1. Лекция 4. Lect_04_Carbon_III Цикл углерода (продолжение). Проблема масштаба при анализе динамики во времени содержания СО2 в атмосфере. Углерод в океане. Сравнение с сушей. Биомасса и чистая первичная продукция (NPP). Карты распределения NPP в океане. Апвеллинг и даунвеллинг. Эль-Ниньо. Перенос углерода в глубины водной толщи: физико-химический и биологический насосы. «Петля Брокера». Углерод на суше. Почва. Изъятие человеком NPP с поверхности суши: картина глобального распределения.

2. Проблема масштаба scaling

3. май октябрь

5. Изменения CO 2 и температуры за 420 тыс. лет («Восток»)

6. Изменения CO 2 и температуры за 800 тыс. лет (EPICA)

7. Изменения содержания кислорода (наверху) и углекислого газа (внизу) за 600 миллионов лет PAL – Present Atmospheric Level

8. Эмиссия СО 2 определяет повышение температуры? или повышение температуры определяет эмиссию CO 2 ?

9. Углерод в океане Ежегодно связывается ≈ 92 Гт С возвращается в атмосферу ≈ 90 Гт С СО 2, взаимодействуя с молекулами воды, образует угольную кислоту, которая диссоциирует на СО 3 - и СО 3 2- В зависимости от рН соотношение сдвигается СО 3 2- + СО 2 + Н 2 О ↔ 2 НСО 3 -

10. Углерод в океане Буферная емкость океана ограничена: 1. Нехваткой катионов Ca 2+ и Mg 2+ (необходимы для образования известковых скелетов организмов) 2. Крайне слабым перемешиванием водной толщи (перемешиваемый слой – 100-200 м, средняя глубина океана - 3900 м)

12. Масса углерода живых организмов в океане: ≈ 1-2 Гт Масса углерода в виде детрита (POC – particulate organic carbon) в океане: ≈ 100 Гт Масса углерода в виде растворенного органического вещества (DOC – dissolved organic carbon) ≈ 1000 Гт

13. Биомасса организмов в океане ≈ 1-2 Гт С на суше ≈ 800 Гт С (600 - 1000) Чистая первичная продукция океана ≈ 60 Гт С год -1 (35 – 100) суши ≈ 57 Гт С год -1 (48 – 65)

14. Биомасса t Продукция ∆ t Первичная продукция (Primary production) Валовая продукция (Gross production - GP) Чистая продукция (Net production - NP) Дыхание (Respiration – R) NP = GP – R Net primary production - NPP

15. Что ограничивает первичную продукцию на большей части акватории Мирового океана?

16. Хлорофилл в июне http://earth.rice.edu/mtpe/bio/biosphere/hot/chl_s.html Credit: NASA/GSFC

17. Хлорофилл в январе http://earth.rice.edu/mtpe/bio/biosphere/hot/chl_s.html Credit: NASA/GSFC

18. Глобальное распределение хлорофилла (среднее за год) Глобальное распределение температуры поверхности океана

19. Redfield ratio (соотношение числа атомов в веществе океанического планктона) C : N : P 106 : 16 : 1

20. Для перемещения углерода из поверхностных вод в глубинные существуют: 1) Физико-химический «насос» (термохалинный механизм) 2) Биологический «насос» (вертикальные миграции зоопланктона, опускание фекальных пеллет)

21. Подъем водных масс – апвеллинг (upwelling) Обычно около западных берегов континентов Самый знаменитый апвеллинг – Перуанский Эль-Ниньо – перекрывание апвеллинга теплыми Тихого океана Опускание водных масс (downwelling)

22. Петля Брокера

25. Смена ветров и перекрытие апвеллинга в случае Эль- Ниньо

26. Положение апвеллингов

27. «Цветение» воды в районе Перуанского апвеллинга

28. Биологический насос Biological pump

30. Joe Roman, James J. McCarthy The whale pump: marine mammals enhance primary productivity in a coastal basin // PLoS ONE. 2010. V. 5(10): e13255.

31. Кит горбач (Megaptera novaeangliae) Снимок Марии Шевченко. Близ о-ва Беринга (Командорские острова)

32. Джой Роман (Joe Roman) из Университета штата Вермонт в заливе Мэн (Сев.-Зап. Атлантика) http://www.uvm.edu/~uvmpr/?Page=News&storyID=17125Joe Roman http://www.uvm.edu/~uvmpr/?Page=News&storyID=17125

33. УГЛЕРОД НА СУШЕ

34. Rattan Lal Carbon sequestration // Phil. Trans. R. Soc. B 2008 363, 815-830

35. УГЛЕРОД НА СУШЕ общая биомасса организмов ≈ 800 Гт С (600 - 1000) Чистая первичная продукция ≈ 57 Гт С год -1 (48 – 65)

37. Общая биомасса организмов в океане ≈ 2 Гт С на суше ≈ 800 Гт С (600 - 1000) Чистая первичная продукция океана ≈ 60 Гт С год -1 (35 – 100) суши ≈ 57 Гт С год -1 (48 – 65)

38. Г.А.Заварзин «Лекции по природоведческой микробиологии» ПОЧВА – корнеобитаемый слой на поверхности суши

39. ПОЧВА появилась только при освоении суши растениями ≈ 300 миллионов лет тому назад (уже в полностью оксигенированной атмосфере)

40. ПОЧВА своими органическим веществом ПРИРАСТАЕТ ИЗ ВОЗДУХА

41. ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗА если целлюлоза разлагается исключительно прокариотами, то лигнин – эукариотами, причем в аэробных условиях Разложение лигнина и целлюлозы – лимитирующее звено в круговороте углерода в наземных экосистемах

42. За год человек на суше изымает первичной продукции в сумме 11.54 × 10 15 г углерода, или 20.32% всей годовой чистой первичной продукции

43. Производство пищи требует изъятия в год 4.09 × 10 15 г углерода, а использование растений в качестве топлива примерно столько же - 4.31 × 10 15 г

44. Для развитых стран потребление NPP составляло 3.2 т С в год на человека Для развивающихся (а это 83% всего населения Земли) – 1.8 т С в год на человека

45. Human appropriation of terrestrial net primary production (HANPP)