温室效应的二氧化碳和甲烷

有相当大的兴趣,在早期地球上甲烷可能接管的二氧化碳抵消的作用微弱年轻的太阳。感兴趣在一定程度上,这是由于相当粗略的地球化学证据表明在太古代的二氧化碳浓度有时可能没有足够高的技巧,但实际上无论证据要求相对低CO2气氛,可能性很多,在一个缺氧的大气甲烷可能建立高浓度。即使在一个无生命的星球上,也有可能直接火山出气甲烷的速率依赖于氧气在地球内部的状态。一旦生物学,产甲烷菌可以转换火山CH4 CO2和H2,或能使甲烷分解有机物产生的存在光合作用。

甲烷不能建立在氧化气氛中浓度很高,但今天的相对少量的甲烷在大气中(约1.7 ppmv)仍然对全球变暖作出了重大贡献。然而,一个普遍的误解,甲烷在某种意义上是一个内在的温室气体比二氧化碳。一些简单的计算将澄清的真实状态。

为了比较的相对影响甲烷和二氧化碳在地球辐射的预算,我们计算每种情况下的OLR我们调用规范的氛围——每个气体成的混合物干燥的空气1块组成的地球空气干燥的空气绝热线温度剖面,开展与地球表面的重力。结果一个固定的表面温度280 k,使用自制程序计算辐射模型采用一个恒定的温度定标系数T * = 900 k,图4.35所示。这张图在本质上使温室气体的数量需要维持一个表面温度280 k,给出任何指定数量的太阳能

图4.35:OLR单独为每个气体与二氧化碳和甲烷浓度与地球上的空气混合干绝热线。表面温度在280 k是固定的。

吸收。例如,有一个吸收太阳辐射300 w / m2的表面温度可以持续464 ppmv的二氧化碳或35600 ppmv CH4(大气的摩尔分数3.56%)。这些结果有点高估了每个气体的效果比一个实际的潮湿的气氛,因为潮湿的大气会平缓湿润绝热线和潮湿的大气中水蒸气吸收竞争在某种程度上与CO2和CH4吸收。正如估计的相对效应两种气体,故事是很清楚的。甲烷是,本质上来说,一个相当糟糕的温室气体比二氧化碳。甲烷无处不在的OLR曲线远高于二氧化碳的曲线,所以它需要更多的甲烷比二氧化碳达到给定的OLR减少。

甲烷的共同声明中,分子的分子,一个更好的温室气体比二氧化碳目前情况是真的只对甲烷是比二氧化碳含量低得多。在这种情况下,一个甲烷分子的更大的权力来减少OLR结果仅仅是因为温室效应大约CH4和CO2浓度的对数。阅读图4.35中,我们看到的甲烷浓度大约ppmv,每翻倍的甲烷减少OLR约2 w / m2。另一方面,二氧化碳浓度接近300 ppmv,每两倍的二氧化碳减少了OLR约6 W / m2。因此,达到相同的OLR减少为一个两倍的二氧化碳需要翻三番的甲烷,但由于甲烷从浓度仅1 ppmv,这只需要8 ppmv浓度,只需要尽可能多的分子带来了需要使用两倍的二氧化碳达到相同的减少。同样,我们可以说,添加1 ppmv甲烷产量的减少OLR添加75 ppmv的二氧化碳。对数斜坡相比,在这个例子中被夸大了地球大气的实际适当的值,因为干绝热线的使用和简单的温度不准确的自制程序中使用扩展辐射代码。使用ccm辐射代码湿润绝热线,与水蒸气在相对湿度50%,相反,我们发现,每一倍的甲烷附近1 ppmv减少OLR 0.77 W / m2,虽然每个两倍的二氧化碳近300 ppmv减少OLR 4.3 W / m2;在这种情况下,添加1 ppmv甲烷减少OLR的添加38 ppmv二氧化碳。尽管如此,原理是一样的:如果甲烷是最丰富的长寿的温室气体在大气层中,只在非常低的浓度和二氧化碳在场,我们想说而不是二氧化碳,分子的分子,更好的温室气体。

甲烷总比

图4.36:总OLR减少规范化大气CH4和CO2的混合物。每个曲线给出了OLR减少相对于一个透明atmophere CH4和CO2的固定和摩尔浓度,表示在单位ppmv曲线。结果绘制CH4摩尔浓度的函数两种气体的总摩尔浓度。比率等于大气中甲烷的形式比总大气碳。减少更大的OLR值对应于更强的温室效应。

甲烷总比

图4.36:总OLR减少规范化大气CH4和CO2的混合物。每个曲线给出了OLR减少相对于一个透明atmophere CH4和CO2的固定和摩尔浓度,表示在单位ppmv曲线。结果绘制CH4摩尔浓度的函数两种气体的总摩尔浓度。比率等于大气中甲烷的形式比总大气碳。减少更大的OLR值对应于更强的温室效应。

Kirschvink和其他人提出Makganyene雪球是灾难,通过甲烷的氧化甲烷转化为二氧化碳,减少了温室效应充分沉淀雪球。甲烷崩溃,由于产甲烷活性的减少其他机制,有时被建议作为一个触发器的新元古代雪球。它决不是容易使这些场景是他们应该玩,因为甲烷更有助于两种气体时的温室效应比二氧化碳在大气中有类似的丰度。转化甲烷的二氧化碳只会减少温室效应如果甲烷浓度最初出现在足够小,但是如果有太少的甲烷,甲烷总量的贡献温室效应是过小产生多大的影响。我们用图4.35来说明中的数据转化甲烷的二氧化碳在一些说明性的情况下会影响气候。raybet雷竞技最新详细的数字会改变更精确的辐射模型,或者如果水汽的影响,但基本的结论仍然是一样的。

例如,假设开始,我们的大气中含有36650 ppmv甲烷,这足以维持一个表面温度280 k 300 W / m2的吸收太阳辐射。如果这都是由氧化转化为二氧化碳,然后,根据图4.35 OLR将暴跌到255 W / m2。为了重建辐射平衡,地球必须预热温度远超过最初的280 k。造成一个雪球,在这种情况下甲烷氧化会导致热脉冲,其次是逐步恢复到原始温度随着二氧化碳画了吗硅酸盐风化。

接下来让我们考虑更一般的情况,并确定一个转换的必要条件CH4 CO2大幅减少温室效应。因为CH4和CO2的吸收特性不明显重叠的范围集中考虑,两种气体的影响可以通过求和OLR AOLR减少为每个气体隔离。我们想问一个问题:如果我们有一个给定数量的碳原子使用提供大气中温室气体净温室效应如何取决于我们CH4和CO2之间瓜分这些原子?因为每个分子有一个碳,这个问题可以通过不同地址的摩尔浓度甲烷,同时保持的摩尔浓度的总和CH4和CO2固定的。这种类型的计算的结果显示在图4.36。对于任何固定大气中的碳含量,绘制时减少OLR有着广泛的最大甲烷比的函数,不同小附近除了极端的甲烷或all-CO2气氛。唯一一个可以大量减少温室效应通过甲烷氧化成二氧化碳,当最初的二氧化碳浓度非常高,初始甲烷部分约占总数的10%和90%之间,和CH4几乎完全转化为二氧化碳。例如,10000 ppmv总碳浓度,减少甲烷的浓度从1 1000 ppmv ppmv减少温室效应从104 W / m2到80 W / m2。因为曲线平坦,从大气甲烷的作品几乎80%:在这种情况下,温室效应从101 W / m2减少到80 W / m2。如果我们有一个100000 ppmv碳在大气中,然后最大温室效应发生的大气甲烷25%左右,并且有一个151 W / m2的价值。 Reducing the methane to 1 ppmv brings down the greenhouse effect 36 W/m2, to 115 W/m2. In the Paleoproterozoic or Archaean, when the net greenhoue effect needed to be high to offset the Faint Young Sun, it is possible that a methane crash could have reduced the greenhouse effect enough to initiate a snowball, but it is essential that in a methane crash, the methane concentration be brought almost all the way down to zero; a reduction of methane from 50% of the atmosphere to 10% of the atmosphere would not do much to the greenhouse effect. By the time of the Neoproterozoic, when the太阳光度更高和更少的总温室效应是需要保持水环境开放,不太可能是甲烷灾难可能发起冰期。进一步评价大气转换可以发起一个雪球将在第8章。

继续阅读:另一个失控的温室

这篇文章有用吗?

+ 1 1