目前的二氧化碳的增加
自1700年代末以来,大气中二氧化碳水平一直在增加(图7.10)。气泡被困在极地冰的记录显示了18世纪开始阶段的上升,随着时间的推移已轻轻地加速到每年约1%的急剧增加。二氧化碳水平的变化也记录在树叶的气孔密度在植物标本室保存;树叶收集约1750较低的气孔数量单位数量的毛孔皮肤表皮细胞的叶子。这只是作为一个希望从实验中涉及操纵二氧化碳浓度(第八章),植物调节气孔的密度在它们的叶子要最好的利用情况。
开始人们认为二氧化碳的增加主要是由于砍伐森林在北美东部,定居者扫清了农业用地。随着时间的推移,更古老的植物碳来源ios版雷竞技官网入口 如煤和石油变得更加重要,因为工业革命。然而,大约25 - 30%的大气二氧化碳的增加,每年发生仍是由于森林砍伐,大多是在热带地区。目前,辽阔的森林在亚马逊流域是最大的单一来源的二氧化碳从森林砍伐,South-Fast亚洲第二。
然而,并非所有的森林失去碳弧。森林地区在世界的一些地区明显现在切换从一个二氧化碳的“源”,被称为“沉没”。水槽,在碳循环的语言科学,是碳和存储它。例如,在过去的150年里,美国东部的森林碳汇(图7.11)。他们犯了一个大东山再起,从1800年代末开始,农场被抛弃不经济的竞争与肥沃的平原土地进一步向西。1美国东部'he再次主要森林土地,和它的森林还相对年轻,树仍在增长,所以他们储存碳迅速。在中国,被砍伐的高地植树自1970年代末以来已经导致了大树上成熟的碳汇。很可能是人口向城市的大规模运动,和一个从燃煤燃烧木材,也帮助森林恢复。森林恢复的一个类似的过程发生在东欧,在农业和下滑运动城镇土地回到森林。一个重要的事情要记住当考虑森林碳汇是永远没有森林可以继续吸收二氧化碳。 The size of the trees, the amount of fallen woody debris and the amount of organic carbon in soils underneath, will eventually reach a sort of max-
*参见颜色部分。
2600 2400 2200 2000
C * 1800
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如果800 600 400 200
美国加拿大欧洲拉丁美洲
北非和中东的热带非洲前苏联
热带亚洲太平洋发达地区总亚麻
一年
图7.11。每年净通量从土地利用变化的碳到大气中:1850 2000。改变历史的森林已经导致一些地区(如美国)从净源转移到水槽的碳。其他地区(如亚马逊)已经在成为碳排放的主要来源。当一个地区进入-在这个图,这是一个净碳汇的碳。如果高于零在纵轴上,它是一个净碳源。来源:霍顿和梳麻的人(人均)。
imum稳定状态。碳可以不断通过光合作用,呼吸作用释放的衰变,但这只是营业额的大小没有变化碳储层在森林里。个别树木会继续死去,取而代之的是新的,但总体上整个景观的规模不会有净增长的森林生态系统的碳含量。因此,任何森林碳汇最终将开始饱和,停止服用碳。然而,从新种植或恢复森林这几百年后才会达到稳定状态。
然后,总的来说,它是一个复杂的图片:碳释放热带和温带的碳吸收量弧有竞争影响大气的二氧化碳含量增加。碳从热带地区的损失是大到足以胜过温带森林吸收,显著提高大气的二氧化碳含量。然而,这是远远小于在化石燃料派生C03贡献增加。目前两个来源combined-deforestation碳+化石燃料碳使大气中二氧化碳的增加约1.5 ppm /年(图7.12)。
7.5.2季节性和二氧化碳水平同比摆动
以及影响二氧化碳的长期平衡世界植被也会影响大气中二氧化碳水平在较小,随季节更微妙的方式,从一年到另一个。季节性的时间尺度上,都有一个“摆动”的二氧化碳水平(图7.12),与二氧化碳在冬季和早春略高于在夏季和秋季。在北半球,在遥远的北方,季节性变化最大,它变得平缓,接近赤道(图7.13)。南离赤道季节性摆动重新出现,但是
E 335
345 340 335 330 325
一年
图7.13。co2浓度随纬度的季节性周期。在遥远的北方最强,向赤道变得平缓。在更弱的形式重新出现在高纬度地区的南半球。缩写首字母指的是公司的名称:监测站(例如,枣疯病=莫纳罗亚山天文台)。
逆转的月份和相应的现在南半球的夏季和冬季。然而,令人吃惊的是,季节在南半球摆动要小得多。
导致二氧化碳的季节性波动的原因是什么?方法的结果,植物随着季节的改变他们的活动。在春季和夏季,植物在中期和高纬度是忙photosynthesizing-taking了二氧化碳转化为糖存储为淀粉,或建在艰难的叶子和细胞壁木头。植物在高纬度地区花几周展开它们的叶子开始光合作用迅速,所以推迟在5月和6月成熟。在这个阶段,腐烂的落叶在土壤表面将大量的二氧化碳,所以北半球的大气二氧化碳水平达到一个峰值在春季晚些时候问世。然后,通过认真开始6月下旬和7月光合作用,所以多吸收如此巨大的区域就足以产生一个明显的降低大气中二氧化碳水平在整个半球。当秋天来临时,树叶停止光合作用,是落在地上;树站和草本植被死亡裸子植物。冬季冷集,从大气中吸收二氧化碳基本上停止了大片的大洲。但在中纬度地区温和的冬天,地上并不是完全冻结,森林tloor叶子开始衰变,释放的忍耐力,加入的不断二氧化碳死亡的有机物土壤中,二氧化碳水平上升一点。
为何有少得多的季节在南半球摆动毕竟不是植物也体验的季节?这种较弱的季节性循环发生,因为有更少的土地南部的赤道,大部分的土地,发生干旱,植被稀疏,因此减少季节性活动的植物吸收或释放碳。
从一年到下一个,CU2水平总是由于添加量上升人类燃烧化石燃料和清除热带森林。,但在几年的增加大于其他两方面的差异。人类活动从一年到下一个之间并没有解释这种差异,所以他们必须与自然过程。在一定程度上,这些同比差异是由于纯粹的物理海洋的温度和循环的变化。例如,在一个嗨尼诺年太平洋上升流海域深处秘鲁海岸slowrs,二氧化碳比平时少逃到大气中。这往往使大气二氧化碳增加比平常少那一年因为吸收其他地区的海洋不再是部分平衡的上升流二氧化碳来源。我lowever,详细研究方式的碳同位素有限公司:从一年到下一个显示海洋电弧的变化不是同比差异的主要原因的忍耐力的速度增加。每年二氧化碳的差异的差异相匹配的“生物”的同位素丰度C02-carbon-12-that植物尤其善于吸收。当光合作用的变化或腐烂的植物(或其他有机物质)导致公司:变化的水平,有一个相应的改变大气的碳12组成碳同位素(见框7.1)。年际变化的二氧化碳是由碳12的相当大的变化表明,平行的植物弧做的很大一部分原因是二氧化碳变化在这个时间表。
目前的增加在179 C () 2
箱7.1植物和碳同位素
同位素原子相同的元素的不同形式,不同数量的中子粒子在原子的原子核。有两种主要的碳稳定同位素和放射性同位素。到目前为止最丰富的是最轻的形式,碳12。一小部分的任何样品的碳碳13的重。同时,一个非常小的比例的碳原子的放射性碳14,这是不断在大气层的顶端氮气时受到来自外太空的宇宙射线。
放射性碳14的形式进入植物从大气中吸收放射性UC02时。以及进入所有活着的植物材料是通过生态系统中的食物链所以一切拿起一些放射性碳。14 c放射性衰变速度非常精确的消失,因此放射性水平来自植物或动物样品中碳材料给出一个准确的估计是多大了。放射性碳年代测定法,这种方法是非常宝贵的在考古发现样品的年龄,还在约会生态变化在过去(第1章)从埋的木头碎片,树叶或者土壤有机质。然而,约50000年后的材料最初是由植物吸收固定大气中的二氧化碳,加州大学了,所以不能使用这项技术超越这个时代。
两种稳定碳同位素也可以揭示了很多关于过去和现在两天生态系统过程。当植物光合作用、酶(称为二磷酸核酮糖羧化酶)在他们的细胞,在二氧化碳会优先为轻,2 c同位素。所以,任何材料稍微丰富生活在12 c,和耗尽I3C(约22部分在一千年)。这种差异还可推广到吃植物的动物,和有机物埋在土壤和岩石。
如果我们研究的同位素组成地球的大气中的二氧化碳在过去几百年里,我们可以告诉是变“轻”,更多的L C是进入大气层(图7.14)。我们可以看出这个碳来自曾经生活的来源,因为它是一个富含L c这源可以是现在的森林和土壤,或石油和煤炭等化石碳。大气的加州大学内容的事实也迅速下降意味着,即使生产大气顶部的速度保持不变,它被稀释的很大一部分非常古老的碳。这个旧碳必须来自化石燃料。这张照片从稳定和放射性碳同位素记录与一般期望从观察森林间隙,化石燃料的使用:大多数化石燃料的二氧化碳上升是热带森林间隙的一小部分。
碳同位素也可以揭示广泛的趋势在全球碳循环回到数百万年。在遥远的地球的历史,在大约4.5亿年前,有一个巨大的数量的下降我:C在海洋碳酸盐矿物。此类矿物的组成反映出大气中co2“留下”后提取了一些植物。什么12 c下降
1 10
晚中新世全球碳shfft
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•北美马牙□巴基斯坦哺乳动物牙齿- o巴基斯坦paleosois海洋碳酸盐岩的转变
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613 cpob (千分之几)
图7.15。大约700万年前碳同位素转变表明C4植物突然变得更为常见。来源:方面et al。(1993)。
l不枯竭?C,一千年只有大约8原子而不是22原子C3植物。然后很容易跟踪土壤是否有C4或C3植物通过测量土壤碳的成分来源于植物生长。在大约700万年前突然下降:C在世界的许多地方许多土壤(图7.15),揭示普遍从C3植物转移到C4植物。认为这种转换反映了地球的气候干燥,加上减少公司吗?raybet雷竞技最新水平也将支持C4植物。
7.6信号在大气中
尽管它总是向上趋势,全球公司的实际金额:浓度增加会改变从一年到另一个。年,热带森林地区比平时稍热往往有一个更大的公司:增加。这表明,在这些温暖的比往常年热带森林失去碳通过某种与温度有关的过程,也许呼吸增加了叶子,或增加腐烂的死木头和其他垃圾
安抚8月:1959 - 2003;表面空气温度季节性相关器与1月12月co2(二氧化碳滞后4 moo ?«)
Ar Awj 1 s6c ? 05 j ri»ce P»eoptrtar老鼠季节* corraUbor Jjnt > D»c二氧化碳
-06 -04 -07 0 02年04 oe
图7.16。(a)锡的地图显示温度之间的相关性的强度和全球二氧化碳每年递增,CO2增量与一个给定的年平均气温在热带地区。在亚洲和亚马逊South-Hast更高温度时,往往会有大幅增加在全球有限公司>那一年(NCEP, NCAR有关,没有一个/矿石气候诊断中心),(b)地图显示之间的相关性raybet雷竞技最新降雨量和世界各地的全球co2增量的大小。的关系,降雨在森林热带地区的更分散,整体较弱,表明热而不是少雨可能更重要的是在生产的碳从热带地区是一年。这可能是由于一些更快的衰减,可怜的愈合应力下的光合作用和生长的树木,或更快速蒸发强调树木光合作用和预防。资料来源:作者与蒋禄卡Piovesan合作。
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图7.16。(a)锡的地图显示温度之间的相关性的强度和全球二氧化碳每年递增,CO2增量与一个给定的年平均气温在热带地区。在亚洲和亚马逊South-Hast更高温度时,往往会有大幅增加在全球有限公司>那一年(NCEP, NCAR有关,没有一个/矿石气候诊断中心),(b)地图显示降雨的数量之间的关系和全球co2增量的大小。raybet雷竞技最新热带地区的森林地区与降雨的关系更分散,整体较弱,表明热而不是缺乏降雨可能更重要的是在生产的碳从热带地区是一年。这可能是由于一些更快的衰减,可怜的愈合应力下的光合作用和生长的树木,或更快速蒸发强调树木光合作用和预防。资料来源:作者与蒋禄卡Piovesan合作。
森林。似乎在东南亚森林和在亚马逊流域特别是主导这个温度响应(图7.16 a, b *)。
它可能干旱的影响的热带雨林是导致大热年全球co2在热带地区?毕竟,阳光明媚,万里无云的天空与高温也可能倾向于罗与缺乏降雨有关。然而,当我们看一下详细数据,干旱的热带森林似乎并没有那么强烈的影响温度本身;全球co2增量与降雨量的统计关系弱得多,而如果干旱如此重要我们cxpcct它会更强。不过,也有例外情况干旱与一些相关的厄尔尼诺现象似乎至少有一些影响碳释放在东南亚,在火灾由农民经常传播到热带雨林大面积燃烧,把烟和整个地区的阴霾。例如,如此广泛的火灾发生在印度尼西亚和马来西亚在部分地区干旱在1982/1983和2003/2004,他们关闭了陶氏n机场数百英里远的烟雾的来源。
厄尔尼诺事件弧通常强烈与大型全球co2增量。然而,cxccpt与强相关的非常极端的干旱和火灾,它看起来像厄尔尼诺通过带来更多高温影响森林的碳平衡(厄尔尼诺现象通常与温暖的条件主要热带雨林地区),而不是造成干旱。
的中纬度地区的森林美国、北欧和亚洲东北部似乎也扮演一个角色在CG2影响变化每年增加,但其效果较弱。热带地区也是相反的趋势:在温暖的年份中纬度森林往往更多的碳。这一趋势也相当复杂;特别酷的一年似乎关闭了腐烂的叶子和木头的地板上西伯利亚和加拿大的北方森林,因为如此少的衰变,释放更少的二氧化碳从这片森林垃圾到大气中。我bis超过抵消了较小的二氧化碳吸收,由于减少了光合作用的树叶在冷却器的一年。这样一年发生在在大1991/1992火山皮爆炸在菲律宾和改变在北半球气候与云的硫酸推到平流层。raybet雷竞技最新北方森林区域冷却,用更少的衰变的全球大气中二氧化碳增加在这一年是非常小。
在热带地区也有较弱而神秘的推迟两年温度的波动和波动在全球的忍耐力增量贡献。相比之下,“立即”(一年)热带地区温度对二氧化碳释放的影响,为期两年的滞后效应是相反的:它占用而不是释放更多的C ' 02在暖和的一年。认为这种滞后反应与温度对增加的影响回收森林生态系统的氮。在暖和的一年发生衰变,使氮沉迷于枯叶和其他材料森林地面发布硝酸盐和氨,可以再次使用的树木。这产生一个新的叶子的爆发性增长,木材大约两年后当树调整氮供应的增加;以及那些新叶子占大气中的二氧化碳,因为他们开始光合作用。
正如预期的那样,如果工厂和化石燃料碳烧给二氧化碳,大气中的氧浓度缓慢下降。的下降显示季节性摆动CQ2摆动的恰恰相反:在夏天
失踪的水槽并不像听起来那么神秘;没有人相信这个碳去外太空,或被吸到地球内部深处,所以它必须在某处齐特拉琴海洋或陆地生态系统。可能,它是一些简单的结果,计算吸收的熟悉过程中基本的错误在海洋和森林。然而,它可能是其他知之甚少机制的结果,如直接二氧化碳受精作用使现有森林生长速度比之前和积累碳(见第八章)。重要的是试图理解失踪的水槽,以预测未来可能的行为。比如,也许不久就会开始饱和,停止服用有限公司:,甚至逆转,开始释放碳?因此近年来有许多研究旨在缩小不确定性。这些包括涡流通量研究(下一节)。
缺失的一个重要线索水槽来自世界各地的平均二氧化碳浓度的详细测量。二氧化碳的浓度在北半球中纬度地区(欧洲、俄罗斯、中国、北美和大西洋北部)低于它应该是,考虑到计算速率二氧化碳应该是得到了进海水,温带森林。这种“泡”在有限公司:在北半球中纬度表明这是失踪的碳计算到哪里去了。它看起来像有一个尤其强烈吸收的二氧化碳在美国和加拿大的东部。尽管这些地区实际上是温室气体的主要来源的碳酸气,公司的数量?摆脱了这些应该远远大于实际,表明一些失踪。大多数工作在这个问题上的科学家们认为,额外的二氧化碳进入成熟森林在气候温和的地区,而他们只是把它比任何人预期的要快。可以尽管部分未予说明的碳被吸收在北大西洋,在这一地区,先前的研究co2吸收低估了海水中溶解速度。它也可能释放碳的估计热带森林间隙有点过高,倾向于扩大一个“缺口”(与大气中的二氧化碳积累),真的没有这么大的。
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