关于温室效应的论文第五篇： 探讨温室效应对生物的相互作用
摘要：大气中含有水汽、二氧化碳、甲烷等强烈吸收红外辐射的气体, 地球温室效应的产生与大气中温室气体浓度有着紧密的联系。气温持续升高可能对生命系统造成破坏, 影响生物群落分布和组成, 尤其对极地和海洋生物影响巨大。对能够产生温室气体的生物活动要加以限制, 同时要充分利用植物固定碳的能力。新型生物技术可用于控制温室气体排放。
关键词:温室效应;生物;相互作用;
Abstract：The atmosphere contains water vapor, carbon dioxide, and methane that can strongly absorb IR irradiation. The occurrence of greenhouse effect in earth has close relationship with the concentration of greenhouse gases in air. Continuing rising of air temperature may destroy living organisms, and therefore affect distribution and composition of biomass, especially for polar and oceanic living things. The bioactivity that can release greenhouse gas must be prohibited, as well as utilizing botanic activity on carbon fixation. New biotechniques can be used to control discharge of greenhouse gases.
1 温室效应
大气中含有水汽、二氧化碳、甲烷、氧化氮、臭氧和一些浓度更低但仍强烈吸收红外辐射的气体, 如氯氟烃类。这些温室气体都在一个或多个狭窄的波长范围内吸收红外辐射, 形成红外吸收带[1]。地球向外辐射的能量基本位于红外区, 不同气体吸收的红外波段有所不同。除了某些特定的“大气窗”外, 一些波段的地球红外辐射几乎全部被大气吸收。水汽在所有红外波长范围都比其它气体的吸收能力更强, 它是大气中吸收红外辐射的最重要气体。二氧化碳和臭氧排在第二和第三位。大气中对红外吸收的主要的“大气窗”位于8到12μm, 这是地球向外太空辐射能量的主要通道。在这些通道中, 因为很少有气体能够吸收地球表面的红外辐射, 可以使得地球把从太阳辐射中得到的能量辐射回太空中, 避免地球表面过度升温。然而, 一些气体如臭氧、氯氟烃和二氧化碳仍然在这些“大气窗”中的某些波长附近具有吸收红外辐射的能力, 它们的存在和浓度变化对地球表面温度的改变具有重要影响。
由于对流层和平流层中的气体吸收了地表的红外辐射, 导致这部分大气变得温暖。接下来, 这部分大气也将吸收的能量再次辐射回地球表面和外太空。前者使得地球表面升温, 后者却使地球降温。这部分能量是从地球的平均辐射温度-18℃处发出的, 而地球表面的平均温度为15℃, 要远远高于地球的平均辐射温度, 这种现象就被称为“温室效应”。那些能够在大气层中吸收地表红外辐射的气体被称为“温室气体”。如图1所示, 通过对过去160000年间南极冰层中气体的分析发现, 全球平均温度与二氧化碳和甲烷浓度存在非常一致的对应关系。从有记载的工业时期开始, 二氧化碳浓度的升高与广泛使用化石燃料有密切关系。从20000年前开始, 二氧化碳浓度出现了明显的升高趋势, 并与全球温度的变化相一致。与此同时, 甲烷的浓度在工业化前期保持在0.8 ppm。它在1999年升到了1.75 ppm, 并且一直还在升高。受到广泛关注的氯氟烃类化合物不仅能够破坏平流层大气中的臭氧, 同时也是非常重要的温室气体, 它的温室效应指数甚至比二氧化碳要高数千倍。
2 温室效应对生物的作用
生物群落的分布受到气候条件特别是温度和降水的严重影响, 气温升高使得地球上频繁出现恶劣气候, 将影响生物群落分布和组成。自然生态环境中的生命保持着平衡共存的天然模式, 但是却容易受到各种自然和人为因素的破坏。在地球的漫长演变过程中, 数次冰川期的出现清楚地体现了气候对生命存在形式的决定作用。在气候的缓慢变迁过程中, 如果温室气体所诱发的温室效应延长到几十甚至上百年, 地球上存在的各种生命形式必然通过演替调节以适应这种持续改变的趋势。然而, 生物对气候的过快变化将很难快速适应, 任何导致气候急剧变化的影响因素都可能对生命系统造成破坏。
在气温不断升高过程中, 全球大部会变得更为温暖, 温带气候区将向两极延伸。许多原本生活在温带的物种尤其是植物就会向高纬度地区迁移。由于对温度变化适应能力的差别, 不同物种的迁移速度必然存在差异, 具有分布局限性或扩散性能差的一些物种则无法完成这样的迁移, 结果就面临物种灭绝的危险。极地地区是受温室效应影响最严重的地区, 部分极地地区的增温速率已经达到全球平均速度的2~3倍。极地海冰和永冻土的融化具有全球性的影响, 如近来广泛提起的海平面上升的趋势等。尤其近20年来, 北极熊的生存活动范围日渐减小, 结冰期的缩短造成其食物供给的严重不足。如果变暖趋势继续而引起北极海冰在夏季全部融化, 北极熊就面临灭绝的风险。海平面的升高会淹没沿海地区的湿地群落, 同样会对珊瑚产生极大危害, 由此将导致大量的珊瑚沉没以致死亡[3]。
大气中CO2浓度的升高造成海洋酸化, 对海洋生物的生存及海洋生态系统的平衡构成严重威胁。海洋及其中包含的矿物质构成了重要的CO2缓冲体系, 对吸收大气中的CO2起到决定性的作用。海洋在过去的200年里吸收了全球大约50%的CO2。CO2在水中的溶解通常与其在大气中的浓度成正比, 然而富含碳酸盐的海水又会吸收更多的CO2。溶于水中的CO2与水分子反应形成碳酸, 碳酸在水中电离释放出H+, p H下降导致海水酸化[4]。研究人员发现大气的长期升温伴随着渔业资源的衰退和产量下降。不可否认, 海洋生存环境的改变对海洋生物的正常繁殖与生存造成了严重的影响。
3 生物对温室效应的作用
CH4对温室效应的作用甚至要远甚于CO2, 地球上微生物对纤维素等的发酵作用产生了大量甲烷, 如人们所熟知的沼气。除此以外, 某些高等生物也排放了数量可观的甲烷。如牛羊等以草为主要食物, 草中的纤维素在牛羊胃肠中发酵产生甲烷, 澳洲的一头牛每天要排放近1立方米甲烷气。由于猪排放的甲烷只占进食量的1.3%, 在进食量比牛低10%~30%的情况下可获得与牛同等数量的肉食蛋白质, 显然养猪比养牛更有助于减少甲烷气体的排放。与此同时, 白蚁也是甲烷气体的重要生产者。白蚁存在于地球70%的陆地上, 它们的主要食物是木质纤维素, 在消化过程中产生甲烷等副产物。据估算, 地球上的白蚁每年产生的甲烷约有l亿多吨, 占每年释放到大气中甲烷总量的25%~50%。控制白蚁的危害是减少甲烷排放的重要方式。
森林系统中蕴含的生物量约占整个陆地生态系统生物量的90%, 森林在维护生态环境上起着重要作用, 它是全球碳平衡中一个重要的影响因素。与此同时, 森林生态系统的生产量约占陆地生态系统的70%, 每年固定的碳约占三分之二。植被的覆盖对地球表面的辐射也具有显着影响, 直接影响到地球接收太阳辐射量及地球表面向外辐射的能量多少。因此, 森林生态系统在调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升以及维护全球气候等方面具有不可替代的作用[5]。
占地球面积70%的海洋中有着丰富的植物资源, 海洋植物的繁衍可以通过光合作用, 吸收大量的排放到空气中的CO2。然而, 在远离陆地的海洋中却严重缺乏铁等元素, 这在很大程度上限制了植物的生存与发展。南太平洋中95%的铁来自于从大陆吹来的灰尘, 难以满足海洋植物生存的充分需要。有专家提出向海洋中施用铁等元素, 以满足海洋各类植物对铁的需求。此举能够扩大海洋植物的光合作用, 使之在繁殖过程中利用更多的CO2, 这对维持地球CO2的相对平衡及减弱温室效应会起到一定作用[6]。
生物柴油是植物或动物脂肪酸通过酯化反应而得到, 由于生物柴油无毒并可生物降解和再生而受到广泛的关注。生物柴油循环的石化能效比是柴油的4倍, CO2排放降低78.4%, CO、HC、PM等有害物质的排放也大大降低[7]。
4 结论
大气中温室气体浓度增加导致地球温室效应加剧并引起全球气温的持续升高, 气温升高对地球生命的存在产生了严重影响。某些生物活动能够排放温室气体, 而另一些生物活动和生物技术对控制温室效应却有积极作用。
参考文献
[1]张峥,陈涛,郭海涛,等温室效应及其生态影响综述[J].环境保护科学, 2000, 26 (99) :36-38.
[2]Jager J, Ferguson H L.Climate change:Science, Impacts and Policy[B].New York:Cambridge University Press.
[3]刘宏文，夏秀丽浅析温室效应及控制对策[J].中国环境管理干部学院学报，2008, 18 (3) :49-51.
[4]湛垚垚,黄显雅,段立柱,等.海洋酸化对近岸海洋生物的影响[J].大连大学学报, 2013, 34 (3) :79-84.
[5]刘国华,傅伯杰，方精云中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献[J]生态学报, 2000, 20 (5) :733-740.
[6]罗明典,地球温室效应的产生及其控制的生物技术[J].生物工程进展，1991 (2) :59-61.
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