Obserwacje izotopów węgla pozwalają zrozumieć, dlaczego zawartość CO2 w atmosferze jest ściśle związana z cyklami zlodowacenia • Alexey Gilyarov • Wiadomości naukowe o "elementach" • Klimat, ekologia, glacjologia

Obserwacje izotopów węgla pozwalają zrozumieć, dlaczego zawartość CO 2 w atmosferze jest ściśle związana z cyklami zlodowacenia.

2w ciągu ostatnich 25 tysięcy lat ")"> 2w ciągu ostatnich 25 tysięcy lat "border = 0>

Uogólniony schemat pokazujący dynamikę CO w powietrzu2 w ciągu ostatnich 24 tysięcy lat (czerwona linia); zawartość izotopu węgla13C w CO2 (szeroka zielona wstążka; szerokość taśmy odpowiada przedziałom ufności); ciężka zawartość tlenu18Och w powietrzu (czarna linia u góry: według rdzeni lodowych na Grenlandii); zawartość deuteru w lodzie (niebieska linia poniżej: według rdzeni lodowych na Antarktydzie). Ostatnim wskaźnikiem jest oszacowanie temperatury: im wyższa linia, tym cieplejsza. Niebieski pionowy pasek Podkreślono okres szybkiego ocieplenia (17-15 tysięcy lat temu), który mógł być związany z uwolnieniem CO2wcześniej zgromadzone w głębokich warstwach oceanicznej kolumny wodnej. Szary pionowy pasek Podkreśla się okres (12-7 tysięcy lat temu) szybkiego wzrostu zawartości izotopu węgla. 13C w CO2. Najprawdopodobniej było to spowodowane frakcjonowaniem izotopów podczas fotosyntezy roślinności lądowej, której masa gwałtownie rosła. Podczas fotosyntezy CO jest przeważnie absorbowany.2 lżejszy izotop węgla12C i CO2 ciężki izotop13C zgromadzony jako nieużywany. Włączone oś odciętych zero (po lewej) odpowiada obecnemu czasowi. Zdjęcie z artykułu: E. Brook. Epoka węglowa w epoce lodowcowej Nauka

Wzrost dwutlenku węgla w atmosferze po zakończeniu ostatniego zlodowacenia jest najprawdopodobniej spowodowany początkiem mieszania się oceanu i wnikaniem w jego warstwy powierzchniowe tego nieorganicznego węgla, który wcześniej gromadził się w głębinach słupa wody. Sądząc po długotrwałej (obejmującej 24 tysiące lat) dynamice względnej zawartości izotopu ciężkiego węgla 13C, dwutlenek węgla był związany z fitoplanktonem żyjącym blisko powierzchni przez bardzo długi czas, nawet przed początkiem ostatniego zlodowacenia. Zredukowana zawartość 13C w atmosferze, która rozpoczęła się 17,5 tys. Lat temu, trwało dwa tysiące lat, a następnie zastąpiono go nieznacznym wzrostem i nową recesją. Później, 12 tysięcy lat temu, rozpoczął się stały, długi wzrost zawartości 13C. Wynikało to najwyraźniej z intensywnej fotosyntezy roślinności lądowej, która w przeważającej mierze wiąże inny, lżejszy izotop węgla. 12C. W związku z tym niewykorzystany 13C nagromadzony w atmosferze.

Zgodnie z normami geologicznymi, niedawno, zaledwie 20 tysięcy lat temu, Ziemia wciąż doświadczała ostatniego silnego zlodowacenia.Znaczna część Eurazji i Ameryki Północnej pokryta była grubą warstwą lodu. Poziom oceanu był o 120 m niższy niż prąd, a stężenie dwutlenku węgla (CO2) w powietrzu było tylko 190 ppm (część na milion, milionowa część), a nie 390 ppm, jak jest teraz. Dane z analizy rdzeni (kolumn) lodu z Antarktydy wskazują, że w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat dynamika zawartości CO2 w powietrzu był ściśle skorelowany ze zmianami temperatury (patrz: lód Antarktydy powiedział o zawartości metanu i CO2 w atmosferze Ziemi w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat, "Elements", 22.05.2008). Ponieważ CO2 – najważniejszy gaz cieplarniany, jest oczywiste, że wzrost jego stężenia powinien prowadzić do wzrostu temperatury. Jednak nie jest to takie proste, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przepływ dwutlenku węgla do atmosfery, który został rozpuszczony w wodach powierzchniowych oceanu. Ponadto, gdy ocieplenie zwiększa intensywność oddychania organizmów (zwłaszcza bakterii i grzybów żyjących w glebie). Daje to CO2, po związaniu roślin podczas fotosyntezy.

Chociaż wszyscy przyznają, że między zawartością CO2 a temperatura ma dodatnie sprzężenie zwrotne, nie jest łatwo ustalić, jaka jest przyczyna w każdym konkretnym przypadku i jaki jest wynik.Jednak widoczny jest pewien postęp w rozplątaniu tych powiązań (zob. Na przykład: Globalnemu ociepleniu po ostatnim zlodowaceniu towarzyszył gwałtowny wzrost zawartości CO2 w atmosferze "Elementy", 04/20/2012). Oczywiście, nie było nieodwracalnego nagrzewania się powierzchni Ziemi, i to w porządku, w przeciwnym razie życie mogłoby się tam skończyć. Ocieplające, na szczęście, a następnie zimne zatrzaski. Regularność przemian okresów zlodowaceń i interglacjałów (przynajmniej w ciągu ostatniego miliona lat) wyznaczały okresowe zmiany orbity Ziemi, tak zwane cykle Milankovicia. Ponieważ same zmiany charakterystyki orbitalnej są zbyt słabe, by spowodować globalną restrukturyzację całego klimatu, muszą istnieć mechanizmy, które pomnażają początkowe efekty. Poszukiwanie tych mechanizmów jest ważnym zadaniem, na które naukowcy w różnych krajach zwracają dużą uwagę.

W szczególności niedawno opublikowane dzieło Jochen Schmitt z Centrum Badań nad Klimatem nazwane po N. Eschger (Hans Oeschger) z Uniwersytetu w Bernie (Szwajcaria).Wspólnie z kolegami z tej samej uczelni, a także z instytucji naukowych w Niemczech i Francji, Schmitt szczegółowo przeanalizował dane dotyczące długoterminowej (ponad 24 tys. Lat) dynamiki zawartości stabilnego izotopu węgla 13C, który jest częścią CO2 atmosfera. Materiałem źródłowym są rdzenie lodowe z dwóch punktów na Antarktydzie. Ze względu na niewielki rozmiar samych próbek, ilościowe oznaczenie zawartości izotopów 13C nie było łatwym zadaniem, ale autorzy byli w stanie przezwyciężyć szereg trudności za pomocą modyfikacji metody sublimacji. Okres rozważany przez autorów obejmował koniec ostatniego silnego zlodowacenia (począwszy od 24 tysięcy lat temu), późniejsze szybkie ocieplenie (17-12 tysięcy lat temu), a następnie stabilizację do chwili obecnej. Jako "czas teraźniejszy", to znaczy koniec obserwacji, został przyjęty w 1950 r., Kiedy to wzrost CO2związane ze spalaniem paliw kopalnych, nie było jeszcze tak szybkie.

Atmosferyczna zmiana CO2 ciężki izotop węgla 13C (najwyższa linia) i zawartość CO2 w atmosferze (dolna linia) w ciągu ostatnich 24 tysięcy lat. Kropki w różnych kolorach wskazano konkretne wartości uzyskane w różnych laboratoriach za pomocą różnych metod. Szary kolor pokazuje przedziały ufności charakteryzujące rozproszenie danych. Wiek jest podany w tysiącach lat od obecnego czasu (od 1950), zawartości 13C – w ppm w skali VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite, Vienna standard carbon isotope composition), zawartość CO2 – w ppmv (części na milion objętości). Obraz z omawianego artykułu Schmitt J., et al. Ograniczenia izotopu węgla w diactanie CO2 powstanie z rdzeni lodowych w Nauka

Analiza dynamiki zawartości izotopów 13C pozwala dojść do pewnych wniosków dotyczących bezpośrednich przyczyn zwiększenia lub zmniejszenia stężenia CO2 w atmosferze. Faktem jest, że w trakcie niektórych reakcji biochemicznych następuje frakcjonowanie izotopowe (rozdzielanie). Tak więc podczas fotosyntezy rośliny (lub mikroskopijne algi planktonowe i sinice) zużywają przede wszystkim CO.2 lżejszy izotop węgla 12W związku z tym względna zawartość ciężkiego izotopu 13C w środowisku (powietrze lub woda) wzrasta.

Wyniki uzyskane przez Schmitta i jego współpracowników pokazują, że wraz z początkiem wzrostu stężenia CO2 około 17,5 tysiąca lat temu zawartość izotopów 13C zaczął gwałtownie spadać. Ten spadek trwał przez około 2 tysiące lat, przy całkowitym stężeniu CO2 w atmosferze w tym czasie rósł.Dla naukowców ważne było zrozumienie skąd pochodzi CO.2zubożony w ciężki izotop węglowy CO2. Najprawdopodobniej gromadził się przez długi czas w głębokich warstwach oceanu, a następnie, w wyniku rozpoczętego mieszania, okazało się, że znajduje się w wodach powierzchniowych, skąd już wszedł do atmosfery. Pytanie pojawia się mimowolnie: dlaczego CO gromadzi się w głębinach oceanu?2a także inne formy węgla nieorganicznego (HCO3 i CO32-), różniły się tak niską relatywną treścią 13C? Prawie wszyscy zgadzają się, że najprawdopodobniej ten CO2 był produktem oddychania organizmów, które rozkładają materię organiczną, która powstała w procesie fotosyntezy w górnych warstwach oceanu, ale potem stopniowo zanikała. Możliwe, że synteza materii organicznej miała miejsce dawno temu, jeszcze przed rozpoczęciem ostatniego zlodowacenia, wcześniej niż 24 tysiące lat temu. Nie ma zgody, że impuls do mieszania słupa wody, który rozpoczął się 17,5 tysięcy lat temu, nie był i jest to prawdopodobnie najbardziej wrażliwe miejsce w całej hipotezie.

Nieco później, 16 tysięcy lat temu, upadek 13C ustąpił i nastąpił nawet niewielki wzrost, wkrótce zastąpiony nowym nieznacznym spadkiem (patrz rysunek powyżej). Przyczyny tych słabych wahań nie są jasne, a odpowiadający im okres nazywany jest nawet "odstępem mistycznym".Ale 12 tysięcy lat temu rozpoczął się stały wzrost względnej zawartości 13C, która trwała około 6 tysięcy lat, po czym rozpoczęła się stabilizacja, osiągając plateau odpowiadające już nowoczesnemu poziomowi. Wzrost ten jest przypisywany przez autorów do rozwoju roślinności lądowej, z ogromnym spożyciem podczas fotosyntezy dwutlenku węgla zawierającego lżejszy izotop – 12C. W związku z tym ciężkie 13C nagromadzony w atmosferze.

Praca Schmitta i jego współpracowników nie daje ostatecznej odpowiedzi na wiele pojawiających się pytań, nie bierze pod uwagę, na przykład, skutków związanych z uwolnieniem CO2 z uskoków tektonicznych (podczas erupcji wulkanów i z powodu stopniowego wyginięcia). Niemniej jednak pokazuje możliwe sposoby dalszej analizy, co przyciąga uwagę wielu badaczy.

Źródło: Jochen Schmitt, Robert Schneider, Joachim Elsig i in. Ograniczenia izotopu węgla w diactanie CO2 powstanie z rdzeni lodowych // Nauka. 2012. V. 336. P. 711-714.

Zobacz także:
Edward Brook. Epoka węgla w epoce lodowcowej // Nauka. 2012. V. 336. P. 682-683.

Alexey Gilyarov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: