Углекислый газ не участвует в регулировании температуры – Углекислый газ не виноват / Наука / Независимая газета

Содержание

Углекислый газ не виноват / Наука / Независимая газета

Мы живем во время локального повышения температуры, которое в ближайшем будущем сменится (если уже не сменилось) фазой нового и более сильного похолодания.
Фото Reuters

Исключительную важность парникового эффекта всем нам внушают еще со школьной скамьи. Как известно, парниковые газы (прежде всего углекислота) задерживают тепловое излучение от земной поверхности, что и может привести к перегреву нижних слоев воздуха. Поэтому до недавнего времени было принято думать, что чем больше в атмосфере углекислого газа (СО2), тем больше тепла Земля оставляет себе и тем теплее становится наш климат. Глядя на эту простую схему парникового эффекта, становится ясно – чтобы избежать перегрева атмосферы, нужно немедленно ограничить промышленные выбросы и срочно ратифицировать Киотский протокол. Но простые «киотские рецепты» не подтверждаются расчетами и экспериментами.

Физика атмосферы гораздо сложнее знакомой нам примитивной картинки парникового эффекта. Во-первых, тепло от поверхности и нижних слоев атмосферы переносится не столько излучением, сколько вертикальными потоками воздуха – всем известной конвекцией. Причем концентрация парниковых газов никак не влияет на этот путь самоохлаждения Земли. Во-вторых, от перегрева нас защищает важное свойство облачности, которая тормозит любую тенденцию перегрева атмосферы. Дело в том, что при повышении температуры увеличивается испарение, облачность становится плотнее, и Земля получает меньше солнечного тепла, и начинается охлаждение.

Два описанных механизма самоохлаждения Земли гораздо важнее для формирования климата, чем факт теплового излучения, который зависит от концентрации углекислоты. Невиновность углекислого газа в потеплении доказывает следующий факт. Даже если вся атмосфера Земли состояла бы из одного углекислого газа, то средняя температура у поверхности была бы не выше, а на целых 2 градуса ниже нынешней! Другими словами, связь глобального потепления с растущей концентрацией в атмосфере СО2 весьма сомнительна. Столь же сомнительными являются и требования Киотского протокола, который требует от стран-участниц расходовать немалые деньги для сокращения эмиссии парниковых газов.

В основе «ограничений Киото» лежит ошибочное предположение, что промышленные выбросы приводят к увеличению парникового эффекта и существенному потеплению климата Земли. Призывы Киотского протокола основаны только на интуитивных представлениях, столь же очевидных, как и другие принимаемые на веру аксиомы – вроде той, что именно Солнце вращается вокруг неподвижной Земли, а не Земля вокруг Солнца.

О надуманных основаниях Киотского протокола говорит многое. Например, результаты бурения ледникового покрова Антарктиды показывают, что изменения температуры на протяжении последних 420 тыс. лет всегда опережали соответствующие им изменения концентрации СО2 в толще ледникового покрова. Это свидетельствует о том, что изменения концентраций СО2 в атмосфере – следствие глобальных изменений температуры, а не их причина.

Настоящие же причины изменения климата Земли связаны скорее с неравномерностью солнечного излучения, прецессией вращения Земли, изменениями течений в океанах, с периодическими опреснениями и осолонениями поверхностных вод Северного Ледовитого океана и другими подобными процессами. По-видимому, мы сейчас живем во время локального повышения температуры, которое в ближайшем будущем сменится (если уже не сменилось) фазой нового и более сильного похолодания.

К аналогичным выводам недавно пришли и многие ученые США, изучавшие изменения климата в разных регионах Северной Америки. Согласно их данным, в наше время фактически не происходит никакого потепления климата. В этой связи известный американский ученый, бывший президент Национальной академии наук США профессор Ф.Зейтц, пишет: «Экспериментальные данные по изменению климата не показывают вредного влияния антропогенного использования углеводородов. В противоположность этому имеются веские свидетельства, что увеличение содержания в атмосфере углекислого газа является полезным». Зейтц подготовил петицию ученых правительству США с призывом отказаться от Международного соглашения по глобальному потеплению климата, заключенному в Киото, и от других аналогичных соглашений. В этой петиции, в частности, говорится: «Не существует никаких убедительных научных свидетельств того, что антропогенный выброс углекислого газа, метана или других парниковых газов вызывает или может в обозримом будущем вызвать катастрофическое прогревание атмосферы Земли и разрушение ее климата. Кроме того, имеются существенные научные свидетельства, показывающие, что увеличение в атмосфере концентрации диоксида углерода приводит к положительному влиянию на естественный прирост растений и животных в окружающей среде Земли». К настоящему времени петицию уже подписали более 15 тысяч ученых и инженеров США.

Полезно напомнить, что никакой общепризнанной теории изменения климата не существует. Многочисленные модельные прогнозы климатических изменений, как правило, носят ориентировочный или предположительный характер. Поэтому сегодня очень важны научные исследования климата, а не основанные на интуиции умозрительные теории.

Важным шагом к пониманию климатических закономерностей стала так называемая «адиабатическая теория парникового эффекта», которая описывает температурные режимы нижних слоев атмосферы. (Адиабатическими – как известно из школьного курса физики – называются замкнутые системы, которые не обмениваются теплотой с окружающими телами.)

Новая теория подтверждается хорошим совпадением теоретических расчетов с измерениями в земной атмосфере и, главное, с экспериментальными данными по температуре плотной углекислотной тропосферы Венеры, которые получили советские и американские исследовательские зонды.

Углекислотная атмосфера оказывается более тонкой и, подобно тонкому одеялу, хуже сохраняет тепло на поверхности планеты по сравнению с более толстым «пуховым» одеялом азотно-кислородной атмосферы, обладающим к тому же и большей теплоемкостью. Отсюда видно, что насыщение атмосферы углекислым газом, несмотря на поглощение им теплового излучения, при прочих равных условиях всегда приводит не к повышению, как это принято думать, а только к понижению средней поверхностной температуры планеты.

Объясняется этот, казалось бы, парадоксальный результат тем, что вынос тепла из нижних слоев атмосферы в основном происходит благодаря конвективным движениям воздуха, а не радиационным путем (излучением), как это принималось ранее на веру. Действительно, нагретые за счет поглощения теплового излучения приземные объемы воздуха расширяются, становятся легче окружающих воздушных масс и поэтому быстро поднимаются вверх, вплоть до низов стратосферы, где они быстро теряют избытки своего тепла уже с радиационным излучением и после охлаждения вновь опускаются вниз. Средняя же приземная температура при этом практически не меняется. Таким образом, умеренное насыщение атмосферы углекислым газом может приводить только к ускорению конвективного массообмена в нижних слоях атмосферы, но не к изменению ее температурного режима.

www.ng.ru

Ответы Mail.ru: Углекислый газ как-то используется?

Химическая отрасль

Углекислый газ используется при производстве синтетических химических веществ и регулировании реакторных температур.

CO2 также служит для нейтрализации щелочных сточных вод. В закритических условиях диоксид углерода используется в процессах очистки или осушки полимеров, волокон животного или растительного происхождения.

Фармацевтика

Углекислый газ используется для создания инертной среды, синтеза химических веществ, сверхкритической флюидной экстракции (SFE), подкисления (pH) сточных вод или продукта при их низкотемпературной транспортировке (−78°C или −108°F).

Пищевая отрасль

В пищевой отрасли выделяются следующие основные направления применения CO2:

Насыщение углекислотой шипучих напитков, в том числе безалкогольных напитков, минеральной воды и пива.

Упаковка пищевых продуктов — инертные и бактерицидные свойства газа успешно используются в азотных смесях (упаковка в модифицированной атмосфере) для увеличения срока хранения многих продуктов питания (§ ALIGAL™).

Процессы охлаждения или заморозки (в виде криогенной жидкости) и контроль температуры при распределении пищевых продуктов (в виде сухого льда) .

Удаление кофеина из кофе с использованием диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.

Медицина

При проведении операций на искусственных органах углекислый газ служит для создания атмосферных условий, близких к физиологическим.

В качестве одного из компонентов кислородной или воздушной смеси углекислый газ служит стимулятором глубокого дыхания. Другим его применением является хирургическая дилатация при интраабдоминальных инсуффляциях.

Металлургическая отрасль

Наиболее популярным применением углекислого газа в металлургии является защита окружающей среды:

CO2 применяется для осаждения бурого дыма в процессах завалки лома и закачки углерода, для сокращения объема поглощения азота в процессе вскрытия электродуговых печей, а также для донного перемешивания.

Отрасль переработки цветных металлов использует углекислый газ для осаждения дыма в процессе ковшовой транспортировки штейна (производство Cu/Ni) или слитков (производство Zn/Pb).

Небольшое количество жидкого диоксида углерода может использоваться при рециркуляции воды в процессе отвода кислотных шахтных вод.

Лазеры, использующие CO2, хорошо известны еще и как потребители некоторых специальных марок диоксида углерода (§ LASAL™).

Лабораторные исследования и анализ

Диоксид углерода в сверхкритическом состоянии представляет собой подвижную фазу, используемую как в процессе хроматографического анализа, так и в процессах экстрагирования.

Целлюлозно-бумажная отрасль

После щелочной отбелки древесной массы или целлюлозы диоксид углерода позволяет с высокой точностью регулировать уровень pH в переработанном сырье.

CO2 может использоваться в процессах нейтрализации талового масла и в целях повышения производительности бумагоделательных машин.

Электроника

Диоксид углерода стандартно применяется для обработки сточных вод, а в качестве охлаждающей среды он используется при испытании электронных приборов на воздействие окружающей среды.

Помимо этого диоксида углерода позволяет повышать проводимость сверхчистой воды, а в виде снега используется для абразивной очистки деталей или удаления осадков на кристаллических пластинах.

Дополнительно диоксид углерода может использоваться в качестве экологически чистой сверхкритической жидкости для удаления фототвердеющих материалов из кристаллических пластин без применения органических растворителей.

Охрана окружающей среды

Добавление диоксида углерода позволяет поддерживать необходимый уровень pH в жидких стоках. В качестве регулятора рН он является прекрасной альтернативой серной кислоте.

otvet.mail.ru

Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье

Углекислый газ и мы: чем опасен СO2

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.

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.

tion.ru

Источник углекислого газа

Источником газа может быть газовое месторождение или предприятие, производящее газ в качестве побочного продукта. При процессах нефтедобычи и нефтепереработки выделяются газы, содержащие углеводороды, углекислый газ, азот и серусодержащие компоненты. Если количество вредных примесей в газах не превышает санитарных норм, а общее количество углеводородов достаточно велико и они не представляют промышленной ценности, их можно использовать для закачки в пласт. Газ при этом транспортируют по трубопроводу или подвижным составом.[ …]

Углекислый газ имеет важнейшее значение в формировании геохимического облика подземных вод и, в частности, их карбонатных систем, так как образование гидрокарбонатов связано с реакцией С02 + ОН- = = НСОз. Содержание углекислоты в атмосфере составляет 0,03—0,04 %, парциальное давление рсо2 порядка 39,8 Па. Согласно закону Генри-Дальтона, содержание углекислоты в воде, находящейся в равновесии с атмосферой при 0 °С, дЬлжно составлять 3360-3-10“4 1 мг/л. С увеличением температуры воды ее содеражние в водах, находящихся в равновесии с атмосферой, оказывается еще меньшим. На самом деле концентрация углекислоты в подземных водах является гораздо большей, в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения ее концентрации могут достигать «-10 мг/л ). Причина заключается в том, что помимо воздуха имеются другие источники углекислоты — биохимическое окисление органических веществ, реакции типа СаСОз + Н2804 = СаБ04 + Н20 + + С02, а также термометаморфические и другие эндогенные процессы. Последние определяют высокие (и-100 мг/л) концентрации С02 в грунтовых водах ряда регионов альпийской зоны (в Приморском крае, в ряде структур Большого и Малого Кавказа).[ …]

Источник появления в воде углекислого газа, помимо воздуха,— био- и геохимические процессы. К факторам, приводящим к снижению содержания С02, относятся фотосинтез, растворение карбонатных пород с образованием бикарбонатов и др. Концентрация С02 в поверхностных водах колеблется от 0,5 до 2,0 мг/л.[ …]

Углекислый газ является источником углерода органических веществ. Он поступает в атмосферу при процессах дыхания, брожения, гниения и окисления органических веществ, при их распаде, при сгорании горючих ископаемых.[ …]

Источником углерода для процесса фотосинтеза является углекислый газ. Попытки заменить углекислый газ угарным (СО) не увенчались успехом. В основном в процессе фотосинтеза используется СОг атмосферы. Правда, имеются данные, что частично СОг может поступать в растения через корновую систему из почвы (А. Л. Кур-санов). Однако этот источник имеет сравнительно малое значение.[ …]

Обычно источниками воды для систем городского водоснабжения служат реки, природные озера, водохранилища, грунтовые воды, забираемые из скважин глубокого или мелкого заложения. Из скважин, как правило, получают холодную незагрязненную и однородную по качеству воду, которая легко очищается перед подачей ее в городскую водопроводную сеть. Очистка может потребоваться для удаления растворенных газов и нежелательных минеральных веществ. Самая простая обработка (рис. 7.1,а) включает дезинфекцию и фторирование. Вода, добываемая из глубоких скважин, хлорируется в целях приобретения защитных свойств на случай потенциального загрязнения в трубоповодах распределительной системы. При использовании скважин мелкого заложения, пополняемых поверхностными водами, хлор одновременно дезинфицирует грунтовые воды и обеспечивает приобретение защитных свойств. Фтор добавляется в воду для уменьшения распространения кариеса зубов. Растворенные железо и марганец при контакте с воздухом окисляются, образуя мелкие частички ржавчины, придающие воде нежелательный цвет. Эти элементы удаляют путем окисления их хлором или марганцовокислым калием и отделения выпавших осадков фильтрованием (рис. 7.1,6). Избыточная жесткость воды устраняется умягчением (рис. 7.1,в). Известь и, если необходимо, соду смешивают с необработанной водой, после чего удаляют выпавший осадок. Для стабилизации свойств воды перед окончательным фильтрованием проводят ее обработку углекислым газом. В процессе обработки грунтовых вод применяют аэрацию, в результате которой удаляются растворенные газы, а вода насыщается кислородом:.[ …]

Одним из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом является автомобильный транспорт. Некоторые из путей борьбы с этим видом загряз нений будут рассмотрены в последующих главах этой книги.[ …]

Наиболее значимыми источниками углеводородов являются природные и попутные газы, нефть, каменный уголь. Основным компонентом природного («сухого») газа является метан (80-90 об. %). В меньших количествах присутствуют этан, пропан и бутан, в незначительных количествах — ароматические углеводороды, азот, аргон и иногда углекислый газ [21].[ …]

В водоемах основным источником С02 является бактериальное окисление органических веществ, а также дыхание водных организмов. Биопродуктивность водоемов в известной мере определяется наличием двуокиси углерода. Углеродное питание водорослей, как и высшей водной растительности, является основой их существования и определяет возможность их интенсивного развития. В большой концентрации углекислый газ ядовит для животных, и по этой причине водоемы, пересыщенные углекислотой, лишены жизни.[ …]

Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере Земли в последнее время на 0,2 отн. % в год приводит к изменению многих важных свойств атмосферы, учет которых в настоящее время возможен лишь в общих чертах. По некоторым оценкам [3—5], к 2000 г. концентрация С02 возрастет на 15—20 отн.%, что приведет к существенной перестройке термической стратификации атмосферы, изменит сложившееся в процессе эволюции биосферы экологическое равновесие и вызовет заметное потепление климата. Увеличение количества неравномерно распределенных мощных антропогенных источников углекислого газа уже сейчас проявляется в возникновении локальных зон с повышенной концентрацией С02, как правило, сопровождающееся увеличением содержания аэрозоля (пыли) и СО. Сопутствующий этому процессу переход содержащегося в атмосфере кислорода в связанное состояние пока еще не достигает угрожающих размеров, однако в ближайшие 100 лет убыль кислорода может приблизиться к 70 отн.%, тем самым его содержание подойдет к критически опасной для современной биосферы величине [4].[ …]

Многие водные организмы поглощают углекислый кальций, создавая из него свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Между углекислым газом атмосферы и водой океана в природе существует подвижное равновесие. В истории Земли из атмосферы было извлечено и захоронено в десятки тысяч раз больше углекислого газа, чем его в ней находится в настоящее время. Пополнение углекислым газом атмосферы происходит вследствие процессов размножения органических веществ, карбонатов и др. За последние годы все большее количество углекислого газа в атмосферу поступает в результате индустриальной деятельности человека. Среди природных источников поступления углекислого газа в атмосферу наиболее мощными являются вулканы, газы которых состоят в основном из углекислого газа и паров воды.[ …]

Кроме загрязнений атмосферы сернистым и углекислым газами тепловая энергетика является источником выброса большого количества золы. В 1966 г. на электростанциях СССР образовалось 40 млн.т золы, в 1968 г. — 60 млн.т, а в 1975 г. ожидается образование 100 млн.т. Такие отходы тепловых электростанций, как сернистый газ и. зола, могут быть утилизированы уже на данном этапе развития техники.[ …]

Гумус замедляет связывание калия и служит источником углекислого газа: при медленном окислении перегноя углерод освобождается в форме углекислого газа, который способствует лучшему растворению некоторых минеральных веществ почвы, облегчая этим их поглощение растением.[ …]

В атмосфере содержится — 0,03% С02, или 2,3-1012 т. Источником поступления углекислого газа в атмосферу являются вулканические газы, горячие ключи, дыхание человека, животных, растений и, наконец, сжигание человеком горючих ископаемых. Сжигание топлива вносит ежегодно в атмосферу не менее 1 -1010 т углекислоты. Примерно 1 -1011 т С02 непрерывно находится в обменном состоянии между атмосферой и океаном. Обмен углекислоты в поверхностных слоях океана происходит в течение 5—25 лет, в глубоких — в течение 200—1000 лет. Полный обмен С02 в атмосфере происходит за 300—500 лет.[ …]

Присутствие в природных водах растворенного углекислого газа связано прежде всего с процессами распада органического вещества при его окислении, брожении или гниении. Источниками растворенного С02 являются также дыхание водных организмов и выделение СОг в геохимических процессах. Поглощение С02 из атмосферы играет меньшую роль, так как в ней содержится всего 0,03% С02 (рсо2 = 0,0003 атм). В соответствии с этим по закону Генри растворимость С02 в воде при 10° должна составлять Ссо, =2310-0,0003—0,69 мг/л. Фактическое содержание С02 в природных водах изменяется в широких пределах — от десятых долей до нескольких сотен мг/л. Из процессов, направленных на уменьшение содержания С02 в природных водах, важнейшими являются удаление его в атмосферу из-за пересыщенности им воды, расходование на растворение карбонатных пород, потребление зеленой растительностью в процессе фотосинтеза.[ …]

Человек и животные вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ (СОг). Этот газ присутствует в атмосфере в количестве около 300 частей на миллион (по объему), т. е. в атмосфере его примерно в 2600 раз меньше, чем азота. По-видимому, на всем протяжении истории Земли содержание углекислого газа в воздухе изменялось не слишком сильно, хотя и имели место отдельные отклонения. Но с начала XX века содержание углекислого газа в атмосфере повысилось приблизительно на 5 %. Причину этого надо искать прежде всего в колоссальном увеличении потребления минеральных топлив — угля, нефти и бензина. Эти источники пополнения атмосферы углекислым газом появились сравнительно недавно. Более старыми являются вулканы и гниющие органические вещества — растения, листва, трупы животных.[ …]

По-видимому, первичные организмы использовали в качестве источника энергии для синтеза собственных веществ энергию, освобождавшуюся при гидролизе других органических веществ. Это вело к постепенному исчерпанию ресурсов первичного органического вещества и было чревато гибелью недавно зародившейся на Земле жизни. Наверное, это был первый в истории нашей планеты экологический кризис глобального масштаба. Мы не можем за отсутствием данных судить о том, какой степени напряженности он достиг, прежде чем появились и начали быстро совершенствоваться биофизические и биохимические механизмы и соответствующие структуры, способные использовать внешние источники энергии — энергию химических реакций и света — для синтеза сложных органических веществ на основе углекислого газа и воды.[ …]

Углекислота дозируется из баллонов либо получается при сжигании -кокса. Источником углекислоты являются также дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива и использующиеся для рекарбонизации воды ■в том случае, когда содержание углекислого газа в них не менее 6—8%. Дымовые газы до использования очищаются в золоуловителе.[ …]

В среднем сухое вещество растений содержит около 45% углерода и 42% кислорода. Источником углерода и кислорода для синтеза органических веществ растения является воздушное питание. Углекислый газ проникает вместе с воздухом в листья через «устьица», густо усеивающие листовую пластинку (рис. 3). Одновременно через устьице идет испарение воды. Суммарная поверхность листьев превосходит (в 20—70 и больше раз) площадь почвы, занимаемую растением, что создает хорошие условия для поглощения С02 и энергии солнечных лучей зелеными листьями. Этим цветом они обязаны хлорофиллу, космическую роль которого убедительно раскрыл К. А. Тимирязев, ибо без хлорофилла растения не могли бы улавливать энергию солнечных лучей, а следовательно, и запасать ее в форме потенциальной энергии урожая.[ …]

В настоящее время наиболее достоверным является положение о том, что единственным источником кислорода, выделяющегося в процессе фотосинтеза, является вода. Существуют, однако, иные представления: выделение кислорода из углекислого газа [341] и возможность выделения кислорода фотосинтеза из ортофосфат-иона [342]. Последнее не подтвердилось при экспериментальной проверке [343]. Первое предположение несостоятельно ввиду полного совпадения изотопного состава кислорода фотосинтеза и кислорода воды (при условии тщательной очистки выделяемого кислорода от примеси углекислого газа и кислорода воздуха [344]).[ …]

Липиды (жиры) являются для клеток, как и углеводы, хранителями запасов питательных веществ и источниками энергии. В состав липидов входят глицерин и различные жирные кислоты. По мере необходимости липиды расщепляются ферментами, а затем жирные кислоты ступенчато окисляются, выделяя большое количество энергии. Конечными продуктами “горения” жиров являются углекислый газ и вода.[ …]

Описаны, кроме того, автотрофные актиномицеты, которые хорошо развиваются на минеральных средах в присутствии углекислого газа как единственного источника углеродного питания. Большинство лучистых грибков гете-ротрофы. Они усваивают углерод из клетчатки, органических кислот, полисахаридов, спиртов, крахмала, глицерина и др. У лучистых грибков отмечается большое разнообразие в усвоении различных источников углеродного питания. Сахароза, глюкоза, манноза, левулеза усваиваются почти всеми актиномицетами.[ …]

После удаления основной массы питательных веществ вода подвергается рекарбонизации. Этот процесс осуществляется обработкой воды углекислым газом, в результате чего реакция среды становится нейтральной и остаточное количество ионов кальция выпадает в осадок, что, в свою очередь, способствует обеспечению нормальной работы последующих фильтровальных сооружений. В этом процессе в качестве источника углекислого газа используются отходящие дымовые газы от установок по сжиганию осадка сточных вод.[ …]

Добавляют 6 мл йодистоводородной кислоты и сразу же присоединяют колбочку к холодильнику, смочив шлиф несколькими каплями Ш, после чего соединяют боковую трубку с источником углекислого газа и пропускают его со скоростью около 2 пузырьков в секунду. Затем реакционную колбу погружают в масляную баню с постоянной температурой (145—150° С) и нагревают 40 мин.[ …]

Однако на практике еще далеко до такого состояния. Газообразные выделения, поступающие в атмосферу, состоят из углеводородов (метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан), сероводорода, сернистого газа, углекислого газа, окислов азота и др. Способствуют поступлению указанных соединений в атмосферный воздух неполная герметичность технологического оборудования, сжигание попутного газа на факелах, открытые поверхности накопителей и очистных сооружений, аварии на различных этапах добычи, подготовки и транспортировки нефти, газа и воды. Распространение ведущих загрязнений в районе нефтегазодобывающего промысла прослеживается на расстоянии 1—3, а иногда 5 км.[ …]

Биоэнергетика — это энергетика, основанная на использовании биотоплива (получение биогаза, производство биомассы, биосинтез водорода и др.), и относится к возобновимым источникам энергии. Так, биогаз представляет собой смесь метана (60—70%) и углекислого газа (30—40%), иногда с присутствием сероводорода (до 3%). Он образуется в биогазовых установках путем метанового сбраживания; биогаз довольно широко используется в зарубежных странах для отопления, приготовления пищи, в газовых двигателях и пр. Например, в США мощность энергоустановок на основе использования биомассы в последние годы возросла с 250 до 9000 МВт. По расчетам немецких экологов, мировой технический потенциал возобновимых источников энергии в год составил примерно 20 млрд т условного топлива, из них максимальные величины приходятся на биоэнергетику (биомассу) и гелиоэлектростанции (соответственно 5,6 и 4,3 млрд т ус. топлива). В Германии наиболее распространены блок-ТЭЦ (мощностью 10—100 МВт), имеющие очень высокий КПД (используется до 85% первичной энергии), а также небольшие энергетические установки (секции) — для отопления жилых помещений.[ …]

В зеленых частях растений углекислота, поглощенная листьями из воздуха, перерабатывается в органические вещества — углеводы, белки, жиры и др. Процесс образования их зелеными растениями из углекислого газа и воды при участии энергии солнечного света называется фотосинтезом. Химизм фотосинтеза углеводов можно представить следующим образом. Энергия солнечного света, передаваемая в виде фотонов или квантов, поглощается зелеными частями растений, содержащими хлорофилл. При этом электроны хлорофилла возбуждаются и отдают усвоенную энергию соединениям фосфата с адениловой кислотой, то есть аденозиндифосфату (АДФ), образуя аденозинтрифосфат (АТФ). Для фотосинтеза необходимы также ионы водорода (протоны), источником которых служит вода.[ …]

Итак, в процессе фотосинтеза энергия излучения преобразуется в химическую энергию соединений углерода. Впоследствии эти высокоэнергетические соединения расщепляются вновь до образования углекислого газа и воды с выделением энергии. Эти процессы окисления органических соединений кислородом воздуха называются дыханием. Дыхание — это источник энергии, расходуемой клеткой на все ее нужды. Он свойственен как самому растению, так и тем организмам, которые это растение поедают и разлагают.[ …]

Рассмотрим некоторые из них, имеющие земной глобальный характер. Средняя температура на поверхности Земли за 100 лет увеличилась на 0,5-0,6°С, зимняя — еще больше из-за все возрастающих ежегодных поступлений в атмосферу углекислого газа, метана, оксида азота, затрудняющих отдачу тепла с поверхности (парниковый эффект). Источниками таких газов служат сжигание природного топлива и антропогенное нарушение работы микробных сообществ в почвах Сибири и Северной Америки. При неизменной современной антропогенной нагрузке температура тем не менее будет подниматься на 0,5°С каждые 10 лет.[ …]

В открытых карьерах метеорологические условия находятся в зависимости от времени года: в летний период года температура воздуха в кабине горных машин может достигать 30—40 °С, а зимой снижаться до 0 °С. В подземных выработках наиболее распространенными газами являются метан, углекислый газ, кислород, оксид углерода, оксиды азота, сероводород. Метан при значительном его скоплении в смеси с кислородом при наличии источников огня взрывается. Углекислый газ в подземных выработках может представлять опасность в том случае, если он накапливается за счет уменьшения содержания кислорода. При падении содержания кислорода до 15 % и менее возникает угроза кислородного голодания. Оксиды азота, оксид углерода поступают в воздух при взрывных работах и, кроме того, от работы дизельных автомашин, тракторов (в карьерах).[ …]

Углерод (С). На долю углерода в сухом веществе растений приходится почти 45%. Он является основой всех органических веществ и служит для их построения главным строительным материалом. Способность углерода вступать в разные сочетания с другими элементами обусловливает многообразие органических веществ. Источником углерода для питания растений является углекислый газ воздуха С02. Поступление углекислого газа происходит через устьица. Число устьиц в листьях огромно. У пшеницы на 1 кв. мм поверхности листа приходится около 60 устьиц в верхней и 40 — в нижней стороне листа.[ …]

Описанные выше результаты междисциплинарных исследований свидетельствуют о временном изменении климата в горах. Такие изменения климатического режима в горах могут иметь большое практическое значение. В таких странах, как Новая Зеландия, Норвегия и Швейцария, где гидроэлектрические станции являются главным источником энергии, изменения в выпадении снега и в ледниковом стоке могут приводить к серьезным экономическим последствиям. Сокращение сезона с устойчивым снежным покровом или сильное отступание ледников в альпийских странах может также иметь долговременные последствия для лыжной «индустрии» и туризма. В связи с этим предсказываемый рост средней глобальной температуры на 1,5—3,0 °С при удвоении содержания углекислого газа в атмосфере примерно к 2030 г. заслуживает специального внимания с точки зрения связанного с ним повышения снеговой линии в горных областях [2, 8]. Изменения других климатических элементов могут также иметь последствия практического характера. Кроме того что более теплая и солнечная погода благоприятствует росту деревьев на больших высотах, она может привести к уменьшению расходов на отопление зданий и вместе с тем повысить экономическую эффективность солнечных установок.[ …]

Эффективным методом предотвращения образования карбонатных отложений в системах оборотного водоснабжения путем поддержания углекислотного равновесия в оборотной воде в результате повышения концентрации в ней углекислоты является рекарбонацией этой воды. Однако этот метод практически применим лишь при наличии дешевого источника углекислоты, каковым могут быть отходы углекислого газа (например, на предприятиях азотной промышленности), дымовые газы, образующиеся в котельных при сжигании твердого (или жидкого) топлива, а также газы доменных печей после сжигания их в котлах или в воздухонагревателях.[ …]

Скорее всего, первоначальная гидросфера образовалась частично из первоначальной атмосферы и поэтому предположения о ранней истории морской воды сосредоточивались вокруг истории первоначальной атмосферы. Рис. 6.1 иллюстрирует одну из существующих моделей эволюции состава атмосферы Земли. Современное состояние атмосферы Земли обозначено стрелкой на временной шкале рисунка. Первоначальная же атмосфера Земли в период образования нашей планеты ( 4,6 млрд лет тому назад) скорее всего состояла из паров воды Н2О, углекислого газа СО2, метана СН4 и соединений азота в виде аммиака N113 и гораздо больше напоминала тогда атмосферу Венеры. Кислород начал поступать в атмосферу на сравнительно позднем этапе развития планеты. Источником кислорода являлось расщепление молекул Н2О под действием УФ радиации Солнца и процесс фотосинтеза растительного покрова Земли. В настоящее время растения производят 1014 кг О2 в год или 3 • 106 кг/с, что значительно больше, чем дает диссоциация молекул Н2О. Однако содержание кислорода в атмосфере не увеличивается — весь он расходуется на дыхание животных и человека, на окисление газов, выделяющихся из вулканов, на горение, на гниение мертвых растений. Поэтому такая деятельность человека, как интенсивная рубка лесов, может привести к уменьшению содержания О2 в атмосфере, т. е. к экологической катастрофе. Отсюда понятен глубокий смысл выражения «леса — это легкие планеты».[ …]

ru-ecology.info

Двуокись углерода высшего сорта. Применение углекислого газа в промышленности, добыча углекислого газа.

Продажа Производство Доставка

Газообразный

Жидкий

Двуокись углерода (диоксид углерода, СО2) во всех своих состояниях широко используется практически во всех отраслях промышленности и агропромышленного комплекса.

На долю СО2 приходится 10 % всего рынка технических газов, что ставит этот продукт в один ряд с основными продуктами разделения воздуха.

 

Оксид углерода (углекислый газдиоксид углеродадвуокись углеродаугольный ангидридуглекислота) — CO2, бесцветный газ, без запаха, со слегка кисловатымвкусом.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет в среднем 0,038 %

Физические

Плотность при нормальных условиях 1,97 кг/м³. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно изтвёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Биологические

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода длярастений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В пищевых целях используется газ, образующийся при спиртовом брожении. После предварительной обработки газ закачивается в баллоны.

Так же углекислый газ получают на установках разделения воздуха, как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора, мела или соды с соляной кислотой. Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который мешает реакции, и который удаляется значительным избытком кислоты.

Для приготовления напитков может быть использована реакция пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.

Применение

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (~ 65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.

Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада.

Углекислый газ используется в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний. Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в ледниках. Жидкая углекислота используется в качестве хладагента и рабочего тела в теплоэнергетических установках (в холодильниках, морозильниках, солнечных электрогенераторах и т. д.).

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO2 в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.

Углекислый газ в атмосфере

Изменения концентрации атмосферной углекислоты (кривая Килинга). Измерения на обсерватории Мауна-Лоа.

Ежегодные колебания концентрации атмосферной углекислоты на планете определяются, главным образом, растительностью средних (40—70°) широт Северного полушария.

Вегетация в тропиках практически не зависит от сезона, сухой пояс пустынь 20—30° (обоих полушарий) дает малый вклад в круговорот углекислоты, а полосысуши, наиболее покрытые растительностью, расположены на Земле асимметрично (в Южном полушарии в средних широтах находится океан).
Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО2 в атмосфере падает, а с октября по февраль — повышается. Вклад в зимний прирост дают как окисление древесины (гетеротрофное дыхание растений, гниение, разложение гумуса, лесные пожары), так и сжигание ископаемых топлив (угля, нефти, газа), заметно увеличивающееся в зимний сезон.

 

 

tgko.ru

Повышение — содержание — углекислый газ

Повышение — содержание — углекислый газ

Cтраница 1

Повышение содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе примерно до 1 % может вызвать некоторые отрицательные последствия. При содержании в воздухе углекислого газа в количестве 8 % дыхание становится наиболее интенсивным. Если содержание углекислого газа в воздухе превышает 25 %, а содержание кислорода снижено, возможен летальный эффект.  [1]

Повышение содержания углекислого газа до 0 1 % способствует появлению ряда функциональных нарушений и снижению работоспособности. Вот почему необходимо систематически проветривать помещения.  [2]

Для растений как раз и важно повышение содержания углекислого газа в воздухе летом, когда создается урожай.  [3]

Как было впервые установлено опытами Годлевского, с повышением содержания углекислого газа в воздухе ассимиляция углерода усиливается лишь до известного предела, после чего дальнейшее обогащение воздуха углекислым газом становится уже бесполезным.  [4]

В очень малых количествах углекислота стимулирует рост плесеней, однако повышение содержания ее в воздухе до 1 % тормозил рост Aspergillus niger и других плесеней, повышение содержания углекислого газа в воздухе до 10 — 20 % и выше ведет к издержке роста плесневых грибов. При 80 — 90 % — иой концентрации С0а полностью устраняется развитие большей части плесневых грибов.  [5]

Большую тревогу вызывает неуклонное накопление углекислого газа как следствие газовыбросов двигателями внутреннего сгорания. Предполагается, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере может привести к так называемому парниковому эффекту в результате преобразования световой энергии в теплоту. По прогнозам Всемирной конференции по климату удвоение концентрации углекислого газа может привести к повышению на поверхности земного шара средней температуры на 1 5 — 3 С. Это, в свою очередь, может привести к затоплению суши.  [6]

Наоборот, по мере понижения температуры ( к зиме) часть углекислого газа из атмосферы перемещается в водные бассейны. Для растений как раз и важно повышение содержания углекислого газа в воздухе летом, когда создается урожай.  [7]

Верхний предел концентрации практически в полевых условиях определить нельзя. Но в опытах в замкнутом пространстве ( когда культуры выращивали под стеклянными колпаками) повышение содержания углекислого газа до 5 — 7 9 % ( то есть в 160 — 283 раза против имеющегося в атмосфере) все еще улучшало воздушное питание растения.  [8]

На современных установках часто требуется регулировать содержание растворенного в напитке газа. Если эль или стаут, в которых содержание растворенного СО2 довольно мало, сбраживаются в крупных ЦКТб, то гидростатическое давление у днища может привести к повышению содержания углекислого газа, и в этом случае приходится проводить декарбонизацию. И наоборот, пиво, продаваемое в маленьких упаковках и ке-гах, может потребовать дополнительной карбонизации.  [9]

Превращение нефти и газа в энергию происходит в результате горения — реакции углеводородов с кислородом. Важнейшим свойством этой реакции является высвобождение энергии, а главными конечными продуктами — вода и углекислый газ. С повышением содержания углекислого газа в атмосфере связывается одна из наиболее тревожных и часто муссируемых тем политических заявлений и научных исследований — парниковый эффект.  [10]

Много лет назад, наблюдая пагубное воздействие цивилизации на природу, Жан-Жак Руссо говорил о том, что все хорошо, выходя из рук Творца вещей, но все вырождается в руках человека. Сейчас интенсивность этих воздействий резко выросла. Одно только Повышение содержания углекислого газа и атмосфере, если оно будет идти теми же темпами, может вызвать катастрофические изменения условий жизни на Земле. Углекислый газ поглощает длинноволновое излучение нагретой поверхности Земли, нагревается и тем самым способствует сохранению на ней теплоты. Увеличение доли углекислого газа в атмосфере вместе с ростом выработки электроэнергии может привести К увеличению на несколько градусов температуры низких слоев атмосферы, а это может привести к таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши, на которой — сейчас проживает почти / 4 часть населения.  [11]

Парниковый эффект — разогрев приземного слоя атмосферы, вызванный поглощением длинноволнового ( теплового) излучения земной поверхности. Главной причиной этого процесса является обогащение атмосферы газами, поглощающими тепловое излучение. Наиболее важную роль здесь играет повышение содержания углекислого газа ( CU2) в атмосфере.  [12]

Парниковый эффект — разогрев приземного слоя атмосферы, вызванный поглощением длинноволнового ( теплового) излучения земной поверхности. Главной причиной этого процесса является обогащение атмосферы газами, поглощающими тепловое излучение. Наиболее важную роль здесь играет повышение содержания углекислого газа ( СО2) в атмосфере.  [13]

Много лет назад, наблюдая пагубное воздействие цивилизации на природу, Жан-Жак Руссо говорил о том, что все хорошо, выходя из рук Творца вещей, но все вырождается в руках человека. Сейчас интенсивность этих воздействий резко выросла. Одно только повышение содержания углекислого газа в атмосфере, если оно будет идти теми же темпами, может вызвать катастрофические изменения условий жизни на Земле. Углекислый газ поглощает длинноволновое излучение нагретой поверхности Земли, нагревается и тем самым способствует сохранению на ней тепла. Увеличение доли углекислого газа в атмосфере вместе с ростом выработки электроэнергии может привести к увеличению на несколько градусов температуры низких слоев атмосферы, а это может привести к таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши, на которой сейчас проживает почти / 4 часть населения.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Углекислый газ в атмосфере Земли

Изменения концентрации CO2 в ppm на протяжении последних 400 тыс. лет. Современное изменение концентрации указано отдельно.

Углекислый газ в атмосфере Земли, по состоянию на 2011 год, представлен в количестве 392 ppm или 0,0392 %.[1] Роль углекислого газа (CO2, 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.[2]

В связи с активным использованием человечеством ископаемых энергоносителей в качестве топлива, происходит быстрое увеличение концентрации этого газа в атмосфере. Впервые антропогенное влияние на концентрацию двуокиси углерода отмечается с середины XIX века. Начиная с этого времени, темп её роста увеличивался и в конце 2000-х происходил со скоростью 2,20±0,01 ppm/год или 1,7 % за год. Согласно отдельным исследованиям, современный уровень CO2 в атмосфере является максимальным за последние 800 тыс. лет и, возможно, за последние 20 млн лет.[3][4]

Роль в парниковом эффекте

Отличительной особенностью парниковых свойств двуокиси углерода по сравнению с другими газами является её долговременное воздействие на климат, которое после прекращения вызвавшей её эмиссии остается в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Другие парниковые газы, такие как метан и оксид азота, существуют в свободном состоянии в атмосфере на протяжении более короткого времени.[5][6][7]

Несмотря на относительно небольшую концентрацию в воздухе, CO2 является важной компонентой земной атмосферы, поскольку он поглощает и переизлучает инфракрасное излучение на различных длинах волн, включая длину волны 4,26 мкм (вибрационный режим — асимметричное растяжение молекулы) и 14,99 мкм (изгибные колебания). Данный процесс исключает или снижает излучение Земли в космос на этих длинах волн, что приводит к парниковому эффекту.[2] Текущее изменение концентрации атмосферного CO2 сказывается в полосах поглощения, где его современное влияние на спектр переизлучения Земли приводит только к частичному поглощению.

Кроме парниковых свойств двуокиси углерода, также имеет значение тот факт, что она является более тяжелым газом по сравнению с воздухом. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль, а молярная масса CO2 — 44,01 г/моль, то увеличение доли углекислого газа приводит к увеличению плотности воздуха и, соответственно, к изменению профиля его давления в зависимости от высоты. В силу физической природы парникового эффекта, такое изменение свойств атмосферы приводит к увеличению средней температуры на поверхности.[8]

Основным источником парникового эффекта в атмосфере Земли является газообразная вода или влажность воздуха.[9] При отсутствии парниковых газов в атмосфере и значении солнечной постоянной, равной 1368 Втм2, средняя температура на поверхности должна составлять -15°C.[9] В действительности, средняя температура поверхности Земли составляет +15°C, то есть парниковый эффект приводит к её увеличению на 30°C, из которых 20,6°C объясняется наличием водяного пара в воздухе, наличие в нем углекислого газа считается ответственным за повышение температуры на 7,2°C.[9] Так как при увеличении доли этого газа в атмосфере его бо́льшая молярная масса приводит к росту плотности и давления, то при одной и той же температуре рост концентрации CO2 приводит к увеличению влагоёмкости воздуха и к усилению парникового эффекта, обусловленного бо́льшим количеством воды в атмосфере.[10][11][12] Увеличение доли воды в воздухе для достижения одного и того же уровня относительной влажности — в силу малой молярной массы воды (18 грмол) — снижает плотность воздуха, что компенсирует увеличение плотности, вызванное наличием повышенного уровня углекислого газа в атмосфере.

Комбинация перечисленных факторов в целом приводит к тому, что увеличение концентрации с доиндустриального уровня 280 ppm до современного 392 ppm эквивалентно дополнительному выделению 1,8 Вт на каждый квадратный метр поверхности планеты.[13]

Источники углекислого газа

К естественным источникам двуокиси углерода в атмосфере относятся вулканические извержения, сгорание органических веществ в воздухе и дыхание представителей животного мира (аэробные организмы). Также углекислый газ производится некоторыми микроорганизмами в результате процесса брожения, клеточного дыхания и в процессе перегнивания органических останков в воздухе. К антропогенным источникам эмиссии CO2 в атмосферу относятся: сжигание ископаемых и неископаемых энергоносителей для получения тепла, производства электроэнергии, транспортировки людей и грузов. К значительному выделению CO2 приводят некоторые виды промышленной активности, такие, например, как производство цемента и утилизация газов путем их сжигания в факелах.

Растения преобразуют получаемый углекислый газ в углеводы в ходе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения. Получаемый газ, кислород, высвобождается в атмосферу Земли и используется для дыхания гетеротрофными организмами и другими растениями, формируя таким образом цикл углерода.

Естественные источники

Большинство источников эмиссии CO2 являются естественными. Перегнивание органического материала, такого как мертвые деревья и трава, приводит к ежегодному выделению 220 млрд тонн двуокиси углерода, земные океаны выделяют 330 млрд.[13] В ходе индонезийских лесных и торфяных пожаров (англ.)русск. 1997 года было выделено 13–40 % от среднегодовой эмиссии CO2, получаемой в результате сжигания ископаемых топлив.[14][15] Несмотря на то, что первоначально углекислый газ был представлен в атмосфере молодой Земли в результате вулканической активности, современные вулканы выделяют в среднем 130–230 млн тонн CO2 каждый год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии.[16][17]

В обычном состоянии эти естественные источники находятся в равновесии с физическими и биологическими процессами, удаляющими двуокись углерода из атмосферы — часть CO2 растворяется в морской воде и часть удаляется из воздуха в процессе фотосинтеза. Так как обычно в ходе данного процесса поглощается 5,5·1011 т диоксида углерода, а его общая масса в земной атмосфере составляет 3,03 ·1012 т, то в среднем весь атмосферный CO2 участвует в углеродном цикле раз в шесть лет.[13] Из-за наличия антропогенных выбросов, поглощение CO2биосферой превосходило его выделение на ≈17 млрд тонн в середине 2000-х годов, скорость его поглощения имеет устойчивую тенденцию к увеличению вместе с ростом атмосферной концентрации.[13][18]

Антропогенная эмиссия

Эмиссия углерода в атмосферу в результате пром. активности в 1800 – 2004 гг.

С наступлением промышленной революции в середине XIX века происходило поступательное увеличение антропогенных выбросов двуокиси углерода в атмосферу, что привело к нарушению баланса углеродного цикла и росту концентрации CO2. В настоящее время около 57 % производимого человечеством углекислого газа удаляется из атмосферы растениями и океанами.[19] Соотношение увеличения количества CO2 в атмосфере ко всему выделенному CO2 составляет постоянную величину порядка 45 % и претерпевает коротко­период­ические колебания и колебания с периодом в пять лет.[18]

Сжигание ископаемых топлив, таких как уголь, нефть и природный газ, является основной причиной эмиссии антропогенного CO2, вырубка лесов является второй по значимости причиной. В 2008 году в результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу было выделено 8,67 млрд тонн углерода (31,8 млрд тонн CO2), в то время как в 1990 году годовая эмиссия углерода составляла 6,14 млрд тонн.[20] Сводка лесов под землепользование привела к увеличению содержания атмосферной двуокиси углерода эквивалентную сжиганию 1,2 млрд тонн угля в 2008 году (1,64 млрд тонн в 1990).[20] Суммарное увеличение за 18 лет составляет 3 % от ежегодного естественного цикла CO2, что достаточно для выведения системы из равновесия и для ускоренного роста уровня CO2.[21] Как результат, двуокись углерода постепенно аккумулировалась в атмосфере и в 2009 году её концентрация на 39 % превосходила доиндустриальное значение.[22]

Таким образом, несмотря на то, что (по состоянию на 2011 год) суммарное антропогенное выделение CO2 не превосходит 8 % от его естественного годового цикла, наблюдается увеличение концентрации, обусловленное не только уровнем антропогенных выбросов, но и постоянным ростом уровня выбросов со временем.

Изменение температуры и углеродный цикл

К другим факторам, увеличивающим содержание CO2 в атмосфере, следует отнести рост средней температуры в XX веке, что должно было отражаться в ускорении перегнивания органических остатков и, в силу прогрева океанов, в снижении общего количества диоксида углерода, растворяемого в воде. Увеличение температуры происходило в том числе по причине исключительно высокой солнечной активности в этот период и в XIX веке (см., например, Событие Кэррингтона, 1859 г).[23]

При переходе от условий холодного к теплому климату в течение последнего миллиона лет, естественное изменение концентрации атмосферного CO2 оставалось в пределах 100 ppm, то есть суммарное увеличение его содержания не превосходило 40 %.[24] При этом, например, средняя температура планеты в период климатического оптимума 9000÷5000 лет до н.э. была приблизительно на 1 — 2 °C выше современной, а из-за более сильно выраженного парникового эффекта в условиях теплого климата среднегодовая аномалия температуры в субарктических широтах достигала 9 °C.[25]

Влияние вулканизма

Cовременный вулканизм в среднем приводит к выделению 2·108 тонн CO2 в год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии.[16] Основное отличие этого вида эмиссии от антропогенной состоит в том, что при сжигании ископаемых энергоносителей в воздухе происходит замещение молекул кислорода молекулами углекислого газа, то есть суммарное увеличение массы атмосферы соответствует массе сожженого углерода, тогда как при вулканических извержениях происходит увеличение массы атмосферы на величину, равную массе выделенного газа.

Углекислый газ в количественном исчислении является вторым после газообразной воды выделяемым газом в резуль­тате вулканизма, большинство газа, выделяемого подводными вулканами, оказывается растворенным в воде.[26] Изотопный состав выделяемого диоксида углерода примерно соответствует изотопному составу атмосферного CO2, получаемого в результате сжигания ископаемых энергоносителей, что затрудняет точное определение объема вулканической эмиссии CO2.[26]

Крупные вулканические извержения могут приводить к значительному выделению диоксида углерода в атмосферу, но такие извержения происходят редко — несколько событий за столетие — и в среднем не оказывают заметного влияния на уровень эмиссии этого газа в атмосферу. Например, при извержении вулкана Лаки 1783 года выделилось примерно 90 млн тонн CO2, при извержении Тамбора в 1815 году около 48 млн тонн.[26] Отдельные исследования указывают на несколько бо́льшее выделение двуокиси углерода при упомянутых выше извержениях (Лаки 1783 г, ≈6,5·108 т), но относительная редкость подобных событий делает их влияние на содержание углекислого газа несущественным и в этом случае.[26]

Последним извержением категории VEI 6 было извержение вулкана Пинатубо 1991 года. Его основное воздействие на содержание углекислого газа в атмосфере состояло в выделении аэрозолей в стратосферу и, как следствие, в нарушении баланса углеродного цикла из-за снижения на 0,5 °C средней температуры на планете по причине антипарникового эффекта. Увеличение амплитуды сезонных колебаний на графике Килинга в этот период времени указывает на некоторое улучшение условий для осуществления фотосинтеза растениями в начале 90-х годов XX века. Последнее объясняется эффектом рассеяния солнечного излучения на частицах стратосферного аэрозоля, что и привело к увеличению потребления атмосферного CO2растительностью.[27]

Современная концентрация

Изменение концентрации CO2 за 50 лет.

В 2009 году средняя концентрация CO2 в земной атмосфере составляла 0,0387 % или 387 ppm.[1][28] Вместе с годовым ростом 2,20±0,01 ppm в течение года наблюдается периодическое изменение концентрации амплитудой 3–9 ppm, которое следует за развитием вегетационного периода в Северном полушарии. Потому как в северной части планеты располагаются все основные континенты, влияние растительности Северного полушария доминирует в годовом цикле концентрации CO2. Уровень достигает максимума в мае и минимума в октябре, когда количество биомассы, осуществляющее фотосинтез, является наибольшим.[29]

Изменения концентрации в прошлом

Наиболее достоверный способ измерения концентрации двуокиси углерода в атмосфере за период времени до начала прямых измерений, состоит в определении его количества в пузырьках воздуха, заключенных в ледяных кернах из материковых ледников Антарктиды и Гренландии. Наиболее широко в этих целях используются антарктические керны, согласно которым уровень атмосферного CO2 оставался в пределах 260–284 ppm до начала промышленной революции в середине XIX века и на протяжении 10 тыс. лет до этого момента времени.[30] Отдельные исследования, основанные на изучении ископаемой листвы, указывают на гораздо более существенные изменения уровня CO2 в этот период (~300 ppm), но они подвергаются критике.[31][32] Также керны, взятые в Гренландии, указывают на бо́льшую степень изменения концентрации углекислого газа по сравнению с результатами, полученными в Антарктиде. Но при этом исследователи гренландских кернов предполагают, что бо́льшая вариативность здесь обусловлена локальными осадками карбоната кальция.[33] В случае низкого уровня пыли в образцах льда, взятого в Гренландии, данные по уровням CO2 в течение Голоцена хорошо согласуются с данными из Антарктики.

Наиболее продолжительный период измерений уровней CO2 на основании изучения ледяных кернов возможен в Восточной Антарктиде, где возраст льда достигает 800 тыс. лет, и который показывает, что концентрация двуокиси углерода изменялась в пределах 180–210 ppm во время ледниковых периодов и увеличивалась до 280–300 ppm в более теплые периоды.[3][34][24]

Изменения концентрации атмосферного углекислого газа в течение Фанерозоя (последние 542 млн лет, современный период расположен слева). В течение бо́льшей части периода в 550 млн лет уровень CO2 значительно превосходил современный.

На более продожительных интервалах времени, историческое содержание атмосферного CO2 определяется на основании определения баланса геохимических процессов, включая определение количества материала органического происхождения в осадочных породах, выветривание силикатных пород и вулканизм в изучаемый период. На протяжении десятков миллионов лет в случае любого нарушения равновесия в цикле углерода происходило последующее уменьшение концентрации CO2. Потому как скорость этих процессов исключительно низка, установка взаимосвязи эмиссии двуокиси углерода с последующим изменением её уровня в течение следующих сотен лет является сложной задачей.

Для изучения концентрации углекислого газа в прошлом также используются различные косвенные (англ.)русск. методы датирования. Они включают определение соотношения изотопов бора и углерода в некоторых типах морских осадочных пород и количество устьиц в ископаемой листве растений. Несмотря на то, что эти измерения дают ме́ньшую точность измерений по сравнению с ледяными кернами, они позволяют определить очень высокие концентрации CO2 в прошлом, которые 150-200 млн лет назад составляли 3 000 ppm (0,3 %) и 400-600 млн лет назад — 6 000 ppm (0,6 %).[4]

Снижение уровня атмосферного CO2 прекратилось в начале Пермского периода, но продолжилось, начиная при­мерно с 60 млн лет до н.э. На рубеже Эоцена и Олигоцена, время, которое соответствует началу формиро­ва­ния современного ледяного щита Антарктиды 34 миллиона лет назад, количество CO2 составляло 760 ppm.[35] На основании гео­химических свидетельств было установлено, что уровень углекислого газа в атмосфере достиг до­индустри­ально­го уровня 20 млн лет назад и составлял 300 ppm.

Взаимосвязь с концентрацией в океане

Обмен двуокисью углерода между водоёмами и воздухом.

Земные океаны содержат двуокись углерода в виде гидрокарбоната и ионов карбоната, в количестве, которое в сто раз превосходит её содержание в атмосфере и составляет приблизительно 36·1012 тонн углерода. Гидрокарбонаты получаются в результате реакций между скалами, водой и CO2. Одним из примеров является разложение карбоната кальция:

CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2 HCO3

Реакции, подобные этой, приводят к уменьшению изменений в количестве атмосферного CO2. Так как правая часть реакции содержит кислоту, добавление CO2 в левой части уменьшает pH, то есть приводит к окислению океана. Другие реакции между двуокисью углерода и некарбонатными породами также приводят к образованию угольной кислоты и её ионов.

Данный процесс обратим, что приводит к образованию известняковых и других карбонатных пород с высвобождением половины гидрокарбонатов в виде CO2. В течение сотен миллионов лет этот процесс привел к связыванию в карбонатных породах бо́льшей части первоначального диоксида углерода из протоатмосферы Земли. В конечном итоге большинство CO2, полученного в результате антропогенной эмиссии, будет растворено в океане, но скорость, с которой будет происходить этот процесс в будущем, остается не до конца определенной.[36]

См. также

Примечания

  1. 1 2  (англ.) Tans, Pieter Trends in Carbon Dioxide. NOAA/ESRL. Архивировано из первоисточника 12 июля 2012. Проверено 11 декабря 2009.
  2. 1 2  (англ.) Petty, G.W.: A First Course in Atmospheric Radiation, pages 229–251, Sundog Publishing, 2004
  3. 1 2  (англ.) Deep ice tells long climate story, BBC News (4 сентября 2006). Проверено 28 апреля 2010.
  4. 1 2  (англ.) Climate Change 2001: The Scientific Basis
  5.  (англ.) Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions — PNAS
  6.  (англ.) WMO statement on the globa climate in 2010
  7.  (англ.) Bundle Up, It’s Global Warming, JUDAH COHEN, 25.12.2010
  8. ПРИРОДА ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА, Объединенный Научный Совет РАН по проблемам Геоинформатики
  9. 1 2 3 Подрезов А. О., Аламанов С. К.; Лелевкин В. М., Подрезов О. А., Балбакова Ф. ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА и водные проблемы в Центральной Азии 18 (Москва – Бишкек, 2006). Архивировано из первоисточника 12 июля 2012.
  10.  (англ.) An Introduction to Air Density and Density Altitude Calculations, 1998 — 2012 Richard Shelquist
  11. Абсолютная и относительная влажность
  12.  (англ.) Humidity 101, World Water Rescue Foundation
  13. 1 2 3 4 Изменение климата, торговля углеродом и биоразнообразие, World Bank Group: Хабиба Гитай
  14.  (англ.) Indonesian Wildfires Accelerated Global Warming
  15.  (англ.) Massive peat burn is speeding climate change — 06 November 2004 — New Scientist
  16. 1 2  (англ.) Gerlach, T.M., 1992, Present-day CO2 emissions from volcanoes: Eos, Transactions, American Geophysical Union, Vol. 72, No. 23, June 4, 1991, pp. 249, and 254 – 255
  17.  (англ.) U.S. Geological Survey, «Volcanic Gases and Their Effects», volcanoes.usgs.gov
  18. 1 2 Keeling et al., 1995
  19.  (англ.) Abstract, Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks .
  20. 1 2  (англ.) Global carbon budget 2008, lgmacweb.env.uea.ac.uk
  21.  (англ.) US Global Change Research Information Office, «Common Questions about Climate Change»
  22.  (англ.) Carbon Budget 2009 Highlights, The Global Carbon Project.
  23.  (англ.) Usoskin, Ilya G. (2003). «A Millennium Scale Sunspot Number Reconstruction: Evidence For an Unusually Active Sun Since the 1940’s» (PDF). Physical Review Letters 91: 211101. DOI:10.1103/PhysRevLett.91.211101.
  24. 1 2  (англ.) Vostok Ice Core Data, ncdc.noaa.gov
  25.  (англ.) V.L. Koshkarova and A.D. Koshkarov (2004). «Regional signatures of changing landscape and climate of northern central Siberia in the Holocene». Russian Geology and Geophysics 45 (6): 672–685.
  26. 1 2 3 4  (англ.) Volcanic Carbon Dioxide, Timothy Casey
  27.  (англ.) Mount Pinatubo as a Test of Climate Feedback Mechanisms, Alan Robock, Department of Environmental Sciences, Rutgers University
  28.  (англ.) Current atmospheric CO2 concentration at http://co2unting.com. Архивировано из первоисточника 12 июля 2012.
  29.  (англ.) Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC) — Frequently Asked Questions
  30.  (англ.) Historical CO2 record derived from a spline fit (20 year cutoff) of the Law Dome DE08 and DE08-2 ice cores. Архивировано из первоисточника 12 июля 2012. Проверено 12 июня 2007.
  31.  (англ.) Wagner, Friederike; Bent Aaby and Henk Visscher (2002). «Rapid atmospheric O2 changes associated with the 8,200-years-B.P. cooling event». PNAS 99 (19): 12011–12014. DOI:10.1073/pnas.182420699. PMID 12202744.
  32.  (англ.) Indermühle, Andreas; Bernhard Stauffer, Thomas F. Stocker (1999). «Early Holocene Atmospheric CO2 Concentrations». Science 286 (5446): 1815. DOI:10.1126/science.286.5446.1815a. Проверено May 26, 2005.
  33.  (англ.) Smith, H.J.; M Wahlen and D. Mastroianni (1997). «The CO2 concentration of air trapped in GISP2 ice from the Last Glacial Maximum-Holocene transition». Geophysical Research Letters 24 (1): 1 – 4. DOI:10.1029/96GL03700.
  34.  (англ.) Chemical & Engineering News: Latest News — Ice Core Record Extended
  35.  (англ.) New CO2 data helps unlock the secrets of Antarctic formation September 13th, 2009
  36.  (англ.) Archer, D. (2005). Fate of fossil fuel CO2 in geologic time. J. Geophys. Res., 110.

Ссылки

dic.academic.ru