Чем опасно повышение содержания углекислого газа в атмосфере 6 класса

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере Земли. Он вовлечен в процессы появления и разложения всех живых организмов и образования органических соединений из неорганических.
В биосфере СО2 поддерживает процесс фотосинтеза, который образовывает растительный мир суши и поверхности океана.
Совместно с молекулами воды, метана и озона он формирует «парниковый эффект».

Диоксид углерода — это парниковый газ, который в воздухе воздействует на теплообмен земли и является ключевым элементом в формировании земного климата.
На сегодняшний день прослеживается повышение концентрации двуокиси углерода в атмосфере из-за появления новых искусственных и естественных его источников. Это значит, что климат планеты будет меняться.

• Источники углекислоты
• Поглотители двуокиси углерода
• Взаимодействие с океаном
• Взаимодействие с землей
• Заключение

Большая часть диоксида углерода планеты естественного происхождения. Но также источниками СО2 являются промышленные предприятия и транспорт, которые обеспечивают выброс в атмосферу углекислого газа искусственного происхождения.

При перегнивании деревьев и травы каждый год выделяется 220 миллиардов тонн углекислого газа. Океанами выделяется 330 миллиардов тонн. Пожары, которые образовались в связи с природными факторами приводят к выбросу СО2, равному по количеству антропогенной эмиссии.

Естественными источниками углекислоты являются:

• Дыхание флоры и фауны. Растения и животные поглощают и вырабатывают СО2, так устроено их дыхание.
• Извержение вулканов. Вулканические газы содержат двуокись углерода. В тех регионах, где есть активные вулканы, углекислый газ способен выходить из земных трещин и разломов.
• Разложение органических элементов. Когда органические элементы горят и перегнивают появляется СО2.

Диоксид углерода хранится в углеродных комбинациях: угле, торфе, нефти, известняке. В качестве резервных хранилищ можно назвать океаны, в которых содержатся большие резервы углекислоты и вечную мерзлоту. Однако, вечная мерзлота начинает таять, это можно заметить по уменьшению снежных шапок самых высоких гор мира. При разложении органики наблюдается рост выделения в атмосферу углекислого газа. В результате чего хранилище преобразуется в источник.

Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это в основном вечная мерзлота. В ней содержится много органического вещества. Из-за нагрева арктических регионов вечная мерзлота тает и происходит гниение ее содержимого.

Главными искусственными источниками CO2 считаются:

• Выбросы предприятий, которые происходят в процессе сгорания. Результатом является значительное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере планеты.
• Транспорт.
• Превращение хозяйственных земель из лесов в пастбища и пахотные земли.

В мире растет количество экологических машин, но их процент по отношению к машинам внутреннего сгорания очень мал. Стоимость электрокаров выше обычных машин, поэтому многие не имеют финансовой возможности приобрести такой вид транспорта.

Интенсивное сокращение лесов для промышленности и сельского хозяйства относится к антропогенным источникам CO2 не в прямом смысле. Деятельность по уменьшению лесных массивов является причиной неучастия диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Что приводит к его накоплению в атмосфере.

Поглотители двуокиси углерода

Поглотителями называют любые искусственные или природные системы, которые впитывают из воздуха углекислый газ. Поглотитель — это структура, которая вбирает из воздуха больше CO2 чем выбрасывает в него.

Леса способны воздействовать на количество двуокиси углерода в воздухе. Они могут быть и поглотителями, и источниками выбросов параллельно (при вырубке). Когда деревья увеличиваются, а лес растет, то углекислый газ поглощается. Данный процесс считается основой развития биомассы. Выходит, что прогрессирующий лес выступает поглотителем.

Лес северного полушария

При сжигании и уничтожении леса основная доля накопленного углерода опять преобразуется в углекислый газ. В итоге лес снова является источником СО2.
Фитопланктон также является поглотителем углекислого газа на земле. При этом большая часть поглощенного углерода, передаваясь по пищевой цепочке, остается в океане.

Самыми известными поглотителями СО2 считаются: раствор едкого калия, натронная известь и асбест, едкий натр.
Эти соединения при протекании химических реакций связывают углекислоту, преобразовывая ее в другие соединения. Существуют установки, которые улавливают углекислый газ из выбросов электростанций и преобразуют его в жидкое или твердое состояние с последующим применением в промышленности. Производятся испытания закачки углекислого газа, растворенного в воде, в базальтовые породы под землей. В процессе реакции образуется твердый минерал.

Станция закачки углекислого газа под землю

Взаимодействие с океаном

В океанах углекислота по наличию превышает атмосферное содержание, если пересчитать на углерод, то выйдет примерно 36 триллионов тонн. Растворенный в океане CO2 находится в виде гидрокарбонатов и карбонатов. Эти соединения образуются в процессе химических реакций между подводными скальными породами, водой и двуокисью углерода. Реакции эти обратимы, они вызывают образование известняковых и других карбонатных пород с высвобождением половины гидрокарбонатов в виде диоксида углерода.

Круговорот углекислого газа в океане

Протекая сотни миллионов лет, этот круговорот реакций привёл к связыванию в карбонатных породах большей части диоксида углерода из атмосферы Земли. По итогу большинство двуокиси углерода, полученной в результате интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу человеком, будет растворено в океанах. Но скорость, с которой будет протекать этот процесс в дальнейшем, остается неизвестной.
Наличие фитопланктона на поверхности океанов помогает поглощать СО2 из воздуха в океан. Некоторое количество углекислого газа фитопланктон поглощает при фотосинтезе, приобретая энергию и источник для развития клеток. Когда он погибает и спускается на дно, углерод остается с ним.

Взаимодействие с землей

Углекислый газ воздуха на генетическом уровне взаимосвязан с землей. Постоянно протекающие почвенные движения увеличивают резервы СО2 в воздухе, где он используется растениями на образование органических элементов. Углекислота выполняет важную функцию в формировании и проветривании почвы. Он принимает участие в разрушении основных минералов, увеличении растворяемости, перемещении карбонатов и фосфатов.

Значительная доля диоксида углерода грунтового воздуха появляется в результате деятельности почвенных организмов, во время распада и окисления органического элемента. До 1/3 части СО2 вырабатывается корнями высоких растений. Также происходит поступление углекислого газа с газами ювенильного и вадозного происхождения из глубочайших шаров земли. В почвах, сформированных на известковых породах, СО2 способен выступать продуктом разрушения углекислого кальция почвенными кислотами.

СО2 грунтового воздуха имеет огромную биологическую значимость. Ее излишек (больше 1%) подавляет проращивание семян и рост корневой системы. Если убрать углекислоту все равно ее кратковременный излишек приведет к медленному росту семян.

В почвах с большим содержанием органического вещества концентрация СО2 летом и весной увеличивается до 3-9 %. Черноземные грунты вырабатывают от 2 до 6 кг углекислого газа на протяжении 24 часов. В почвенном воздухе на глубине 75-150 см в два раза больше содержание СО2 нежели в верхних слоях. В теплые времена содержание СО2 в почвенном воздухе в два раз больше чем в зимний период. Объяснить это можно увеличением активности организмов в грунте.
Необходимо понимать, что многочисленные способы земледелия приводят к повышению концентрации углекислоты в грунте. Среди них можно выделить:

• органические удобрения;
• травосеяние;
• сжатие катками.

Безусловно, не стоит говорить, что плодородность и качество земли зависит исключительно от углекислоты, есть и другие факторы, влияющие на это.
Чтобы регулировать динамику СО2 в почве и увеличивать его содержание до требуемого количества для извлечения хорошего урожая необходимо:

• активировать жизненные процессы в грунте при помощи аэрации;
• осуществлять правильное травосеяние для того чтобы поддерживался и обновлялся резерв органического вещества;
• делать сидерацию и вносить органические удобрения.

Заключение

Несомненно, что без углекислого газа существование на нашей Земле кардинально отличалось бы. Он вовлечен в важнейшие биологические, химические, геологические и климатические процессы. О них важно знать для объяснения многих явлений, происходящих вокруг нас.

Статья ставит перед собой цель довести до сведения людей информацию о газе, который необходим человеку для жизнедеятельности и поддержания важных процессов в природе на земле. Но его воздействие, при увеличении, дестабилизирует окружающую среду и может привести к глобальным и необратимым процессам разрушения для планеты. В настоящее время мы уже можем наблюдать изменение климатических условий на разных континентах, связанные с одним из значимых газов на земле – диоксидом углерода.

Происхождение

Образование диоксида углерода носит естественный характер. Основная часть углерода на Земле миллионы лет хранится в надежных кладовых карбонатных горных пород, вроде той, из которых состоят известные «Белые Скалы Дувра» на побережье Ла-Манша.

В создании этих скал участвовали существа, в тысячу раз меньше булавочной головки. Триллионы подобных, микроскопических существ — одноклеточные водоросли.

Вулканы, горячие источники и гейзеры выбрасывали CO2 в атмосферу, а океаны осуществляли его медленное поглощение. Сотни миллионов лет одноклеточные водоросли растворяли в себе двуокись углерода и формировали из нее крошечные раковины. Обилие этих раковин образовывало огромные залежи мела или известняка на дне океана. В результате смещения тектонических плит, земля подняла морское дно из глубины и высекла из него большие «Белые Скалы Дувра». Полипы и водоросли, которые умеют из воды извлекать известь, использовали двуокись углерода для постройки гигантских коралловых рифов. Сами же океаны превращали в известняк поглощенный диоксид углерода, без помощи со стороны живых существ.

Поглощение океаном CO2

С течением времени в атмосфере планеты остались едва заметные следы CO2, концентрация углекислого газа на данный момент составляет около 0,04 процента от общего объема воздуха. Сейчас наряду с азотом (N2), кислородом (O2) и аргоном (Ar) диоксид углерода образует составную часть воздуха планеты, которым мы дышим.

В массовом эквиваленте на кубометр воздуха приходится 760 миллиграмм CO2. Однако в этом и заключается разница между бесплодной пустошью и буйством жизни в земном саду. При полном отсутствии углекислого газа Земля превратилась бы в ледяной шар. При увеличении его в 2 раза, а именно при 8 молекулах на каждые 10000, нам стало бы не комфортно при такой жаре.

Открытие

Первооткрывателем углекислого газа является шотландский физик и химик, Джозеф Блэк (Joseph Black). В 1756 году ученный проводил эксперимент, нагревая белую магнезию (MgCO3). В результате нагрева он выявил, что карбонат магния разложился до жженой магнезии (оксида магния) с потерей массы и образованием так называемого «связанного воздуха». Этим воздухом, как не трудно догадаться, был диоксид углерода.

Впервые, при детальном изучении CO2, Джозеф Блэк доказал что, окружающий нас воздух, это не единая субстанция, а смесь газов. До этого момента все ученные считали воздух одним газом.

Круговорот в природе

Организмам и растениям для поддержания жизненных процессов необходим углерод, круговорот которого в углеродном цикле планеты осуществляется двуокисью углерода. Регулирование концентрации CO2, с конца докембрийского периода (540 млн. лет назад) и до начала индустриально-промышленной эпохи, производится происходящими в земной коре геологическими процессами и производящими фотосинтез организмами. Одни из них образуют и выбрасывают, другие поглощают и вдыхают.

Энергия света, попадая на растительные организмы, водоросли и некоторые виды бактерий, активирует процессы, производящие сложные органические соединения (углеводы) из простых неорганических (CO2 и вода). При этом кислород образуется в качестве побочного продукта. Двуокись углерода также является побочным продуктом организмов, для дыхания которым необходим кислород. Газ попадает в воду через жабры рыб и в воздух через легкие людей и животных. Углекислый газ появляется в результате распада органики (гниение) и в процессе брожения. Вулканы производят выброс углекислого газа, океаны осуществляют его поглощение. Сжигая дрова и другие органические материалы, ископаемые виды топлива, также происходит выделение углекислоты.

Промышленность и CO2

Диоксид углерода — востребованный промышленный материал, который используется во многих отраслях в твердом, жидком и газообразном состоянии.

• В качестве инертного газа при сварке.
• Является наполнителем для углекислотных огнетушителей.
• В качестве газа наддува в авиационных пушках и при добыче нефти.
• Его добавляют в питьевую воду, вино и газированные напитки.
• В твердом состоянии используется как хладагент.

Влияние на атмосферу

Наличие углекислоты регулировалось в течение длительного срока естественными процессами, происходящими на поверхности земли. К искусственным процессам увеличения содержания CO2, в охватывающих весь земной шар масштабах, наша цивилизация приступила в середине 20 века. Человечество, сжигая уголь, нефть и природный газ, производит огромные выбросы диоксида углерода, как отработанного и ненужного продукта в крупномасштабных процессах окисления.

Увеличение населения земли за последние сто лет в 5 раз (1900 год — 1,6 миллиарда человек, 2018 год – 7,6 миллиарда человек) также вносит существенный вклад в накопление этого газа. Производство и использование транспорта увеличивается с ростом населения. Вместе с возрастанием промышленности это приводит к значительной эмиссии CO2 в окружающий воздух. Естественные фильтровальные насосы (океаны и растения) не справляются с увеличением углекислого газа. Об этом говорят измерения, производимые постоянно в разных уголках земли. Так, наличие CO2 в доиндустриальную эпоху составляло 280 ppm, в наше время 406 ppm.

Усугубляет ситуацию вырубка и горение лесов. Пропуская ультрафиолетовое и поглощая инфракрасное (отраженное от земли) излучение углекислота способствует нагреванию океанов и атмосферы земли, образуется парниковый эффект. Увеличение и хорошее проникновение в верхние слои океанов, приводит к образованию угольной кислоты. Данный процесс вызывает окисление, что в совокупности с повышенной температурой, приводит к гибели фитопланктона, важнейшего поставщика кислорода на земле и утилизатора CO2.

Хоть немного узнав об углекислом газе, вы осознаете его значимость практически во всей биосфере земли. Сформировав эти не большие, но важные знания, можете ознакомиться с остальными взаимодействиями диоксида углерода в других статьях. Рассказать об этом своим родственникам, знакомым и друзьям и быть может мы, все вместе продлим существование нашей планеты. Что вы об этом думаете?

Все чаще мы видим с экранов телевизоров, слышим и читаем в новостях, что к экологическим проблемам относится тенденция глобального потепления на земле. Не безосновательно эти явления связывают с выбросами в атмосферу углекислого газа, который является побочным продуктом промышленной деятельности человечества. Так ли это на самом деле? Я предлагаю вам шаг за шагом разобраться в поставленном вопросе.

• Содержание CO2 в прошлом
• Повышение CO2 в атмосфере
• Причины глобального потепления климата на Земле
• Какие последствия может иметь глобальное потепление
• Пути решения глобального потепления
• Заключение

800 тысяч лет, до начала индустриально-промышленной эпохи, содержание диоксида углерода в воздухе регулировалась происходящими на поверхности и в океане геологическими процессами и производящими фотосинтез организмами. В среднем концентрация колебалась от 150 ppm до 300 ppm (частиц на миллион). Колебание зависело от определенных временных периодов на планете, в том числе и ледниковых.

Земля ведёт подробный дневник, записанный в прошлогоднем снеге. Учёные-климатологии берут на исследования керны — образцы льда из ледников Гренландии и Антарктики, в которых сохранился древний воздух. Анализируя его, можно вести непрерывную запись состояния земной атмосферы за последние 800 тысяч лет.

Добыча кернов льда

За всё это время содержание углекислого газа в воздухе никогда не превышало 3 сотых процента. Одним из первых, кто нашёл способ точного измерения концентрации диоксида углерода в атмосфере, был океанограф по имени Чарльз Дэвид Киллинг. Свое открытие он совершил в 1958 году. Благодаря этому открытию мы знаем, что Земля наша дышит, но очень медленно. На один вдох требуется целый год. Большая часть земной жизни находится в её лесах. А основная масса лесов располагается в Северном полушарии.

Карта лесов нашей планеты

Когда на север приходит весна, леса вдыхают углекислый газ из воздуха и вырастают, делая земли зелеными. Содержание CO2 в атмосфере падает. Когда приходит осень, деревья сбрасывают листья, которые разлагаются и выдыхают двуокись углерода обратно в атмосферу. Когда на север приходит осень, то же самое происходит и в Южном полушарии. Но большую часть Южного полушария занимает океан, так что именно леса севера контролируют ежегодные изменения глобального уровня углекислоты.

Процесс дыхания нашей планеты происходит подобным образом десятки миллионов лет. Казалось бы, что никто не сможет нарушить глобальное равновесие экосистемы на нашей планете. Но на Земле уже существовал и развивался человек.

Повышение CO2 в атмосфере

В 14000 году до нашей эры сельское хозяйство заложило основу оседлой жизни и появлению постоянных поселений. Это был период становления древнейших цивилизаций, таких как Шумерская, на территории современного Ирака. Чтобы выращивать урожай, люди начали вырубать леса еще в древности, используя освобожденные места для засева культурами. Древесина использовалась и используется повсеместно как: строительный материал, инструмент, топливо.

Уже в 1750 году Западная Европа начинает использовать механизмы, работающие на сжигании каменного угля. В течение нескольких десятилетий, новые методы химического производства, паровые котлы и станки полностью заменили ручной труд. С этого момента установилась тесная взаимосвязь между загрязнением, выбросами углекислого газа и деятельностью человека.

В 1781 году был запатентован первый паровой двигатель. Это стало важным шагом в промышленной революции и позволило ввести в эксплуатацию тяговые, транспортные средства и железнодорожные локомотивы. Что привело к увеличению добычи и использования каменного угля. Не стоит забывать и об увеличении населения и его потребностях. Оно составляло на тот момент 800 миллионов человек. До 1 миллиарда оставалось примерно 17 лет.

В 1850-х нефть использовали в качестве топлива и сырья в различных промышленных производствах. Это «новое золото» используется повсеместно национальными и международными компаниями.

К концу 19-го столетия, на нефтяной сектор приходилось около 1/3 глобальных выбросов углекислого газа.

В 1908 году на рынок выходит автомобиль Ford, что дает начало массовому производству в автомобилестроении. Население Земли в это время перевалило за 1 миллиард 650 миллионов человек.

В настоящее время более миллиарда человек имеют собственный автомобиль.

Уже в 1950 происходит бум гражданской авиации, и люди повсеместно начинают пользоваться услугами авиаперевозчиков. А население планеты в этот год достигло числа в 2,5 миллиарда человек. Спустя 8 лет Дэвид Киллинг обнаружил беспрецедентный в истории человечества резкий рост общего уровня CO2, который с тех пор только усиливался. По сравнению с содержанием этого газа во времена становления земледелия и цивилизаций, отрыв был шокирующим. 3 миллиона лет ничего подобного на земле не происходило.

Сейчас, в 2000-е годы, более половины населения Земли проживает в городах и потребляет приблизительно 70 процентов первичной энергии произведенной человеком. Население земли приближается к отметке в 8 миллиардов человек.

Обобщая все факторы, влияющие на избыток углекислого газа в атмосфере, можно сказать, что с ростом и развитием человечества и улучшением его комфортного существования растет содержание диоксида углерода в воздухе.

По состоянию на 2018 год основными источниками углекислого газа являются:

• Сжигание угля;
• Сжигание нефти;
• Сжигание газа;
• Производство цемента;
• Сжигание попутного газа;
• Изменение в типе пользования земли (вырубка лесов, строительство, земледелие).

Такие незначительные факторы как, увеличение численности населения, пастбищ и крупного рогатого скота в совокупности дополняют общую эмиссию CO2 и приводят к глобальному потеплению.

Причины глобального потепления климата на Земле

Сжигая уголь, нефть и газ наша цивилизация выдыхает двуокись углерода намного быстрее, чем Земля способна его поглотить. Из-за этого CO2 накапливается в атмосфере и планета нагревается.

Каждый тёплый объект излучает некий свет в невидимом невооружённым глазом диапазоне, это тепловое инфракрасное излучение. Все мы светимся невидимым тепловым излучением даже в темноте. Поступающий от солнца свет падает на поверхность, а Земля поглощает значительные объёмы этой энергии. Эта энергия нагревает планету и заставляет поверхность излучать в инфракрасном диапазоне.

Земля в инфракрасном излучении

Но углекислый газ атмосферы поглощает большую часть этого исходящего теплового излучения, отражая его обратно к поверхности Земли. Это ещё сильнее нагревает планету — это и есть парниковый эффект, который приводит к глобальному потеплению. Простейшая физика поддержания энергетического баланса.

Хорошо, но откуда мы знаем, что проблема в нас? Возможно, рост уровня CO2 вызван самой Землёй? Возможно сжигаемые уголь и нефть, тут не причем? Возможно, всё дело в этих проклятых вулканах? Ответ — нет, и вот почему.

Раз в несколько лет гора Этна на Сицилии впадает буйство.

При каждом сильном извержении в атмосферу выбрасываются миллионы тонн CO2. Прибавим к этому результаты остальной вулканической активности на планете, возьмем самое большое расчетное число около 500 млн. тонн вулканического углекислого газа в год. Создается впечатление, что это много, да? Но это меньше 2% из 30 млрд. тонн CO2, выбрасываемых каждый год нашей цивилизацией. Увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере совпадает с известными объемами выбросов от сжигания угля, нефти и газа. Совершенно очевидно, что причиной роста концентрации углекислоты в воздухе кроется не в вулканах. Более того, наблюдаемое потепление соответствует прогнозам, по результатам зарегистрированного увеличения содержания двуокиси углерода.

30 млрд. тонн углекислого газа в год, много ли это? Если сжать его до твердого состояния, то объем будет равняться всем «белым скалам Дувра» и такое количество CO2 мы выбрасываем в атмосферу каждый год беспрерывно. К несчастью для нас, главный побочный продукт нашей цивилизации, не какое-то другое вещество, а именно углекислый газ.

Свидетельства того, что планета нагревается, повсюду. Для начала стоит взглянуть на градусники. Метеостанции ведут регистрацию данных о температуре с восьмидесятых годов 19 века. Ученые НАСА использовали эти данные для составления карты, которая показывает изменения средних температур по всему миру с течением времени.

Сильнейшее воздействие на изменение климата сейчас оказывает, вызванное сжиганием ископаемых видов топлива, увеличение концентрации углекислого газа, удерживающего больше солнечного тепла. Эта дополнительная энергия должна куда-то деваться. Часть идет на нагрев воздуха, а большая часть оказывается в океанах и они становятся теплее.

Повышение температуры у поверхности океана вследствие глобального потепления влияет на развитие фитопланктона, ограничивая количество питательных веществ, поступающих из прохладных океанских глубин в поверхностные слои. Сокращение численности фитопланктона означает снижение способности океана поглощать углекислый газ и дополнительное ускорение глобального потепления, которое, в свою очередь, будет ускоряющимися темпами наносить урон морской экосистеме.

Очевиднее всего потепление видно в северном ледовитом океане и окружающих его районах. Из-за нагрева океанов мы теряем летние льды в местах, куда почти никто не заходит. Лёд — самая светлая природная поверхность на земле, а океанские просторы самые темные. Лёд отражает падающий солнечный свет обратно в космос, вода поглощает солнечный свет и нагревается. Что приводит к таянию новых льдов. Что в свою очередь обнажает еще больше поверхности океана, поглощающей еще больше света — это называется положительной обратной связью.

На мысе Дрю Пойнт штата Аляска, берег Северного Ледовитого океана, 50 лет назад береговая линия находилась более чем в полутора километрах дальше в море. Берег отступал со скоростью около 6 метров в год. Сейчас эта скорость составляет 15 метров в год. Северный Ледовитый океан нагревается всё сильнее. Большую часть года в нём уже нет льдов, это делает берег ещё более уязвимым перед эрозией из-за штормов, которые становятся с каждым разом все мощнее.

Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это по большей части вечная мерзлота. 1000 лет почва там была заморожена круглый год. В ней содержится много органического вещества — старые листья, корни растений, которые росли там до замерзания. Из-за того, что арктические регионы нагреваются быстрее других, вечная мерзлота тает, а ее содержимое начинает гнить.

Таяние вечной мерзлоты приводит к выделению в атмосферу углекислого газа и метана, еще более сильного парникового газа. Это еще больше усиливает глобальное потепление — новый пример положительной обратной связи. Вечная мерзлота содержит достаточно углерода, чтобы увеличить содержание CO2 в атмосфере более чем вдвое. При существующих темпах, глобальное потепление способно высвободить всю эту двуокись углерода до конца этого столетия.

Какие последствия может иметь глобальное потепление

Чем же опасен углекислый газ в больших концентрациях в воздухе и к чему приведет глобальное потепление? Такое будущее прогнозируют уже давно и вот каким оно будет в 2100 году.

При отсутствии действий по смягчению последствий изменения климата, со способами и темпами хозяйственной деятельности аналогичными сегодняшним, мы будем жить в энергоемкой мире, основанном на использовании все более дефицитного и дорогостоящего ископаемого топлива. Человечество будет испытывать большие проблемы в сфере энергетической безопасности. Лесной покров в тропиках будет замещен сельскохозяйственными и пастбищными угодьями практически повсеместно. К концу 21-ого века, глобальная температура достигнет отметки на ≈ 5°С выше, чем до индустриальной революции.

Контрастность природных условий резко усилится. Мир полностью измениться при концентрации углекислого газа в атмосфере, равной 900 ppm. Произойдут широкие преобразования природной среды, часто в ущерб человеческой деятельности. Стоимость адаптации к новым условиям намного превысит стоимость смягчения последствий изменения климата.

Последствия в океане

Воды Арктики могут стать полностью свободными ото льда в летний период к 2050 году. Уровень моря повысится на 0,5-0,8 метров и продолжит повышаться после 2100 года. Многие населенные пункты и прибрежная инфраструктура по всему миру будут находиться под угрозой разрушения. Произойдет значительное увеличение случаев экстремальных ситуаций в прибрежной зоне (ущерб нанесут цунами, штормы и связанные с ними приливы).

Возникнет повсеместная гибель коралловых рифов в результате окисления и нагрева океана, повышения уровня моря и усиления интенсивности тропических циклонов и ливней. Изменения в рыболовстве даже не поддаются предсказаниям.

Последствия на суше

Области распространения вечной мерзлоты сократятся более чем на 2/3, что приведет к эмиссиям в атмосферу, эквивалентным выбросам углекислого газа за всю историю вырубки лесов. Многие виды растений будут не в состоянии достаточно быстро приспособиться к новым климатическим условиям. Увеличение температуры негативно скажется на урожае пшеницы, риса и кукурузы в тропических и умеренных широтах. В результате чего произойдет массовое исчезновение видов. Повсеместно будет не хватать пищи людям, голод станет одной из основных проблем человеческой цивилизации.

Последствия в атмосфере

Интенсивность и продолжительность периодов аномально жарких дней, по крайней мере, удвоится по сравнению с сегодняшним днем. Холодные и влажные северные регионы станут еще более влажными, а регионы с полусухим и пустынным климатом еще более сухими. Экстремальные осадки станут более интенсивными и частыми на большей части умеренных и тропических широт. Произойдет глобальное увеличение количества осадков, а ежегодная площадь наводнений увеличится в 14 раз.

Последствия для человека

Расчетный безопасный уровень концентрации CO2 для человека в 426 ppm будет достигнут в ближайшие 10 лет. Предполагаемый рост до 900 ppm в атмосфере к 2100 году очень негативно скажется на человеке. Постоянная вялость и усталость, чувство духоты, потеря внимания, обострение астматических заболеваний – это лишь малая часть неудобств, которые мы ощутим на себе. Постоянные перепады температур и погодных условий не принесут человеческому организму никакой пользы. Производительность труда сильно упадет. Эпидемиологический и болезненный риски очень повысятся в больших городах.

Пути решения глобального потепления

Решить проблему глобального потепления, кардинально изменив свое отношение к потреблению благ цивилизации, мы не можем на данном этапе времени. Слишком много факторов связывают нас с производством и промышленностью. А они, в свою очередь, являются основными источниками углекислого газа.

Но двигаться в этом направлении необходимо и нужно, если мы оставим все как есть, то какое будущее достанется нашим внукам и правнукам?

На данный момент есть четыре варианта решения:

• Поиск альтернативных источников энергии.
• Уменьшение выбросов CO2, совершенствуя существующее производство и транспорт.
• Посадка деревьев.
• Отбор углекислого газа из атмосферы и закачка в подземные пласты Земли.

Энергия солнца, ветер, приливы и отливы, тепловая энергия недр Земли – отличные экологические источники энергии.

Используя их, можно получать электрическую энергию не сжигая уголь и газ. Промышленные выбросы необходимо пропускать через химические сепараторы – станции очистки уходящих газов от диоксида углерода. Транспорт было бы неплохо заменить электрокарами, чтобы уйти от двигателей внутреннего сгорания. Зачастую вырубка лесов идет без насаждения в этих местах новых деревьев. Нужным шагом в сторону сохранения и приумножения лесов считалось бы образование всемирной организации озеленения планеты, которая следила за лесными массивами.

Отличием парниковых свойств CO2, по сравнению с другими газами, является его долговременное воздействие на климат. Это влияние, после прекращения вызвавшей его эмиссии, остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Поэтому необходимо, в ближайшем будущем, наладить установку станций по закачке углекислого газа из атмосферы в недра планеты.

Углекислый газ и его воздействие на организм человека

Время прочтения ≈ 10 минут

Углекислый газ выполняет важную функцию в организме человека и поэтому оказывает на него непосредственное воздействие. Рассмотрим, что такое углекислый газ, какова его роль в метаболизме человека и почему он не менее важен, чем кислород. Расскажем, как СО2 влияет на организм, почему и чем опасна его высокая концентрация в помещении.

Что такое углекислый газ

Углекислый газ или диоксид углерода — малотоксичный газ, в нормальных условиях без запаха и цвета. CO2 — небольшая, но важная составляющая воздуха, он является одним из элементов окружающей среды, участвует в процессе фотосинтеза, метаболизма, выделяется людьми и животными, а также в ходе брожения и гниения.

Для организма человека углекислый газ не менее важен, чем кислород, а их баланс поддерживают естественные процессы — фотосинтез и дыхание.

Углекислый газ и метаболизм человека

Углекислый газ участвует во многих метаболических процессах. Он регулирует работу дыхательного и сосудисто-двигательного центра, возбудимость нервной системы, активность многих ферментов и гормонов, отвечает за электролитный состав крови, тонус центральной нервной системы, сосудов и бронхов, поддерживает обмен веществ. Следовательно СО2 непосредственно влияет на все биохимические реакции организма.

Углекислый газ — возбудитель дыхательной системы. Вопреки распространённому мнению, человек совершает очередной вдох при избытке углекислого газа, а не дефиците кислорода.

СО2 — продукт метаболизма, он переносится кровью от клеток тканей к лёгким. При вдохе лёгкие человека наполняются кислородом и в них происходит двусторонний обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из неё.

В обмене участвует гемоглобин, так как он основной переносчик кислорода к клеткам. В нём возникает процесс замены кислорода углекислым газом: гемоглобин доставляет кислород из лёгких к клеткам, а после — углекислый газ к лёгким. И этот обмен должен быть сбалансированным.

Дисбаланс вызывает эффект «Вериго-Бора», согласно которому переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа приводят к кислородному голоданию. Такой парадокс вызван тем, что без присутствия CO2 кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином и переходить в ткани и органы.

Таким образом, углекислый газ необходим для отрыва кислорода от гемоглобина, иначе кровь будет циркулировать по организму, но не отдавать кислород, что приведёт к кислородному голоданию.

СО2 помогает кислороду переходить в ткани и органы.

Для нормального функционирования организма важен баланс углекислого газа и кислорода. Недостаток и избыток углекислого газа в организме приводит к гипокапнии и гиперкапнии.

— недостаток углекислого газа в крови. Чаще всего проявляется в виде головокружения, в худшем случае приводит к потере сознания. Возникает в состоянии паники или стресса при частом и глубоком дыхании. Гипокапния также развивается с возрастом, когда содержание СО2 в крови падает ниже 3,5 % от нормальных 6—6,5 %.

Норма содержания углекислого газа в крови — 6—6,5%.

— избыток углекислого газа в крови. Интоксикация углекислым газом проявляется в виде головной боли, тошноты, повышенного потоотделения, в крайних случаях — потери сознания. Возникает при длительном нахождении в замкнутом помещении с высоким содержанием CO2, но чаще всего в экстренных ситуациях, например, задержка дыхания под водой.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере земли, он участвует в процессе фотосинтеза, воздействует на теплообмен. А также формирует «парниковый эффект» и влияет на климат.

Основные источники углекислого газа — природного происхождения. Он вырабатывается людьми, растениями и животными, содержится в вулканических газах, выделяется при разложении органики.

К техногенным источникам относятся выбросы промышленных предприятий, транспорт, производство электроэнергии, сжигание ископаемого топлива.

Концентрация углекислого газа в воздухе незначительна и составляет 0,02—0,045 % или 250—450 ppm, но с каждым годом уровень CO2 растёт и в крупных городах может достигать 0,06% или 600 ppm.

PPM — величина, означающая одну миллионную долю. В случае измерения CO2, количество PPM показывает количество кубических сантиметров CO2 на 1 кубометр воздуха.

Первым доказательством постоянного роста концентрации углекислого газа в атмосфере стала работа Чарльза Дэвида Килинга — американского учёного климатолога. С 1958 года он проводил регулярные частые измерения концентрации CO2 в атмосфере на Южном полюсе и на Гавайях.

График Килинга: концентрации атмосферного CO2, на основе наблюдений в обсерватории Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory), Гавайи

Содержание углекислого газа в атмосфере сохраняет устойчивые тенденции роста. Так, в 2009 г. средняя концентрация CO2 составляла 387 ppm., а в 2016 г. превысила отметку в 400 ppm. В 2017 г. был зафиксирован уровень CO2 в 403,3 ppm, в 2018 г. — 410,26 ppm., в 2019 г. — уже 415,28. А в мае 2020 г. концентрация углекислого газа в атмосфере установила новый рекорд — 417,1 ppm.

Углекислый газ в помещении

Из внешней среды углекислый газ поступает в помещение вместе с воздухом, где его уровень начинает повышаться. Внутри помещений CO2 вырабатывается находящимися в нём людьми, животными и растениями и чем больше людей в помещении и активнее их деятельность, тем быстрее будет расти уровень CO2.

Основные нормативы по содержанию углекислого газа в помещении установлены в ГОСТ 30494-2011, согласно которому, оптимальным содержанием CO2 в помещении является 800 ppm. Это считается высоким качеством воздуха. Допустимая концентрация углекислого газа находится в пределах 1000-1400 ppm. Концентрация свыше этих показателей означает, что воздух в помещении низкого качества и может негативно влиять на организм человека.

Оптимальный уровень CO2 в помещении — до 800 ppm

При закрытых окнах и отсутствии системы принудительной вентиляции, содержание CO2 будет постоянно расти. В помещениях люди находятся более 80% своего времени и в процессе пребывания многие начинают чувствовать духоту — это самый первый индикатор того, что уровень CO2 повышен.

В таких ситуациях ошибочно говорят о нехватке кислорода, но на самом деле уровень кислорода не меняется, а растёт уровень CO2. Помимо ощущения духоты, люди отмечают и другие симптомы: головная боль, ухудшение концентрации внимания, сонливость, вялость и т.д.

Единственный способ понижения уровня CO2 — это интенсивный приток свежего воздуха с улицы, который вытеснит переработанный и насыщенный углекислым газом воздух в систему вентиляции. Для этого необходимо регулярно проветривать помещение или установить систему приточной вентиляции.

Влияние углекислого газа на организм человека

Как мы уже говорили выше, углекислый газ влияет на состояние организма человека, так как играет важную роль в процессе метаболизма, помогая кислороду высвобождаться от гемоглобина и поступать в ткани и органы. Но необходимо поддерживать баланс кислорода и углекислого газа, так как избыток СО2 может привести к негативным последствиям.

Синдром больного здания

Если человек проводит много времени в определённом помещении и начинает испытывать неприятные ощущения и жаловаться на плохое самочувствие без видимых причин — это означает, что у него синдром «больного здания». Человек чувствует вялость, испытывает головную боль, у него заложен нос, но при этом он не болен. Симптомы могут пропадать, как только человек покидает помещение.

Синдром «больного здания» возникает при повышении уровня СО2 газа в помещении, чем он выше, тем активнее проявляются симптомы.

Повышенный уровень CO2 — это следствие и основной индикатор, который указывает на наличие проблемы. Помимо углекислого газа в воздухе содержатся другие соединения и загрязняющие вещества и по росту СО2 можно понять, что и их количество также увеличивается.

Воздействовать на организм могут и такие факторы, как тонкодисперсные частицы РМ2,5. Но они не способны оказывать такого быстрого влияния на человека, поэтому основная причина симптомов — это углекислый газ.

Наиболее распространённая причина «больного» здания — это плохо работающая вентиляция или её отсутствие. Свежий воздух не поступает в помещение и растёт уровень углекислого газа, при достижении показателей CO2 свыше 1000 ppm., углекислый газ начинает оказывать на организм человека негативное воздействие. Подробнее про синдром «больного» здания мы рассказываем в статье «Синдром больного здания: почему в помещении становится плохо?».

Основная причина появления «Синдрома больного здания» — это повышенный уровень СО2 и других загрязняющих веществ. Основная причина того, что здание «болеет» — наличие проблем с системой вентиляции или её отсутствие.

Респираторный ацидоз

Если на протяжении длительного времени находиться в помещении с повышенным уровнем CO2, то в крови появляется избыток углекислого газа, нарушается кислотность крови (pH), что приводит к респираторному ацидозу или первичной гиперкапнии.

Респираторный или дыхательный ацидоз развивается в связи со снижением рН крови.

Среди симптомов респираторного ацидоза выделяют: снижение концентрации внимания, учащённое сердцебиение, перевозбуждение, общую вялость, сонливость, беспокойство, повышенное давление, головную боль, спутанность сознания. Симптомы развиваются постепенно по мере нахождения в помещении с высоким уровнем CO2, в критической ситуации могут привести к потере сознания.

Степень негативного влияния углекислого газа на организм увеличивается соразмерно периодичности и длительности пребывания в помещении с повышенной концентрацией CO2. При кратковременном воздействии в несколько часов симптомы постепенно пройдут, когда человек покинет помещение или проветрит его.

Но если воздействие высокого содержания углекислого газа носит регулярный характер, то может развиться хронический респираторный ацидоз, последствиями которого может стать снижение иммунитета, болезни дыхательных путей, заболевания сердечно-сосудистой системы, снижение метаболизма, нарушение сна, возникновение головных и суставных болей, общая слабость.

Состояние организма человека в зависимости от уровня CO2

Вопросом влияния углекислого газа на организм человека занималась компания KPMG совместно с Университетом Мидлсекс, изучив воздействие повышенного уровня CO2 на 300 человек. Их исследования показали, что при уровне CO2 выше 1000 ppm, концентрация внимания снижалась на 30%. При уровне 1500 ppm — 79% респондентов чувствовали усталость, при 2000 ppm — 67% опрошенных отметили, что не могут сосредоточиться. Среди опрошенных, кто периодически страдает мигренью, 97% сказали, что головная боль у них появилась ещё на отметке в 1000 ppm.

В зависимости от уровня углекислого газа в помещении и длительности его воздействия на человека, развиваются разные симптомы.

Воздух считается качественным, если содержание углекислого газа в нём не превышает 600—800 ppm.

Несмотря на исследования, которые показывают, что повышение концентрации углекислого газа выше 1000 ppm вызывает дискомфорт, снижение концентрации внимания, сонливость, общую слабость, по ГОСТу допускается концентрация СО2 в пределах 1000–1400 ppm.

Выводы

CO2 — природный газ, который необходим организму для поддержания всех физиологических процессов. Именно благодаря углекислому газу кислород поступает в клетки тканей и органов.

Необходимо, чтобы в крови соблюдался баланс содержания кислорода и углекислого газа, так как избыток или недостаток CO2 может вызвать гипокапнию или гиперкапнию.

Существует понятие «Синдром больного здания», которое указывает на повышенное содержание СО2 и других загрязняющих вещества в помещении и свидетельствует о нарушениях в работе системы вентиляции.

Воздействие углекислого газа в высоких концентрациях может вызвать респираторный ацидоз. Поэтому в помещении необходимо поддерживать содержание СО2 в значениях не выше 800 ppm.

Ознакомьтесь с характеристиками популярных моделей и подберите бризер под свои задачи!

Расскажем о том, каким нормам должна соответствовать вентиляция в квартире и что нужно сделать, чтобы дышать хорошим воздухом и не простужаться.

Расскажем о том, что такое тонкодисперсные частицы, откуда берутся, чем они опасны и что можно предпринять, чтобы защитить себя от их вредного воздействия.

Основные нормативы по концентрации углекислого газа в помещении, оптимальные и допустимые значения. Как обеспечить оптимальный уровень CO2 в помещении.

Какая пыльца вызывает аллергию и как обезопасить дом от аллергенов. От чего зависит эффективность очистки воздуха от пыльцы и какие устройства помогут аллергикам.