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

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Troposfera. Poziom zaawansowany.
dział TROPOSFERA: ZAAWANSOWANE - menu (rozwiń)

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:

troposfera

1. Powierzchnia krajów europejskich w mln ha,
np. Holandia = 41 500 km2
Autor: Elmar Uherek

troposfera

2. Dym nad Syberią
Zdjęcie: dzięki uprzejmości SeaWiFS Project

Skupiając uwagę głównie na lasach tropikalnych, ludzie często zapominają o ogromnych powierzchniach lasów borealnych np. na Syberii (zdjęcie) i w Kanadzie. Pokrywają one obszar 920 mln ha zwartego, głównie iglastego lasu, stanowiąc 73% lasów iglastych na świecie i 29% lasów w ogóle. Obecnie pożary lasów borealnych występują nie tylko z przyczyn naturalnych, ale także w wyniku działalności człowieka.

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.

troposfera

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)		 troposfera

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.

troposfera

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

troposfera

5. Zdjęcie pokazuje las w sierpniu 2000 r. i 2 lata po pożarze, po zabiegach obsiewania i rekultywacji.
Zdjęcie: Dylan Rader wildland fire pictures

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%

troposfera

6. Lignina jest budulcem drzewa.

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).

troposfera

7. a) otwarty ogień; zdjęcie: Dylan Rader, b) gasnący ogień; zdjęcie: Meredith Rader

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 ...

 troposfera

... 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 - poziom podstawowy - Część 2 - Pożary lasów
Trochę więcej o pożarach w rejonie Morza Śródziemnego i ich potencjalnym wpływie na klimat możesz przeczytać w:
Klimat i rolnictwo - poziom podstawowy - 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

Last modified: Wednesday, 8 June 2022, 9:55 AM