Лекция Lect 03 Carbon II цикл углерода (продолжение). Анализ содержания со2 в атмосфере в прошлые эпохи по данным кернов льда из Антарктиды: за 400 тыс лет (станция «Восток»

Лекция 3. Lect_03_Carbon_II Цикл углерода (продолжение). Анализ содержания СО2 в атмосфере в прошлые эпохи по данным кернов льда из Антарктиды: за 400 тыс. лет (станция «Восток») и 800 тыс. лет (проект «EPICA»). Циклы Миланковича. Сопряженные изменения CO2, CH4 и температуры (по дейтерию). Палеотемпература по данным изотопного состава кислорода в карбонатах донных отложений. Потепление в начале Пермского периода и оценка динамики СО2 в это время. Органические углерод в океане: разные формы.

Станция Европейского сообщества Concordia на куполе С (EPICA - European Project for Ice Coring in Antarctica)

Nature 429, 623 - 628 (10 June 2004) Eight glacial cycles from an Antarctic ice core EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) community members

Nature 429, 623 - 628 (10 June 2004) Eight glacial cycles from an Antarctic ice core EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) community members

Изменения содержания кислорода (наверху) и углекислого газа (внизу) за 600 миллионов лет PAL – Present Atmospheric Level

305 -265 миллионов лет тому назад (начало Пермского периода) После холодов, длившихся почти полмиллиарда лет, пришло глобальное потепление, сопряженное с резким возрастанием содержания в атмосфере СО2 — от уровня, примерно равного современному (250 ppm), до 1000 ppm, а затем и до 3000 ppm (то есть почти в 12 раз) Isabel P. Montañez et al. CO2-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation // Science. 2007. V. 315. P 87-91

Ранняя пермь – Кунгурский век (рис. С.В.Наугольных)

Ископаемые растения пермского периода, распространявшиеся при потеплении климата. 1 — лист птеридосперма Rhachiphyllum 2 — лист птеридосперма Psygmophyllum; 3 — кутикула листа кониферофита Entsovia; 4 — лист голосеменного растения рода Rufloria. Нижняя пермь Приуралья. Рис. с сайта: macroevolution.narod.ru

Как определить содержание в воздухе СО2 300 миллионов лет тому назад? Метод, основан на оценке содержании стабильного изотопа углерода 13C в кальцитах, образовавшихся в древних почвах на поверхности континентов Isabel P. Montañez et al. CO2-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation // Science. 2007. V. 315. P 87-91

1. При фотосинтезе растения (особенно С-3) предпочитают молекулы СО2 с более легким изотопом 12С 2. В образующемся абиогенным образом (без участия организмов) кальците изотопы углерода 12С и 13С встречаются в той же пропорции, что и в воздухе 3. Воздух между частицами почвы обеднен 13С, поскольку там содержится много растительных остатков 4. Но при высокой концентрации в воздухе СО2 он большем количестве и в неизмененном растениями состоянии проникает в почву, где соответственно повышается доля 13С «Метод палеобарометра», придуманный американским геофизиком Т. Серлингом (Thure E. Cerling)

Изменения в биосфере 305 -265 миллионов лет тому назад (начало Пермского периода) Isabel P. Montañez et al. CO2-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation // Science. 2007. V. 315. P 87-91

СО2

Углерод в океане Ежегодно связывается ≈ 92 Гт С возвращается в атмосферу ≈ 90 Гт С СО2, взаимодействуя с молекулами воды, образует угольную кислоту, которая диссоциирует на СО3- и СО32- В зависимости от рН соотношение сдвигается СО32- + СО2 + Н2О ↔ 2 НСО3-

Углерод в океане Буферная емкость океана ограничена: 1. Нехваткой катионов Ca2+ и Mg2+ (необходимы для образования известковых скелетов организмов) 2. Крайне слабым перемешиванием водной толщи (перемешиваемый слой – 100-200 м, средняя глубина океана - 3900 м)

Органический углерод в океане присутствует в виде: 1.Живых организмов 2.Детрита 3.Растворенного органического вещества

Масса углерода живых организмов в океане: ≈ 1-2 Гт Масса углерода в виде растворенного органического вещества (DOC – dissolved organic carbon) ≈ 1000 Гт

Масса углерода в виде детрита (POC – particulate organic carbon) в океане: ≈ 100 Гт

Биомасса организмов в океане ≈ 1-2 Гт С на суше ≈ 800 Гт С (600 - 1000) (??? но суммарная масса бактерий в верхних 300 метров донных океанических отложений - 90 Гт С) Чистая первичная продукция океана ≈ 60 Гт С год-1 (35 – 100) суши ≈ 57 Гт С год-1 (48 – 65)

Биомасса t Продукция ∆ t Первичная продукция (Primary production) Валовая продукция (Gross production - GP) Чистая продукция (Net production - NP) Дыхание (Respiration – R) NP = GP – R Net primary production - NPP