Как образуется углекислый газ в природе: Углекислый газ (диоксид углерода) – Что такое Углекислый газ (диоксид углерода)?

alexxlab | 11.05.2023 | 0 | Разное

происхождение, открытие, круговорот в природе, производстве и атмосфере

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.

Содержание страницы

• 1 Происхождение
• 2 Открытие
• 3 Круговорот в природе
• 4 Промышленность и CO2
• 5 Влияние на атмосферу
• 6 Заключение

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

Джозеф Блэк

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 CO

₂

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

CO₂ применяется:

• 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.

Заключение

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?

Углекислый газ как начало жизни и её финал

«…Это снаряд-ракета из стекла в дубовой обшивке, заряженный под давлением в семьдесят две атмосферы жидкой углекислотой… Всякое живое существо, находящееся в пределах тридцати метров от места взрыва, должно неминуемо погибнуть от этой леденящей температуры и удушья… Целый океан углекислоты затопит город!. .»

Фото Татьяны Алексеевой.

Открыть в полном размере

‹

›

Таким способом злобный маньяк герр Шульце намеревался расправиться со свободным и демократическим городом Франсевиллем, о чём поведал читателям Жюль Верн в романе «Пятьсот миллионов бегумы» вместе со своим соавтором — публицистом и активным деятелем Парижской коммуны Паскалем Груссе (Андре Лори) более 130 лет назад.

Роман конечно же фантастический, но в нём Жюль Верн фактически предсказал появление боевых отравляющих веществ, точно так же, как — в других романах — подводных крейсеров, электромобилей, средств беспроводной связи и множества прочих свершившихся технических открытий.

Некоторые его литературные гипотезы не сбылись и никогда не сбудутся: при помощи пушки на Луну люди летать не станут (хотя для заброски на орбиту автоматических станций этот способ, возможно, когда-нибудь пригодится), гигантские плавающие острова строить вряд ли возьмутся, да и в недрах вулканов не будут искать застывшие на уровне мезозоя затерянные миры.

Но вот с предположением по поводу углекислого газа у великого фантаста получилась воистину удивительная неоднозначность.

С одной стороны, в качестве оружия двуокись углерода никто никогда не применял и применять не будет. Люди изобрели намного более эффективные вещества массового уничтожения собратьев.

С другой — перспектива больших городов оказаться затопленными океанами углекислоты сегодня выглядит отнюдь не фантастической.

И отчасти такое уже происходит.

Углекислый газ CO₂ входит в состав земной атмосферы. Его средняя концентрация в воздухе составляет около 0,035%, или 350 ppm — миллионных долей (parts per million). Геохимические исследования показали, что примерно такой уровень — в пределах нескольких сотых долей процента — остаётся неизменным уже сотни тысяч лет. Тем не менее некоторые его колебания вокруг средней величины всё же происходят. Исторически они связаны с фазами глобальных потеплений и похолоданий, но как именно — достоверно пока не установлено.

Научные споры об этом очень напоминают классическую дискуссию о первородстве курицы и яйца.

Одни учёные полагают, что именно увеличение в атмосфере содержания CO₂, которое происходит в результате активной вулканической деятельности или глобальных катаклизмов вроде падения крупных небесных тел, вызывавших гигантские пожары, становится первопричиной потеплений. Углекислый газ, препятствуя отражению в пространство солнечного тепла, усиливает парниковый эффект и повышение среднеземной температуры. Другие, напротив, утверждают, что как раз в результате потепления из Мирового океана высвобождается огромное количество растворённой в воде двуокиси углерода, словно из нагретого шампанского. А когда наступает фаза похолодания, океан вновь поглощает CO

2, и его концентрация в атмосфере снижается.

Как бы то ни было, замеры показывают, что с 1970-х годов количество двуокиси углерода в воздухе ежегодно возрастает на 1,5 ppm. И вновь мнения климатологов на этот счёт разделились. Некоторые склонны считать, что в происходящие на Земле глобальные климатические изменения существенным образом вмешался антропогенный (человеческий) фактор. Возражать тут сложно: сжигание в огромных количествах углеводородов и массовая вырубка лесов не идут на пользу ни природе в целом, ни человеку в частности. Однако другие учёные справедливо указывают, что в сравнении с космическими процессами влияние человека пока ещё не слишком значительно.

Но вот атмосфера мест массового человеческого обитания — городов, и особенно мегаполисов, действительно формируется при непосредственном нашем участии. Во второй половине прошедшего века концентрация CO

2 в сельской местности составляла те самые «среднеземные» 350 ppm, в небольших городах 500 ppm, в крупных промышленных центрах 600—700 ppm. И это, однако, не стало пределом.

Долгое время углекислый газ не рассматривался как токсичный. В самом деле, он присутствует в тканях и клетках живых организмов и участвует в процессах метаболизма. Более того, дефицит углекислого газа может стать причиной возникновения множества заболеваний эндокринной, нервной, сердечно-сосудистой систем, органов пищеварения и костно-мышечного аппарата. В то же время известно, что значительное (в десятки раз) повышение содержания в воздухе CO₂ вызывает резкое ухудшение самочувствия, а концентрация более 5% (50 000 ppm) становится для человека смертельной.

Где же находится тот предел, до которого мы можем не беспокоиться о состоянии своего здоровья? Вопрос актуален, поскольку большую часть жизни современный человек, и прежде всего городской обитатель, всё же проводит в помещениях, микроклимат и атмосфера которых существенным образом отличаются от условий открытого пространства.

Как ни странно, в СССР и в России до самого последнего времени исследования о влиянии невысоких концентраций CO₂ на здоровье человека почти не проводились. Единственная работа, упоминаемая ныне, — статья О. В. Елисеевой «К обоснованию ПДК двуокиси углерода в воздухе», опубликованная в журнале «Гигиена и санитария» в 1964 году. В статье, в частности, сказано, что углекислый газ становится вреден, только если его концентрация превышает 5000 ppm.

Зато такие исследования весьма активно велись за рубежом. Например, обследование, проведённое в Великобритании, показало, что при концентрации диоксида углерода выше 1000 ppm внимание человека снижается на 30%. При уровне выше 1500 ppm четыре пятых испытуемых начинали быстро испытывать чувство усталости, а при 2000 ppm две трети из них теряли способность сосредотачиваться. Практически все (97%), кто страдал время от времени мигренью, заявили, что головная боль у них начинается уже при уровне 1000 ppm. Такие же или весьма близкие результаты были получены в Финляндии, Венгрии, США и других странах.

Ещё более тревожные данные принесло масштабное международное исследование, проведённое по инициативе Европейского респираторного общества в школах Франции, Италии, Дании, Швеции и Норвегии. Оно показало, что в учебных заведениях, где концентрация CO₂ в классах превышала 1000 ppm, подверженность учащихся заболеваниям респираторных органов повышалась в 2—3,5 раза.

Правда, здесь необходимо сделать уточнение. Высокое содержание углекислого газа в помещениях свидетельствовало прежде всего о том, что они плохо вентилировались. А значит, в воздухе школьных классов могли находиться и другие провокаторы заболеваний: бактерии, вирусы, летучие органические вещества. Тем не менее исследователи проблемы пришли к заключению, что безопасный уровень CO₂ в помещении не должен превышать 1000 ppm. В Европе и США в связи с этим довольно быстро были пересмотрены и изменены стандарты, предъявляемые к состоянию воздушной среды жилых и рабочих помещений. Теперь помимо температуры, влажности, запылённости, предельно допустимых концентраций потенциально вредных веществ в них включены показатели содержания CO₂. Согласно этим стандартам, максимально допустимое значение уровня CO₂ в учебных, офисных и жилых помещениях составляет 1000 ppm. А в школах Департамент здравоохранения США рекомендует поддерживать уровень углекислого газа не выше 600 ppm. Кроме того, существует ещё одна норма: воздух в помещениях по содержанию CO₂ не должен отличаться от наружного более чем на 350 ppm. Теоретически обеспечить такое соотношение должны системы вентиляции и кондиционирования.

Всегда ли это возможно? К сожалению, нет. В рабочих зонах промышленных производств содержание в воздухе диоксида углерода намного выше. Например, в «горячих» цехах или в шахтах. И никакими разумными и экономически приемлемыми способами снизить его нельзя. В России гигиенические нормативы, введённые в 2006 году, определяют разовую ПДК CO₂ для воздуха рабочей зоны в 13 710 ppm, а среднесменную — 4597 ppm (для сравнения: в США эти нормы составляют соответственно 30 000 и 5000 ppm). В шахтах — 5000 ppm.

В офисах проще. Углекислый газ в помещениях образуется лишь как продукт жизнедеятельности человека, который выдыхает в 100 раз больше CO

2, чем вдыхает. Потребляя около 30 литров кислорода в час, каждый из нас выделяет 20—25 литров углекислого газа.

В принципе, чтобы воздух оставался чистым, достаточно наладить обмен с внешней атмосферой из расчёта 30 м3 в час на одного человека. Такие исходные данные закладываются при проектировании вентиляционных систем служебных, а также жилых помещений, которые и должны обеспечить те самые комфортные 600 ppm и не более. Хотя насчёт комфортности этого уровня некоторые исследователи высказывают весьма серьёзные сомнения. Например, англичанин Д. Робертсон утверждает, что существующая на Земле фауна, в том числе и человек, формировалась в определённой температурно-газовой среде, в которой содержание диоксида углерода не превышало 300—350 ppm. По расчётам Робертсона, которые он опубликовал в журнале индийской Академии наук, максимальный безопасный для человека уровень CO

2 равен 426 ppm. Поэтому когда концентрация углекислого газа в атмосфере планеты достигнет этой величины (а такое может произойти примерно лет через 50), человечество не то чтобы вымрет, но здоровье значительной его части серьёзно ухудшится. Это, конечно, личное мнение Робертсона, однако стоит о нём хотя бы на всякий случай помнить…

***

В 2007 году доктор медицинских наук Ю. Д. Губернский (Институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сытина РАМН) и кандидат технических наук Е. О. Шилькрот (ОАО «ЦНИИПромзданий) провели исследования воздушной среды в московских офисах и на улицах столицы. Результаты шокировали. При том что измерения проводились далеко не в самые неблагополучные с точки зрения метеорологической обстановки дни, уровень углекислого газа на улицах составлял 1000 ppm. А в офисах концентрация CO₂ достигала 2000 ppm и даже выше.

Как быть? Да никак. Тех самых 30 кубометров воздуха достаточно, если за окнами шумит хвойный лес. При наружной концентрации диоксида углерода 600 ppm нужно уже не 30 кубов, а 80; при 800 ppm — 150—200 и так далее. А зимой эти кубометры к тому же ещё нужно подогревать. Так что для очищения атмосферы всех служебных помещений хотя бы до уровня 1000 ppm у города просто не хватит энергии. Кстати, в жилищах москвичей, особенно тех, что расположены в центре, ситуация ненамного лучше.

Не стоит сомневаться, что точно в таком же положении находятся жители любого крупного города современной России.

Понятно, что для изменения ситуации локальных, «точечных» мер недостаточно.

В штате Калифорния в 1997 году (за шесть лет до того, как в губернаторское кресло сел кинокумир миллионов Арнольд Шварценеггер) была разработана специальная программа снижения промышленных выбросов CO₂. И отнюдь не ради борьбы с глобальным потеплением (США до сих пор не ратифицировали Киотский протокол об ограничении выбросов парниковых газов), но исключительно ради блага собственных граждан.

Возможно, кому-то из наших читателей эта информация уже известна из публикаций в других изданиях. Но не повторить её нельзя, потому что Калифорния стала уникальным и пока единственным в мире полигоном по снижению выбросов именно CO₂ в пределах довольно значительной территории.

В рамках этой программы каждая дымовая труба была оснащена газосчётчиками, определены возможности снижения выбросов для данного предприятия и типа производства, а также установлен средний процент снижения. Для тех, кто превышал установленный объём выбросов, введены очень серьёзные штрафы. Зато те предприятия, которые сумели работать с опережением, снижая выбросы «сверх плана», получили возможность торговать сэкономленными квотами, продавая их тем, кому грозит штраф. Система заработала быстро. В настоящее время количество выбросов ежегодно стабильно снижается, да и квоты распродаются на два года вперёд.

В конце 1990-х годов родились понятия «зелёное строительство», «зелёные стандарты». Означали они разработку технологий массового строительства и обустройства человеческого жилья с максимальным жизненным комфортом. И под комфортом в данном случае имелись в виду не джакузи и домашние роботы, а экологичность среды обитания. Человека не должно убивать собственное жилище, что происходило у нас в «фенольных» домах и квартирах, где отделочные материалы постоянно выделяли канцерогены. Он не должен становиться инвалидом в результате регулярных прогулок по задымлённым, отравленным улицам. В настоящее время «зелёные стандарты» широко используются Европейским союзом, Северной Америкой, Австралией, странами Азии и начинают применяться на Среднем Востоке и в Латинской Америке.

Вот и у нас в 2003 году вступил в силу закон «О техническом регулировании», направленный на повышение безопасности и комфортности жизни российских граждан. Закон был принят, но, к сожалению, пока не работает, потому что к нему необходимо разработать около 500 технических регламентов. Предполагалось, что это будет сделано к 2010 году. А все прежние ГОСТы и СНиПы (строительные нормы и правила), давно морально устаревшие, поскольку создавались десятки лет назад на основе технологий того времени и сегодня тормозят практически любое строительное или бытовое новшество (вплоть до нанотехнологических шедевров), были переведены из обязательных к исполнению в рекомендательные. За исключением тех, которые непосредственно гарантируют безопасность жизни и здоровье людей. Новые стандарты по нормам содержания CO₂ в России были утверждены в 2008 году – они точно такие же, как в Европе. Но они не станут законом, обязательным к исполнению, пока не превратятся в технические регламенты. Когда это произойдёт, сказать трудно, поскольку к настоящему времени, по данным Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), технических регламентов принято всего 27.

Почему это произошло и куда были потрачены деньги — тема совсем другой статьи. Суть в том, что ждать того дня, когда жители больших городов комфортно и счастливо заживут по «зелёным стандартам», придётся ещё очень долго. Потому и проблема избыточного количества углекислого газа для России ещё не проблема — пока регламента нет, её вообще как бы не существует. Однако делать-то что-то надо. Есть регламент или нет его, желания жить подольше и по возможности сохраняя здоровье от этого не убавляется. Так что же?

Самый радикальный выход — полная герметизация квартиры с устройством выходного шлюза и систем поглощения углекислоты (адсорбционные фильтры которых потребуют периодической замены). То есть превращение квартиры в подводную лодку или космический корабль. Подобное, разумеется, возможно только на уровне устройства подземного бункера ставки верховного командования и для городского жилья не годится.

Столь же радикальный, но несколько более реальный вариант — немедленно бежать из городов и заняться разведением овощей и домашних животных в сельской местности. Увы, подавляющее число горожан этим вариантом, скорее всего, пренебрежёт, что вполне объяснимо.

Разумеется, в определённой степени помогут современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Как бы там ни было, без них намного хуже, чем с ними.

Специалисты предупреждают: установка пластиковых окон, вошедших у нас в моду в то самое время, когда в Европе они из моды решительно выходили, лишает помещение естественной вентиляции. Замечательные пластиковые окна не пропускают шум, пыль — они вообще ничего не пропускают, в том числе и свежий воздух снаружи, а углекислый газ вовне. Увы, наши старые отечественные деревянные рамы, которые перекашивались от дождя, которые перед наступлением зимы нужно было всякий раз конопатить и заклеивать, а весной всей семьёй дружно отмывать, чистить и красить, по экологичности дадут вперёд тысячу процентов красивым и удобным пластиковым переплётам, по наличию которых профессиональные квартирные воры судили о благосостоянии квартировладельца, выбирая объекты для налётов.

Прочие рекомендации привычны, потому понятны: проветривать спальню перед сном, больше находиться на природе, стараться не покидать свой дом во время неблагоприятного состояния городской атмосферы и так далее. Однако частотой проветриваний проблемы не решить, покуда источником излишков CO₂ для каждого обывателя остаётся сам город.

Главные производители диоксида углерода в любом мегаполисе — промышленные предприятия и транспорт. Но если выбросы фабрик и заводов можно заблокировать, нейтрализовать очистительными системами и технологиями, то с бензиновыми экипажами поделать ничего нельзя. Из автомобильных выхлопов можно отфильтровать тетраэтилсвинец, сернистые составляющие — всё что угодно, кроме углекислого газа. Нет, в принципе можно и с ним справиться, однако тогда цена автомобиля поднимется до уровня стоимости маленького самолёта. Или даже не очень маленького.

Многие города мира задолго до появления евростандартов на предельную токсичность выхлопов — Евро-1, Евро-2 и далее — проблему загазованности решали одновременно с решением проблемы пробок. Закрывали целые кварталы для движения личных автомобилей (Лондон, Стокгольм и др.), вводили ограничения на поездки по принципу «чётные регистрационные номера по чётным дням, нечётные по нечётным» (Нью-Йорк, Мехико и т.д.). Назначали въездную плату в центральную часть и огромные штрафы за парковку в неположенном месте. Ну и всякое другое. Меры эти неизменно давали положительные результаты.

В России — увы! — всё перечисленное, видимо, неприемлемо. В каждом большом городе у нас проживает много граждан, которым никто ничего уже не может запретить. Да и не хочет. И не будет, даже если работающего на улицах запретителя в служебной форме к тому обяжут.

Собственно, вот и всё. На этом рассказ о сегодняшней реальности кончается.

Переходим снова к фантастике.

Если весь городской транспорт, а в первую очередь личный, вдруг станет электрическим, воздух в Москве и Санкт-Петербурге, Ростове и Челябинске, Магнитогорске и Владивостоке вновь сделается почти таким чистым, каким был в светлые годы основания этих людских поселений и некоторое время после этого.

Специалист по системам кондиционирования и вентиляции Б. Буцев, который, кстати, сейчас занимается разработкой новых «зелёных стандартов» в части экологии жилища, нарисовал такую картину:

«По городу мы катаемся на аккумуляторах — поездки-то относительно короткие, не более 100 км в оба конца. А на дачу добираемся уже по-другому. Выезжаем на трассу и присоединяемся токосъёмниками машины к металлической сетке, натянутой над асфальтом. Такие аттракционы — электрокары с токосъёмниками в манеже под металлической сеткой — были и есть в каждом парке культуры и отдыха. Едем сколь угодно долго до съезда с трассы в свою деревню. Там сворачиваем и снова движемся на аккумуляторах. Перед возвращением аккумуляторы можно подзарядить и — вперёд! В городскую квартиру! На службу!»

Фантастика? Конечно. Но Жюль Верн тоже писал свои произведения, не особо рассчитывая на то, что литературный вымысел когда-нибудь воплотится в реальность.

И всё же такое с его фантастическими идеями отчасти произошло…

Климатические исследования Южная Флорида

Источник изображения: Microsoft Clip Art

Источниками называются процессы или регионы, которые преимущественно производят углекислый газ в атмосфере. Углекислый газ добавляется в атмосферу естественным образом, когда организмы дышат или разлагаются (разлагаются), выветриваются карбонатные породы, возникают лесные пожары и извержения вулканов. Углекислый газ также попадает в атмосферу в результате деятельности человека, такой как сжигание ископаемого топлива и лесов и производство цемента.

 

 

Дыхание и разложение

Вы, вероятно, знакомы с дыханием и дыхательной системой. Одним из определений дыхания является обмен кислорода и углекислого газа между кровью животного и окружающей средой. Углекислый газ также выделяется при дыхании организмов.

Дыхание также происходит на клеточном уровне. Все растения и животные возвращают в атмосферу как углекислый газ, так и водяной пар. Каждая клетка должна дышать, чтобы производить необходимую ей энергию. Этот процесс известен как клеточное дыхание. В процессе дыхания организмы получают энергию за счет соединения глюкозы с кислородом воздуха. При клеточном дыхании глюкоза и кислород превращаются в энергию и углекислый газ. Поэтому в процессе клеточного дыхания в атмосферу выделяется углекислый газ.

 

С ₆ Н ₁₂ О ₆ + 6О ₂ → 6CO ₂ + H ₂ O + энергия

 глюкоза + кислород → углекислый газ + вода + энергия

 

Дыхание — это также процесс разложения когда-то живых (органических) организмов. Когда организмы умирают, они разлагаются бактериями. Углекислый газ выделяется в атмосферу или воду в процессе разложения.

Выветривание карбонатных пород

Известняк –
Источник изображения: SFWMD

С течением геологического времени известняк может подвергаться воздействию атмосферы (из-за тектонических процессов или изменений уровня моря) и выветриванию дождем. Углекислота, образующаяся при растворении углекислого газа в воде, в свою очередь, растворяет карбонатные породы и выделяет углекислый газ.

 

Сжигание ископаемого топлива и лесов

Бурение на нефть — Источник изображения: Microsoft Clip Art

Углекислый газ попадает в атмосферу в результате деятельности человека. При сжигании углеводородного топлива (например, древесины, угля, природного газа, бензина и нефти) выделяется углекислый газ. Во время сгорания или горения углерод из ископаемого топлива соединяется с кислородом воздуха с образованием углекислого газа и водяного пара.

Это природное углеводородное топливо получают из когда-то живых организмов и состоят из углерода и водорода, которые при сгорании выделяют углекислый газ и воду.

 

Сжигание ископаемого топлива происходит гораздо быстрее, чем его производство.

Сжигание лесов не только приводит к выбросу двуокиси углерода, вырубка лесов также может влиять на уровень двуокиси углерода. Деревья уменьшают количество углекислого газа из атмосферы в процессе фотосинтеза, поэтому чем меньше деревьев, тем больше углекислого газа остается в атмосфере.

Ниже представлена ​​анимация спутниковых изображений Landsat, показывающая изменения топографии из-за вырубки лесов в амазонском лесу в Рондонии, Бразилия. Источник изображения: НАСА

Смотреть Эпизод 3: Глобальное потепление, все дело в углероде.
Роберт Крульвич и Одд Тодд из NPR в сотрудничестве с Wild Chronicles представляют мультсериал об атоме в основе глобального потепления: углероде. В эпизоде ​​3: Если вы разорвете углеродную связь — вуаля! — цивилизация.

Предыдущая страница Следующая страница

Разве двуокись углерода в атмосфере не поступает из природных источников?

Да, существуют естественные источники атмосферного углекислого газа, такие как выделение газа из океана, разложение растительности и другой биомассы, извержение вулканов, естественные лесные пожары и даже отрыжка жвачных животных. Эти естественные источники углекислого газа компенсируются «поглотителями» — такими вещами, как фотосинтез растениями на суше и в океане, прямое поглощение в океане и образование почвы и торфа.

Пожары, вызванные молнией, такие как комплексный пожар округа Дуглас в штате Вашингтон в 2015 году, могут привести к выбросу углекислого газа, но деятельность человека производит гораздо больше парниковых газов. Лицензия Photo CC от USDA.

В течение всех ледниковых периодов, которые произошли по крайней мере за последний миллион лет, эти противоположные ветви углеродного цикла поддерживали уровень углекислого газа в атмосфере на уровне 300 частей на миллион (ppm) или ниже. Сегодня этот уровень близок к 410 промилле. Это не только самый высокий уровень углекислого газа за всю историю человеческой цивилизации, он достиг этих уровней практически мгновенно в геологических временных рамках. Во время циклов ледникового периода в прошлом для такого масштабного изменения, вероятно, потребовались бы тысячи лет.

Глобальные концентрации углекислого газа в атмосфере (CO ₂ ) в частях на миллион (ppm) за последние 800 000 лет. Пики и долины отражают ледниковые периоды (низкий уровень CO ₂ ) и более теплые межледниковья (более высокий уровень CO ₂ ). Во время этих циклов CO ₂ никогда не превышала 300 частей на миллион. На шкале геологического времени увеличение (оранжевая пунктирная линия) выглядит практически мгновенным. График NOAA Climate.gov основан на данных Lüthi et al., 2008, предоставленных Палеоклиматологической программой NOAA NCEI.

Это чрезвычайно быстрое накопление углекислого газа происходит потому, что люди выбрасывают углекислый газ в атмосферу быстрее, чем естественные поглотители могут его удалить. Сжигая ископаемое топливо, мы, по сути, использовали миллионы лет поглощения углерода растениями и вернули его в атмосферу менее чем за 300 лет.

Ссылки

Люти, Д., М. Ле Флох, Б.