์แล้ว ความจริงที่ว่ามันเป็นก๊าซที่หนักกว่าอากาศก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากมวลโมลาร์สัมพัทธ์เฉลี่ยของอากาศอยู่ที่ 28.98 g / mol และมวลโมลาร์ของ CO 2 คือ 44.01 g / mol การเพิ่มสัดส่วนของคาร์บอนไดออกไซด์จะทำให้ความหนาแน่นของอากาศเพิ่มขึ้นและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง โปรไฟล์ความดันขึ้นอยู่กับความสูง เนื่องจากลักษณะทางกายภาพของปรากฏการณ์เรือนกระจก การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของบรรยากาศดังกล่าวทำให้อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยเพิ่มขึ้น
โดยทั่วไป การเพิ่มความเข้มข้นจากระดับก่อนอุตสาหกรรมที่ 280 ppm เป็น 392 ppm ที่ทันสมัยนั้นเทียบเท่ากับการปลดปล่อยเพิ่มเติม 1.8 วัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นผิวโลก ก๊าซนี้ยังมีคุณสมบัติเฉพาะตัวในการส่งผลกระทบระยะยาวต่อสภาพอากาศ ซึ่งหลังจากการปล่อยก๊าซที่ทำให้มันหยุดลง จะยังคงคงที่เป็นเวลาถึงหนึ่งพันปีเป็นส่วนใหญ่ ก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ เช่น มีเทนและไนตรัสออกไซด์ ปราศจากก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศในเวลาอันสั้น
แหล่งที่มาของคาร์บอนไดออกไซด์
แหล่งธรรมชาติของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ ได้แก่ ภูเขาไฟระเบิด การเผาไหม้ของสารอินทรีย์ในอากาศ และการหายใจของตัวแทนของสัตว์โลก (สิ่งมีชีวิตแบบแอโรบิก) นอกจากนี้ จุลินทรีย์บางชนิดผลิตโดยคาร์บอนไดออกไซด์จากกระบวนการหมัก การหายใจของเซลล์ และในกระบวนการสลายสารอินทรีย์ที่หลงเหลืออยู่ในอากาศ แหล่งที่มนุษย์ปล่อย CO 2 สู่ชั้นบรรยากาศ ได้แก่ การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อสร้างความร้อน ผลิตกระแสไฟฟ้า และขนส่งผู้คนและสินค้า กิจกรรมทางอุตสาหกรรมบางอย่าง เช่น การผลิตซีเมนต์และการใช้ก๊าซโดยการลุกเป็นไฟ นำไปสู่การปล่อย CO 2 อย่างมีนัยสำคัญ
พืชแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้รับเป็นคาร์โบไฮเดรตในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งดำเนินการผ่านเม็ดสีคลอโรฟิลล์ซึ่งใช้พลังงานจากรังสีดวงอาทิตย์ ก๊าซ ออกซิเจน ที่เป็นผลลัพท์ ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศของโลก และใช้สำหรับการหายใจโดยสิ่งมีชีวิตต่างถิ่นและพืชชนิดอื่นๆ ทำให้เกิดวัฏจักรคาร์บอน
การปล่อยมานุษยวิทยา
การปล่อยคาร์บอนสู่ชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากงานพรอม กิจกรรมในปี พ.ศ. 1800 - 2547
ด้วยการถือกำเนิดของการปฏิวัติอุตสาหกรรมในช่วงกลางของศตวรรษที่ 19 มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งนำไปสู่ความไม่สมดุลในวัฏจักรคาร์บอนและความเข้มข้นของ CO 2 ที่เพิ่มขึ้น ปัจจุบัน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 57% ที่ผลิตโดยมนุษย์ถูกกำจัดออกจากชั้นบรรยากาศโดยพืชและมหาสมุทร อัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO 2 ในบรรยากาศต่อ CO 2 ที่ปล่อยออกมาทั้งหมดเป็นค่าคงที่ประมาณ 45% และผ่านความผันผวนและความผันผวนระยะสั้นด้วยระยะเวลาห้าปี
การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติเป็นสาเหตุหลักของการปล่อย CO 2 ของมนุษย์ การตัดไม้ทำลายป่าเป็นสาเหตุสำคัญอันดับสอง ในปี 2008 การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลปล่อยคาร์บอน 8.67 พันล้านตัน (คาร์บอนไดออกไซด์ 31.8 พันล้านตัน) สู่ชั้นบรรยากาศ ในขณะที่ในปี 1990 การปล่อยคาร์บอนประจำปีอยู่ที่ 6.14 พันล้านตัน สินค้าคงคลังของป่าเพื่อการใช้ที่ดินส่งผลให้คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นเทียบเท่ากับการเผาไหม้ถ่านหิน 1.2 พันล้านตันในปี 2551 (1.64 พันล้านตันในปี 2533) การเพิ่มขึ้นสะสมในช่วง 18 ปีเป็น 3% ของวัฏจักร CO 2 ตามธรรมชาติประจำปี ซึ่งเพียงพอแล้วที่จะทำให้ระบบไม่สมดุลและทำให้ระดับ CO 2 เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ค่อยๆสะสมในชั้นบรรยากาศและในปี 2552 มีความเข้มข้นสูงกว่ามูลค่าก่อนอุตสาหกรรม 39%
ดังนั้นแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่า (ณ ปี 2011) การปล่อย CO 2 ของมนุษย์ทั้งหมดจะไม่เกิน 8% ของวัฏจักรประจำปีตามธรรมชาติ แต่ก็มีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเนื่องจากไม่เพียงแต่ระดับของการปล่อยโดยมนุษย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงค่าคงที่ เพิ่มระดับการปล่อยมลพิษเมื่อเวลาผ่านไป
ในช่วงสามล้านปีที่ผ่านมา โลกประสบกับความผันผวนของจังหวะหลายครั้ง การย้ายเข้าและออกจากยุคน้ำแข็งที่เรียกว่าวัฏจักรมิลานโควิช (หลังจากนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากเซอร์เบีย) วัฏจักรของมิลานโควิชในวงโคจรของโลกเปลี่ยนมุมและปริมาณแสงแดดที่กระทบพื้นผิวโลกของเรา แต่การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศเหล่านี้จะน้อยกว่ามากหากไม่ใช่เพราะผลกระทบที่เพิ่มขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจก บันทึกสภาพภูมิอากาศ เช่น ก้อนน้ำแข็ง แสดงให้เราเห็นว่าความเข้มข้นของก๊าซเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างไร เนื่องจากมีฟองอากาศในสมัยโบราณ มันขึ้นอยู่กับเราที่จะหาสาเหตุที่ก๊าซเรือนกระจกเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและหายไปจากมัน ตัวอย่างเช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดหายไปจากชั้นบรรยากาศที่ไหนเมื่อช่วงเวลาที่อบอุ่นทำให้เกิดช่วงเวลาน้ำแข็ง?
ผู้ต้องสงสัยหลักคือมหาสมุทรใต้ น้ำที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำและแลกเปลี่ยนกับบรรยากาศ หากการระบายอากาศนี้ช้าลง ระดับของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศจะลดลง ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของน้ำลึกที่ไหลขึ้นจากน้ำที่มีความหนาแน่นน้อยกว่านอกชายฝั่งทวีปแอนตาร์กติกา สามารถอธิบายการลดลงของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จาก 100 ppm ที่ลดลงเหลือ 40 ppm ในระหว่างการเกิดน้ำแข็งครั้งล่าสุด
อย่างไรก็ตาม มีหลายปัจจัยที่ยังไม่ได้รับการพิจารณา ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 นักสมุทรศาสตร์ได้ไขปริศนาข้อหนึ่ง พวกเขาพบบริเวณมหาสมุทรที่มีไนโตรเจนและฟอสฟอรัสธาตุอาหารที่สำคัญจำนวนมาก แต่ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงต่ำ อะไรทำให้แพลงก์ตอนพืชอยู่ได้? อุปทานเหล็กมีจำกัด
เหล็กในฝุ่นในอากาศสามารถขนส่งได้ในระยะทางไกลจากพื้นที่แห้ง เมื่อปล่อยลงสู่มหาสมุทรจะเลี้ยงการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืชในทะเล John H. Martin และเพื่อนร่วมงานของเขาแนะนำว่าสิ่งนี้จะอธิบายว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนไปที่ไหนในยุคน้ำแข็ง หากฝุ่นและธาตุเหล็กเข้าสู่มหาสมุทรมากขึ้น กิจกรรมทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้นก็สามารถดึงคาร์บอนลงสู่มหาสมุทรลึกได้
แผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกในยุคน้ำแข็งมีฝุ่นในอากาศจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่เชื่อว่ามาจากปาตาโกเนียในอเมริกาใต้ ที่ราบกว้างใหญ่ของหินตะกอนที่โผล่ออกมาจากใต้ธารน้ำแข็งที่ละลายกลายเป็นแหล่งฝุ่นในอุดมคติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปาตาโกเนียซึ่งมีลมแรงและปริมาณน้ำฝนในช่วงยุคน้ำแข็งเด่นชัดเป็นพิเศษ ยิ่งธารน้ำแข็งที่นี่มีขนาดใหญ่เท่าใด ฝุ่นก็จะยิ่งเกิดขึ้นในอากาศที่พัดผ่านมหาสมุทรใต้มากขึ้นเท่านั้น
การเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืชที่ "ปฏิสนธิ" โดยธาตุเหล็กทั้งหมดนี้จะเคลื่อนคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศไปสู่มหาสมุทรลึก คาร์บอนไดออกไซด์หรือบางส่วนของมันใช้แพลงก์ตอนพืชในกระบวนการสังเคราะห์แสง รับพลังงานและวัสดุสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ เมื่อมันตายและจมลงสู่ก้นบึ้ง มันจะเอาคาร์บอนไปด้วย
ความพยายามที่จะทดสอบทฤษฎีนี้เกิดขึ้นมาหลายปีแล้ว แต่ผลลัพธ์กลับไม่ชัดเจน พวกเขาส่วนใหญ่อาศัยความจริงที่ว่าแพลงก์ตอนพืชอาจใช้โมเลกุลไนเตรตที่มีไนโตรเจน 14 อะตอม (ไอโซโทปที่พบบ่อยที่สุด) และไม่ใช่ไนโตรเจน -15 อัตราส่วนที่แน่นอนของไนโตรเจน -15 ต่อไนโตรเจน -14 ในแพลงก์ตอนพืชขึ้นอยู่กับปริมาณไนเตรตที่มีอยู่ หากขาดก็จะใช้ไอโซโทปอย่างใดอย่างหนึ่ง หากส่วนที่ขาดธาตุเหล็กของมหาสมุทรได้รับการปฏิสนธิจากฝุ่นในอากาศ ไนเตรตจะถูกใช้มากขึ้นและความเข้มข้นจะลดลง ดังนั้นอัตราส่วนไอโซโทปไนโตรเจน (ซึ่งสามารถบันทึกได้ในตะกอน) บอกเราว่ามีการใช้ไนเตรตเท่าใด
การศึกษาใหม่ที่นำโดย Alfredo Martínez-Garcia ที่ ETH Zrich ให้การทดสอบสมมติฐานการปฏิสนธิธาตุเหล็กที่ดียิ่งขึ้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้นักวิจัยสามารถวัดไอโซโทปไนโตรเจนในเปลือกของแพลงก์ตอนที่ทำจากแคลเซียมคาร์บอเนตที่เรียกว่า foraminifera ในแกนตะกอนใต้ทะเล การศึกษาก่อนหน้านี้ได้วิเคราะห์ไดอะตอมหรือตัวตะกอนเอง ในทั้งสองกรณี มีปัจจัยที่ทำให้การวิเคราะห์ซับซ้อน ทำให้การตีความผลลัพธ์มีความซับซ้อน นักวิจัยยังได้ดึงบันทึกของการสังเคราะห์ด้วยแสงและผลผลิตเหล็กจากลมซึ่งมีระยะเวลา 160,000 ปี
ความสัมพันธ์ระหว่างไอโซโทปไนโตรเจนกับเหล็กค่อนข้างแรง ปริมาณธาตุเหล็กเพิ่มขึ้นเมื่อสภาพอากาศเย็นลงในช่วงน้ำแข็งครั้งสุดท้าย แหล่งที่มาคือลมจากปาตาโกเนีย และความเข้มข้นของไนเตรตบนผิวมหาสมุทรดูเหมือนจะลดลง การวิเคราะห์ยังแสดงให้เห็นระดับการสังเคราะห์แสงที่สูงขึ้นในช่วงเวลาดังกล่าว
ข้อมูลชี้ให้เห็นถึงผลกระทบที่ชัดเจนของการปฏิสนธิธาตุเหล็ก ซึ่งจะนำคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศสู่มหาสมุทรลึกมากขึ้น กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นลง ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ CO 2 ด้วยความผันผวนของสภาพอากาศที่น้อยลงซึ่งกินเวลาเพียงไม่กี่พันปี
การบันทึกเช่นนี้ช่วยชี้แจงบทบาทของมหาสมุทรใต้ในส่วนอื่นๆ ของระบบภูมิอากาศที่เปลี่ยนวัฏจักรการโคจรของมิลานโควิชให้กลายเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่สำคัญ
