Quan sát các đồng vị các-bon làm cho nó có thể hiểu tại sao hàm lượng CO2 trong khí quyển liên quan mật thiết đến chu kỳ băng hà • Alexey Gilyarov • Tin khoa học về “Các nguyên tố” • Khí hậu, Sinh thái học, Glaciology

Quan sát các đồng vị các-bon làm cho nó có thể hiểu tại sao hàm lượng CO 2 trong khí quyển liên quan chặt chẽ đến chu trình băng.

2trong 25 nghìn năm qua ') "> 2trong 25 nghìn năm qua "border = 0>

Sơ đồ tổng quát cho thấy động lực của CO trong không khí2 trong 24 nghìn năm qua (đường đỏ); hàm lượng đồng vị cacbon13C trong CO2 (rộng màu xanh lá cây ribbon; chiều rộng băng tương ứng với khoảng tin cậy); hàm lượng oxy nặng18Oh trong không khí (đường màu đen ở đầu: theo lõi băng ở Greenland); hàm lượng deuterium trong băng (đường màu xanh bên dưới: theo lõi băng ở Nam cực). Chỉ số cuối cùng là ước tính nhiệt độ: dòng càng cao, nhiệt độ càng cao. Sọc dọc màu xanh một giai đoạn nóng lên nhanh chóng (17–15 nghìn năm trước) đã được nhấn mạnh, có thể có liên quan đến việc phát hành CO2trước đó tích lũy trong các lớp sâu của cột nước biển. Sọc dọc màu xám Khoảng thời gian (12-7 nghìn năm trước) về sự gia tăng nhanh chóng hàm lượng đồng vị cacbon được nhấn mạnh. 13C trong CO2. Nhiều khả năng, điều này là do sự phân đoạn của các đồng vị trong quá trình quang hợp thực vật trên cạn, khối lượng phát triển nhanh chóng. Trong quá trình quang hợp, CO được hấp thụ chủ yếu.2 đồng vị cacbon nhẹ hơn12C và CO2 đồng vị nặng13C tích lũy như không sử dụng. Bật trục abscissa số không (bên trái) tương ứng với thời điểm hiện tại. Hình ảnh từ bài viết: E. Brook. Câu đố carbon băng trong Khoa học

Sự phát triển của carbon dioxide trong khí quyển sau khi kết thúc quá trình đóng băng cuối cùng có thể là do sự bắt đầu của sự pha trộn của đại dương và sự xâm nhập vào các lớp bề mặt của cacbon vô cơ mà trước đây tích tụ ở độ sâu của cột nước. Đánh giá bởi động lực dài hạn (kéo dài 24 nghìn năm) của hàm lượng tương đối của một đồng vị cacbon nặng 13C, carbon dioxide bị ràng buộc bởi thực vật phù du sống gần bề mặt trong một thời gian rất dài, ngay cả trước khi bắt đầu băng hà cuối cùng. Nội dung bị giảm 13C trong khí quyển, bắt đầu từ 17,5 nghìn năm trước, kéo dài hai nghìn năm, sau đó được thay thế bằng một sự tăng nhẹ và một cuộc suy thoái mới. Sau đó, 12 nghìn năm trước, đã bắt đầu tăng trưởng ổn định trong nội dung 13C. Nó được gây ra, rõ ràng, bởi sự quang hợp mạnh mẽ của thảm thực vật trên mặt đất, mà chủ yếu liên kết với một đồng vị cacbon nhẹ hơn. 12C. Theo đó, việc sử dụng không đúng mức 13C tích lũy trong khí quyển.

Theo tiêu chuẩn địa chất, gần đây, chỉ có 20 nghìn năm trước, Trái đất vẫn đang trải qua đợt băng hà mạnh cuối cùng.Phần lớn châu Âu và Bắc Mỹ được phủ một lớp băng dày. Mực nước biển thấp hơn 120 m so với hiện tại và nồng độ CO2 (CO)2) trong không khí chỉ 190 ppm (một phần triệu, một phần triệu), và không phải 390 ppm, như bây giờ. Dữ liệu từ việc phân tích các lõi (cột) của băng từ Nam cực cho thấy rằng trong 800 nghìn năm qua, động lực của nội dung CO2 trong không khí tương quan chặt chẽ với sự thay đổi nhiệt độ (xem: Băng Nam Cực nói về hàm lượng của mêtan và CO2 trong bầu khí quyển của Trái Đất trong 800 nghìn năm qua, "Yếu tố", 22.05.2008). Kể từ CO2 – khí nhà kính quan trọng nhất, rõ ràng là sự gia tăng nồng độ của nó sẽ dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, không phải mọi thứ đều đơn giản như vậy, bởi vì với nhiệt độ gia tăng, dòng khí cacbon điôxit vào khí quyển tăng lên, được hòa tan trong vùng nước bề mặt của đại dương. Ngoài ra, khi nóng lên làm tăng cường độ hô hấp của sinh vật (đặc biệt là vi khuẩn và nấm sống trong đất). Điều này cho phép CO2, một khi bị ràng buộc bởi thực vật trong quá trình quang hợp.

Mặc dù mọi người đều thừa nhận rằng giữa nội dung CO2 và nhiệt độ có một phản hồi tích cực, nó không phải là dễ dàng để tìm ra nguyên nhân trong từng trường hợp cụ thể là gì, và kết quả là gì.Tuy nhiên, một số tiến bộ trong việc giải tán mối quan hệ tương tác này là hiển nhiên (xem, ví dụ: Sự nóng lên toàn cầu sau lần đóng băng cuối cùng đi kèm với sự gia tăng nhanh chóng hàm lượng CO2 trong không khí, "Elements", 20/04/2012). Rõ ràng, không có sự sưởi ấm không thể đảo ngược của bề mặt Trái đất, và điều đó tốt, nếu không cuộc sống có thể đã kết thúc ở đó. Hâm nóng, may mắn thay, tiếp theo là cái lạnh. Độ đều đặn của sự luân phiên của các thời kỳ băng hà và liên băng (ít nhất là trong những triệu năm trước) được thiết lập bởi những thay đổi định kỳ trong quỹ đạo của Trái Đất, cái gọi là chu kỳ Milankovitch. Vì những thay đổi trong các đặc điểm quỹ đạo là quá yếu để gây ra việc tái cơ cấu toàn cầu của toàn bộ khí hậu, phải có các cơ chế nhân lên các hiệu ứng ban đầu. Việc tìm kiếm các cơ chế này là một nhiệm vụ quan trọng, mà các nhà nghiên cứu ở các quốc gia khác nhau chú ý nhiều.

Đặc biệt, tác phẩm được xuất bản gần đây của Jochen Schmitt từ Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu được đặt tên sau N. Eschger (Hans Oeschger) tại Đại học Bern (Thụy Sĩ).Cùng với các đồng nghiệp từ cùng một trường đại học, cũng như từ các tổ chức khoa học ở Đức và Pháp, Schmitt đã phân tích chi tiết dữ liệu về động lực lâu dài (hơn 24 nghìn năm) của nội dung đồng vị cacbon ổn định 13C, là một phần của CO2 không khí. Nguyên liệu gốc là lõi băng từ hai điểm ở Nam cực. Do kích thước nhỏ của mẫu, xác định định lượng hàm lượng đồng vị 13C không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, nhưng các tác giả đã có thể vượt qua một số khó khăn bằng cách sử dụng một sửa đổi của phương pháp thăng hoa. Thời kỳ được các tác giả xem xét đã kết thúc sự đóng băng mạnh cuối cùng (bắt đầu từ 24 nghìn năm trước), sự nóng lên nhanh chóng tiếp theo (17-12 nghìn năm trước), và sau đó ổn định cho đến nay. Khi "hiện tại căng thẳng", đó là, kết thúc của các quan sát, nó đã được thông qua vào năm 1950, khi sự tăng trưởng của CO2liên quan đến việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, chưa được nhanh như vậy.

Thay đổi CO khí quyển2 carbon đồng vị nặng 13C (dòng trên cùng) và nội dung CO2 trong khí quyển (dòng dưới cùng) trong 24 nghìn năm qua. Các chấm màu khác nhau chỉ ra các giá trị cụ thể thu được trong các phòng thí nghiệm khác nhau bằng các phương pháp khác nhau. Màu xám cho thấy các khoảng tin cậy mô tả sự phân tán dữ liệu. Độ tuổi được đưa ra trong hàng ngàn năm từ thời điểm hiện tại (từ năm 1950), nội dung 13C – tính bằng ppm trên thang điểm của VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite, thành phần đồng vị cacbon tiêu chuẩn Vienna), hàm lượng CO2 – trong ppmv (phần triệu theo khối lượng). Hình ảnh từ bài báo được thảo luận Schmitt J., et al. Ràng buộc đồng vị cacbon trên CO tuyến tính2 tăng từ lõi băng trong Khoa học

Phân tích động lực nội dung đồng vị 13C cho phép bạn đi đến một số kết luận nhất định về nguyên nhân tức thời của việc tăng hoặc giảm nồng độ CO2 trong bầu khí quyển. Thực tế là trong quá trình một số phân đoạn đồng vị phản ứng sinh hóa xảy ra (tách). Vì vậy, trong quá trình quang hợp, thực vật (hoặc tảo phù du vi mô và vi khuẩn lam) tiêu thụ chủ yếu CO.2 đồng vị cacbon nhẹ hơn 12C. Theo đó, hàm lượng tương đối của đồng vị nặng 13C trong môi trường (không khí hoặc nước) tăng lên.

Kết quả thu được của Schmitt và các đồng nghiệp cho thấy rằng với sự gia tăng nồng độ CO2 khoảng 17,5 nghìn năm trước nội dung đồng vị 13C bắt đầu giảm mạnh. Sự suy giảm này tiếp tục trong khoảng 2 nghìn năm, với tổng nồng độ CO2 trong bầu không khí tại thời điểm đó đã tăng lên.Điều quan trọng là các nhà nghiên cứu hiểu được CO từ đâu đến.2cạn kiệt trong đồng vị carbon nặng CO2. Nhiều khả năng, nó tích lũy trong một thời gian dài trong các lớp sâu của đại dương, và sau đó là kết quả của việc bắt đầu trộn nó hóa ra là ở vùng nước bề mặt, từ đó nó đã thoát vào khí quyển. Câu hỏi không tự nguyện nảy sinh: tại sao CO lại tích lũy ở độ sâu của đại dương?2cũng như các dạng carbon vô cơ khác (HCO)3 và CO32-), có nội dung tương đối thấp 13C? Hầu hết mọi người đều đồng ý rằng rất có thể CO này2 là sản phẩm hô hấp của các sinh vật phân hủy chất hữu cơ, được hình thành trong quá trình quang hợp ở các lớp trên của đại dương, nhưng sau đó dần dần hạ xuống. Có thể là sự tổng hợp chất hữu cơ xảy ra từ lâu, ngay cả trước khi bắt đầu băng hà cuối cùng, sớm hơn 24 nghìn năm trước. Không có sự đồng thuận rằng động lực cho sự pha trộn của cột nước bắt đầu 17,5 nghìn năm trước đã không được, và đây có lẽ là điểm dễ bị tổn thương nhất trong toàn bộ giả thuyết.

Hơi muộn sau, 16 nghìn năm trước, sự suy giảm 13C ngừng lại và thậm chí tăng nhẹ, sớm được thay thế bằng một sự suy giảm nhẹ mới (xem hình trên). Lý do cho những biến động yếu này không rõ ràng, và khoảng thời gian tương ứng được gọi là "khoảng thời gian huyền bí".Nhưng 12 nghìn năm trước đã bắt đầu tăng đều trong nội dung tương đối 13C, kéo dài khoảng 6 nghìn năm, sau đó ổn định bắt đầu, đạt đến một cao nguyên tương ứng với mức độ hiện đại. Sự gia tăng này là do các tác giả cho sự phát triển của thảm thực vật trên mặt đất, với lượng tiêu thụ lớn trong quá trình quang hợp carbon dioxide chứa đồng vị nhẹ hơn – 12C. Theo đó, nặng 13C tích lũy trong khí quyển.

Công việc của Schmitt và các cộng sự không đưa ra câu trả lời dứt khoát cho nhiều câu hỏi nảy sinh, nó không tính đến, ví dụ, những ảnh hưởng liên quan đến việc phát hành CO2 từ các lỗi kiến ​​tạo (trong quá trình phun trào núi lửa và do sự tuyệt chủng dần dần). Tuy nhiên, nó cho thấy những cách có thể để phân tích sâu hơn, và điều này thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu.

Nguồn gốc của: Jochen Schmitt, Robert Schneider, Joachim Elsig và cộng sự. Ràng buộc đồng vị cacbon trên CO tuyến tính2 tăng từ lõi băng // Khoa học. 2012. V. 336. P. 711-714.

Xem thêm:
Edward Brook. Câu đố carbon băng hà // Khoa học. 2012. V. 336. P. 682-683.

Alexey Gilyarov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: