ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 3 BIOSFERA: OBIEG WĘGLA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 3 BIOSFERA: OBIEG WĘGLA"

Piotr Romanowski
5 lat temu
Przeglądów:

1 ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 3 BIOSFERA: OBIEG WĘGLA

2 POJĘCIE BIOSFERY SUESS (1875): STATYCZNE, TOPOLOGICZNE (WARSTWA NA POWIERZCHNI GLOBU) VERNADSKIJ (1926): DYNAMICZNE, FUNKCJONALNE (EKOSYSTEM)

3 MiąŜszość biosfery < 20 km 0,2 mm 15 cm

4 śycie jako właściwość planety śycie to endoenergetyczny proces, polegający na cyklicznym utlenianiu i redukowaniu związków węgla, realizowany przez autokatalitycznie powielające się makrocząsteczki (organizmy).

5 śycie biosfery = cykl redoks węgla DEPOZYCJA (ocean, osady) energia CO 2 energia REDUKCJA tylko Ŝywe organizmy UTLENIANIE organizmy: szybko procesy abiotyczne: powoli (CH O) 2 n DEPOZYCJA (złoŝa paliw)

6 SUBSTRATY śycia Budowa biomasy DONOR ELEKTRONóW (REDUKTOR LUB SUBSTRAT ENERGETYCZNY) (CH O), H, NH, H S AKCEPTOR ELEKTRONóW (UTLENIACZ) - -- O,NO,SO,CO Energia (praca)

7 Reakcja redoks 2H 2 = 4H + + 4e - O 2 + 4e - = H 2 + O 2 = 2H 2 0 H = donor elektronów, reduktor O = akceptor elektronów, utleniacz

8 Potencjał REDOX O 2 /H 2 O NO 3 - /N 2 - NO 3 - /NH 4 + (CH 2 O)/CH 4 SO 4 2- /SH - S/SH CO 2 /(CH 2 O)

9 ODDYCHANIE

10 Metabolizm chemoautotrofów

11 2 mld LAT TEMU: FOTOSYNTEZA CHLOROFIL, TLEN

12 Banded Iron Formation, BIF FOTOSYNTEZA 2 mld lat Ŝelazo utlenione Ŝelazo zredukowane

13 Fotosynteza

14 Widmo promieniowania słonecznego

15 Widma chlorofilu i bakteriorodopsyny

17 PRODUKCJA PIERWOTNA BIOSFERY

18 śycie biosfery = cykl redoks węgla DEPOZYCJA (ocean, osady) energia CO 2 energia REDUKCJA tylko Ŝywe organizmy UTLENIANIE organizmy: szybko procesy abiotyczne: powoli (CH O) 2 n DEPOZYCJA (złoŝa paliw)

19 PRODUKCJA PIERWOTNA Respiracja PAR Pp brutto O 2 CO 2 Pp netto H 2 O Aniony kationy

20 1. Stan: MIARY STANU I TEMPA PRODUKCJI BIOMASY g (kg) biomasy / m 2 [ha, km 2 ] 2. Produkcja: g [kg] biomasy / (m 2 [ha km 2 ] rok [doba, godz] PRZELICZENIA JEDNOSTEK 1 g s.m. ~ 5 g biomasy = 4.1 kcal = 17.2 kj 1 g węgla = 2.4 g s.m. (bo: C 6 H 12 O 6...) 1 kcal = J 1 g C = ok.. 10 kcal 1 J/sec = 1W = 86.4 kj/dobę

21 METODY śniwne METODY DENDROMETRYCZNE

22 Pomiar fotosyntezy POMIAR TEMPA FOTOSYNTEZY 6CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 CPY-4 Canopy Assimilation Chamber

23 Landsat 7 LANDSAT 8 METODY SATELITARNE

24 ZASADA ZDALNEGO POMIARU NDVI R IR Roślinność REFLEKTANCJA Goła gleba IR - R Widzialne Bliska podczerwień DŁUGOŚĆ FALI

25 IR R IR R Zasada pomiaru NDVI NDVI = (IR R)/(IR+R)

26 BADANIA SATELITARNE Landsat 7 Landsat 8 (2013)

Platforma LANDSAT (od 1972) Spektrometr MSS, Thematic Mapper (TM)

Rozdzielczość przestrzenna 1 0.45-0.52 30 m niebieski 2 0.52-0.

55-1.75 30 m podczerwień 6 10.4-12.5 120 m termiczne 7 2.08-2.

27 Platforma LANDSAT (od 1972) Spektrometr MSS, Thematic Mapper (TM) Rozdzielczość czasowa: 16 dni Rozdzielczość spektralna: 7 kanałów µm Rozdzielczość przestrzenna m niebieski m zielony m czerwony m podczerwień m podczerwień m termiczne m podczerwień Landsat 1, 1972 Scena km Obecnie funkcjonują: Landsat 5 (1984) (2013) Landsat 7 (1999) Landsat 8 (2013)

28 Landsat 8 kanały spektralne Spectral Band Wavelength Resolution Operational Land Imager (OLI) Band 1 - Coastal / Aerosol µm 30 m Band 2 - Blue µm 30 m Band 3 - Green µm 30 m Band 4 - Red µm 30 m Band 5 - Near Infrared µm 30 m Band 6 - Short Wavelength Infrared µm 30 m Band 7 - Short Wavelength Infrared µm 30 m Band 8 - Panchromatic µm 15 m Band 9 - Cirrus µm 30 m Thermal InfraRed Sensor (TIRS) Band 10 - Long Wavelength Infrared Band 11 - Long Wavelength Infrared µm 100 m µm 100 m

29 NIEBIESKIE

30 ZIELONOśÓŁTE

31 CZERWONE

32 BLISKA PODCZERWIEŃ

33 PODCZERWIEŃ

34 PODCZERWIEŃ

35 PUSZCZA NIEPOŁOMICKA (Landsat 5, Aug.1992; bands 5+4+2)

36 landsat kanaly 4+3 (NDVI) PUSZCZA NIEPOŁOMICKA NDVI Landsat bands 4&3

37 NDVI = (IR-R)/IR+R)

38 SATELITA TERRA aparatura pomiarowa: ASTER CERES MISR MODIS MOPITT AQUA AURA

40 Produktywność Oceanów Z danych satel. SeaWiFS Science, czerw. 2002

41 Główne ograniczenie Pp na lądach: WODA

42 SZTUCZNIE NAWADNIANE POLA W STANIE Kansas, USA

44 Tabela wybranych wartości Pp na lądach (sucha masa) g /(m 2.rok) 10 9 t/rok Lasy równikowe Lasy strefy umiarkowanej Tajga Sawanna, Stepy itp Inne Razem lądy 117.5

45 Tabela wybranych wartości Pp w morzach g /(m 2.rok) 10 9 t/rok Otwarty ocean Upwellingi Szelfy kontynentalne Rafy koralowe Estuaria Razem morza 55.0

46 Produkcja Pierwotna Netto na lądach

47 Mapa produktywności lądów

48 Mapa produktywności oceanów

49 Mapa produktywności

50 BILANS ENERGETYCZNY BIOSFERY CAŁKOWITA PRODUKCJA OCEANÓW: ton C/ rok = ton s.m. / rok = J / rok = MW CAŁKOWITA PRODUKCJA LĄDÓW: ton s.m. / rok = J / rok = MW *48.5 Gt C yr 1 *56.4 Gt C yr 1 (53.8%) RAZEM BIOSFERA: J / rok = MW (inne źródła: MW) ENERGIA ZE SŁOŃCA (PhAR): MW Pp = % PhAR *104.9 Gt C yr 1 * Field et al 1998

51 Tempo zuŝycia energii, W Metabolizm maksymalny Maksymalna asymilacja energii z pokarmu Metabolizm minimalny ZuŜycie energii przez człowieka ( ) na tle fizjologicznego zapotrzebowania na energię ( ) u ssaków (wg Weiner 1989)

52 ZuŜycie energii na głowę (średnie dla regionów) Świat OECD Śr. Wschód Były ZSRR Eur. Nie-OECD Chiny Azja Am. Łac. Afryka Polska Regiony kw

53 ZUśYCIE ENERGII PRZEZ CZŁOWIEKA Świat (średnio) < 2 kw/osobę Polska ok. 5 kw/osobę U.S.A. > 10 kw/osobę Organizm ludzki w spoczynku: W przy pracy: W

54 PRODUKCJA PIERWOTNA BIOSFERY A CYWILIZACJA ŚREDNIE ZUśYCIE 2 kw /1 człowieka KRAJE ROZWINIĘTE 10 kw / 1 człowieka Pp BIOSFERY MW = kw ( ) / 10 = = 10 miliardów ludzi (cywilizowanych nadmiernie) ( )/2 = = 50 miliardów ludzi (cywilizowanych średnio...)

57 BIEśĄCE KOSZTY ENERGETYCZNE PRODUKCJI ENERGII (ZWYKLE POMIJANE;Pimentel et al..) Hydroelektrownie 1:24 Biomasa 1:7 Energia z wiatru 1:5 Energia fotowoltaiczna 1:3 Biogaz 1:2 Energia geotermalna 1:48 Węgiel 1:8 Energia jądrowa 1:5 Gaz ziemny 1:8 Etanol 2:1 Biodiesel 2:1

62 MITOLOGIA ZIELONYCH PŁUC

Podobne dokumenty

EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII. Wykład 2

EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII. Wykład 2 EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII Wykład 2 POWSTANIE śycia (BIOGENEZA) January Weiner: HIPOTEZY O POWSTANIU I WCZESNEJ EWOLUCJI śycia HISTORIA DOCIEKAŃ (OD DARWINA DO MILLERA) http://kosmos.icm.edu.pl/ Historia