Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.2: Вплив людини на вуглецевий цикл

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28829

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Люди, як і всі інші живі організми, впливали на глобальний вуглецевий цикл з самого світанку нашого виду. Однак масштаби наших впливів кардинально змінилися протягом історії. Промислова революція, що сталася приблизно на рубежі 19 століття, почала вносити серйозні зміни у використанні ресурсів по всьому світу. Починаючи з Британії, індустріалізація врешті-решт торкнулася весь світ. Розвиток вугільної парової енергетики, а пізніше транспортування після відкриття великих родовищ нафти мали величезний вплив на економічний і соціальний устрій світу. У міру того, як світ прискорився у виробництві та транспортуванні промислових товарів, виробництво та споживання викопного палива зростали. Оскільки економічне зростання продовжувало зростати, зростало і виробництво вуглекислого газу шляхом спалювання викопного палива. Див. Рисунок\(\PageIndex{2}\) далі в цьому тексті.

    Деякі впливи людини на вуглецевий цикл були кількісно визначені для вас на малюнку 7.1.1. Зміни потоків у вуглецевому циклі, за які відповідають люди, включають: збільшення внеску CO 2 та інших парникових газів в атмосферу через спалювання викопного палива та біомаси; збільшення внеску CO 2 в атмосферу через землекористування зміни; збільшення розчинення CO 2 в океані через обмін океаном і атмосферою; і посилення наземного фотосинтезу. Перші два впливи, обидва сприяють надлишку CO 2 в атмосферу зі швидкістю 4 Gt вуглецю на рік, на сьогоднішній день мають найбільший вплив на нашу планету. З цієї причини саме на цій зміні ми найчастіше зосереджуємось у цьому розділі. Надлишок СО 2 в атмосфері відповідає за підвищене розчинення CO 2 в океані, про що ми поговоримо далі в цьому розділі. Це також частково відповідає за посилений наземний фотосинтез, який можна спостерігати, оскільки додаткові CO 2 доступні рослинам для фотосинтезу. Однак інтенсивна практика сільського та лісового господарства також сприяє зміні цього потоку.

    Один з характерних прикладів впливу людини на вуглецевий цикл проілюстрований на рис\(\PageIndex{1}\). Протягом більшої частини нашої недавньої історії людства люди фізично змінювали ландшафт навколо них, щоб мати більший контроль над своїм оточенням та збільшити свої шанси на виживання. Один із способів, яким люди це зробили, - це сільське господарство. Для того, щоб більшість форм сільського господарства були успішними, місцева рослинність ліквідується або зводиться до мінімуму. Ресурси цієї місцевої рослинності, такі як деревина, можуть бути використані для спалювання для забезпечення тепла, санітарії або палива для приготування їжі. Спалювання також може використовуватися як ефективний спосіб очистити землю та звільнити місце для сільськогосподарських культур або пасовищ для худоби. Нерідко навколо цих новомодних сільськогосподарських полів утворюються поселення, і земля використовується подібним чином протягом багатьох років в майбутньому.

    Давайте визначимо способи, якими люди впливають на вуглецевий цикл у цьому сценарії сільськогосподарського закладу. Ви повинні бути в змозі визначити з наведеного вище пункту, що потік горіння буде виділяти CO 2, раніше утримуваний в рослинності, в атмосферу. Крім того, пам'ятайте, що земля, яка раніше розміщувала рідну рослинність, зараз є домом для сільськогосподарських угідь. У більшості контрольованих сільськогосподарських середовищ загальна рослинна біомаса менше, ніж в природних умовах. Це зниження біомаси призводить до зниження загальної швидкості фотосинтезу, тим самим зменшуючи кількість CO 2, який видаляється з атмосфери і перетворюється на рослинну біомасу. Також відкритий грунт на полах між посівами, в зимові місяці або в результаті перепасу дозволяє повітрю проникати глибоко в структуру грунту. Це забезпечує середовище, необхідне для посиленого аеробного дихання ґрунтовими мікроорганізмами. Це зменшує вуглець ґрунту, що може призвести до ерозії та деградації ґрунту, а також виділяє додатковий CO 2 в атмосферу.

    Знімок екрана (87) .pngЗнімок екрана (88) .png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вплив слеш і спалювання сільського господарства і спалювання біомаси. а) Slash і спалити сільське господарство в Maaninka, Фінляндія. Цей вид сільського господарства все ще використовувався у Фінляндії наприкінці 1920-х рр. б) Slash та спалюйте сільське господарство на краю тропічних лісів Амазонки в Південній Америці, захоплених космонавтами на Міжнародній космічній станції в серпні 2014 року. Кредит: Фотографія астронавта ISS040-E-103496. c) Глобальний розподіл пожеж на біомасі, представлений червоними, помаранчевими та жовтими точками (світліші кольори вказують на більше пожеж), на основі нічних вимірювань, отриманих системою оперативних ліній DMSP. Кредит: Джулія Коул, Обсерваторія Землі НАСА

    Як ви дізналися в главі 5, біомаса є важливою формою енергії для людської цивілізації. До промислової революції це була, по суті, єдина форма палива, до якої більшість людей на Землі мали доступ. У багатьох менш промислово розвинених країнах спалювання біомаси, такої як деревина або гній тварин, все ще є основним джерелом енергії, від якого багато громадян, особливо в сільській місцевості, залежать від побутового використання (опалення, санітарії та приготування їжі), оскільки воно недороге, відносно ефективне та доступне . На малюнку\(\PageIndex{1}\) c показано глобальний розподіл пожеж на біомасі у світі. Хоча спалювання біомаси для побутового використання сприяє деяким із цих пожеж, більшим внеском є так зване сільське господарство. Приділіть хвилину, щоб порівняти райони, виділені на малюнку\(\PageIndex{1}\) c, з країнами світу, які в даний час переживають швидке зростання населення (Глава 3). Якщо вам потрібна освіта, використовуйте веб-сайт ЦРУ World Factbook, щоб переглянути поточні глобальні значення зростання населення за країнами: www.cia.gov/library/publicat... /2002rank.html.

    Хоча спалювання біомаси все ще має значний вплив на глобальний вуглецевий цикл, людський вплив на потоки, такі як видобуток і спалювання викопного палива, продовжує зростати. Огляд впливу невідновлюваних джерел енергії, таких як викопне паливо, див. Розділ 4. Спалювання будь-якого викопного палива (вугілля, природного газу, сирої нафти) переміщує вуглець з раніше секвестованого стану глибоко всередині земної кори в вуглекислий газ в атмосферу. Оскільки країни стають більш промислово розвиненими, їх залежність і спалювання викопного палива має тенденцію до зростання. Подивіться на графік на малюнку\(\PageIndex{2}\), який порівнює викиди CO 2 від викопного палива регіонів по всьому світу.

    Як змінилося використання та розподіл викопного палива протягом останніх 250 років?

    Знімок екрана (89) .png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Загальні щорічні викиди CO 2 від спалювання викопного палива 1850-2011 за світовим регіоном. Дані Центру аналізу інформації про діоксид вуглецю (CDIAC) cdiac.esd.ornl.gov/

    Дані, наведені на малюнку,\(\PageIndex{2}\) виявляють багато про регіони світу, які він зображує. Можна побачити наслідки історичних подій, таких як Велика депресія 1929-1939 років, світові війни, падіння Радянського Союзу в 1991 році та Кувейтські нафтові пожежі 1991 року. Крім того, між 1850 і 2011 роками різні регіони зайшли і вийшли з лідируючих позицій як провідний виробник CO 2 від викидів викопного палива. Населення є однією з причин, чому використання викопного палива змінювалося протягом усього часу. Це особливо очевидно при порівнянні даних для Західної Європи з даними Індії та Південно-Східної Азії.

    У міру індустріалізації країни змінюються і їхні стосунки з сільським господарством. Більш промислово розвинені країни дуже мало покладаються на сільське господарство. Однак їхня сільськогосподарська практика не менш впливає на навколишнє середовище. Зростаюче населення (Глава 3) у багатьох країнах вимагало промислового розвитку сільського господарства, щоб задовольнити попит. Як людина, яка живе в Сполучених Штатах, промислово розвинене сільське господарство, ймовірно, виробляє переважну більшість їжі, яку ви їсте, включаючи зерно, фрукти та овочі, молочні продукти та яйце, м'ясо та навіть рибу. Промислове сільське господарство може стосуватися різних практик, але має кілька основних компонентів: використання моторизованої техніки; використання хімічних речовин, таких як добрива, пестициди, гормони та/або антибіотики; і інтенсивне та ефективне виробництво одного продукту на великій площі землі.

    Знімок екрана (90) .png
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Викиди метану в США за джерелами. 36% виробництва метану в США надходить із сільського господарства: кишкова ферментація (виробництво метану анаеробними бактеріями в кишечнику жуйних тварин) та управління гноєм. Усі оцінки викидів з Інвентаризації викидів та поглиначів парникових газів США: 1990-2013. НАС ЕПА

    Одним із прикладів впливу промислового сільського господарства є виробництво метану (CH 4), потужного парникового газу. Ви дізнаєтеся більше метану про метан пізніше в цьому розділі. Як ви бачили раніше, метан є поширеним продуктом анаеробних метаболізмів. Кишка жуйних тварин (таких як овець, велика рогата худоба та кіз) еволюціонувала, щоб дозволити тваринам перетравлювати дуже жорсткі молекули вуглецю, такі як целюлоза, у траві. Вони роблять це через симбіоз, або співпрацю, з анаеробними бактеріями, які живуть у кишковому тракті. Ці анаеробні бактерії виробляють метан та інші гази в результаті їх метаболізму, коли вони розщеплюють молекули, такі як целюлоза. Це іноді називають кишковим бродінням. Газ метану виводиться з тварини, і це значно сприяє загальним викидам метану (рис.\(\PageIndex{3}\)). Подібний тип бактерій мешкає в калових масах, або гною, худоби. Оскільки гній переробляється або зберігається для подальшого використання, метан також виділяється в навколишнє середовище.

    Виділення метану однієї корови або декількох овець були б незначними і незначними. Якби ви були маленьким фермером з достатньою кількістю худоби, щоб прогодувати свою сім'ю, ваш внесок у загальні викиди метану був би близьким до нуля. Однак попит на тваринний білок з м'яса, молочних продуктів та яєць дуже великий у Сполучених Штатах. Станом на січень 2015 року в США загальний запас великої рогатої худоби становив 89,9 млн тварин, а в 2014 році в США було спожито 25,5 млрд фунтів яловичини (статистика: Національна асоціація яловичини скотарів). Вплив кишкового бродіння та поводження з гноєм для майже 90 мільйонів тварин є дуже значними, як показано на малюнку\(\PageIndex{3}\). В обох випадках вуглець, який раніше зберігався в біомасі (кормі для великої рогатої худоби), переміщується в атмосферу, на цей раз у вигляді СН 4. Це ще один приклад того, як люди вплинули на вуглецевий цикл.

    Раніше в цьому розділі ви визначили інші способи впливу вуглецевого циклу людського сільського господарства. Через промислово розвинене сільське господарство ми також повинні враховувати викопне паливо, яке використовується. Для доставки сільськогосподарської продукції споживачам викопне паливо використовується неодноразово: поставки добрив, кормів та/або насіння на ферми; сільськогосподарська техніка; доставка продукції до переробників; харчова промисловість; доставка продуктів харчування в супермаркети та ін.

    Оскільки продукти тваринного походження, особливо м'ясо, дорогі, попит, як правило, більший у більш промислово розвинених країнах, ніж у менш промислово розвинених країнах. Це робить промислово розвинене сільське господарство, і особливо промислово розвинене тваринництво, одним з основних факторів, що сприяють викидам парникових газів у більш промислово розвинених країнах.

    Перевірка знань - відповідайте на ці питання самостійно, щоб додатково вивчити вплив спалювання біомаси та викопного палива на глобальний вуглецевий цикл.

    1. Чому існує кореляція між темпами приросту населення та глобальним розподілом пожеж на біомасі?

    2. Як ви вважаєте, що ця кореляція більш імовірна через особисті пожежі на біомасі для таких видів діяльності, як приготування їжі, або через сільське господарство? Чому?

    3. Враховуючи будь-які інші знання, які ви можете мати про області, виділені на малюнку\(\PageIndex{1}\) c, які інші наслідки на навколишнє середовище можуть відбуватися тут, крім змін вуглецевого циклу?

    4. Порівняйте виробництво викидів CO 2 від спалювання викопного палива в регіонах світу в 1900, 1950 та 2011 роках на рис\(\PageIndex{2}\). Що враховувало ці відмінності?

    5. Чи рівномірно зросло загальне світове виробництво CO 2 з викопного палива відносно зростання людської популяції протягом періоду часу, показаного на малюнку\(\PageIndex{2}\)? Чому чи чому ні?

    6. Які відмінності у внесках викидів парникових газів від більш промислово розвинених країн та менш промислово розвинених країн? У чому подібність?

    Ресурси

    Діоксид вуглецю Інформаційний аналітичний центр cdiac.esd.ornl.gov/

    Науково-дослідна лабораторія системи Землі NOAA: Наука про вуглецевий цикл www.esrl.noaa.gov/дослідження/теми/карбон/

    Сасс, Рональд. Q2: Які причини глобальних змін клімату? OpenStax CNX. 22 вер 2009 р. http://cnx.org/contents/5d263a29-7bd...c233619bca33@3

    USDA Зміна клімату та сільське господарство в Сполучених Штатах: наслідки та адаптація www.usda.gov/oce/climate_chan... griculture.htm

    Огляд EPA США парникових газів: метан http://epa.gov/climatechange/ghgemis...gases/ch4.html

    Океанографічна установа Вудс-Хоул: вуглець навколо Землі http://www.whoi.edu/feature/carboncycle/

    Список термінів

    Аеробні

    Менш промислово розвинена країна

    Анаеробні

    Літосфера

    Автотроф

    Метан

    Біомаса

    Більш промислово розвинена країна

    Вуглець

    закис азоту

    Вуглекислий газ

    Океанська атмосфера

    Клітинний обмін дихання

    хлоропласт

    Фотосинтез

    горіння

    Потенційна енергія

    Споживання

    Первинний виробник

    розкладання

    водосховище

    Рівновага

    Час проживання

    флюс

    Жуйні тварини

    парникові гази

    Раковина

    гетеротроф

    Сльозоспалювальне сільське господарство

    Промислова революція

    Джерело

    Промислове сільське господарство