Troposfera

Dowiedz się więcej!

Reakcje chemiczne zachodzące w powietrzu w czasie pożarów i ich znaczenie dla środowiska Ziemi

Każdego roku płoną duże obszary lasów naszej planety:

10 mln hektarów lasów borealnych na półkuli północnej
40 mln hektarów lasów tropikalnych i podzwrotnikowych
500-1000 mln hektarów  lasostepów  i sawann

1 mln ha = 1 mln x 100 m x 100 m = 10 000 km²
 
Spróbujcie wyobrazić sobie ten obszar:   
 

Udział obiegu CO₂ w globalnym bilansie węgla dla okresu 1850-1990
w Pg węgla (Pg C). 1 Pg = 10¹⁵ g = 1 miliard ton

Emisje z pożarów wywołanych przez człowieka to istotne źródło CO₂.
 

3. Dwutlenek węgla - dostawa i pochłanianie
Autor: Elmar Uherek  
 

Głównymi źródłami pochodzenia są:
1) zmiana sposobu użytkowania terenu
    (+ 121 Pg C)
2) spalanie paliw kopalnych (+ 212 Pg C)
 

Główne sposoby usuwania CO₂ z atmosfery to:
3) pochłanianie CO₂ przez oceany
    (- 107 Pg C)
4) pochłanianie CO₂ przez obszary lądowe 
    (- 82 Pg C)
 

Pochłanianie CO₂ na obszarach lądowych jest jeszcze słabo rozpoznanym procesem. Prawdopodobnie polega to przede wszystkim na większym rozwoju roślinności na obszarach innych niż regiony narażone na pożary.

90% emisji CO₂ wynikających ze zmiany sposobu użytkowania terenu pochodzi z wypalania lasów. Głównym problemem w lasach tropikalnych jest to, że wypalenie lasu pierwotnego pozwala wyrosnąć  wtórnej szacie roślinnej, która ulega ponownemu spaleniu w kolejnych latach. Uniemożliwia to ponowne zalesienie.
Pożary roślinności wywołane przyczynami naturalnymi mogą być krótkoterminowym źródłem pochodzenia CO₂, ale w dłuższej perspektywie czasowej wyrównują jego zawartość w atmosferze albo nawet przyczyniają się do jej niewielkiego spadku (< 0,1 Pg C/rok), ponieważ substancje zawierające węgiel gromadzą się w gruncie. Pożary lasostepu i sawanny zdarzają się w cyklach co 1-3 lata na o wiele większych obszarach niż pożary lasów tropikalnych, ale nie pociągają za sobą zakłóceń w klimacie.
 

4. Lokalizacja pożarów na mapie świata.
Mapa: Globalny system monitorowania pożarów
 

Co powstaje podczas procesu spalania?

Zależy to od następujących czynników:
a) związki chemiczne zawarte w roślinach,
b) temperatura płomieni,
c) dostępność tlenu.
Czy ogień buzuje, czy tylko się tli?

Z czego składają się rośliny?

Roślina może  zawierać do 60% wody, ale zwykle przed okresami pożarów  roślinność traci dużo wody podczas suszy. Typowy skład suchej masy roślinnej jest następujący: 

pierwiastki:
węgiel (C): 45%
tlen (O): 42%
wodór (H): 6%
inne (N, S, P): 7%
np. siarka 0,1-0,5 %

związki chemiczne:

• celuloza i hemiceluloza [węglowodany (C₆H₁₀O₅)_n]: 50-70%
• lignina: 15-35%
• mniejsze ilości białek, aminokwasów, innych metabolitów
• sole mineralne: aż do 10%

Lignina powstaje w procesie nieodwracalnego usunięcie wody z cukrów, w celu utworzenia struktur aromatycznych. Grupy OH mogą reagować same z sobą, albo z grupami aldehydowymi i ketonowymi. W rezultacie powstaje struktura polimeryczna z wiązaniami eteru.

Przebieg procesu spalania:

Po zapłonie następuje faza otwartego ognia (dostateczna ilość tlenu), po której zwykle jest faza tlącego się ognia (niedostateczna ilość tlenu). W fazie otwartego ognia tworzy się prosta mieszanina kilku w pełni utlenionych związków.
W fazie tlącego się ognia powstaje złożona mieszanina wielu nie do końca utlenionych związków, czasami również metan (CH₄).
 

Po zapłonie (> 180°C / 450 K) zaczyna się gwałtowne spalanie (> 580°C / 850 K): takie proste cząsteczki jak CO₂, H₂O, NO, N₂O, N₂ i SO₂ są uwalniane jako produkty utleniania. Następnie ogień przygasa ...
 

... i zaczyna się tlić (< 580°C / 850 K). Z powodu braku tlenu, zostaje uwolniony CO i wiele częściowo utlenionych związków organicznych (formaldehyd, aldehyd octowy, alkohol metylowy, aceton, metan).
 

Zajrzyj także na te strony!

Możesz znaleźć parę przykładów pożarów i uwolnionych w czasie ich trwania gazów w:
Troposfera - Wiadomości podstawowe - Część 2 - pożary
Trochę więcej o pożarach w rejonie Morza Śródziemnego i ich potencjalnym wpływie na klimat możesz przeczytać w:
Klimat i rolnictwo - Wiadomości podstawowe - Część 3 - susza i pożary 
 

O tej stronie:

Autor: dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Recenzent: dr Rolf Sander - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy, 2004-05-18
Ostatnia aktualizacja: 2004-04-06
Tłumaczenie na język polski: mgr Jerzy Bojan, Zespół Szkół, Proszowice; dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków