Oceany

Wiadomości podstawowe

Inne gazy pochodzenia morskiego wpływające na klimat, cz. 1

Do atmosfery dostaje się mnóstwo różnych gazów pochodzenia morskiego, wiele z nich oddziałuje na klimat Ziemi. Niektóre, jak np. siarczek metylu (DMS), powstają podczas rozwoju i wzrostu fitoplanktonu. Inne powstają w wyniku reakcji światła słonecznego ze związkami organicznymi (zawierającymi węgiel), znajdującymi się w wodach powierzchniowych. Wiele z tych związków pochodzi z organizmów fitoplanktonu. Przyjrzyjmy się kilku gazom, które oddziałują na troposferę, najniższą warstwę atmosfery.
 

Halowęglowodory

Halowęglowodory to grupa prostych związków organicznych (zawierających węgiel), w których występują fluorowce. Fluorowce to nazwa grupy VII A układu okresowego pierwiastków, w której znajdują się m.in. chlor, brom i jod. Fluorowce (ang. halogens) są bardzo ważnymi składnikami wody morskiej, od ich angielskiej nazwy pochodzi słowo "halinowy" wykorzystywane do określania zasolenia wody. Chlor w postaci anionu (Cl^-) jest najbardziej obficie występującym (oprócz wody!) składnikiem chemicznym wody morskiej.

Jednym z najważniejszych halowęglowodorów pochodzenia morskiego jest jodek metylu (CH₃I).

Skąd się biorą w wodzie morskiej halowęglowodory?
 

Halowęglowodory powstają w wodzie morskiej w wyniku oddziaływania światła słonecznego i procesów biologicznych. Jodek metylu jest wytwarzany przez niektóre gatunki wodorostów i fitoplanktonu, nie wiadomo jednak z całą pewnością dlaczego te organizmy go produkują. Dowiedziono również, że jodek metylu powstaje podczas oddziaływania światła słonecznego na substancję organiczną zawierającą jod, co na otwartych wodach oceanu może być głównym jego źródłem. Po utworzeniu się niewielka część halowęglowodorów dostaje się do atmosfery.
 

Dlaczego halowęglowodory są tak ważne?

Wiele halowęglowodorów zawierających brom i jod może ulec rozpadowi w troposferze (najniższej warstwie atmosfery) pod wpływem światła słonecznego. Tworzą wtedy bardzo aktywne rodniki halogenowe. Różnią się one zasadniczo od chlorofluorowęglowodorów (ang. CFC), które są związkami chemicznymi pochodzenia antropogenicznego zawierającymi fluorowce. CFC mogą ulec rozpadowi na rodniki halogenowe jedynie pod wpływem promieniowania ultrafioletowego w stratosferze (wyższej warstwie atmosfery).

Rodniki halogenowe są wyjątkowo aktywne, ich najważniejsze oddziaływanie to niszczenie ozonu (O₃). W troposferze ozon jest groźny dla zdrowia człowieka, jest także silnym gazem szklarniowym (odpowiedzialnym za około 15% dodatkowego efektu cieplarnianego). Dlatego też emisja halowęglowodorów z oceanów może obniżyć zawartość ozonu w troposferze oraz ograniczyć globalne ocieplenie. Jednakże zmniejszenie ilości ozonu równocześnie zmniejsza stężenie w powietrzu rodników hydroksylowych (OH), które oczyszczają powietrze ze szkodliwych substancji chemicznych. Mniejsza zawartość tych cząstek w powietrzu może obniżyć jego jakość.
 

2. Obieg jodu morskiego, pokazujący główne źródła jodku metylu w wodzie morskiej, przemieszczanie się jodu do atmosfery i jego rolę w niszczeniu ozonu. Rycina prezentuje także przemieszczanie się jodu z oceanu w kierunku lądu, co ma duże znaczenie dla zdrowia ludzi.
Objaśnienia: phytoplankton - fitoplankton, seaweeds - wodorosty, organic matter - materia organiczna, reactive iodine compounds - aktywne chemicznie związki jodu, ozone destruction - niszczenie ozonu, transfer of iodine to land in rain and aerosols - przemieszczanie się jodu nad ląd w czasie deszczu i wraz z aerozolami
Autor: Lucinda Spokes, na podstawie pomysłu Dr Alex Baker, University of East Anglia, Norwich.
 

Przemieszczanie się jodu znad oceanów w kierunku lądu jest szczególnie ważną częścią obiegu jodu. To źródło jodu ma decydujące znaczenie dla ludzkiego zdrowia. Gdyby go nie było to znacznie powszechniejsze byłyby choroby tarczycy i mózgu.
 

Metan (CH₄)

Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego, jest także podstawowym gazem szklarniowym pochodzącym zarówno ze źródeł naturalnych, jak i antropogenicznych. Najwięcej metanu dostarczają pola ryżowe i intensywna hodowla bydła, jednakże niewielka jego część pochodzi także z oceanu.

Jak się tworzy metan w oceanie?
 

Gdy w wodzie lub osadach dennych brak jest tlenu to bakterie wytwarzają metan żywiąc się substancją organiczną. Około 75% całkowitej emisji metanu z oceanów powstaje w ujściach rzek, słonych błotach i wodach przybrzeżnych.

Metan może także powstawać pod wpływem oddziaływania ciepła i ciśnienia na osady materii organicznej. Ogromnym magazynem metanu są także osady oceaniczne, które wykorzystujemy jako złoża gazu ziemnego. Większość metanu wydzielającego się naturalnie z tych osadów jest wychwytywana i zużywana przez bakterie jeszcze w wodzie, nim dotrze on do atmosfery.
 

Dlaczego metan jest tak istotny?

W troposferze metan jest głównym gazem szklarniowym (62-krotnie silniejszym niż dwutlenek węgla, gdy weźmie się pod uwagę 20-letni okres oddziaływania) i przyczynia się do globalnego ocieplenia. Jest odpowiedzialny za około 15-20% dodatkowego efektu cieplarnianego. Odgrywa także rolę w kształtowaniu się ilości rodników hydroksylowych, które są odpowiedzialne za oczyszczanie powietrza ze szkodliwych związków chemicznych. Jeśli wzrośnie ilość metanu, koncentracja rodników OH spadnie, co spowoduje spadek zdolności atmosfery do samooczyszczania.

Jednym ze skutków eutrofizacji jest zmniejszona zawartość tlenu w wodzie. Jeśli proces ten będzie dalej postępował w strefie przybrzeżnej to wzrośnie rola morskich źródeł metanu.

Ponadto znaczna ilość metanu jest zmagazynowana w oceanach w postaci hydratów metanu. Jednym z możliwych skutków globalnego ocieplenia jest wzrost emisji metanu z osadów oceanicznych. Dotychczas nie ma żadnych dowodów na to, że w okresach ociepleń klimatu w ostatnich 800 000 lat większe ilości metanu z tych źródeł dostały się do atmosfery. Jeśli jednak tak by się stało nie mamy pewności, czy bakterie, które pochłaniają uwalniający się metan podołałyby jego nadmiernym ilościom. Nie można także wykluczyć, że hydraty metanu mogłyby się stać dodatkowym źródłem metanu pochodzenia morskiego przyczyniającego się do efektu cieplarnianego.
 

Węglowodory nie zawierające metanu (ang. NMHC)

Węglowodory są grupą związków organicznych, które powstają jedynie z węgla i wodoru i są szeroko wykorzystywane jako paliwa. Najprostszym węglowodorem jest metan, który został opisany powyżej. Jednakże inne węglowodory mają także znaczenie klimatologiczne. Ocean można nazwać niewielkim źródłem NMHC dostających się do atmosfery w porównaniu z emitorami znajdującymi się na powierzchni lądów, naturalnymi i antropogenicznymi, jak np. rośliny, gleby, paliwa kopalne.

Skąd pochodzą NMHC?
 

W wodzie morskiej NMHC wytwarzane są przez organizmy żywe i poprzez oddziaływanie światła słonecznego na materię organiczną. Jednym z najważniejszych NMHC jest izopren. Ten związek jest wytwarzany zarówno przez rośliny lądowe, jak i wszystkie gatunki fitoplanktonu, które zostały dotychczas poznane. Obecnie nie wiadomo dlaczego rośliny produkują izopren, być może jest to jedynie produkt uboczny fotosyntezy.
 

Dlaczego NMHC są tak ważne?

Gdy NMHC dostają się do atmosfery reagują z utleniaczami znajdującymi się w powietrzu, jak np. OH i ozon. W powietrzu zanieczyszczonym przyczyniają się do tworzenia się ozonu, w czystym zaś (takim jak nad oceanami) niszczą go. Reakcje NMHC w atmosferze są ważne ze względu na kształtowanie poziomu rodników hydroksylowych (OH) oraz na rolę, jaką OH odgrywają w oczyszczaniu atmosfery ze szkodliwych substancji chemicznych.
 

O tej stronie:

Autor: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, Wielka Brytania
Recenzent: Dr Bill Sturges - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, Wielka Brytania
ostatnia aktualizacja: 2004-06-22, Elmar Uherek, MPI Moguncja, Niemcy
Tłumaczenie na język polski: Dr Agnieszka Wypych, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków