О глобальном потеплении

lexa - 27/Фев/2013 11:10

Тут в одной дискуссии о глобальном потеплении и палеоклимате всплыла тема оледенения в позднем палеозое и о пике содержания кислорода в атмосфере, который в это время был.

Из этого пика существуют интересные следствия. Следите за руками.

Тезис: количество кислорода в атмосфере "равно" количеству сохраненной органики. Равно - в том смысле, что если всю ископаемую и сохраненную (в болотах и т.п.) органику выкопать и сжечь, то как раз весь кислород из атмосферы и употребим. Естественно, речь идет о всей органике, включая рассеяную, а не только о "месторождениях" (т.е. концентрированных местах, откуда выгодно добывать).

Обоснование тезиса простое: в первичном веществе Земли свободного кислорода не было (все окисленное) единственный значимый способ его получения - фотосинтез. Мертвые растения или практически сразу сгнивают, поглощая ровно то количество кислорода, которое выработали при жизни, или захораниваются в каком-то виде.

Следствие: Оценим общее количество этой самой органики, считая что все в виде чистого углерода. Масса атмосферы - 5*1015 тонн, кислорода - 1/5, на окисление 12 граммов углерода нужно 32 грамма кислорода. Следовательно, количество ископаемой органики 0.375*1015 тонн или 375 тысяч миллиардов тонн. Сейчас человечество добывает и сжигает порядка 15 млрд тонн в год (нефть+уголь в районе 13 млрд, дрова не считаем, сколько-то еще торфа и прочих горючих сланцев), значит ископаемого топлива (и кислорода атмосферы) хватит (если все подобрать до копейки) на 25 тысяч лет при сохранении текущего уровня потребления.

Обратимся теперь к каменоугольному периоду. На пике содержание кислорода в атмосфере доходило до 35% (пруфлинк с графиком). Считая атмосферный азот константным, это означает, что общее количество кислорода в атмосфере было примерно вдвое выше нынешнего: если мы добавим еще столько же кислорода, его станет 0.4 кг/см2, общее давление - 1.2 атм, т.е. кислорода ~33.3% (я не считаю точно, важен порядок величины: кислород потяжелее воздуха, но разница между молярной массой 32 и 29 /средней у воздуха/ не настолько велика, чтобы дало большую разницу).

Следовательно, за каменноугольный период отложилось еще столько же "дополнительной" захороненной органики, сколько у нас есть сейчас: 375 тысяч миллиардов тонн, если считать что это все - каменный уголь. Где же этот уголь сейчас? Да весь окислился, сгорел. Посмотрел Кератоцефалус (на картинке) вокруг, холодно (оледенение же), и сказал "Господь, жги!".

Господь зажог, и кислород с углекислотой вернулись к палеозойской норме: кислорода процентов 15, углекислоты в атмосфере - в районе 1500 ppm (в 4-5 раз выше текущей). И ничего фатального - не произошло (массовое вымирание всего случилось заметно позже, на границе Перми и Триаса), климат слегка потеплел, но совершенно не фатально, несколько градусов.

А что же случилось с углеродом, спросит вдумчивый читатель? Да ничего особенного, отложился в виде карбонатов (известняков и доломитов).

Comments

alll (not verified) - 27/Фев/2013 11:16

> А что же случилось с углеродом, спросит вдумчивый читатель? Да ничего особенного, отложился в виде карбонатов (известняков и доломитов).

В карбонатах кислорода связано даже больше, чем в углекислоте, кстати. CO3 vs CO2. Так что ответив на вопрос "куда делся углерод" снова возвращаемся к вопросу "откуда взялся кислород". :)

lexa - 27/Фев/2013 11:27

Я не понял вот этого вот:
> В карбонатах кислорода связано даже больше, чем в углекислоте, кстати

Вот у нас есть CaO (не металлический же) ну там из силикатов достали в (условно) таком виде, добавляем к нему CO2, получаем мел.

А свободный кислород берется только из фотосинтеза. И относительно всей массы земного вещества - его же микроскопические количества (масса атмосферы - одна миллионная от массы земли). И неокисленных углерода/водорода - столь же микроскопические количества.

alll (not verified) - 27/Фев/2013 11:44

Чтобы свободный кислород взялся из фотосинтеза, нужно откуда-то взять свободный CO2. А он - как утверждается, - со времён после палеозоя связан в карбонатах. Хотя в атмосфере с тех же пор несколько процентов кислорода прибавилось. Ну то-есть углерод за это время в заметном количестве связывался не только в карбонатах, очевидно.

Опять же, что биосфера переживёт что потепление, что похолодание - сомнений вроде ни у кого нет. Проблему афаик усматривают в экономических эффектах, например затоплении уютненьких благоустроеных прибрежных территорий или перетасовывании земель сельхозназначения. Каковые эффекты кератоцефалуса не заботили по-определению.

lexa - 27/Фев/2013 12:07
Ну углерод - есть в каком-то количестве. В первичном веществе был, в первичной атмосфере был, но все в окисленной форме. Так как вся жизнь - это тонкая пленка плесени на поверхности земли (всей биомассы, согласно википедии, ~2*1012 тонн, в 2500 раз меньше чем атмосферы, 0.4 грамма на квадратный сантиметр поверхности), то углерода на такое количество мы без проблем наскребем.

kika (not verified) - 27/Фев/2013 11:17

научное определение: глобальное потепление это такое явление, которое даже Тутубалина заставит написать что-то про геохимию.

lexa - 27/Фев/2013 11:28

У меня 18 опубликованных статей по геохимии. Ну то есть на момент составления списка две были In press, но наверное уж напечатали.

kika (not verified) - 27/Фев/2013 11:35

это сарказм™

gigacyan (not verified) - 27/Фев/2013 14:07

Интересно, что кислород упал с 35% до 15, а углекислый газ поднялся лишь до 1.5 - то есть, откладывался "быстрее", чем высвобождался. А насколько были важны другие стоки кислорода из атмосферы, кроме горения? Сульфиты, например? Чтобы понять, какой вклад в падение концентрации кислорода внесло именно горение, а какой - уменьшение числа деревьев.

Судя по графику - Господь жёг 50 миллионов лет. Сейчас всё происходит гораздо быстрее, поэтому биосфере будет сложнее подстроиться.

lexa - 27/Фев/2013 14:13

Ну правильно - углекислый газ быстро связывается в океан, в карбонаты и так далее.
И почти все образовавшееся - связалось. Кроме ~0.12% (1200ppm).

При этом, система забуферена по CO2 (карбонаты - океан - атмосфера) и содержание CO2 в атмосфере определяется температурой (а не наоборот). Даже при нынешнем темпе поступления CO2 в атмосферу (~30 гигатонн добавка от человека) 2/3 из добавки успевают связаться, прирост в районе 2 ppm или 10 гигатонн.

Про сульфиты - не понял. Сульфитов в природе в существенных количествах нету, по-моему. На поверхности, в присутствии свободного кислорода - сульфаты.

А вообще - мой поинт в том, что при количестве углекислоты в атмосфере в разы выше нынешнего - был, к примеру, Эоценовый Климатический Оптимум, когда на экваторе было чуть теплее, чем сейчас, а на полюсах - заметно теплее. И чем этот оптимум не нравится, почему нужно жить именно в ледниковом периоде (т.е. с полярными шапками) - мне непонятно.

gigacyan (not verified) - 27/Фев/2013 14:38

Я просто представил, что до фотосинтеза атмосфера на Земле была восстановительная и сера существовала в виде сульфидов (не сульфитов, это я перепутал, конечно). Сульфиды, в основном, нерастворимы, окисляются медленно, поэтому их и сейчас хватает. Но вот в масштабе миллионов лет - будут ли они значительно окисляться, или реакция слишком медленная?

lexa - 27/Фев/2013 14:53

Интересно - нашел что в поступающей (из глубин) сере, примерно поровну сульфатной и сульфидной.

Bushman - 27/Фев/2013 16:01

Ну, в космическом масштабе можно и без шапок. А так - белого медведя и овцебыков по-человечески жалко. Если первый еще может как-то адаптируется и начнет пастись исключительно на суше, то вторые точно вымрут, как чуть ли не последние представители чисто ледниковой фауны, рассматривающие лето как временные проблемы, а не наоборот.

lexa - 27/Фев/2013 16:29

Овцебыков же разводят где-то на Колыме? Там летом - тепло.

Остричь - и нормально будет.

Bushman - 27/Фев/2013 18:30

Ну, "разводят" их много где, в том смысле, что выпускают в природу и не трогают, а действительно разводят, на ферме - это только на Аляске. Так что они дикие и к стрижке не особо пригодны.
Короткое теплое лето с холодными ночами они выдерживают, длинное - фигово, у норвегов они живут не ниже 1000 метров, но и то, когда несколько лет назад было жаркое лето, много перемерло. При мне на 1200м в июле на 62й параллели при +14 они постоянно охлаждались на снежниках после каждого обгрызания листьев и далеко от этих снежников в солнечную погоду не сваливали.
(Как-то вот так http://farm9.staticflickr.com/8289/7543216556_1bc7f9257e_b.jpg )
Опять же, им для питания требуется тундровая растительность, максимум - ивняк метров до трех высотой. Теплое лето же способствует тому, чтобы деревья вырастали нормальной высоты, а в жирафов они точно не эволюционируют.

lpauzner (not verified) - 01/Мар/2013 01:42

Не удержался, поискал в гугле фотографии овцебыков - красота!

Bushman - 01/Мар/2013 20:18

Живьем всяко лучше :)
Как говорится, Velkommen til Dovrefjell, например.

Serge (not verified) - 27/Фев/2013 15:42

А как дела с кислородом, ушедшим на окисление железа?
Есть еще такая вещь как фотолиз воды.
Наверное, еще сколько-то в космос улетает.

lexa - 27/Фев/2013 15:46

А откуда возьмутся значимые количества неокисленного железа?

wrest (not verified) - 27/Фев/2013 18:03

Насколько я понимаю, при сохранении текущих темпов сжигания человечеством углеводородов, содержание кислорода в атмосфере будет увеличиваться ибо фотосинтез растениями производит его покашта больше, чем человечество сжигает.

А кстати, кислород же ещё запасен в мировом океане. А количество отложений органики в мировом океане наверное "равно" количеству кислорода в нём же? :-))

Где-то я читал, что человечество понадобилось растениям чтобы окислить накопившийся углерод, чтобы растениям было достаточно CO2 для фотосинтеза как в старые добрые времена :-)

lexa - 27/Фев/2013 18:14

Согласно википедии, "масса гидросферы в 275 раз больше массы атмосферы". Растворимость кислорода - порядка 10 мг/литр т.е. 10E-5. Как следствие, количеством кислорода в океане можно пренебречь.

Но кислород в моем тексте - только для оценки количества захороенной органики (как на суше, так и на дне океана, похрен где). Как иллюстрация того факта, что сжигание (за долгий период, конечно) этих бешеных тысяч миллиардов тонн - не привело к чудовищному глобальному потеплению.

wrest (not verified) - 27/Фев/2013 18:48

Так потепление оно же не от сжигания напрямую, а от того, что коэффициент поглощения излучаемого Солнцем тепла Землей увеличивается. А увеличивается он от парниковых газов. А парниковые газы -- это водяной пар, диоксид углерода, метан, озон.

Засада - метан, а не СО2.

lexa - 27/Фев/2013 19:00

Ну вот практика такая, что тот самый Эоценовый Климатический Оптимум - это от 750 до 1500ppm углекислоты в атмосфере. В 2-4 раза выше, чем сейчас. И ничего.

А про метан - вот википедия пишет, что он "traps 25 times more heat per mass unit than carbon dioxide".
А содержание в атмосфере - примерно в 500 раз ниже (400-700 частей на миллиард, против 200-400 на миллион, причем это объемные части, значит массовые - еще вдвое ниже).
Сдается мне, что значение метана в текущих условиях - преувеличено.

Вот есть телега, что палеоценовое глобальное потепление (действительно теплое) - за счет массового выхода метана из гидратов. Ну, может быть. Непонятно как проверить.

wrest (not verified) - 27/Фев/2013 23:44

>Сдается мне, что значение метана в текущих условиях - преувеличено.
Ну вот я в википедии вычитал другое: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%...

а именно что "Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон" то есть метан уже сейчас на третьем месте.

а поскольку метан в 20 раз эффективнее CO2 по парниковому эффекту, то и засада - в метане.

первая же положительная достаточно длинная флуктуация в сторону потепления запустит массовое образование метана из органики, скопившейся в тундре (где мамонты ходили, а потом внезапно все замерзло да так и осталось там в "вечной" мерзлоте, и всё это сгниёт, то есть преобразуется в метан, при первой же возможности), возникнет положительная обратная связь и всё, пиши "пропало".

lexa - 28/Фев/2013 09:40

Чтобы засада была в метане - динамика по метану должна быть большей, чем 1/25-я по CO2.
Пока же этого не наблюдается: за 25 лет наблюдений все увеличение метана - 150 частей на миллиард, что эквивалентно 150*25/1000 = 3.75 ppm углекислоты. Т.е. динамика по метану - в ~10 раз менее "пропащая", чем по CO2.

первая же положительная достаточно длинная флуктуация в сторону потепления запустит массовое образование метана из органики, скопившейся в тундре (где мамонты ходили, а потом внезапно все замерзло да так и осталось там в "вечной" мерзлоте, и всё это сгниёт, то есть преобразуется в метан, при первой же возможности), возникнет положительная обратная связь и всё, пиши "пропало".

1) Гниение - это не пеработка в метан. Метана выделяется немного, окисляется до воды-углекислоты

2) Давай обратимся к науке "историческая геология", которая говорит нам, что за мезозой-кайнозой оледенение, при котором мы живем - первое. А норма для Земли в течение этих ~250млн лет - гораздо теплее (и гораздо больше парниковых газов).

3) Атлантический климатический оптимум, самый недавний, описанные тобой процессы - не запустил. А жалко, было бы потеплее.