Углекислый газ в атмосфере. Концентрация СО2 и ее влияние на состояние человека. Опасные концентрации СО2

Очень велика. Углекислый газ принимает участие в образовании всего живого вещества планеты и вместе с молекулами воды и метана создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».

Роль углекислого газа (CO 2 , двуокись или диоксид углерода ) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями .

Являясь парниковым газом , двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты .

В последнее время наблюдается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе, что ведет к изменению климата Земли .

Углерод (С) в атмосфере содержится в основном в виде углекислого газа (СО 2) и в небольшом количестве в виде метана (СН 4), угарного газа и других углеводородов.

Для газов атмосферы Земли применяют понятие «время жизни газа». Это время, за которое газ полностью обновляется, т.е. время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько в нем содержится. Так вот, для углекислого газа это время составляет 3-5 лет, для метана – 10-14 лет. СО окисляется до СО 2 в течение нескольких месяцев.

В биосфере значение углерода очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых существ углерод содержится в восстановленном виде, а вне пределов биосферы – в окисленном. Таким образом, формируется химический обмен жизненного цикла: СО 2 ↔ живое вещество.

Источники углерода в атмосфере Земли.

Источником первичной углекислоты являются вулканы , при извержении которых в атмосферу выделяется огромное количество газов. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма.

Также углерод поступает в атмосферу Земли в виде метана в результате анаэробного разложения органических остатков. Метан под воздействием кислорода быстро окисляется до углекислого газа. Основными поставщиками метана в атмосферу являются тропические леса и болота .

Миграция СО 2 в биосфере.

Миграция СО 2 протекает двумя способами:

При первом способе СО 2 поглощается из атмосферы Земли в процессе фотосинтеза и участвует в образовании органических веществ с последующем захоронением в земной коре в виде полезных ископаемых: торфа, нефти, горючих сланцев.

При втором способе углерод участвует в создании карбонатов в гидросфере. СО 2 переходит в Н 2 СО 3 , НСО 3 -1 , СО 3 -2 . Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. По оценке А.Б. Ронова, соотношение органического углерода (С орг) к углероду карбонатному (С карб) в истории биосферы составляло 1:4.

Геохимический круговорот углерода.

Извлечение углекислого газа из атмосферы.

Углекислый газ из атмосферы Земли извлекается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения . Полученный из атмосферы углекислый газ растения преобразуют в углеводы и кислород. Углеводы участвуют в образовании органических соединений растений, а кислород выделяется обратно в атмосферу.

Связывание углекислого газа.

В активном круговороте углерода участвует очень небольшая часть всей его массы. Огромное количество угольной кислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород. Между углекислым газом атмосферы Земли и водой океана , в свою очередь, существует подвижное равновесие.

Благодаря высокой скорости размножения растительные организмы (особенно низшие микроорганизмы и морской фитопланктон) продуцируют в год около 1,5-10 11 т углерода в виде органической массы, что соответствует 5,86-10 20 Дж (1,4-10 20 кал) энергии.

Растения частично поедаются животными, при отмирании которых органическое вещество отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим другим каустобиолитам - каменным углям, нефти, горючим газам.

В процессах распада органических веществ, их минерализации огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые).

Основные запасы углерода находятся в связанном состоянии (в основном в составе карбонатов) в осадочных породах Земли, значительная часть растворена в водах океана, и относительно небольшая – присутствует в составе воздуха.

Отношение количеств углерода в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли, по уточненным расчетам, составляет 28 570: 57: 1.

Как углекислый газ возвращается снова в атмосферу Земли?

Углекислый газ выделяется в атмосферу Земли:

В процессе дыхания живых организмов и разложения их трупов, распада карбонатов, процессов брожения, гниения и горения;

Зеленые растения, днем поглощая углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, ночью некоторую его часть возвращают обратно;

В результате деятельности вулканов, газы которых состоят в основном из углекислого газа и паров воды. Современный вулканизм в среднем приводит к выделению 2·10 8 тонн CO 2 в год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии (выделенной в результате человеческой деятельности) ;

В результате индустриальной деятельности человека, в последние годы занявшей особое место в круговороте углерода. Массовое сжигание ископаемого топлива ведет к возрастанию содержания углерода в атмосфере, так как только 57% процентов производимого человечеством углекислого газа перерабатывается растениями и поглощается гидросферой. Массовая вырубка лесов также ведет к увеличению концентрации углекислоты в воздухе.

Рост выбросов углекислого газа в атмосферу за последние 100 лет имеет разрушительные последствия. Учитывая то, как повышается глобальная температура и ускоряются темпы таяния арктических льдов, нет сомнений в том, что климат нашей планеты действительно меняется. Но кажется, что это не единственное влияние, парниковых газов, ведь происходит глобальное озеленение планеты. Тем не менее, авторы нового исследования отмечают, что вред от CO 2 значительно превышает пользу.

Почему присходит глобальное озеленение нашей планеты?

Новое исследование, посвященное изменению климата, обнаружило значительное увеличение роста деревьев и растений. Ученые пришли к выводу, что это было обусловлено увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере. Используя данные НАСА и спутниковых датчиков, международная команда из 32 исследователей обнаружила, как за последние 33 года количество зелени на планете увеличилось - значительный рост продемонстрировали от 25 до 50% растительности.

Это значит, что все эти растения могут покрыть 32% нашей планеты. Резкое увеличение количества парниковых газов с началом промышленной революции привело к тому, что обьем растений увеличился. Однако увеличение количества CO 2 в атмосфере нашей планеты не является достаточным для того, чтобы полностью объяснить эффект озеленения, которое ученые наблюдают по всему миру. Используя компьютерные модели, ученые подсчитали: парниковый газ влияет на это явление только на 70%. Значит, есть и другие факторы. На увеличение уровня азота в атмосфере приходится 9% роста, на изменение климата - около 8%, и на изменения в землепользовании - около 4%.

Что приносит нам глобальное озеленение: пользу или вред?

Несомненно, за это исследование сразу же ухватилось множество скептиков, которые утверждают, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере положительно влияет на планету в связи с повышением количества растительности. Тем не менее, исследователи говорят, что этот эффект уменьшается с течением времени, так как растения акклиматизируются к более высокой концентрации CO 2 , но получают ограничения в воде и питательных веществах. Но очевидно, что есть и другие последствия увеличения выбросов парниковых газов.

Другие последствия выброса углекислого газа в атмосферу

Во-первых, многие негативные аспекты изменения климата, а именно глобальное потепление, повышение уровня моря, таяние ледников и морского льда, более сильные тропические штормы, до сих пор не признаны. Во-вторых, исследования показали, что растения акклиматизируются к повышению концентрации CO 2 , и эффект озеленения уменьшается со временем.

Многие могут утверждать, что растения не смогут поглощать углекислый газ, количество которого увеличивается. Но такая возможность была учтена учеными при создании их моделей. И хотя CO 2 на сегодняшний день является самым известным парниковым газом, он не единственный, о котором мы должны беспокоиться. Из-за потепления климата в северном полушарии уже начала таять вечная мерзлота, освобождая огромное количество метана, с которым вряд ли смогут справиться растения.

Значение углекислого газа (CO 2 , двуокись или диоксид углерода ) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями .

В последнее время наблюдается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе, что ведет к .

Для газов атмосферы применяют понятие «время жизни газа». Это время, за которое газ полностью обновляется, т.е. время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько в нем содержится. Так вот, для углекислого газа это время составляет 3-5 лет, для метана - 10-14 лет. СО окисляется до СО 2 в течение нескольких месяцев.

В биосфере значение углерода очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых существ углерод содержится в восстановленном виде, а вне пределов биосферы - в окисленном. Таким образом, формируется химический обмен жизненного цикла: СО 2 ↔ живое вещество.

Источники углерода в атмосфере.

Источником первичной углекислоты являются , при извержении которых в атмосферу выделяется огромное количество газов. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма.

Также углерод поступает в атмосферу в виде метана в результате анаэробного разложения органических остатков. Метан под воздействием кислорода быстро окисляется до углекислого газа. Основными поставщиками метана в атмосферу являются тропические леса и .

В свою очередь углекислый газ атмосферы является источником углерода для других геосфер - , биосферы и .

Миграция СО 2 в биосфере.

Миграция СО 2 протекает двумя способами:

При первом способе СО 2 поглощается из атмосферы в процессе фотосинтеза и участвует в образовании органических веществ с последующем захоронением в в виде полезных ископаемых: торфа, нефти, горючих сланцев.

Каким образом осуществляется геохимический круговорот углерода в природе и как углекислый газ возвращается снова в атмосферу

Вызвала в комментариях ожесточенный спор на тему, является ли человеческая цивилизация основным источником парниковых газов на планете. Уважаемый dims12 привел интересную ссылку , где говорится, что вулканы выбрасывают в 100-500 раз меньше углекислого газа, чем современная цивилизация:

В ответ на это, уважаемый vladimir000 привел свой . В результате него он получил, что выбросы СО2 человеческой цивилизацией гораздо меньше: около 600 миллионов тонн:

Что-то у вас порядок цифр странный. Поиск дает суммарную мощность всех электростанций Земли 2*10^12 ватт, то есть, предположив, что все они работают на ископаемом топливе круглый год, получаем примерно 2*10^16 ватт-час годового потребления, то есть 6*10^15 КДжоулей.

Опять же, поиск дает удельную теплоту сгорания первые десятки тысяч КДжоулей на килограмм ископаемого топлива. Примем для простоты 10000, и примем, что все переработанное топливо улетает в трубу без остатка.

Тогда, чтобы полностью покрыть потребности человечества в энергии, получается, достаточно сжигать 6*10^15 / 10^4 килограмм углерода в год, то есть 6*10^8 тонн. 600 мегатонн в год. Учитывая, что существуют еще атомные, гидро и прочие возобновляемые станции, не вижу за счет чего, итоговое потребление увеличится в 500 раз.

Разница получилась огромная - 500 раз. Но при этом я не совсем понял, откуда получилась эта 500-кратная разница. Если разделить 29 миллиардов тонн на 600 миллионов тонн, то будет разница в 50 раз. С другой стороны, эта разница, вероятно, связана с не 100% КПД электростанцией, и с тем фактом, что ископаемое топливо потребляют не только электростанции, но и для транспорта, обогрева жилищ или производства цемента.

Поэтому можно точнее произвести этот расчет. Для этого просто используем следующую цитату : "при сжигании угля в размере одной тонны условного топлива потребляется 2,3 тонны кислорода и выбрасывается 2,76 тонны углекислого газа, а при сжигании природного газа выбрасывается 1,62 тонны углекислого газа, а потребляется все те же 2,35 тонны кислорода ".

Сколько сейчас человечество потребляет условного топлива в год? Такая статистика приводится в отчетах компании BP . Около 13 миллиардов тонн условного топлива. Тем самым человечество выбрасывает в атмосферу порядка 26 миллиардов тонн углекислого газа. Более того, в тех же данных приводится подробная статистика по выбросам СО2 за каждый год. Из неё следует, что эти выбросы постоянно растут:

В тоже время, только половина этих выбросов попадает в атмосферу. Другая половина