第四章大氣中的二氧化碳

1、本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 碳循環(huán)碳循環(huán) 空氣中二氧化碳的日變化及影響因素空氣中二氧化碳的日變化及影響因素 二氧化碳濃度升高對農(nóng)作物的影響二氧化碳濃度升高對農(nóng)作物的影響第四章第四章 大氣中的二氧化碳大氣中的二氧化碳引言引言二氧化碳是植物進(jìn)行光合作用不可缺少的原料，二氧化碳是植物進(jìn)行光合作用不可缺少的原料，光合作用產(chǎn)物構(gòu)成植物體光合作用產(chǎn)物構(gòu)成植物體95%的組成成分。近的組成成分。近年來，在高產(chǎn)田中的研究表明，無論氮磷鉀、微年來，在高產(chǎn)田中的研究表明，無論氮磷鉀、微量元素、光、溫、水等如何充足，碳的供應(yīng)不足，量元素、光、溫、水等如何充足，碳的供應(yīng)不足，就會成為進(jìn)一步提高產(chǎn)量的障礙因素。此外，伴就會成為進(jìn)一

2、步提高產(chǎn)量的障礙因素。此外，伴隨著大氣中二氧化碳濃度的不斷升高，溫室效應(yīng)隨著大氣中二氧化碳濃度的不斷升高，溫室效應(yīng)越來越明顯。因此，研究在越來越明顯。因此，研究在21世紀(jì)世紀(jì)30年代以后農(nóng)年代以后農(nóng)作物怎樣適應(yīng)高濃度二氧化碳成為眾多科學(xué)家最作物怎樣適應(yīng)高濃度二氧化碳成為眾多科學(xué)家最搶手的熱門領(lǐng)域之一。搶手的熱門領(lǐng)域之一。第一節(jié)第一節(jié) 碳循環(huán)碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物的基本元素之一，自然界中碳是構(gòu)成生物的基本元素之一，自然界中的碳可以是的碳可以是單質(zhì)或化合物單質(zhì)或化合物的形式存在，在的形式存在，在大氣中二氧化碳占空氣總體積的大氣中二氧化碳占空氣總體積的0.03%，碳在自然界中的循環(huán)是通過碳在自然界中的循

3、環(huán)是通過二氧化碳二氧化碳來完來完成的。成的。自然界中碳的循環(huán)自然界中碳的循環(huán)CO2CO2腐敗生物腐敗生物水生植物水生植物煤煤石油和天然石油和天然氣氣CO2呼吸作用呼吸作用呼吸呼吸呼吸作用呼吸作用光合作用光合作用光合作用光合作用1、CO2_作用_物_ 作用 CO2光合有機(jī)植物呼吸2、CO2_作用_ 物_ _ 吸收體內(nèi) 氧化CO2光合有機(jī)動(dòng)物 3、CO2_作用 _物動(dòng)植物尸體 微生物分解CO2 光合有機(jī)4、CO2_作用_物動(dòng)植物殘?bào)w地下 漫長反應(yīng)煤、石油、天然氣燃燒 CO2光合有機(jī)一、碳循環(huán)途徑一、碳循環(huán)途徑大氣中的二氧化碳是通過什么被消耗的？大氣中的二氧化碳是通過什么被消耗的？ 大氣中的二氧化碳

4、通過植物大氣中的二氧化碳通過植物光合作用光合作用被被消消耗耗，又隨動(dòng)植物的呼吸作用、有機(jī)物的燃，又隨動(dòng)植物的呼吸作用、有機(jī)物的燃燒以及腐爛分解等過程，源源不斷地重新燒以及腐爛分解等過程，源源不斷地重新釋放釋放出來，結(jié)果使大氣中的二氧化碳的數(shù)出來，結(jié)果使大氣中的二氧化碳的數(shù)量與重新釋放出的數(shù)量量與重新釋放出的數(shù)量大至相等大至相等。碳循環(huán)碳循環(huán)現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展，人類大量燃燒煤現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展，人類大量燃燒煤和石油等燃料，這對碳循環(huán)會帶來怎和石油等燃料，這對碳循環(huán)會帶來怎樣的影響？樣的影響？增加了大氣中二氧化碳的量，從而破增加了大氣中二氧化碳的量，從而破壞了碳在自然界的平衡，致使大氣溫壞了碳在自然界

5、的平衡，致使大氣溫室效應(yīng)增強(qiáng)，從而導(dǎo)致全球氣候變暖室效應(yīng)增強(qiáng)，從而導(dǎo)致全球氣候變暖并引起一系列的后果。并引起一系列的后果。0 0500500100010001500150020002000億噸1950年以來各國二氧化碳排放總量1950年以來各國二氧化碳排放總量系列1系列118611861 12781278 684684576576312312217217155155149149144144101101858578787676美美國國歐歐盟盟俄俄羅羅斯斯中中國國日日本本烏烏克克蘭蘭印印度度加加拿拿大大波波蘭蘭哈哈薩薩克克南南非非墨墨西西哥哥澳澳大大利利 圖瓦盧面臨圖瓦盧面臨“滅頂之災(zāi)滅頂之災(zāi)”央

6、視國際央視國際 20042004年年0202月月1919日日 11:0611:06前幾年，一部名為前幾年，一部名為未來水世界未來水世界的電影，向人們描述了一個(gè)地球被洪水淹的電影，向人們描述了一個(gè)地球被洪水淹沒的場面。沒的場面。 今天，太平洋上的一個(gè)小島國圖瓦盧真的就將面臨這樣的問今天，太平洋上的一個(gè)小島國圖瓦盧真的就將面臨這樣的問題。根據(jù)該國氣象部門發(fā)出的警告，今明兩天，由于新月的影響，該國題。根據(jù)該國氣象部門發(fā)出的警告，今明兩天，由于新月的影響，該國周圍水域?qū)⒊霈F(xiàn)罕見大潮，圖瓦盧極有可能被海水吞沒。周圍水域?qū)⒊霈F(xiàn)罕見大潮，圖瓦盧極有可能被海水吞沒。 圖瓦盧由圖瓦盧由9 9個(gè)個(gè)環(huán)形小珊瑚島組成

7、，海拔都在環(huán)形小珊瑚島組成，海拔都在4.54.5米以下。最近幾年，隨著地球氣溫的上米以下。最近幾年，隨著地球氣溫的上升，海平面提高，它隨時(shí)面臨被海水吞沒的危險(xiǎn)。升，海平面提高，它隨時(shí)面臨被海水吞沒的危險(xiǎn)。 20002000年，圖瓦盧就遭遇了一次年，圖瓦盧就遭遇了一次 滅頂之災(zāi)。當(dāng)時(shí)，該國的海平面上滅頂之災(zāi)。當(dāng)時(shí)，該國的海平面上 升超過升超過3 3米，大部分地區(qū)都被海水淹米，大部分地區(qū)都被海水淹 沒，低洼處的房屋全部沒頂。圖瓦盧沒，低洼處的房屋全部沒頂。圖瓦盧政府曾多次向全世界發(fā)出緊急求救信政府曾多次向全世界發(fā)出緊急求救信號，并曾經(jīng)考慮在鄰近的國家購買土號，并曾經(jīng)考慮在鄰近的國家購買土地，另建一

8、個(gè)新的國家。但圖瓦盧太地，另建一個(gè)新的國家。但圖瓦盧太窮，拿不出錢來置地，只有舉國移民。兩年來，已經(jīng)有窮，拿不出錢來置地，只有舉國移民。兩年來，已經(jīng)有3 3千多人移居到了千多人移居到了新西蘭，剩下新西蘭，剩下 還有九千多人等著搬遷。還有九千多人等著搬遷。赤道1500E二、碳循環(huán)的破壞：溫室效應(yīng)二、碳循環(huán)的破壞：溫室效應(yīng)感受什么是溫室效應(yīng)感受什么是溫室效應(yīng)取二只塑料杯，各裝一半的清水，在一只杯上蓋取二只塑料杯，各裝一半的清水，在一只杯上蓋一塊玻璃片，把它們同時(shí)在太陽下曬一塊玻璃片，把它們同時(shí)在太陽下曬1 1小時(shí)左右，小時(shí)左右，分別測量水溫，進(jìn)行比較。分別測量水溫，進(jìn)行比較。測量水溫：測量水溫：_

9、杯水的溫度較高杯水的溫度較高. .解釋原因：解釋原因：蓋有玻璃片的蓋有玻璃片的太陽光透過杯口的玻璃后，會使杯內(nèi)的水太陽光透過杯口的玻璃后，會使杯內(nèi)的水面溫度升高，而杯內(nèi)的水的反射卻很少能面溫度升高，而杯內(nèi)的水的反射卻很少能穿透玻璃穿透玻璃,這就是溫室原理這就是溫室原理.溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)：二氧化碳等溫室氣體過度排放，二氧化碳等溫室氣體過度排放，大量吸收地面長波輻射，致使氣候變暖的效大量吸收地面長波輻射，致使氣候變暖的效應(yīng)。應(yīng)。過去過去100100年，大氣中二氧化碳濃度約增加了年，大氣中二氧化碳濃度約增加了55ppM55ppM，地球氣溫升高，地球氣溫升高0.60.6攝氏度！二氧化碳攝氏度！二氧化

10、碳排放量預(yù)計(jì)排放量預(yù)計(jì)20002000年將達(dá)年將達(dá)260260億噸，是億噸，是18601860年年工革命開始時(shí)的工革命開始時(shí)的5050多倍。多倍。 臭氧層破壞臭氧層破壞 19841984年發(fā)現(xiàn)南極上空臭氧層空洞以來，人類也越年發(fā)現(xiàn)南極上空臭氧層空洞以來，人類也越來越多的受到紫外線的困擾。最近，北極上來越多的受到紫外線的困擾。最近，北極上空臭氧層也日益稀薄?？粘粞鯇右踩找嫦”?。 假如把這個(gè)溫室看作是一個(gè)巨大的地假如把這個(gè)溫室看作是一個(gè)巨大的地球，那么玻璃是什么？球，那么玻璃是什么？二氧化二氧化碳碳大氣中的二氧化碳具有與溫室玻璃大氣中的二氧化碳具有與溫室玻璃相似的作用，對地球起著保溫作用，相似的作

11、用，對地球起著保溫作用，從而產(chǎn)生從而產(chǎn)生“溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)”。造成溫室效應(yīng)的原因是什么？造成溫室效應(yīng)的原因是什么？自然原因：自然界的碳循環(huán)自然原因：自然界的碳循環(huán)人為原因：大量使用煤、石油等人為原因：大量使用煤、石油等 燃料；大量砍伐森林燃料；大量砍伐森林溫室效應(yīng)對地球所帶來的后果溫室效應(yīng)對地球所帶來的后果2 2、導(dǎo)致全球氣候變暖、導(dǎo)致全球氣候變暖, ,從而造成生態(tài)平從而造成生態(tài)平衡鐵破壞衡鐵破壞. .1 1、“溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)”加劇導(dǎo)致地球表面溫度上升，加劇導(dǎo)致地球表面溫度上升，因而地球兩極冰山和冰川開始融化，會使海因而地球兩極冰山和冰川開始融化，會使海平面上升，最終可能會使沿海城市和農(nóng)田被

12、平面上升，最終可能會使沿海城市和農(nóng)田被淹沒淹沒. . 3 3、一些流行病發(fā)生和傳播、一些流行病發(fā)生和傳播. .科學(xué)家預(yù)測：如果地球表面溫度的升高按現(xiàn)在的速度繼續(xù)發(fā)展，到科學(xué)家預(yù)測：如果地球表面溫度的升高按現(xiàn)在的速度繼續(xù)發(fā)展，到20502050年年全球溫度將上升全球溫度將上升2 24 4攝氏度，南北極地冰山將大幅度融化，導(dǎo)致海平面大攝氏度，南北極地冰山將大幅度融化，導(dǎo)致海平面大大上升，一些島嶼國家和沿海城市將淹于水中，其中包括幾個(gè)著名的國際大上升，一些島嶼國家和沿海城市將淹于水中，其中包括幾個(gè)著名的國際大城市：紐約，上海，東京和悉尼。大城市：紐約，上海，東京和悉尼。圖為這張拍攝于圖為這張拍攝于2

13、0022002年年2 2月月1717日的衛(wèi)星照片顯示了一塊估計(jì)重達(dá)日的衛(wèi)星照片顯示了一塊估計(jì)重達(dá)5050億噸的冰億噸的冰雪區(qū)域從南極大陸解體，分散成數(shù)以千計(jì)的冰山的情景。這是全球氣候變暖雪區(qū)域從南極大陸解體，分散成數(shù)以千計(jì)的冰山的情景。這是全球氣候變暖的一個(gè)驚人結(jié)果。盡管英國南極考察隊(duì)的科學(xué)家早在的一個(gè)驚人結(jié)果。盡管英國南極考察隊(duì)的科學(xué)家早在4 4年前就預(yù)測到這塊面年前就預(yù)測到這塊面積為積為32503250平方公里、平方公里、200200米厚的冰雪區(qū)域?qū)⒔怏w，但是沒有料到它會解體得米厚的冰雪區(qū)域?qū)⒔怏w，但是沒有料到它會解體得如此之快如此之快. . 最明顯的影響表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面。最明顯的影響表現(xiàn)在

14、農(nóng)業(yè)方面。隨著二氧隨著二氧化碳濃度的增加，植物的氣孔（氣體和水化碳濃度的增加，植物的氣孔（氣體和水蒸氣通過的細(xì)孔）只要張開得小一點(diǎn)即可蒸氣通過的細(xì)孔）只要張開得小一點(diǎn)即可收入同樣數(shù)量的二氧化碳，這樣，植物由收入同樣數(shù)量的二氧化碳，這樣，植物由于蒸發(fā)所損失的水份就減少了，結(jié)果是植于蒸發(fā)所損失的水份就減少了，結(jié)果是植物會長得更大。農(nóng)作物生長較快，就可能物會長得更大。農(nóng)作物生長較快，就可能較快地把土壤中的養(yǎng)分吸光，農(nóng)家就不得較快地把土壤中的養(yǎng)分吸光，農(nóng)家就不得不購買更多的化肥。糧食的質(zhì)量可能隨著不購買更多的化肥。糧食的質(zhì)量可能隨著二氧化碳的提高而下降，因?yàn)槿~子的含碳二氧化碳的提高而下降，因?yàn)槿~子的含

15、碳量可能增加，含氮量可能減少。在溫室效量可能增加，含氮量可能減少。在溫室效應(yīng)中，害蟲和病害較易蔓延，這就需要更應(yīng)中，害蟲和病害較易蔓延，這就需要更多的農(nóng)藥治理。多的農(nóng)藥治理。溫室效應(yīng)有什么利弊？我們可以采取哪些措施來防止溫室效應(yīng)的加??？適度的溫室效應(yīng)能保證地球上的氣溫衡定，適適度的溫室效應(yīng)能保證地球上的氣溫衡定，適于動(dòng)植物生存。于動(dòng)植物生存。近百年來，由于大量使用燃料，加上森林面積近百年來，由于大量使用燃料，加上森林面積因?yàn)E砍濫伐而急劇減少，使大氣中二氧化碳的因?yàn)E砍濫伐而急劇減少，使大氣中二氧化碳的量增加較快，致使溫室效應(yīng)加劇，在一定程度量增加較快，致使溫室效應(yīng)加劇，在一定程度上導(dǎo)致全球氣候變

16、暖，并引起一系列惡果。上導(dǎo)致全球氣候變暖，并引起一系列惡果。利：利：弊：弊：原來是一片溫帶草原，現(xiàn)在是這樣原來是一片溫帶草原，現(xiàn)在是這樣地球表面氣溫升高，各地降水和干濕狀況也會發(fā)生變地球表面氣溫升高，各地降水和干濕狀況也會發(fā)生變化?，F(xiàn)在溫帶的農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，由于氣溫升高，蒸發(fā)化?，F(xiàn)在溫帶的農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，由于氣溫升高，蒸發(fā)加強(qiáng)，氣候會變得干旱，農(nóng)業(yè)區(qū)會退化成草原；干旱加強(qiáng)，氣候會變得干旱，農(nóng)業(yè)區(qū)會退化成草原；干旱區(qū)會變得更干旱，土地沙漠化，使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。區(qū)會變得更干旱，土地沙漠化，使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。 京都議定書京都議定書是人類有史以來通過控制自身行動(dòng)以減少對氣是人類有史以來通過控制自身行動(dòng)以減少對氣候變化

17、影響的第一個(gè)國際文件。候變化影響的第一個(gè)國際文件。19971997年年1212月，在日本京都召開月，在日本京都召開的聯(lián)合國的聯(lián)合國氣候變化框架公約氣候變化框架公約締約方第締約方第3 3次大會上，通過了次大會上，通過了旨在限制各國溫室氣體排放量的協(xié)議，這個(gè)協(xié)議就是旨在限制各國溫室氣體排放量的協(xié)議，這個(gè)協(xié)議就是京都議京都議定書定書。文件規(guī)定，。文件規(guī)定，3939個(gè)工業(yè)化國家在個(gè)工業(yè)化國家在20082008年至年至20122012年之間，年之間，3838個(gè)主要工業(yè)國的二氧化碳等個(gè)主要工業(yè)國的二氧化碳等6 6種溫室氣體排放量需在種溫室氣體排放量需在19901990年年的基礎(chǔ)上平均削減的基礎(chǔ)上平均削減5

18、.25.2，其中美國削減，其中美國削減7 7，歐盟削減，歐盟削減8 8，日本和加拿大分別削減日本和加拿大分別削減6 6。其他締約方也各有減排比例。根。其他締約方也各有減排比例。根據(jù)聯(lián)合國的計(jì)劃，據(jù)聯(lián)合國的計(jì)劃，京都議定書京都議定書最遲應(yīng)在最遲應(yīng)在20022002年開始實(shí)施。年開始實(shí)施。但該議定書需要包括所有發(fā)達(dá)國家在內(nèi)的至少但該議定書需要包括所有發(fā)達(dá)國家在內(nèi)的至少5555個(gè)締約方批準(zhǔn)個(gè)締約方批準(zhǔn)才能生效，原因是這些國家和地區(qū)的排放量占世界總排放量的才能生效，原因是這些國家和地區(qū)的排放量占世界總排放量的5555。美國人口僅占全球人口的。美國人口僅占全球人口的5 5，二氧化碳排放量占世界，二氧化碳

19、排放量占世界總排放量的總排放量的22%22%，是世界上二氧化碳最大的排放源，歐盟二氧，是世界上二氧化碳最大的排放源，歐盟二氧化碳排放量也占世界總排放量的化碳排放量也占世界總排放量的1/71/7。 2050年全球增溫分布圖年全球增溫分布圖國家和國家和地區(qū)地區(qū) 歐共體歐共體 美國美國 中國中國 全球全球 損失損失(億美元億美元) 720 670190 2980 占占GNP比例比例(%) 1.6 1.4 5.3 1.6 二氧化碳倍增引起的全球變暖的損失二氧化碳倍增引起的全球變暖的損失怎樣防止怎樣防止 溫室效應(yīng)？溫室效應(yīng)？控制礦物燃料的控制礦物燃料的燃燒，合理開發(fā)、燃燒，合理開發(fā)、合理利用燃料，尋合理

20、利用燃料，尋找新能源如太陽能、找新能源如太陽能、生物能、地?zé)岬纫陨锬?、地?zé)岬纫詼p少二氧化碳的排減少二氧化碳的排故故 保護(hù)森林、保護(hù)植保護(hù)森林、保護(hù)植被，禁止亂砍濫伐，被，禁止亂砍濫伐，植樹造林，利用森林植樹造林，利用森林涵養(yǎng)水源，調(diào)節(jié)氣溫。涵養(yǎng)水源，調(diào)節(jié)氣溫。 控制人口激增。控制人口激增。 第二節(jié)第二節(jié) 空氣中二氧化碳的日變化及影響因素空氣中二氧化碳的日變化及影響因素（一）大氣中二氧化碳的日變化（一）大氣中二氧化碳的日變化變化規(guī)律：白天低、晚上高。變化規(guī)律：白天低、晚上高。日出前，二氧化碳濃度為日出前，二氧化碳濃度為370 mg/kg;370 mg/kg;日出后，日出后，明顯下降，平均每小時(shí)降低明顯下降，平均每小時(shí)降低8 mg/kg; 9