«Загальні відомості про неметали та їх сполуки»

Вид материала

Урок

Содержание Тема уроку: Практична робота. Добування оксиду карбону (IV). Взаємоперетворення карбонатів і гідрокарбонатів 3.Проведення практичної роботи 4.Підведення підсумків уроку. Перед тим, як виконувати роботу, повторіть правила техніки безпеки при роботі в хімічному кабінеті 1.Організаційний етап Актуалізація опорних знань 4. Вивчення нового матеріалу Сполуки карбону Позитивні властивості сполук карбону ( необхідність їх існування в екосистемі і для застосування людиною) 5. Закріплення знань 6.Домашнє завдання Сполуки карбону Позитивні властивості сполук карбону ( необхідність їх існування в екосистемі і для застосування людиною) Матеріал до виступу економістів Матеріал до виступу геологів Матеріал до виступу хіміків Матеріал до виступу океанологів Карбон у морській воді Матеріал до виступу ґрунтознавців Матеріал до виступу екологів ... Полное содержание

Подобный материал:

• Загальні висновки І рекомендації 8 Список використаної літератури 9 Додатки, 569.55kb.
• План загальні історичні відомості про розвиток малярства на склі, зокрема на Гуцульщині., 207.25kb.
• І. Загальні відомості про хвору дитину (praefatio), 518.46kb.
• Предмет: Органічна хімія Мета, 369.43kb.
• Муровомокуриловецький р-н, Вінницька обл, 2723.63kb.
• Про суспільно-політичну ситуацію у лютому 2012 року, 119.31kb.
• Програма вступного іспиту з фаху на напрям 100101"Енергетика та електротехнічні системи, 43.34kb.
• Лекція 1 хф (лекція) Тема Загальні властивості неметалів, 1201.72kb.
• Зміст навчальної програми з вищої математики для студентів 1 курсу фармацевтичного, 32.69kb.
• 1. Загальні відомості про суб'єкта господарювання*, 78.9kb.

Тема: Загальні відомості про неметали та їх сполуки

Тема уроку: Практична робота. Добування оксиду карбону (IV). Взаємоперетворення карбонатів і гідрокарбонатів

Мета: Сформувати навички практичного одержання вуглекислого газу, проведення реакцій перетворення карбонатів на гідрокарбонати; удосконалити уміння учнів вести спостереження під час експерименту і робити узагальнюючі висновки

Тип уроку: . Урок закріплення знань.

Обладнання Шматочки крейди або мармуру, розчин хлоридної кислоти, вапняна вода, штативи з пробірками газовідвідні трубки.

Базові поняття Карбонати, гідрокарбонати, вуглекислий газ, вапняна вода.


Структура уроку:

1.Організаційний етап.

2.Інструктаж з техніки безпеки

3.Проведення практичної роботи

4.Підведення підсумків уроку

Хід уроку

1.Організаційний етап

- Перевірка облікового складу учнів

- Перевірка готовності групи до уроку

- Запис дати, теми, плану уроку.

2.Інструктаж з техніки безпеки

До інструктажу входить вивчення правил поводження з кислотами, лабораторним обладнанням, а також правила збирання газу.


3.Проведення практичної роботи

Під час виконання практичної роботи можна користуватись підручником або «Зошитом для лабораторних і практичних робіт» , або інструкцією до лабораторних робіт


4.Підведення підсумків уроку.

1. Самооцінювання учнів
2. Оцінювання учителем роботи класу та окремих учнів
3. Аргументація виставлених оцінок


Практична робота


Добування оксиду карбону (IV). Взаємоперетворення карбонатів і гідрогенкарбонатів

Мета: навчитися добувати та розпізнавати карбон (IV) оксид у лабораторних умовах; дослідити взаємоперетворення карбонатів та гідрокарбонатів.


Обладнання: штатив з пробірками, корок з газовідвідною трубкою.


Реактиви: шматочки крейди, розчини хлоридної кислоти та кальцій гідроксиду (вапняна вода).


Перед тим, як виконувати роботу, повторіть правила техніки безпеки при роботі в хімічному кабінеті

Хід роботи

Що робили?	Що спостерігали? Рівняння реакцій
1. У пробірку поклали декілька кусочків крейди і долили трохи розбавленої хлоридної кислоти.
2. Пробірку швидко закрили корком з відвідною трубкою, кінець якої занурили у пробірку з вапняною водою (1-2 мл).
3.Пропускали газ у цю саму пробірку доти, доки не зникла каламуть і утворився прозорий розчин.

У висновку дайте відповіді на запитання:

1. Що відбувається при дії хлоридної кислоти на карбони?
   
2. Як двома способами довести, що з пробірки виділяється саме карбон(IV) оксид?
   
3. Як пояснити появу каламуті пробірці з вапняною водою, крізь яку пропускали карбон оксид, і розчинення каламуті?
   
4. Напишіть рівняння реакцій у молекулярній, повній і скороченій іонних формах.
   

Висновок:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________№

Урок № 32

Тема: Загальні відомості про неметали та їх сполуки

Тема уроку: Кругообіг карбону в природі


Мета:

• Розглянути кругообіг карбону в природі
  
• Виховувати екологічну культуру
  
• Розвивати вміння робити висновки, логічне мислення
  

Тип уроку: семінар

Обладнання і матеріали: зразки карбонатів: колекції: «Мінеральні та гірські породи» «Вапняки», роздатковий матеріал, таблиця:«Круговорот углерода в природе»


Епіграф:____________________


Базові поняття і терміни: екосистема, кругообіг, вуглекислий газ, фотосинтез, гниття, бродіння, дихання.


Структура уроку:

1.Організаційний етап.

2.Підготовка до основного етапу занять (мотивація).

3.Актуалізація опорних знань.

4.Вивчення нового матеріалу

-Людина і клімат

-Взаємозв’язок між енергоспоживанням, екологічною діяльністю і надходженням вуглекислого газу в природу.

-Сполуки карбону в природі.

-Сполуки карбону в атмосфері.

-Сполуки карбону в океані.

-Сполуки карбону в ґрунтах.

-Сполуки карбону в ззагальній екосистемі.

5.Закріплення знань .

6.Домашнє завдання.

7.Підведення підсумків уроку

Хід уроку

1.Організаційний етап

- Перевірка облікового складу учнів

- Перевірка готовності групи до уроку

- Запис дати, теми, плану уроку.

2.Підготовка до основного етапу занять (мотивація).

Все земне життя засноване на карбоні. Кожна молекула живого організму побудована на основі карбонового скелета. Атоми карбону постійно мігрують з однієї частини біосфери (вузької оболонки Землі, де існує життя) в іншу. На прикладі круговороту карбону в природі можна прослідкувати в динаміці картину життя на нашій планеті.

Екологічна ситуація на нашій планеті все частіше змушує нас замислитися -

що ж відбувається.? Дуже велике значення на становище екосистеми мають сполуки карбону. Тому, хочеться, щоб ви зрозуміли, що навіть обговорення цієї проблеми веде до розуміння питання: як виправити становище на нашій планеті.

3. Актуалізація опорних знань:
   

-Які сполуки утворені карбоном ви знаєте?

-Перерахуйте і приведіть приклади галузей застосування сполук карбону.

-Які сполуки карбону забруднюють атмосферу?

- Яка промисловість на ваш погляд найбільш забруднює атмосферу сполуками карбону?

4. Вивчення нового матеріалу

Групу розділяємо на 6 груп - експертів:

- економісти

- біологи

- екологи

- океанологи

- ґрунтознавці

- хіміки

Кожна група готувала домашні завдання , які стосуються сполук карбону за їх спеціальністю.

У кожної групи на столах є листи, які треба заповнити на протязі уроку.

	Сполуки карбону
Спеціальність	Негативний вплив сполук карбону на оточуюче середовище	Позитивні властивості сполук карбону ( необхідність їх існування в екосистемі і для застосування людиною)
економісти
геологи
хіміки
океанологи
ґрунтознавці
екологи(узагальнюючий висновок)

5. Закріплення знань

- Як відбувається кругообіг карбону в природі? Підготувати малюнок, що зображує кругообіг Карбону, не копіюючи той, що є в підручнику.

- Яку роль відіграє кругообіг карбону в природі?

- Зробіть висновки.

6.Домашнє завдання: підготувати доповіді про будівельні матеріали

7.Підведення підсумків уроку.

1.Самооцінювання учнів
2. Оцінювання учителем роботи класу та окремих учнів
3. Аргументація виставлених оцінок

Головне управління освіти і науки

Харківської обласної державної адміністрації

Харківський обласний методичний центр професійно – технічної підготовки

Вище професійно – технічне училище будівництва

м. Харків


Матеріали до уроку.

«Карбон і Силіцій»


Тема уроку:«Кругообіг карбону в природі»


Урок № 32

	Сполуки карбону
Спеціальність	Негативний вплив сполук карбону на оточуюче середовище	Позитивні властивості сполук карбону ( необхідність їх існування в екосистемі і для застосування людиною)
економісти
геологи
хіміки
океанологи
ґрунтознавці
екологи(Узагальнюючий висновок)

Матеріал до виступу економістів

Надходження вуглекислого газу в атмосферу результаті промислових викидів

Взаємозв'язок між енергоспоживанням, економічною діяльністю і надходженням вуглекислого газу в атмосферу

Основним антропогенним джерелом викидів СО₂ є спалювання усіляких видів карбоновмістного палива. В даний час економічний розвиток звичайно зв'язується з ростом індустріалізації. Історично склалося, що підйом економіки залежить від наявності доступних джерел енергії і кількості викопного палива, що спалюється. Дані про розвиток економіки й енергетики для більшості країн за період 1860-1973 рр. свідчать не тільки про економічний ріст, але і про ріст енергоспоживання. Проте одне не є наслідком іншого. Починаючи з 1973 року в багатьох країнах відзначається зниження питомих енерговитрат при рості реальних цін на енергію. Недавнє дослідження промислового використання енергії в США показало, що починаючи з 1920 року відношення витрат первинної енергії до економічного еквівалента вироблених товарів постійно зменшувалося. Більш ефективне використання енергії досягається в результаті вдосконалювання промислової технології, транспортних засобів і проектування будинків. Крім того, у ряді промислово розвинутих країн відбулися зрушення в структурі економіки, що виразилися в переході від розвитку сировинної і переробної промисловості до розширення галузей, що роблять кінцевий продукт.

Мінімальний рівень споживання енергії на душу населення, необхідний у даний час для задоволення потреб медицини, утворення і рекреації, значно змінюється від регіону до регіону і від країни до країни. У багатьох країнах, що розвиваються, значний зріст споживання високоякісних видів палива на душу населення є істотним чинником для досягнення більш високого рівня життя. Зараз здається ймовірним, що продовження економічного росту і досягнення бажаного рівня життя не зв'язані з рівнем енергоспоживання на душу населення, однак цей процес ще недостатньо вивчений.

Можна припустити, що до досягнення середини наступного сторіччя економіка більшості країн зуміє пристосуватися до підвищених цін на енергію, зменшуючи потреби в робочій силі і в інших видах ресурсів, а також збільшуючи швидкість обробки і передачі інформації, можливо, змінюючи структуру економічного балансу між виробництвом товарів і наданням послуг. Таким чином, від вибору стратегії розвитку енергетики з тією чи іншою часткою використання чи вугілля чи ядерного палива в енергетичній системі буде безпосередньо залежати швидкість промислових викидів СО₂.


Споживання енергії і викиди вуглекислого газу

Енергія не виробляється заради самого виробництва енергії. У промислово розвинутих країнах основна частина вироблюваної енергії приходиться на промисловість, транспорт, обігрів і охолодження будинків. У багатьох недавно виконаних дослідженнях показано, що сучасний рівень споживання енергії в промислово розвинутих країнах може бути істотно знижений за рахунок застосування енергозберігаючих технологій. Так, було розраховано, що якби США перейшли б при виробництві товарів широкого вжитку й у сфері послуг на найменш енергоємні з уже наявних технологій при тім же обсязі виробництва, то кількість надходження в атмосферу СО₂ зменшилася б на 25%. Результуюче зменшення викидів СО₂ у цілому по земній кулі при цьому склало б 7%. Подібний ефект мав би місце і в інших промислово розвинутих країнах. Подальшого зниження швидкості надходження СО₂ в атмосферу можна досягти шляхом зміни структури економіки в результаті впровадження більш ефективних методів виробництва товарів і вдосконалень у сфері надання послуг населенню.

Матеріал до виступу геологів

Біотічеський кругообіг ссылка скрыта є складовою частиною великого круговороту у зв'язку з життєдіяльністю ссылка скрыта ссылка скрыта, або СО₂, що знаходиться в ссылка скрыта (23,5·1011 т) або в розчиненому поляганні в, служить сировиною для ссылка скрыта рослин і переробки ссылка скрыта в органічні ссылка скрыта живих істот, тобто в процесі ссылка скрыта перетворюється на, потім перетвориться в, ссылка скрыта і так далі Ці ссылка скрыта слугують вуглеводневим живленням тваринним і наземним рослинам, тобто поступають в розпорядження консументов різних рівнів, а далі - редуцентів.

При ссылка скрыта ссылка скрыта СО₂ повертається в ссылка скрыта. Певна частина ссылка скрыта накопичується у вигляді мертвої органіки і переходить у викопний стан. Коли наступає смерть, то сапрофаги і біоредуценти двох типів розкладають і мінералізують трупи, утворюючи ланцюги живлення, в кінці яких ссылка скрыта нерідко поступає в кругообіг у формі вссылка скрыта («ґрунтове дихання»).

Тварини-сапрофаги, що мешкають в ґрунті, перетворюють залишки, що накопичилися в ній, на нове утворення органічної матерії, більш менш могутній шар коричневої або чорної маси - гумус.

Іноді через нестачу ссылка скрыта або високій кислотності ланцюг буває неповним або коротким, тобто органічні залишки накопичуються у вигляді, утворюючи торф'яні болота. У деяких болотах шар ссылка скрыта досягає потужності 20 м і більш. Тут і припиняється природний (біологічний) круговорот. Поклади ссылка скрыта або ссылка скрыта - продукт процесів ссылка скрыта рослин минулих геологічних епох.

Проте сонячну енергію, закумульовану в копалині, людина інтенсивно вивільняє при спалюванні, при цьому Со2 поступає в ссылка скрыта.

Основна маса ссылка скрыта акумульована в карбонатних відкладеннях дна океану (вапняки і корали): 1,3·1016 т, кристалічних породах, - 1,0·1016 т. У кам’яному вугіллі і нафті - 3,4·1015 т. Саме цей ссылка скрыта бере участь в повільному геологічному круговороті. Життя на Землі і газовий баланс ссылка скрыта підтримується кількістю, що міститься в рослинних (5·1011 т) і тваринних (5·109 т) ссылка скрыта. Проте в даний час людина інтенсивно замикає на себе круговорот, у тому числі і ссылка скрыта.

Так, наприклад, підраховано, що сумарна біомаса всіх домашніх тварин вже перевищує біомасу всіх диких наземних тварин. Площі культурних рослин наближаються до площі природних біогеоценозів, і багато культурних рослин ссылка скрыта по своїй продуктивності значно перевершують природні.

З іншого боку, надходження діоксиду ссылка скрыта у ссылка скрыта в результаті спалювання енергоносіїв веде до глобальних порушень в ссылка скрыта - порушенню теплового балансу. За останнє сторіччя зміст Со2 збільшився на 10%, причому основний приріст відбувся в останні десятиліття.

У ссылка скрыта затримується близько половини всього «антропогенного» Со2, останнє поглинається Світовим океаном. Вважається, що ссылка скрыта (наземні) асимілюють близько 12% Со2, загальний час його перенесення - 8 років.

У допомозі Н.М. Кузьменко, Е.А. Стрельцова і А.І. Кумачева «Екологія на уроках хімії» наголошується, що ще в 1962 році кліматолог і метеоролог М.І. Будико застерігав, що спалювання величезної кількості ссылка скрыта неминуче приведе до зростання в ссылка скрыта Со2. Так, в 1956 р. зміст Со2 був 0,028%, в 1985 р. - 0,034%, а в 1989 р. склало 0,035%. Отже, за 33 роки зміст Со2 зріс на 25% від первинної величини.

По прогнозах, до середини XXI століття зміст СО₂ в ссылка скрыта подвоїться.

Накопичення СО₂ в ссылка скрыта у всьому світі зв'язується зараз з так званим «парниковим ефектом» (цьому сприяє також накопичення Сн4_, Сfcl2, N2О). Діоксид ссылка скрыта не поглинає видиму і ближню УФ-ОБЛАСТІ сонячної радіації, а з іншого боку, ІЧ-випромінювання Землі поглинається СО₂ і не пропускається в космос.

Затримання тепла поблизу поверхні Землі - процес дуже важливий для підтримки життя на Землі, інакше середня ссылка скрыта була б на 33⁰С, що нині існує. Але перспективи швидкого підвищення температкри Землі дуже небезпечні, оскільки приведуть до підвищення рівня Світового океану. Багато хто в кліматології розглядає тривалу жару 1988 р. в Північній півкулі наслідками «парникового ефекту».


Матеріал до виступу хіміків

Серед безлічі хімічних елементів, без яких неможливе існування життя на Землі, карбон є головним. Хімічні перетворення органічних речовин зв'язані зі здатністю атома карбону утворювати довгі еквівалентні ланцюги і кільця. Біогеохімічний цикл вуглецю, природно, дуже складний, тому що він включає не тільки функціонування всіх форм життя на Землі, але і перенос неорганічних речовин як між різними резервуарами карбону, так і всередині них. Основними резервуарами вуглецю є атмосфера, континентальна біомаса, включаючи ґрунт, гідросфера з морською біотою і літосфера. Протягом останніх двох століть у системі атмосфера - біосфера - гідросфера відбуваються зміни потоків карбону, інтенсивність яких приблизно на порядок величини перевищує інтенсивність геологічних процесів переносу цього елемента. З цієї причини варто обмежитися аналізом взаємодій у межах цієї системи, включаючи ґрунт.

Основні хімічні сполуки і реакції

Відомо більше мільйона вуглецевих сполук, тисячі з яких беруть участь у біологічних процесах. Атоми карбону можуть знаходитися в одному з дев'яти можливих станів окислювання: від +IV до -IV. Найбільш розповсюджене явище - це повне окислювання, тобто +IV, прикладами таких сполук можуть служити СО₂ і CO₃^2-. Більш як 99% карбону в атмосфері міститься у вигляді вуглекислого газу. Близько 97% карбону в океанах існує в розчиненій формі (H₂CO₃, HCO₃^-, CO₃^2-), а в літосфері - у вигляді мінералів. Прикладом стану окислювання +II є мала газова складова атмосфери CO, що досить швидко окислюється до СО₂. Елементарний карбон є присутнім в атмосфері в малих кількостях у вигляді графіту й алмазу, а в ґрунті - у формі деревного вугілля. Асиміляція карбону в процесі фотосинтезу призводить до утворення відновленого карбону, що є присутнім у біоті, мертвій органічній речовині ґрунту, у верхніх шарах осадових порід у вигляді вугілля, нафти і газу, похованих на великих глибинах, і в літосфері - у вигляді розсіяного недоокисненного карбону. Деякі газоподібні сполуки, що містять недоокиснений карбон C_xH_y, зокрема метан, надходять в атмосферу при відновленні речовин, що відбувається в анаеробних процесах. Хоча при бактеріальному розкладанні утворюється кілька різних газоподібних сполук, вони швидко окислюються, і можна вважати, що в систему надходить СО₂. Виключенням є метан, оскільки він також впливає на парниковий ефект. В океанах міститься значна кількість розчинних сполук органічного карбону, процеси окислювання яких до СО₂ відомі ще недостатньо добре.


Матеріал до виступу океанологів

Буферні властивості карбонної системи

При розчиненні СО₂ в морській воді відбувається реакція гідратації з утворенням вугільної кислоти Н₂СО₃, що у свою чергу дисоціює на іони Н⁺, НСО₃^-, СО₃²

Карбон у морській воді

Повний вміст карбону і лужність

Як показали дослідження, вміст сумарного неорганічного карбону в океані в 1983 році більш ніж у 50 разів перевищував вміст СО₂ в атмосфері. Крім того, в океані знаходяться значні кількості розчиненого органічного карбону.

Фотосинтез, розкладання і розчинення органічної речовини

Діяльність морської біоти, практично, цілком обмежена поверхневими шарами океану, де відбувається інтенсивний фотосинтез у фотичній зоні і бактеріальне розкладання, що зосереджене головним чином також у верхньому стометровому шарі океану. Очевидно, тільки близько 10% первинної продукції у вигляді мертвої органіки, в основному, у формі фекальних пеллет і залишків організмів, досягає більш глибоких шарів океану, і, ймовірно, близько 1% цієї речовини відкладається на океанічному дні. Повна первинна продуктивність океану складає біля 40·10¹⁵ г С/рік, але швидкість фотосинтезу на одиницю площі значно змінюється: від 0,5 г С/(м²·добу) і більш у зонах інтенсивного апвелінгу до менш 10% цього значення в пустельних областях океану, що характеризуються даунвелінгом і недоліком живильних речовин. Фотосинтез залежить від доступної кількості живильних речовин. Скрізь, де досить світла, живильні речовини втрачаються швидко. Відсутність азоту і фосфору найчастіше лімітує швидкість утворення первинної продукції. Однак у високих широтах, особливо в Південному океані, наявність, порівняно, великих концентрацій як азоту, так і фосфору в поверхневих водах вказує на те, що якийсь інший фактор (ймовірно, освітленість) лімітує первинну продуктивність.

Донні опади океану

Щорічно біля 0,5·10¹⁵ г С відкладається на дні океану, частина цих відкладень являє собою органічний карбон, а інша частина - СаСО₃. Органічний карбон є основним джерелом енергії для організмів, що живуть на дні моря, і тільки мала його частина залишається в опадах, виключення складають прибережні зони і шельфи. У деяких обмежених областях (наприклад, у деяких районах Балтійського моря) вміст кисню в придонних водах може бути дуже низьким, відповідно зменшується швидкість окислювання і значні кількості органічного карбону заховуються в опадах. Області з безкисневими умовами збільшуються внаслідок забруднення прибережних вод, і в останні роки, ймовірно, кількість легкої органічної речовини, що окислюється, також збільшилася. Вище лизокнина океанічні води пересичені стосовно СаСО₃, рівень лизокнина в Атлантичному океані розташований на глибині 4000 м, а в Тихому - усього лише на глибині 1000 м. Над лизокнином не відбувається якого-небудь помітного розчинення СаСО₃, у той час як на великих глибинах його розчинення призводить до зменшення випадання в осад, а нижче глибини карбонатної компенсації осад СаСО₃ не відбувається зовсім. Тому що товщина верхнього осадового шару, в якому відбувається перемішування опадів організмами, що живуть на дні океану (біотурбація), складає приблизно 10 см, значна кількість карбону (≈5000·10¹⁵ г) у формі СaСО₃ повільно обмінюється з неорганічним карбоном морської води, головним чином на глибині лизокнина.

Процеси переносу в океанах

Роль океану в глобальному вуглецевому циклі визначається головним чином швидкістю обміну вод в океані.

Поверхневі шари океану добре перемішані аж до верхньої границі термоклина, тобто до глибини близько 75 м в області широт приблизно 45° пн.ш. - 45° пд.д. У більш високих широтах зимове охолодження вод приводить до перемішування на значно великих глибинах, а в обмежених областях і протягом коротких інтервалів часу перемішування вод поширюється до дна океанів (як, наприклад, у Гренландському морі і морі Уеделла). Крім того, з областей основних плинів у широтному поясі 45-55° (Гольфстрім у Північній Атлантиці, Куросіо в північній частині Тихого океану й Антарктичний циркумполярний плин) відбувається великомасштабний перенос холодних поверхневих вод в область головного термоклина (глибина 100-1000 м). У шарі термоклина відбувається також вертикальне перемішування. Обидва процеси відіграють важливу роль при переносі карбону в океані.

Між вуглекислим газом в атмосфері і розчиненим неорганічним карбоном в поверхневих шарах морської води рівновага встановлюється приблизно протягом року (якщо зневажити сезонними змінами). Розчинений неорганічний карбон переноситься разом з водяними масами в поверхневих вод у глибинні шари океану. При русі водяної маси його вміст звичайно зростає за рахунок надходження вуглекислого газу при розкладанні і розчиненні детриту, що опускається з поверхневого шару океану. Автори статті, використаної як основа для написання даної роботи, проаналізували деякі з цих можливих факторів і показали, що за певних умов у поверхневих шарах океану можуть спостерігатися більш низькі значення концентрацій розчиненого неорганічного карбону в порівнянні із сучасними, відповідно концентрації атмосферного СО₂ будуть також іншими. Цю властивість карбонного циклу в океані можна відзначити як можливий механізм збільшення спрямованого вниз потоку вуглецю у випадку, якби потепління у високих широтах викликало зменшення площі морського крижаного покриву. Це механізм негативного зворотного зв'язку між вуглецевим циклом і кліматичною. системою, тобто підвищення температури в атмосфері повинне привести до збільшення поглинання СО₂ океаном і зменшення швидкості росту СО₂ в атмосфері.

При оцінках можливих значень концентрацій атмосферного СО₂ в майбутньому звичайно вважають, що загальна циркуляція океанів не буде змінюватися. Однак безсумнівно, що в минулому вона мінялася. Якщо потепління, викликане ростом концентрації СО₂ в атмосфері, буде значним, то, імовірно, відбудеться якась зміна циркуляції океану. Зокрема, може зменшитися інтенсивність утворення холодних глибинних вод, що у свою чергу може привести до зменшення поглинання антропогенного СО₂ океаном.

Зміна кругообігу карбону могла б відбутися також при збільшення сумарної кількості живильних речовин в океані. Якщо наявність живильних речовин у поверхневих шарах як і раніше буде основним фактором, що лімітує фотосинтез, їхні концентрації в цих шарах повинні бути дуже низькими. Отже, повинний збільшитися вертикальний градієнт концентрації живильних речовин між збідненими цими речовинами поверхневими водами і глибинними шарами. У цьому випадку за рахунок вертикального перемішування в океані в поверхневі шари буде переноситися більше живильних речовин, що приведе до росту інтенсивності фотосинтезу, і, отже, збільшення потоку детриту в глибинні шари океану.

Для грубої оцінки можливого росту первинної продуктивності у водяних системах можна вважати, що в процесі фотосинтезу використовується 20-50% наявної кількості фосфатів і що утворена в такий спосіб органічна речовина стає частиною карбонного циклу, чи в океані захоронюється у відкладеннях. Така зміна продуктивності приведе до видалення з атмосфери і поверхневих шарів водяних систем (0,1...0,3)·10¹⁵ г С/рік. Ця кількість відповідає 2-6% річного викиду вуглецю в атмосферу за рахунок спалювання викопного палива, тому даний процес не можна не враховувати при побудові моделей зміни глобального клімату.

Матеріал до виступу ґрунтознавців

Карбон у біоті і первинна продуктивність

Протягом останніх 20 років були початі численні спроби визначення запасів карбону в континентальній рослинності і характеристик його річного круговороту: загальної первинної продуктивності, подихи й утворення детриту. Оцінка, що характеризує стан континентальної біомаси на 1950 рік без обліку сухостою, дорівнює 827·10¹⁵ г С. У більш пізніх роботах, заснованих на більшій кількості даних, указується, що ця оцінка вмісту карбону в живій речовині біомаси швидше за все завищена. У двох дослідженнях, виконаних Дюіньє та ін., а також Олсоном та ін., більш докладно розглядається неоднорідність існуючих біомів, особливо в тропічних регіонах. Згідно цим двом дослідженням, вміст карбону в резервуарі живої континентальної фітомаси на 1970 рік було рівне 560·10¹⁵ г С. Однак різні оцінки продуктивності важко порівнювати через розходження використаних систем класифікації. Зараз стає ясним, що вміст вуглецю у вторинних лісах значно менше, ніж у незайманих тропічних лісах, а площа, займана першими, більша, ніж вважалося раніше. Багато площ, що раніше передбачалися цілком зайнятими зімкнутими лісами, зараз виявилися зайнятими частково зімкнутими лісами.

Середній час перебування карбону в лісових системах складає 16-20 років, але середній вік дерев принаймні в два рази більше, тому що менше половини чистої первинної продукції перетворюється в целюлозу. Середній час життя карбону в рослинах, що не входять у лісові системи, дорівнює приблизно трьом рокам.

Карбон у ґрунті

За різними оцінками, сумарний вміст карбону у ґрунті складає біля 1500·10¹⁵ г С. Головна невизначеність існуючих оцінок обумовлена недостатньою повнотою зведень про площі і вміст карбону в торфовищах планети.

Більш повільний процес розкладання карбону в ґрунтах холодних кліматичних зон приводить до більшої концентрації карбону ґрунтів (на одиницю поверхні) у бореальних лісах і трав'янистих співтовариствах середніх широт у порівнянні з тропічними екосистемами. Однак тільки невелика кількість (кілька відсотків чи навіть менше) детриту, що надходить щорічно в резервуар ґрунтів, залишається в них протягом тривалого часу. Велика частина мертвої органічної речовини окислюється до СО₂ за кілька років. У чорноземах близько 98% карбону підстилки характеризується часом обороту близько 5 місяців, а 2% вуглецю підстилки залишаються в ґрунті в середньому протягом 500-1000 років. Ця характерна риса ґрунтоутворюючого процесу виявляється також у тому, що вік ґрунтів у середніх широтах, обумовлений радіоізотопним методом, складає від декількох сотень до тисячі років і більше. Однак швидкість розкладання органічної речовини при трансформації земель, зайнятих природною рослинністю, у сільськогосподарські угіддя зовсім інша. Наприклад, висловлюється думка, що 50% органічного карбону в ґрунтах, використовуваних у сільському господарстві Північної Америки, могли бути загублені внаслідок окислювання, тому що ці ґрунти почали експлуатуватися до початку минулого століття чи в самому його початку.

Зміни вмісту карбону в континентальних екосистемах

За останні 200 років відбулися значні зміни в континентальних екосистемах у результаті зростаючого антропогенного впливу. Коли землі, зайняті лісами і трав'янистими співтовариствами, перетворюються в сільськогосподарські угіддя, органічна речовина, тобто жива речовина рослин і мертва органічна речовина ґрунтів, окисляється і надходить в атмосферу у формі СО₂. Якась кількість елементарного карбону може також захоронюватися в ґрунті у вигляді деревного вугілля (як продукт, що залишився від спалювання лісу) і, таким чином, вилучатися зі швидкого обороту у карбонному циклі. Вміст карбону в різних компонентах екосистем змінюється, оскільки відновлення і деструкція органічної речовини залежать від географічної широти і типу рослинності.

Про те, що надходження СО₂ в атмосферу з 1860 по 1980 рік склало (150±50)·10¹⁵ г С і що в 1980 році біотичний викид карбону був рівний (1,6±0,8)·10¹⁵ г С/рік. Крім того, можливий вплив зростаючих атмосферних концентрацій СО₂ і викидів забруднюючих речовин, таких, як SO₂ i NO_x, на інтенсивність фотосинтезу і деструкції органічної речовини континентальних екосистем. Очевидно, інтенсивність фотосинтезу росте із збільшенням концентрації СО₂ в атмосфері. Найбільше імовірно, що цей ріст характерний для сільськогосподарських культур, а в природних континентальних екосистемах підвищення ефективності використання води могло б привести до прискорення утворення органічної речовини.

Матеріал до виступу екологів

Прогнози концентрації вуглекислого газу в атмосфері на майбутнє.
Основні висновки по вмісту карбону в навколишньому світі

За останні десятиліття була створена велика кількість моделей глобального карбонного циклу, розглядати які в даній роботі не представляється доцільним через те, що вони в достатній мірі складні й об'ємні. Розглянемо лише коротко основні їхні висновки. Різні сценарії, використані для прогнозу вмісту СО₂ в атмосфері в майбутньому, дали подібні результати. Нижче приведена спроба підбити загальний підсумок наших сьогоднішніх знань і припущень, що стосується проблеми антропогенної зміни концентрації СО₂ в атмосфері.

- З 1860 по 1984 рік в атмосферу надійшло (185±15)·10¹⁵ г С за рахунок спалювання викопного палива, швидкість викиду СО₂ в даний час (за даними на 1984 рік) дорівнює 5,2·10¹⁵ г С/рік.

- Протягом цього ж періоду часу надходження СО₂ в атмосферу за вирубки лісів і зміни характеру землекористування склало (150±50)·10¹⁵ г С, інтенсивність цього надходження в даний час дорівнює (1,6±0,8)·10¹⁵ г С/рік.

- Із середини минулого століття концентрація СО₂ в атмосфері збільшилася від 275±10 до 343±1 млн^-1 у 1984 році.

- Основні характеристики глобального карбонного циклу добре вивчені. Стало можливим створення кількісних моделей, що можуть бути покладені в основу прогнозів росту концентрації СО₂ в атмосфері при використанні визначених сценаріїв викиду.

- Невизначеності прогнозів ймовірних змін концентрації СО₂ в майбутньому, одержуваних на основі сценаріїв викидів, значно менше невизначеностей самих сценаріїв викидів.

- Якщо інтенсивність викидів СО₂ в атмосферу протягом найближчих чотирьох десятиліть залишиться постійною чи буде зростати дуже повільне (не більш як 0,5% у рік) і в більш віддаленому майбутньому також буде рости дуже повільно, то до кінця ХХІ століття концентрація атмосферного СО₂ складе близько 440 млн^-1, тобто не більш ніж на 60% перевищить доіндустріальний рівень.

- Якщо інтенсивність викидів СО₂ протягом найближчих чотирьох десятиліть буде зростати в середньому на 1-2% у рік, тобто також, як вона зростала з 1973 року дотепер, а в більш віддаленому майбутньому темпи її росту сповільняться, то подвоєння вмісту СО₂ в атмосфері в порівнянні з доіндустріальним рівнем відбудеться до кінця ХХІ століття.

- Основні невизначеності прогнозів концентрації СО₂ в атмосфері викликані недостатнім знанням ролі наступних факторів:
     швидкості водообміну між поверхневими, проміжними і глибинними шарами океану;
     чутливості морської первинної продукції до змін вмісту живильних речовин у поверхневих водах;
     поховання органічної речовини в опадах у прибережних районах (і озерах);
     зміна лужності і, отже, буферного фактора морської води, викликаних ростом вмісту розчиненого неорганічного карбону;
     збільшення інтенсивності фотосинтезу і росту біомаси і ґрунтової органічної речовини в континентальних екосистемах за рахунок росту концентрації СО₂ в атмосфері і можливому відкладенні живильних речовин, що надходять з антропогенних джерел;
     збільшення швидкості розкладання органічної речовини ґрунтів, особливо в процесі експлуатації лісів;
     утворення деревного вугілля в процесі горіння біомаси.

Величина очікуваної зміни середньої глобальної температури при подвоєнні концентрації СО₂ приблизно відповідає величині її зміни при переході від останнього льодовикового періоду до сучасного міжльодовикового. Більш помірне споживання викопного палива протягом найближчих десятиліть могло б продовжити можливість його використання на більш віддалену перспективу. У цьому випадку концентрація СО₂ в атмосфері не досягне подвоєного значення в порівнянні з доіндустріальним рівнем.

Проблема зміни клімату в результаті емісії парникових газів повинна розглядатися як одна з найважливіших сучасних проблем, зв'язаних з довгостроковими впливами на навколишнє середовище, і розглядати її потрібно в сукупності з іншими проблемами, викликаними антропогенними впливами на природу.


Урок №32

Інформаційна картка





№ уроку33