Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование процессов переноса СО2 при различных состояниях поверхности раздела вода-воздух

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование процессов переноса СО2 при различных состояниях поверхности раздела вода-воздух"



ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНОВ ЛЕНИНА, ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

КИСЕЛЕВА СОФЬЯ ВАЛЕНТИНОВНА

УДК 551.464

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА С02 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СОСТОЯНИЯХ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ВОДА - ВОЗДУХ

(04.00.22 - геофизика)

//

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре физики моря и вод суши физического факультета МГУ.

Научный руководитель ~ доктор физико-математических наук, профессор

В.В.Алексеев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Крапивин В.Ф. доктор геолого-минералогических наук Савенко B.C.

Ведущая организация - Лаборатория мониторинга природной среды и климата Госкомгидромета и АН СССР

Защита диссертации состоится _ 1990 г.

в /У— часов в аудитории ¿ГУУ на заседании Специализированного совета по геофизике МГУ (К.053.05.25) по адресу: П98Э9, Москва, Ленинские горы, физический факультет МГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан "/<?" - 1990 г.

'К/ХУ/л/

vZ-'/ В.В.Розанов

ОБИда ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, tí последние годы значительно возрос интерес к исследованиям глобального круговорота"углерода. Вызвано это беспрецедентным ростом концентрации углекислого газа в атмосфере и возможными климатическими последствиями данного процесса. Как отмечалось в многочисленных исследованиях (Бах, ItbC; Ьудыко,IS72; ^анабе, КЬС), при удвоении концентрации в атмосфере, которое отодается уже в Ü030-2C50 гг, может произойти увеличение средней планетарной температуры воздуха нэ 1.5 - 4.5° Глобальное потепление способно привести к повышению уровня океана-, существенно изменить гидрологический режим и, таким образом, оказать огромное влияние нэ климат, глобальные экосистемы, сельское хозяйство, водные ресурсы.

Прогнозы дальнейших изменений содержания C0-¿ в атмосфере является сложной междисциплинарной проблемой, одним из центральных звеньев которой является исследование механизмов и интенсивности переноса углерода в системе резервуаров подвижного фонда (атмосфера - океан - биота).

Поверхностные воды океана находятся в состоянии, близком к равновесию с атмосферой и способны активно взаимодействовать с ней. В связи с этим безусловно актуальными являются опенки способности океана поглощать дополнительные антропогенные выбросы углерода, времени релаксации резервуаров подвижного фонда углерода при интенсивных выбросах Ü0?. Важным является также выяснение роли состояния поверхности раздела вода - воздух на скорость переноса газа между контактирующими резервуарами.

Поток СО^ через водную поверхность определяется помимо градиента концентрации на границе раздела целым комплексом физико-химических факторов: скоростью ветра, характером волнения, обрушением волн, образованием пузырьков в толще воды и брызг над поверхностью, наличием на границе раздела пенных образований, поверхностно-активных веществ. Поскольку проведение натурных измерений наталкивается зачастую на значительные сложности технического и методического характера, представляется весьма продуктивным изучение указанных механизмов переноса в условиях лабораторного эксперимента .

Результаты проведенных ранее работ по лабораторному моделированию процессов газообмена, а также определению скорости газо/- №

переноса в натурных условиях весьма противоречивы. Эпизодичность прямых определений скорости обмена и различие в методиках ее расчета по косвенным параметрам в натурных и лабораторных условиях затрудняют анализ полученных результатов и определение вклада различных механизмов переноса. Слабо изучены вопросы о влиянии характера волнения, интенсивности обрушения волн, наличия на поверхности пены на обмен СС^.

Цель работы. Целью данной работы является экспериментальное изучение процессов газообмена при различных состояниях поверхности раздела вода - воздух, определение реакции системы атмосфера-океан - биосфера на характер обмена С0У через границу вода -воз,дух.

Основные задачи исследования:

- провести экспериментальное исследование процессов газообмена между водой и воздухом в аэрогидроканале при различных условиях ветрового воздействия и характера волнения;

- провести измерения компонентов карбонатной системы в реальных морских акваториях (Каспийское море), а также расчеты потоков ОС, в системе море - атмосфера на основе результатов лабораторного моделирования;

- создать экспериментальную установку для исследования переноса СО-) через граничу раздела при наличии на водной поверхности пенных пленок (в отсутствие ветрового воздействия);

- провести экспериментальное исследование в аэрогидроканале влияния обрушения волн, образования брызг, пузырьков и пены на интенсивность газопереноса;

- провести математическое моделирование реакции системы атмосфера - океан - биосфера на изменение интенсивности переноса С0;> через границу вода - воздух в условиях интенсивных антропогенных выбросов углекислого газа.

Научная новизна. Впервые на основании экспериментальных результатов исследован характер зависимости скорости газообмена от параметров волнения для широкого диапазона скорости ветра. Показано, что переход от гравитационно-капиллярного волнения к гравитационным волнам сопровождается существенным изменением величины скорости газообмена. Полученные экспериментальные резуль таты позволили провести опенки потоков СС9 в системе море - ат-

мосфера для обширных прибрежных акваторий Каспийского моря. При атом было проведено подробное и тщательное измерение элементов карбонатной системы в указанных районах, их пространственная, и .. временная"изменчивость. Впервые была экспериментально исследована интенсивность газообмена через границу вода - воздух не только при наличии брызг над поверхностью и пузырьков в толще воды, но и при образовании полосовой пень; различной мощности. Показано, что пена на поверхности так же, как брызги и пузырьки усиливает скорость газопереноса, причем рост толщины пенного покрова увеличивает интенсивность газообмена.

Научно-практическая ценность. Экспериментальные результаты работы важны для понимания процессов и механизмов, обеспечивающих перенос С0о через границу вода - воздух при различных состояниях поверхности раздела. Полученные выводы могут быть использованы при практических расчетах интенсивности газообмена и суммарных потоков CO., между резервуарами углеродного цикла. Результаты экспериментальных и теоретических исследований интенсивности переноса CG^ представляют безусловный интерес при изучении реакции резервуаров подвижного фонда на антропогенные выбросы углекислого газа.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Iii Всесоюзном симпозиуме "Физические основы теории климата". (г.Сбнинск, КЬ7 г.), школе - семинаре молодых ученых "Современные проблемы естествознания. Прикладные вопросы неравновесной термодинамики и тепло- и мэссообмена" (Краснодар. К'9С г.), научных семинарах кафедры физики моря и вод суши физического факультете ;.1Г'У, семинарах лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета ¿ГУ.

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

На защиту выносятся следующие положения:

I. Интенсивность переноса через границу раздела вода -воздух зависит помимо скорости воздушного потока от параметров волнения. Скорость эвазии углекислого газа из воды в воздух при наличии на поверхности гравитационных волн возрастает в 3 -4 раза по сравнению с интенсивностью газопереноса в случае гравитационно-капиллярных волн на поверхности при одних и тех '■вд скоростях ветра.

Па интенсивность переносе >JC- через поверхность раздела

J- ÍSÓI

вода - воздух в штормовых условиях значительное влияние оказывают не только брызги и пузырьки, но и устойчивые пенные образования типа полосовой пены. Б условиях ветроволнового перемешивания пена не поверхности способна увеличить газообмен на 25 - ЗС%. Рост толщины пенного слоя на поверхности приводит к интенсификации газопереноса.

Структура и объем работы, ^ссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 171 страниц текста, включая 43рисунков и 4 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 2,0:7назЕаний.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы основные цели исследования и изложена структура диссертации.

В первой главе представлен обзор литературных источников, посвященных современному состоянию исследований переноса углекислого газа между резервуарами подвижного фонда (океан - атмосфера - биосфера). Отмечается, что океан, как самый мощный резервуар углерода, способен оказывать наиболее существенное влияние на содержание СО^ в атмосфере, значительное увеличение которого наблюдается в настоящее время в связи с антропогенными выбросами.

Дан обзор натурных и лабораторных экспериментов, посвященных определению скорости газообмена между океаном и атмосферой. Обсувдаются факторы, влияющие на газообмен. Приведены также основные теоретические подходы к решению проблемы переноса химически активных газов через границу раздела фаз.

Сделан обзор работ, посвященных изучению особенностей, тепло-массо- и газопереноса при шторме, структуры пограничных областей в воде и в воздухе при наличии обрушаюцихся волн. Отмечено, что изменение структуры поверхности при штормовых условиях оказывает большое влияние на интенсивность тепло-, массо- и газспереноса. Приводятся характеристики спектров пузырьков и брызг, обсуждаются особенности их движения, интенсивность генерации, измеренные в натурных и лабораторных условиях. Рассматриваются физико-химические свойства, структура, размеры пенных образований, возникающих на поверхности воды в штормовых условиях.

Дан обзор работ, посвященных моделированию реакции резервуаров подвижного фонда углерода на антропогенные выбросы СОг,. Делаете я - вывод о томчто - для прогностических - оценок - содер-________

жания углекислого газа в атмосфере необходимо знать скорость выведения СО^ из атмосферы в Мировой океан. Поэтому важной задачей современных экспериментальных исследований является изучение механизмов, контролирующих интенсивность газообмена, и на основе этих данных определение зависимости коэффициентов газопереноса от гидроаэродинамических и физико-химических условий.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию влияния ветро-Еолнового перемепивания на интенсивность газообмена. Многие районы Мирового океана, а также внутренние моря характеризуются значительным пере- (недо-)сыщением углекислым газом по сравнению с атмосферой; в результате происходит интенсивная перекачка СС^ мезду резервуарами.

Натурные измерения элементов карбонатной системы прибрежных акваторий Среднего и Южного Каспия показали, что даже в летнее время (май - июнь) наблюдается значительное пересыщение воды углекислым газом (концентрация СО- в воде составляет 350 - 540 рргй.), и происходит эвазия газа и& воды в воздух.

В лабораторных условиях на установке аэрогидроканал с мощным волнопродуктором был промоделирован перенос через гра -ницу вода-воздух при различных условиях ветроволнового перемешивания. Используя сатуратор, удавалось достичь концентраций СО^ в воде в 2 - 4 раза превосходящих парциальное давление газа в воздухе. Исследовалась зависимость скорости газообмена (эвазии) от скорости воздушного потока над поверхностью воды и параметров волнения. Мощность и размеры установки (длина 25 м, ширина 1.25м, высота Зм) позволяли получать различные скорости воздушного потока над поверхностью воды = 4.0 - 22.0 м/с,^о " скорость ветра нэ высоте Юм), и типы волнений (капиллярно-гравитационные волн с длиной волны А = 8.0 - 20.0 см и гравитационные волны с = 1,0 - 3.0 м). Подробные измерения параметров волнения позволили провести расчеты увеличения площади раздела двух фаз. Сделан вывод о том, что значительные приращения площади поверхности происходят в случае наличия на поверхности гравитационно-капиллярных волн; при гравитационном ти-

пе волнения увеличение площади границы раздела не превосходит 1% площади гладкой поверхности. Измерения скорости газообмена проводились в условиях пересыщения воды углекислым газом. Значения концентрации СО.^ в воде расчитывались по измеренным значениям рН, Т°С, ЛШ вода на основе уравнений карбонатной системы. Парциальное давление углекислого газа в воздушной камере определялось путем хроматографического анализа проб воздуха.

Общий вид зависимости скорости газообмена ^ от 17 ^ для гравитационно-капиллярных волн в целом согласуется с результатами, полученными ранее в натурных и лабораторных условиях. С увеличением скорости ветра наблюдается практически линейный рост скорости газообмена до (22.0 - 25.0) см/с при

^20 = м/с» а затем происходит резкое увеличение , что связано с интенсификацией процессов переноса через границу раздела при обрушении волн, генерации пузырьков и брызг. При наличии на поверхности воды длинных (гравитационных) волн и малых скоростях ветра интенсивность газообмене в 4 - б раз превосходит соответствующие характерные для гравиташонно-капил-лярных волн. В диапазоне больших скоростей ветра, при которых наиболее существенным становится вклад в гезоперенос волновых обрушений, скорость газообмена для различных типов волн одинакова при равных На рис. I изображены зависимости скорости газообмена от скорости ветра. Кривая Г соответствует случаю гравитационно-капиллярных волн с длиной волн Д—20 см, кривая П - гравитационным волнам с А >1.0 м.

Полученные результаты позволили провести оценки скоростей переноса С0£ и расчитать потоки газа в системе море - атмосфера, характерные для прибрежных акваторий Каспийского моря. Во время экспедиционных работ проводились измерения параметров карбонатной системы морской воды, парциального давления ЗС^ в воздухе над морем, скорости ветра и характеристик волнения. При анализе получении х данных было учтено отличие солевого состава каспийской воды от океанической. Во время измерений наблюдались небольшие (до 6.5 м/с) скорости ветра над морем, однако, развитое волнение и значительное пересыщение воды углекислым газом обуславливали интенсивный выход СО^ в атмосферу: потоки СОо составляли 17.0 -32.0-ммоль/(м сут). Исследований суточных вариаций парциального давления углекислого газа в воде (рСО ■ ) показало, что Пересы-

юи

12о

100

75

'о и

25

ш/с

II -1

г I I А-

1'

/

/

А

■ / /

/

к

}

10 5 10 15 20 25

Цс, "/с

Рис. I зависимость скорости газообмена от скорости ветра на высоте = 10.0 м.

I - гравитационно-капиллярное волнение, Д ^ 20 сг.

II - гравитационное волнение,Д> 1.0 и

з - т&

__400___500_____ 600__рСО* ррт

2.0 4.0 6.0

8.0 2,м

— $С02 , а

о- рС02>

12°*° 1600 20°° О00 400 800 1200 'Ь.час

Ряс. 2. Суточные вариации профяля рС0^(2) - а) Суточные вариации рСО^ на Е = 1Ссм.-б)

4 - 2130,

ЯП

5 - 7 (следующие сутки)

рС02 ррт

600

400

200

Л И И ¡1! 1

11

{ И 5

б)

1(

11

щение воды СО2 остается постоянным. Наблюдаемые суточные вариации рСО^ обусловлены как чисто физическими, так и биологическими факторами-(суточные-изменения-в процессах фотосинтеза) - При_______

этом значительное общее пересыщение верхних слоев воды углекислотой связано с высокой интенсивностью процессов деструкции фитопланктона. В ночное время, вследствие усиления ветровол-нового перемешивания (скорость ветра возрастала до 9 - 10 м/с) происходит увеличение скорости газообмена, и, как следствие, некоторый рост содержания С02 в приводном слое атмосферы. Характерные вариации содержания углекислого газа, в приповерхностном слое води, а также суточные изменения профиля парциального давления С02 в Еоде показаны на рис. 2 а,б. (Алексеев, Ляг.ган, Киселева, 1989).

Третья глава. посвящена, результатам экспериментального исследования процесса газообмена, при наличии обрушающюсся волн и пенных образований на поверхности вода.

С помощью установки, позволяющей фиксировать образующиеся над поверхностью вода брызги на. фильтровальной бумаге, были изучены характеристики поля брызг: интенсивность генерации, распределение по размерам, изменение количества брызг с высотой к т.д. При наличии на поверхности гравитационно-капиллярных волн и скоростях ветра 15.0 м/с наблюдался только интенсивный срыв брызг с гребней волн. В случае гравитационного волнения происходило увеличение потока количества брызг более чем на порядок за счет обрушения волн. На рис. 3 а показана зависимость потока, количества брызг от высоты над водной поверхностью для различных скоростей ветра и различных характеристик волнения. Вне зависимости от механизма образования капель наблюдалось экспоненциальное уменьшение потока количества, брызг л высотой над поверхностью вода и скоростгаветра.

Одновременные измерения интенсивности газопереноса и параметров поля брызг позволили установить зависимость скорости газообмена. от потока количества капель над поверхностью воды (рис. 3 6). Видно, что особенно заметное увеличение переноса углекислого газа происходит уже на. начальной стадии генерации брызг, при дальнейшем нарастании потока количества брызг (С^ 100*10~^ 1/(см^-с)) рост скорости газообмена менее интенсивен.

1.0 -

10'

■^вл =12.8м/с, Д =12см Уо.ъ'=14.2м/с, Д =15 см

5 =8,5м/с, Д =1.5 м

=11.5м/с, /1 =1.8м гГ°.ь=12.5м/с, /I =2.2 м

10'

»Г3

Л п/(см?с)

рис. 3. а)- Зависимость потока количества орызгцот высоты г,

скорости ветра ( Ъ'д д), параметров волнения;©,х - срыв

брызг с гребней;м*- образование брызг при обрушении.

б) - Зависимость скорости газообмена"Ш -от потока количества брызг р

Для моделирования влияния пенных образований на газообмен были проведены эксперименты двух типов. На специально сконстру-"ированной установке проводились стационарные_эксперименты по определению влияния пенного слоя на поверхности вот на газообмен в отсутствие влияния воздушного потока и Еслнения. Результаты показали, что для случая воды различной солености 'S С.С%0 , Зо.Сд^ и щелочности '= С.035, 2.8 мг.-экв./л) наблюдается увеличение интенсивности газообмена при наличии монослоя пены на 20 - 30% . При этом увеличокие толщины пенного покрытия приводило к некоторому росту скорости газообмена через границу раздела. На рис. 4 прсдставлана зависимость скорости газообмена от толщины пенного столба в еттионарних экспериментах (при отсутствии ьоздуш»о-го потока). Приведены результаты экспериментов с монодисперсной пеной ( пена типа I, средний радиус пузцрька r~= b-IC,_i* см) и полидисперсной пеной, спектральный состав которой близок к полосовой пене ( пена типа II, средний радиус пузырьков С = 0.2-IC"1 см, минимальный радиус - Г" = 0.5*10"^ см, максимальный радиус пузырьков - Г" = 3.5* см). Динамические эксперименты, проведенные в аэрогидроканале, в котором с помощью специально сконструированного генератора получали пенные образования не поверхности водь: типа полосовой пены показали, что указянкый выше э:Т4<Ж'Г возрестешя скорости газообмена сохраняется и при реальных условиях ьетро-волиового перемешивания.

Ь четвертой главе описываются проведенные модельные расчеты реакции системы океан - атмосфера - незекнея биотэ на антропогенные выбросы СО,,. В модель были включены три океанических блока: верхний квазиоднородный слой, глубокий океан и область формирования холодных глубинных вод; в биосферном резервуаре вы-д«л«яиеь кгроткс'чкпушая п делгеявутв!» биот=>. На основе анализа с^чс'.-ч-ьуотх о; снйргев развития кгрсвсЯ г,н- гготики и иь-еших-ся данных об интенсивности антропогенных поступлений углекислого газа в атмосферу за индустриальную эпоху, бкл выбран сценарий Еыоресов СО-;, согласно которому максимальная скорость выбросив . -.у у г в -Л7С' г. и :оетавит 21 Г г "/год.

Рсс"'с го о.-:-3':;:о, при условии постоям осоа of ксуос-

бг-о-н; антропогенный углерод перекачивается в

глубок:--' ;-лои ъу.<"-.нг- я увеличивает содержание 0 в ьем к ,4С г. более чем на ix. Наименее икершошадл! резервуара;.;:

2.5

2.0 .

1.5 .

1.0

8.0 к, с,

'не. 1. ь-ош'сиаооть относительной скорости газообмена ^ЦУ^ от тодщкш слоя пены на ■ поверхности, .о - цена 'пша I ("монодиспсрсная"), • - пена пша II ("поллдпслерская"), скорость газообмена через свободную поверхность воцн.

г.тс: блоки стсюсфзрк и Д0.тс"здв;/"ДЗК биотг. г:, 1007/300 >:ркс*кле-ь-наи, кон;.,ентрашя углероде, z :.Ь арегссхсдгд.т доинцустриаль-ягй уровень зезтигзотс.г к : .С, гг, "".пев происходит ме^.-'еь^ьй^спрд"; 01кеко выхода на отп-ионс-рное пнгчешз содиртекия ОС , в ртмсс-форе из происходит даже к середине XXI река, когда концентрация

углекислого гезэ уменьшается дс <__1С рргп. Оодериануо углероде

в В1;С испытывает меньшие вариации, выход на стационар происходит к году при кеш-еьтряши углерод г на Ц, - с„5 1'т превосходящей доиндуотриалькый уровень.

Большое количество факторов, влияющих на газоперенос, обус-гзвлиггтг , кпк ось вше, значительнее вариации скорое»«

газообмена на границе раздела океан - атмосфера. Использование в моделях углеродного цикла некоторых осредненных характеристик переноса углекислого газа между водой и воздухом способно внести определенные искажения в прогностические оценки содержания С 0 о в различных резервуарах. Нами были проведены расчеты динамики СО^ с использованием различных коэффициентов газоперекоса на границе атмосфера - квазиоднородный слой океана. Было показано, что вариации в достаточно узких пределах скорости газообмена приведет к изменению общего соцерг.гкиг углерод? в блоках верхнего квазиодноропкого слоя и атмосферы. I-гркгиг атмосферы на изменение скорости обмена на границе водя - Еоздух представлена на рис. 5 а.Видно, что с ростом кояффигкентев перегона (!;[) (соответствуете скорости газообмен» г-арьироЕтлись в пределах ст 40*10"^ цо 7Ьх10~'г см/с) укеньшретоя у-кеигально достижимая концентрация СС - в атмосфере. Реакция .противоположная: с увеличением коэффи' изнтов перенос* воз7«от«вт максимальное содержание углерода.

иссселсв -¡-'ня ре-"кьии резервуаров подвижного фонда углерода на кз*!ск':•>:.'! < ¡.гропогеинкх воз ;ейс1вий и с-енкя времени релаксации системы были проведены модельные расчеты при таких характеристиках антропогенного источника, когда в точке достижения максимальной скорости выбросов предполагалось мгновенное г.регр! цс, с, с ■ гс сссюгсг':1сй нагрузки. Речкой? б^окоь м стсл.1 на ьиздсп^сссю тзкссс типа представлена на рис. ':> 6. -оглсс-но полу"ь-1 !нь::1 результата;/, наибольшая к«!< ончрп и® СО . в атмосфера дс^'сгигается практически озновсеисикс- с и^ксисагьнсГ" скоростью антропогенных выбросов. Наступление максимума содержания

Рис. 5. а - Реакция блока атглос^ери на изменение скорости обмена СС>2 через границу вода - воздух, -/^{1''} лЦ^)-содержание углерода в атмосфере в докндустри-альнш период, К[ - коэ&чщиентц обпена атмосфера -верхний слой океана.

с

/

/

ь

I 6

I о

о

Л, »2 ° ~ ^ 8 * * ** * *= ******

о - атмосфера,

короткого ву;цзл оиота, * - долгоклвущая баота, А — ,

- - глубокий окзан,

- - область ,;ор.\щроваш1Я холодных

глуоинных вод.

хЬиь

юии

2 го;

ии

ОА ПО

Ряс. 5. б - Реакция блоков ¡.¡одели на изменение интенсивности антропогенного источника. а^И)-/^^)-/^^^)-отклонение содержания углерода в резервуарах от цонядустрпальяого значсжл.

/

/

/

/

о

углерода в верхнем слое океана происходит на 40 - 50 лет позднее. Концентрация углекислого газа в атмосфере выходит на стационарное значение в 2400 - 2500 гг., достигая значения 460 ррто. Для ВКС период релаксации больше на 200 лет, при этом в стационарном состоянии содержание углерода в этом резервуаре превосходит доиндустриальное значение на 250-260 Гт.

В заключении сформулированы основные результаты и вывода работы.

1. На основе лабораторных экспериментов показано, что интенсивность газообмена при отсутствии обрушений волн определяется скоростью ветра и параметрами волнения. Происходит увеличение скорости газообмена ( от (10 - 15)*10~^ см/с до (70 - 80)»

10"^ см/с) при переходе от гравитационно-капиллярных волн (Л= 8-20 см) к гравитационным волнам на поверхности.

2. Эксперименты по определению вклада в газообмен между водой и воздухом брызг, образующихся над поверхностью воды при больших скоростях ветра, показали, что особенно заметное увеличение интенсивности переноса углекислого газа происходит на начальных стадиях генерации брызг, при дальнейшем нарастании потока количества брызг рост скорости газообмена менее интенсивен.

3. Экспериментальное изучение влияния пенных образований на обмен СС^ показало увеличение интенсивности газопереноса при наличии на поверхности монослоя пены на 15 - 20%. Увеличение толщины пенного столба на поверхности воды приводило

не к ослаблению потоков, а к их заметному увеличению. £то явление способно, по-видимому, оказать существенное влияние на перенос С0о в районах штормовой деятельности и прибойной зоне (особенно в присутствии поверхйостно активных веществ), где слои пены, многократно перекрываясь, достигают толщины 10 см и более.

4. Исследование особенностей распределения элементов карбонатной системы в водах Каспийского моря показало, что дате в мелководных районах наблюдается значительная неоднородность распределения углекислого геза по глубине. Существенны суточные вариаши парциального давления С Со в приповерхностном

слое воды: максимальные значения концентрации углекислого

газа наблюдаются в ночное время, в дневные часы содержание СО? уменьшается более чем на ICO ррт.Установлено, что концентрация углекислого газ? в веде Каспийского моря даже в летнее время значительно превышает атмосферную, которая в свою очередь отличается от ереднеплэнетарной. Поэтому наблюдается эвазия Cu-J из воды в воздух. Расчеты, проведенные на основе результатов, полученных в лабораторных экспериментах, показывают, что в зависимости от условий ветроволновего перемешивания потоки углекислого газа через гретцу раз г,ела вррьирувтек в пределах 17 - 32 ммоль/См^сут).

5. Исследования реакции резервуаров подвижного фон",я углерода в модели глобального круговорота углекислого газа показало, что при существующей неопределенности в скоростях переноса С0о между верхним слоем океана и атмосферой введение различных коэффициентов переноса океан - атмосфера приводит к изменению прогностических оценок относительно распределения углерода между ВКС и атмосферой вблизи точки достижения максимального содержания углерода. Увеличение коэффициентов псрсиссс приводят " укспьпсгага значения кг.ксиксльис возможной кениентреши углекислого гезя в атмосфера.

Сеногнке результаты диссертагии изложены в следующих работах :

1. Алексе ;в В.В., Звпиев O.K., Кисслг.вг C.B., Лялин .¡.Л.

скспери^нтельное моцелиров^ни 5 вртдоевьия JC'.- из атмосферы cc.v.ksmh. - Изв. АН СССР, ---'Ai., Ко?, т. -о, у Ю, г. 1055 - IC51.

2. Ал-^К'.'еэв В.В,. СаРпеь С.П. , Киселева C.B.

0 поглощении океаном углекислого газа в зависимости от его в зт'.'ссфера с-лм. - Язв. АН СССР, ICbfc,

т.-С-'i, :" 5, - ЪЫ .

3. Зайцев С.И., Меньшиков В.В., Азиев Р.Г., Киселева С.В , Горбулина О.В. Влияние увеличения антропогенного углекислого газа в атмосфере на климат и роль океана в глобальном баланса V.'. . -- Ьо : ч ri » ..iccK. ун-та. "«и. - С,: lífce. - X с.~ ¿e.n. bjBiZ!. IC.iI.ce. '' 133 -- lí-ccl.

4. Алексеев Б.Б., Лямин М.Я., Киселеве C.B.

Исследование процессов обмене G0-, в прибрежных районах Нес— пийского моря. - Метеорология и гидрология, 1689, с. 68 - Î6.

5. Киселева C.B. "О некоторых особенностях переноса С02 через границу раздела вода-воздух". Тезисы доклада. Школа-семинар молодых ученых "Современные проблемы естествознания. Прикладные вопросы неравновесной термодинамики и тепло- и массообмена.", Краснодар, 1990, с.43.