自然地理学-12.碳循环与全球变化

0.087%）
• 沉积岩中7.6×1023g (含有机化合物 1.56 ×
1022g，碳酸盐6.5×1022g)
• 全球近地表活动的碳源总量约40×1018g,可提
取的化石燃料含碳约4×1018g;
• 平衡状态下，海水含碳量是大气的56倍。
地球上的碳库
（×10亿吨）
沉积岩80,000,000 海洋水和有机体40,000 矿物燃料（石油、天然气和煤）4,000 土壤中的有机物1,500 大气825 陆地上的植物580
四、尊重各缔约方的可持续发展权；
五、加强国际合作，应对气候变化的措施不能成为
国际贸易的壁垒。
《京都议定书》规定
到2010年，所有发达国家二氧化碳等6种温室 气体的排放量，要比1990年减少5．2％。 各发达国家从2008年到2012年必须完成的削 减目标是：与1990年相比，欧盟削减8％、美 国削减7％、日本削减6％、加拿大削减6％、东 欧各国削减5％至8％。
温 室 气 体 增 加 与 全 球 变 化
温室气体与全球变化
温室气体 工业革命前 （1750） CO2 280ppm CH4 700ppb
1745ppb
N2O 270ppb
314ppb
目前（2009） 386ppm
CO2的温室作用
• 二氧化碳能阻挡长波辐射 • 形成温室效应的气体，除二氧化碳 外，还有其他气体。其中二氧化碳 约占75％（或64%）、氯氟代烷约 占15%～20％，甲烷约占19%、此外 还有一氧化氮等30多种。
——所谓化石燃料经济时代，人类不是在 创造财富，而是在坐享其成；患能源枯竭， 更患环境溃疡。
欣欣向荣？
全球气候变化的基本事实
380
370 360
379 ppmv
夏威夷Mauna Loa观象台 测量的大气CO2浓度变化
CO2
浓 度 (ppmv)
350 340 330 320
( updated from Keeling and Whorf, 2004 )
新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在 1990年水平上。 允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量比1990 年分别增加10％、8％和1％。
规定和执行：
• 《京都议定书》需要在占全球温室气体排放量 55％以上的至少55个国家批准，才能成为具有 法律约束力的国际公约。中国于1998年5月签 署并于2002年8月核准了该议定书。欧盟及其 成员国于2002年5月31日正式批准了《京都议 定书》。2004年11月5日，普京在《京都议定 书》上签字。截至2005年8月13日，全球已有 142个国家和地区签署该议定书，其中包括30 个工业化国家，批准国家的人口数量占全世界总 人口的80％。
碳循环的途径和机制：岩石圈-水圈
水中含有CO2 ， 溶解力大为提高： CO2+H2O=H2CO3=H-+HCO3H2CO3+CaCO3=Ca2++2HCO3反过来，海水中却能形成碳酸钙，然后沉积： Ca+++2(HCO3-)= CaCO3+H2O+CO2 岩石圈物质由河流带入海洋，其中CaCo3沉积速率为 0.11g/cm2.ka； 海洋生物的骨骼（主要为CaCo3）沉积速率为 1.3g/cm2.ka；
地壳元素丰度
F.W.克拉克等1924年估计地壳10km以上为95%岩 浆岩、4%页岩、0.75%砂岩、0.25%石灰岩； 岩浆岩的平均化学成分代表地壳的化学成分。 采集世界各地5159个样品，测试得出地壳岩浆岩 的平均元素丰度。
氧硅铝铁钙钠钾镁（养闺女贴给哪家美？）
全球碳分布
• 碳总量：1023g (占地球质量5976×1024g的
0.03
0.000001 100
0.05
100
碳循环的创新途径：岩石圈-大气圈
人类将地球数亿年间形成的碳，在
短短百年间挖掘释放于大气圈，致 使CO2猛增，导致全球变暖。
地球数亿年积累的财富，一朝散尽
• • • • • 煤：9090亿吨，可开采200年 石油：1211亿吨，可开采40年 天然气：119亿方，可开采60年 年排放CO264亿吨 大气中年积累3.2Gt,其余莫知所终
人类应对排放举措
• 1992联合国气候变化公约框架
UNFCCC
• 1997东京议定书Kyoto Protocol
• 2007巴厘路线图Bali Roadmap • 2009哥本哈根会议
《联合国气候变化框架公约》目标
一、“共同而区别”的原则，要求发达国家应率
先采取措施，应对气候变化； 二、要考虑发展中国家的具体需要和国情； 三、各缔约国方应当采取必要措施，预测、防止 和减少引起气候变化的因素；
海洋与大气之间的CO2的交换量更大，
大气中CO2的平均滞留时间为5年，交换
只发生在大洋表面， CO2在大洋表面的
平均滞留时间约11年，但在整个大洋 中的循环大约为350年
干结空气的成分（%）
成分 N2 按容积 78.09 按质量 75.52
O2
Ar
20.95
0.93
23.15
1.28
CO2
O3 干结空气
310
1960
1970
1980
1990
2000 年
2003年5月已达到379ppmv (百万分之一体积)。过去10年中大气CO2 浓度以1.8ppmv/年 的速率增长，而过去50年平均仅为1ppmv/年。
？
• IPCC评估显示，过去一个世纪气温升
0.6-1.0oC
• 人类正在为祸于地球？
• 人类到底是智慧生物还是愚蠢生物？
美国与京都议定书
• 美国人口仅占全球人口的3％至4％，而排放的 二氧化碳却占全球排放量的25％以上，为全球 温室气体排放量最大的国家。美国曾于1998年 签署了《京都议定书》。但2001年3月，布什 政府以“减少温室气体排放将会借口，宣布拒绝批准《京都议定 书》。
碳循环的途径和机制：岩石圈-生物圈
光合作用(无机变有机)： 6CO2+12H2O—C6H12O6+6H2O+6O2
但大部分通过呼吸和分解归还大气，而机体被埋 藏，所谓固碳作用。
如平均每人一昼夜呼出的CO2是1.3kg（费 尔斯曼）。 陆地植被的净初级生产力： 60×1015gC/a
碳循环的途径和机制：海洋-大气圈