温室气体排放.ppt

第5讲 温室气体排放和大气温室气体浓度的变化;目录;温室气体的排放与排放情景;温室气体种类和作用;排放温室气体的人类活动（一） 化石能源燃烧活动 　　（二氧化碳等） 化石能源开采过程中的排放和泄漏 　　（二氧化碳和甲烷） 部分工业生产 过程(如水泥生产) 　　（二氧化碳）;排放温室气体的人类活动（二） 农业(如水稻) （甲烷） 畜牧业(如牛等反刍动物消化) （甲烷） 废弃物处理 （甲烷和二氧化碳） 土地利用变化减少对二氧化碳的吸收（如森 林砍伐）;排放情景;区域性;;A1框架和情景系列;A2框架和情景系列; B1框架和情景系列; B2框架和情景系列;SRES以及IS92a主要温室气体和SO2的排放情景 ;碳循环与温室气体浓度的变化;;;;; 浮游生物通过光合作用摄取碳，以后作为死亡的有机物与颗粒，其中一些又从表层下沉（生物泵）或转变成溶解有机碳（DOC）。大部分下沉颗粒中的碳在表层通过细菌的作用又被氧化，并最终作为DIC再循环到海表。其余的颗粒通量到达深海区（2000-6000m），一小部分到达深海沉积物，其中一些又重新悬浮起来，一些被埋存。中层海水以几十年—几百年时间尺度混合，而深层水混合是千年时间尺度，需要一些混合时间以使海洋达到其充分的缓冲能力。溶解和生物泵一起维持CO2在洋面（低值）到深层海洋（高值）的垂直梯度（作为DIC），因而调节着CO2在大气与海洋间的交换。;;地球系统不同碳库间的碳循环;图中给出的是年平均碳通量（Gtc/yr）。黑箭头：工业化前自然通量；红箭头：人类活动通量。净的陆地损失（-39Gtc）由累积化石燃料排放减大气增加再减海洋储存倒算得到。-140Gtc代表土地利用变化造成的累积排放，并要求101Gtc的陆地生物圈汇。GPP是年平均总陆地初级生产力。;海洋和陆地的碳收支;; 陆地生态系统：总碳含量比海洋低很多，18世纪中的估计表明总碳库容量为2300GtC，其中80%在土壤和地表废弃物中，其余在地上植被中：净初级生产力（NPP）每年把约120GtC/y碳通过光合作用吸收到生态系统中，而呼吸与生物质燃烧/衰亡又把同样的碳量返到大气中。 （光合作用： CO2+H2O→ CH2O+O2; 呼吸与衰亡： CH2O+O2 → CO2+H2O； 即使有机物质氧化）;大气碳库主要由CO2和CH4构成，工业化前的大气CO2浓度280ppm相当于约600GtC的碳库。大气与其它碳库间的年通量为130GtC，这表明大气中碳的更新十分迅速，每4-5年一次。42或65万年前南极冰芯资料表明，CO2和CH4浓度变化与南极温度是非常紧密的耦合在一起（冰期：180-220ppm，间冰期：280-300ppm）。冰期与间冰期循环可能由地球轨道参数变化引起或启动（它改变地球上太阳辐射的数量和分布），但这种初始的气候变化引起了大气与其它碳库间CO2通量的明显变化（主要是海洋）。之后引起大气CO2浓度的变化以及温室强迫强度的变化。这种重要的反馈作用约为冰期—间冰期循环振幅的50%左右。;;; 在几亿到几十亿年时间尺度，板块构造和火山活动在产生大气CO2中起着基本作用，无机碳循环涉及俯冲，变质作用和风化作用。海床上的石灰岩沉积物，沿板块边界俯冲入地幔中，结果大陆板块位于更密实的海洋板块之上。在地幔的高温条件下，石灰岩转化为变质岩，即：CaCO3+SiO2 →CaSiO3+CO2 通过火山爆发，由此化学反应释放的CO2最终回到大气中。与硅酸盐化学组合中，含钙的变质岩以新形成的地壳形式再循环。变质反应，组合风化作用和碳酸形成反应，就形成了一个闭合回??，在其中碳原子在大气CO2库，地壳中的无机碳库来回循环，其时间尺度几千年到几百万年。;地壳和大气的碳交换;;;大气;;海洋中碳的化学过程 CO2+H2O→H2O3 （1） 碳酸以后分解形成重碳酸离子和氢离子 H2CO3 → H+ +HCO3- （2） 以此使海水变得更酸，增加的H+离子把碳酸盐与重碳酸盐间的平衡 HCO3- →H+ +CO32- （3） 移向左边，其反向反应为 CO2+CO32-+H2O →2HCO3- （4） 这把加入的碳送入重碳酸盐库中，而海洋酸度并无增加，海洋以这种方式吸收和缓冲CO2的能力受到碳酸盐库中离子多少的限制。;Ca2++2HCO3-→CaCO3+H2CO3 （5） 以此产生的碳酸钙盐沉入到海床上，形成石灰岩沉积物，而其余的通过逆过积溶解掉。 CaCO3+HCO3 →Ca2++2HCO3- （6） 石灰岩沉积物趋于集中在热带浅海下方的大陆架中。它们是有利于珊瑚生长，在海洋的这些层中，水的酸性很低，因而沉积于海床上的壳类和骨骼并不溶解。 海