Климатологи говорят о самом высоком уровне содержания углекислого газа в земной атмосфере

Уровень содержания углекислого газа в атмосфере в 2021 году обещает побить рекорд 2020 года: средние концентрации CO2 в воздухе, измеренные в июле нынешнего года на метеостанциях Мауна-Лоа и мыса Грим, составили 416,96 и 412,1 ppm (частей на миллион) против 414,62 и 410,03 ppm в июле прошлого года. В целом пандемия COVID-19 не остановит рост антропогенных выбросов парниковых газов, а поглощающая способность экосистем суши и вод мирового океана по отношению к ним будет снижаться. Такие выводы содержатся в пресс-релизе бюллетеня Всемирной метеорологической организации по парниковым газам, который поступил в редакцию N + 1.

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) ежегодно публикует доклады об изменениях климата. Данные, которые позволяют отслеживать такие изменения, поступают из Глобальной службы атмосферы ВМО и партнерских сетей — в их состав входят сотни метеорологических станций по всему миру. Среди прочих показателей они измеряют концентрации парниковых газов в воздухе: углекислого газа (обусловливает две трети радиационного воздействия), метана (на него приходится 16 процентов), закиси азота и некоторых других. Эти данные собираются и обрабатываются в Мировом центре данных по парниковым газам (WDCGG) при Японском метеорологическом агентстве.

Сегодня ВМО опубликовала ежегодный бюллетень по парниковым газам. Согласно этому докладу, на 2020 год уровни CO2, CH4 и N2O составили 149, 262 и 123 процента от доиндустриального уровня (1750 год) соответственно. При этом за последние 30 лет воздействие парниковых газов на климат выросло на 47 процентов и на 80 процентов обусловлено влиянием углекислого газа.

В 2020 году значение средней концентрации углекислого газа в атмосфере достигло своего исторического максимума и составило 413,2 ppm (частей на миллион). Уровень содержания CO2 рос даже несмотря на временное снижение антропогенных выбросов на 5,6 процента из-за ограничений, связанных с COVID-19, и, по мнению ученых, продолжит расти и в нынешней эпидемиологической ситуации. В 2021 году ожидается новый рекордно высокий уровень: в июле метеостанции на Мауна-Лоа (Гавайи, США) и на мысе Грим (Тасмания, Австралия) зафиксировали концентрации CO2 в воздухе, равные 416,96 и 412,1 ppm. Годом ранее измеренные в этих точках значения составляли 414,62 и 410,03 ppm.

По словам профессора Петтери Тааласа, Генерального секретаря ВМО, «углекислый газ остается в атмосфере веками, а в океане — еще дольше. В последний раз на Земле наблюдалась сопоставимая концентрация CO2 три-пять миллионов лет назад, когда температура была на два-три градуса Цельсия выше, а уровень моря — на 10-20 метров выше, чем сейчас. Но тогда не было 7,8 миллиарда человек».

Приблизительно половина углекислого газа остается в атмосфере, а еще половина поглощается океаном и экосистемами суши. В последние десятилетия обратные связи между потеплением климата и состоянием наземных экосистем усилились, участились засухи и природные пожары. Поэтому эффективность поглощения углерода на планете постепенно снижается, внося дополнительные сложности в достижение целей Парижского соглашения.

Авторы доклада отметили, что за последние 40 лет антропогенные выбросы закиси азота увеличились на 30 процентов. При этом 70 процентов таких выбросов приходится на сельскохозяйственный сектор и обусловлено использованием навоза и минеральных азотных удобрений.

В конце прошлого года ученые пришли к выводу, что пандемия COVID-19 не остановила рост антропогенных выбросов углекислого газа: темпы роста его концентрации в 2020 году снизились на 0,08–0,23 частей на миллион, что укладывается в межгодовую изменчивость.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Концентрация углекислого газа в атмосфере достигла 412 ppm и стала рекордно высокой за последние 23 миллиона лет. Более того, почти весь этот период времени содержание CO2 в атмосфере линейно снижалось со скоростью на пять ppm в миллион лет, но два столетия назад начало уже расти на пять ppm в десятилетие. К таким выводам пришли ученые, проанализировав содержание 13C в ископаемых отложениях сосудистых растений, способных к С3-фотосинтезу. Результаты исследования опубликованы в журнале Geology.

Важнейшее наблюдение, которое климатологи пытаются донести до общественности — это повышение нынешнего содержания CO2 в атмосфере до уровня, превышающего тенденции длительного геологического прошлого. Сейчас концентрация этого газа составляет 412 ppm (частей на миллион), и ранее ученые уже установили, что это рекорд для периода не менее 800 тысяч лет: для этого периода наука располагает данными прямых измерений количества углекислого газа в пузырьках воздуха, заключенных в древние ледяные щиты Антарктиды.

С более древними эпохами дело обстоит сложнее: существуют данные, полученные при работе с ископаемыми морскими

Лёссового плато в Китае и почвенными

, которые достаточно точно описывают ситуацию в отдельные промежутки времени — то есть являются дискретными. Результаты таких исследований, однако, не всегда убедительны для общественности: они разнородные, с трудом складываются в общую картину и не могут привести к однозначному выводу об опасности современных тенденций и антропогенном вкладе в потепление климата посредством выбросов парниковых газов.

Ученые под руководством Ин Цуй (Ying Cui) из Государственного университета Монтклер исследовали динамику концентрации углекислого газа в атмосфере в миоцене, плиоцене и плейстоцене, охватив последние 23 миллиона лет земной истории. Для этого они использовали опубликованные данные почти 700 измерений изотопа 13C: 441 измерение относилось к древнему органическому веществу почвы, а еще 259 — к липидам ископаемых остатков сосудистых растений, осуществлявших С3-фотосинтез. Этот подход позволил впервые построить непрерывные медианные кривые для 13C и CO2 за столь долгий период истории Земли.

Важнейшая тенденция, выявленная авторами исследования, выглядит следующим образом: на протяжении 23 миллионов лет в атмосфере Земли наблюдалось линейное снижение концентрации СО2, равное в среднем пяти ppm за миллион лет (р <0,0001), однако примерно два столетия назад этот тренд сменился на рост концентрации углекислого газа со скоростью порядка пяти ppm за десятилетие — вероятно, именно антропогенные выбросы парниковых газов повернули вспять геологические тенденции.

Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе отражается не только на климатических изменениях, но и на когнитивных способностях людей: Homo sapiens еще не сталкивался с концентрацией CO2 в открытом воздухе, превышающей 300 ppm, но сейчас над городами ее уровень уже превысил 460 ppm. Если текущие тенденции сохранятся, через несколько десятилетий это приведет к снижению нашей способности принимать решения и ослаблению стратегического мышления.

В первоначальной версии статьи упоминалось, что ученые проводили измерения концентраций радиоуглерода. На самом деле изотоп 13С является стабильным. Редакция приносит свои извинения за допущенную неточность.

Климатологи сообщили о самом высоком уровне углекислого газа, когда-либо зарегистрированном в атмосфере: его содержание на 50% выше доиндустриального. Такого количества CO2 на планете не было последние четыре миллиона лет. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.

Если ввести поисковый запрос “углекислый газ”, то большинство публикаций будут посвящены опасности, которую это вещество представляет для планеты Земля. CO2 обвиняют во всех смертных грехах, с ним призывают бороться, пугают нас глобальным потеплением, гибелью биосферы и прочими катаклизмами.

Но, как это ни удивительно, если мы каким-то волшебным образом полностью лишим Землю этого газа, жизнь на планете исчезнет тут же вместе с ним. Углекислый газ (он же диоксид углерода) – важнейшая часть биосферы, без него многие процессы в мире станут невозможны. Проблема заключается не в самом CO2, а в росте его количества.

Каждый из нас в сутки выдыхает примерно один килограмм углекислоты, это конечный продукт нашего метаболизма. То же самое относится и к остальным живым земным существам – все мы дружно насыщаем ей атмосферу Земли. Из воздуха CO2 поглощают растения, которым он нужен для фотосинтеза, затем углерод попадает в организмы травоядных животных, а из них – к хищникам, и на этом круг замыкается.

Но проблема в том, что углерод содержится не только в воздухе. Еще больше его в земных недрах, откуда он тоже выходит наружу.

Долгое время главным способом доставки углерода из “тела” планеты в атмосферу были вулканы. Периоды их бурной деятельности в истории Земли отмечены повышенным содержанием атмосферного CO2.

Но пару сотен лет назад человечество вступило в эру промышленной революции. Люди изобрели машины и механизмы, которые работают на ископаемом топливе – каменном угле и нефти. При их сжигании образуется углекислый газ. Мы начали активно добывать из земных недр топливо и выбрасывать продукты его сгорания в атмосферу. Другими словами, люди взяли на себя работу вулканов, и как результат – содержание диоксида углерода в воздухе многократно выросло.

Казалось бы – ну и что с того? Больше углекислого газа – активнее его круговорот! Все дело в том, что CO2, кроме всего прочего, является парниковым. Такие газы работают как теплица, не позволяя нашей планете остывать в космическом вакууме. Без углекислоты средняя температура по планете не поднялась бы выше минус 18°C, жизнь на ней стала бы невозможной.

Но и много CO2 – тоже плохо. Переизбыток парниковых газов приводит к перегреву поверхности Земли. Это и есть то самое глобальное потепление, о котором вот уже пару десятилетий взволнованно говорят ученые. Поэтому человечеству необходимо переходить на чистые, возобновляемые источники энергии – атомные, термоядерные, солнечные, ветровые, приливные и так далее. Нам просто нужно прекратить вытаскивать углерод из земной коры и выбрасывать его в воздух.

Измерения, проведенные Обсерваторией Мауна-Лоа на Гавайях, показали, что в 2022 году концентрация углекислого газа в атмосфере составила 421 часть на миллион (ppm). При этом норма для сухого чистого воздуха – всего 300 ppm.

Считается, что такого уровня CO2, как сегодня, на Земле не было четыре миллиона лет – факт, несомненно, очень тревожный.

Однако и до этого момента содержание углекислого газа на планете было немаленькое. Тем не менее Земля процветала. Динозавры, правда, давно уже вымерли, но существовали древесные ленивцы и бегемоты, по лугам паслось необыкновенное разнообразие травоядных. Появлялись все новые виды хищников, птиц, грызунов, бродили мамонты, эволюционировали наши предки – австралопитеки.

В прошлый раз, когда в атмосфере Земли было столько углекислого газа, на месте арктической тундры рос лес, а уровень моря был на несколько метров выше, чем сегодня.

В мае 2022 года содержание углекислого газа в атмосфере Земли достигло очередного максимума — 421 часть на миллион.

Это результат измерений, проведенных в обсерватории фоновых атмосферных условий NOAA, расположенной на вершине горы Мауна-Лоа на острове Гавайи.

Такой концентрации CO2 в атмосфере Земли не бывало уже миллионы лет, заявляют учёные из Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Показатель углекислого газа составил в среднем 420,99 части на миллион, что на 1,8 миллионной доли больше, чем в 2021 году. Учёные из Скриппса, ведущие независимый учёт, рассчитали среднемесячное значение 420,78 частей на миллион.

“От этих научных выводов не отвертеться: люди изменяют климат так, что к этому должны адаптироваться экономика и инфраструктура, – сказал руководитель NOAA Рик Спинрад. – Каждый день мы видим последствия изменения климата вокруг себя”.

Напомним, что повышение уровня CO2 в воздухе происходит при сжигании ископаемого топлива для нужд транспорта и производства электроэнергии, при производстве цемента, из-за вырубки лесов (так как деревья поглощают углекислый газ), в сельском хозяйстве и многих других видах человеческой деятельности.

Наряду с другими парниковыми газами CO2 в атмосфере задерживает тепло, излучаемое и отражаемое поверхностью планеты, которое в противном случае ушло бы в космос.

В результате атмосфера планеты неуклонно нагревается, что вызывает каскад погодных бедствий, включая эпизоды экстремальной жары, засухи и лесных пожаров. И не только это: увеличение количества осадков, наводнения и нарастающая мощь тропических штормов также являются следствием антропогенного изменения климата.

Загрязнение атмосферы парниковыми газами негативно воздействует и на Мировой океан. Температуры воды повышается, поднимается уровень моря, увеличивается поглощаемое океаном количество углерода, что приводит к превращению нейтральных вод в кислые. Последнее не означает, что человек с годами будет заходить в океан, как в кислоту, однако все обитатели моря чувствуют, что вода постепенно подкисляется.

Также в океане снижается количество кислорода (происходит деоксигенация), из-за чего многим морским организмам становится тяжелее выживать.

В течение почти 6 000 лет существования человеческой цивилизации и до промышленной революции уровень углекислого газа в атмосфере постоянно составлял около 280 частей на миллион.

С тех пор люди произвели примерно 1,5 триллиона тонн CO2, большая часть которого будет продолжать нагревать атмосферу в течение тысяч лет.

Исследователи отмечают, что сегодняшние уровни CO2 сопоставимы с самым тёплым периодом плиоцена между 4,1 и 4,5 миллиона лет назад. Тогда они составляли около 400 частей на миллион.

В то время уровень моря был на 5-25 метров выше, чем сегодня. Такого повышения достаточно, чтобы затопить многие крупнейшие современные города мира.

Температура тогда была примерно на 3,5 °C выше, чем в доиндустриальные времена. Исследования также показывают, что на месте сегодняшней арктической тундры в то время рос густой лес.

Если такие изменения ожидают нас в будущем, это будет означать мировую катастрофу. Ведь к такому не готовы ни люди, ни экономика, ни инфраструктура.

Учёные уже полвека трубят о надвигающихся климатических изменениях и призывают мировое сообщество принять меры, чтобы замедлить этот катастрофический процесс.

Но несмотря на десятилетия переговоров, мировое сообщество не смогло значительно замедлить, не говоря уже о том, чтобы обратить вспять ежегодный рост уровня CO2 в атмосфере.

Возможно, использование ископаемого топлива больше не ускоряется, но мы всё ещё мчимся на максимальной скорости к глобальной катастрофе, безрадостно заключают учёные. И нынешние измерения явно указывают на то, что рост продолжается.

Ранее мы писали о технологии улавливания углерода, разработанной российскими учёными.

Мы также рассказывали об одном из способов изучения состава атмосферы в разные периоды истории нашей планеты. А ещё мы писали о том, как деревья на Ямале рассказали историю изменения климата планеты.

Больше поразительных новостей из мира науки вы найдёте в разделе “Наука” на медиаплатформе “Смотрим”.

О проблеме превышения содержания углекислого газа в воздухе помещений говорят все чаще в последние 20 лет. Выходят новые исследования и публикуются новые данные. Поспевают ли за ними строительные нормы для зданий, в которых мы живем и работаем?

Самочувствие и работоспособность человека тесно связаны с качеством воздуха там, где он трудится и отдыхает. А качество воздуха можно определить по концентрации углекислого газа СО2.

Почему именно СО2?

• Этот газ есть везде, где есть люди.
• Концентрация углекислого газа в помещении напрямую зависит от процессов жизнедеятельности человека – ведь мы его выдыхаем.
• Превышение уровня углекислого газа вредно для состояния организма человека, поэтому за ним необходимо следить.
• Рост концентрации СО2 однозначно свидетельствует о проблемах с вентиляцией.
• Чем хуже вентиляция, тем больше загрязнителей концентрируется в воздухе. Поэтому рост содержания углекислого газа в помещении – признак того, что качество воздуха снижается.

В последние годы в профессиональных сообществах врачей и проектировщиков зданий появляются предложения пересмотреть методику определения качества воздуха и расширить перечень измеряемых веществ. Но пока ничего нагляднее изменения уровня CO2 не нашли.

Как узнать, является ли приемлемым уровень углекислого газа в помещении? Специалисты предлагают перечни нормативов, причем для зданий разных назначений они будут различными.

Нормы углекислого газа в жилых помещениях

Проектировщики многоквартирных и частных домов берут за основу ГОСТ 30494-2011 под названием «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Этот документ оптимальным для здоровья человека уровнем CO2 считает 800 – 1 000 ppm. Отметка на уровне 1 400 ppm – предел допустимого содержания углекислого газа в помещении. Если его больше, то качество воздуха считается низким.

Однако уже 1 000 ppm не признается вариантом нормы целым рядом исследований, посвященных зависимости состояния организма от уровня CO2. Их данные свидетельствует о том, что на отметке 1 000 ppm больше половины испытуемых ощущают последствия ухудшения микроклимата: учащение пульса, головную боль, усталость и, конечно, пресловутое «нечем дышать».

Физиологи нормальным уровнем CO2 считают 600 – 800 ppm.

Хотя некоторые единичные жалобы на духоту возможны и при указанной концентрации.

Выходит, что строительные нормативы уровня СО2 вступают в противоречие с выводами исследователей-физиологов. В последние годы именно со стороны последних все громче раздаются призывы обновить допустимые пределы, но пока дальше призывов дело не идет. Чем ниже норма СО2, на которую ориентируются строители, тем дешевле обходится устройство вентиляции. А расплачиваться за это приходится тем, кто вынужден решать проблему вентилирования квартиры самостоятельно.

Нормы углекислого газа в школах

Чем больше углекислого газа в воздухе, тем сложнее сосредоточиться и справиться с учебной нагрузкой. Зная об этом, власти США рекомендуют школам поддерживать уровень СО2 не выше 600 ppm. В России отметка чуть выше: уже упомянутый ГОСТ считает оптимальным для детских учреждений 800 ppm и менее. Однако на практике не только американский, но и российский рекомендуемый уровень – голубая мечта для большинства школ.

Один из наших экспериментов в школе показал: больше половины учебного времени количество углекислого газа в воздухе превышает 1 500 ppm, а иногда приближается к 2 500 ppm! В таких условиях невозможно сосредоточиться, способность к восприятию информации критически снижается. Другие вероятные симптомы переизбытка СО2: гипервентиляция, потливость, воспаление глаз, заложенность носа, затрудненное дыхание.

Почему так происходит? Кабинеты редко проветриваются, потому что открытое окно – это простывшие дети и шум с улицы. Даже если школьное здание оснащено мощной центральной вентиляцией, она, как правило, либо шумная, либо устаревшая. Зато окна в большинстве школ современные – пластиковые, герметичные, не пропускающие воздух. При численности класса 25 человек в кабинете площадью 50–60 м2 c закрытым окном углекислый газ в воздухе подскакивает на 800 ppm за каких-то полчаса.

Нормы углекислого газа в офисах

В офисах наблюдаются те же проблемы, что и в школах: повышенная концентрация СО2 мешает сосредоточиться. Ошибки множатся, и производительность труда падает.

Нормативы содержания углекислого газа в воздухе для офисов в целом те же, что для квартир и домов: приемлемым считается 800 – 1 400 ppm. Однако, как мы уже выяснили, уже 1 000 ppm доставляет дискомфорт каждому второму.

К сожалению, во многих офисах проблема никак не решается. Где-то просто ничего о ней не знают, где-то ее сознательно игнорирует руководство, а где-то – пытается решить при помощи кондиционера. Струя прохладного воздуха действительно создает кратковременную иллюзию комфорта, однако углекислый газ никуда не исчезает и продолжает делать свое «черное дело».

Может быть и так, что офисное помещение построено с соблюдением всех нормативов, но эксплуатируется с нарушениями. Например, плотность размещения сотрудников слишком велика. Согласно строительным правилам, на одного человека должно приходиться от 4 до 6,5 м2 площади. Если сотрудников больше, то и углекислый газ в воздухе накапливается быстрее.

Выводы и выходы

Проблема с вентиляцией наиболее остро стоит в квартирах, офисных зданиях и детских учреждениях. Тому есть две причины:

1. Расхождение между строительными нормативами и санитарно-гигиеническими рекомендациями.

Первые гласят: не выше 1 400 ppm CO2, вторые предупреждают: это слишком много.

2. Несоблюдение нормативов при возведении, реконструкции или эксплуатации здания.

Самый простой пример – установка пластиковых окон, которые не пропускают уличный воздух и усугубляют тем самым ситуацию с накоплением углекислого газа в помещении.

Какой бы ни была причина, выход один: нужно обеспечить постоянный приток свежего воздуха, который будет вытеснять CO2.

Нет необходимости перестраивать всю вентиляционную систему, достаточно будет компактной приточной вентиляции. Она, кстати, еще и очищает входящий воздух и подогревает его до комнатной температуры. Другими словами, повышает качество воздуха сразу по трем направлениям: уменьшение уровня углекислого газа, очистка и поддержание температурного режима.

• Robertson, D. S. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere // Current Science, 2006. – Vol. 90. – Issue 12.
• СП 44.13330.2011 Административные и бытовые здания.

Что такое диоксид углерода

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле – углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

• Дыхание животных и растений. Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
• Вулканическая деятельность. Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
• Разложение органических веществ. Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

Углекислый газ в организме человека

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.

Углекислый газ и мы

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.

Несмотря на такое ничтожное процентное содержание диоксида углерода в атмосфере, он оказывает огромное влияние на климат планеты. Углекислый газ – один из парниковых газов. Он поглощает и удерживает инфракрасное излучение с поверхности Земли, что в конечном итоге способствует повышению температуры на планете. Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта температура на земном шаре была бы примерно на 30°С ниже.

Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа, и, по-видимому, тоже подвержена парниковому эффекту. Из-за него Венера является самой жаркой планетой Солнечной системы, она горячее даже ближайшего к Солнцу Меркурия. Температура на Венере около 464°С – этого хватит, чтобы расплавить свинец и олово.

Рост уровня СО2 в атмосфере Земли ведет к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь – к необратимым изменениям климата. Уже сейчас можно наблюдать таяние ледников. Например, знаменитая снежная шапка Килиманджаро уменьшилась за последние 100 лет на 80%.

Заключение

Что и говорить, без углекислого газа наш мир был бы совершенно другим. Он участвует в важнейших химических, биологических, климатических и геологических процессах на Земле. И чем больше мы о них знаем, тем проще нам принимать важные решения: выбирать образ жизни и создавать свою среду – свой здоровый и комфортный микроклимат.

Содержание углекислого газа в атмосфере Земли перешагнуло отметку 400 ppm и не собирается останавливаться. Похоже, эта новость взволновала только ученых, хотя должна бы вызвать отклик в каждом. Рассказываем, почему.

Углекислый газ (СО2) в атмосфере Земли проходит путь, отдаленно напоминающий известный всем с детства круговорот воды в природе. Смысл его сводится к тому, что СО2 появляется в воздухе вследствие природных и техногенных процессов, а потом частью удаляется из атмосферы, а частью накапливается в ее верхних слоях и влияет на климат.

Распределение СО2 в атмосфере Земли

На протяжении многих веков вплоть до начала промышленной революции основными источниками образования СО2 служили естественные процессы: извержения вулканов, разложение органики, лесные пожары и дыхание животных. Но примерно с середины XVIII в. на содержание СО2 в воздухе начинает ощутимо влиять промышленная деятельность человека, в первую очередь те ее виды, которые связаны со сжиганием ископаемого топлива (нефть, уголь, сланцы, природный газ и др.) и производством цемента. На их долю приходится около 75% антропогенной эмиссии СО2. За остальные 25% ответственно землепользование, в частности, активное сведение лесов.

Удаление части СО2 из воздуха происходит за счет его растворения в океане и поглощения растениями. Впрочем, растения не только поглощают углекислый газ, но и выпускают его: в процессе дыхания они так же, как и люди, «вдыхают» кислород и «выдыхают» СО2. Так что углекислый газ присутствует в атмосфере всегда, вопрос только в том, каково его количество.

За последние десятилетия содержание СО2 возрастает стремительнее, чем когда-либо прежде за время документальной истории. В 1750 г. концентрация СО2 в атмосфере составляла около 270 ppm и только через двести с лишним лет, к 1958 г., «доползла» до отметки 320 ppm. Еще пятьдесят лет – и скачок на целых 60 пунктов: в 2005 г. содержание СО2 в атмосфере составило 380 ppm. В 2010 г. – уже 395 ppm. А недавно ученые сообщили, что содержание углекислого газа перевалило за 400 ppm и обратно в обозримом будущем не вернется. Похоже, пора переписывать энциклопедии.

Между прочим, в истории Земли бывали периоды с куда большим содержанием углекислого газа. Четыре миллиарда лет назад атмосфера нашей юной планеты содержала целых 90% СО2. Правда, жизнь тогда еще не зародилась: кислорода не было вообще. 2,5 миллиарда лет назад появились растения и все наладилось.

Нужно сказать, что отметка в 400 ppm преодолевалась и ранее. Содержание СО2 в атмосфере меняется в течение года, достигая максимума в мае. Так что весенне-летнее повышение концентрации углекислого газа не вызывало опасений ученых. В мае 2015 года даже в Антарктике уровень СО2 достиг 400 ppm, чего не случалось 4 миллиона лет! Но зато в сентябре традиционно наблюдается самое низкое в году содержание СО2 в атмосфере. Поэтому сентябрьское преодоление отметки 400 ppm как нельзя нагляднее свидетельствует о неконтролируемом росте количества углекислого газа в воздухе.

Что с нами будет в этом «новом четыреста-пипиэмовом мире», как успела окрестить нашу планету западная пресса? Можно ответить в двух словах: глобальное потепление.

Глобальное потепление началось уже давно, и оно напрямую связано с содержанием углекислого газа в атмосфере. Дело в том, что СО2 – не просто газ, а парниковый газ. СО2 чрезвычайно инертен, он неохотно вступает в реакции с другими химическими элементами. За счет этого он накапливается в атмосфере Земли, где удерживает тепловое излучение с ее поверхности и препятствует его возвращению в космическое пространство. В этом и заключается парниковый эффект.

Парниковый эффект настолько крепко связан в нашем сознании с глобальным потеплением, что обычно ассоциируется с чем-то негативным. А между тем, именно парниковому эффекту мы обязаны комфортной жизнью на Земле. Без парниковых газов (кроме СО2 к ним относятся водяной пар, метан и озон) средняя температура на планете составляла бы –15°С, а не +15°С, как сейчас.

Но неконтролируемое повышение содержания парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь, – к глобальному потеплению. О нем слышали все и нередко относятся к нему с иронией, а иногда и подозрением: уж не заговор ли это производителей экотоплива? Все дело в том, что мы как будто бы не видим никаких признаков глобального потепления в повседневной жизни.

В самом деле, глобальное потепление – процесс медленный. Гренландия не растает ни завтра, ни послезавтра, ни даже через сто лет. Не будет никакой гигантской волны, смывающей Нью-Йорк, как в фильмах-катастрофах. Его затопит постепенно: городу придется отступить под натиском поднимающегося океана. Маленькие тихоокеанские острова исчезнут с лица Земли (вернее сказать, моря). Влажные регионы станут еще более влажными, а засушливые – еще более сухими. В первых будут плодиться насекомые-переносчики заболеваний, во вторых начнется острая нехватка продовольствия и питьевой воды. Приток пресных ледниковых вод в океан изменит курс теплых и холодных течений, что грозит похолоданиями в Северном полушарии и ураганами по всей планете. Дальше можно не продолжать: даже если малая часть этих прогнозов сбудется, человечеству придется непросто.

А пока среднегодовая температура по миру уже третий год подряд бьет рекорды. 2016 год называют самым жарким за последние 150 лет. Ученые установили, что атмосфера Земли потеплела на 1,45°С по сравнению с доиндустриальным периодом. Цифра может показаться ничтожной, но этого более чем достаточно, чтобы растопить льды.

Таяние льдов (фотографии NASA)

Так что приходится констатировать, что мы живем в эпоху глобального потепления. За последние сто лет уровень моря поднялся на 20 см.

Между прочим, повышение уровня СО2 в помещении тоже опасно, но по-другому: содержание СО2 выше 800 ppm вызывает ощущение духоты и негативно влияет на самочувствие человека. К счастью, есть способ его понизить. А вот снизить количество углекислого газа в атмосфере можно только объединенными усилиями всего мирового сообщества.

Правда, пока попытки ООН сдерживать эмиссию СО2 не приносят ощутимых результатов. Киотский протокол, устанавливающий квоты на газовые выбросы, вызывает недовольство все большего числа участников, потому что ограничивает возможности интенсивного промышленного развития.

Существует, впрочем, и альтернативная версия происходящего: если бы не антропогенная эмиссия, содержание СО2 в атмосфере постепенно уменьшалось бы, вызывая похолодание на всей планете. Люди, сжигая топливо, якобы делают вклад в будущее, сдерживая наступление катастрофы. Однако эта теория выглядит не такой уж оптимистичной, если вспомнить, что, по оценкам ученых, запасов ископаемого топлива нам хватит всего на 150 лет. Судя по всему, человечеству предстоит в очередной раз угадать, какое из двух зол меньшее.