Углекислый газ выделяемый в атмосферу. Уровень СО2 в мире: мы дошли до точки невозврата? Отличная идея, но как её проверить

Образование большого количества N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и др. азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.

Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.

Кислород

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений - аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.

Углекислый газ

Одной из важнейших частей воздуха является углекислый газ. У земной поверхности углекислый газ содержится в переменных количествах, в среднем 0,03% по объему.

В атмосферу углекислый газ поступает в результате вулканической деятельности, разложения и гниения органических веществ, дыхания животных и растений, сжигания топлива. Основным регулятором содержания углекислого газа в атмосфере является мировой океан. Он поглощает и отдает в атмосферу около 20% от среднего содержания в атмосфере.

Несмотря на относительно небольшое его содержание в атмосфере, углекислый газ оказывает большое влияние на так называемый «парниковый эффект». Пропуская к земной поверхности коротковолновую солнечную радиацию, поглощая длинноволновое (тепловое) излучение, поступающее от земной поверхности, он способствует повышению температуры воздуха в нижележащих слоях атмосферы.

В эпоху индустриализации отмечается повышенное содержание углекислого газа антропогенного происхождения.

Под влиянием деятельности человека увеличивается содержание в атмосфере газов техногенного происхождения, например сернистого, окиси углерода, различных окислов азота.

Исключительно важную роль имеет озон, поглощающий неблагоприятную для живых организмов и растений часть ультрафиолетового излучения Солнца. У земной поверхности озон содержится в небольших количествах: образуется в результате грозовых разрядов. Наибольшее его количество в стратосфере (озоносфере) от 10 до 50 км с максимумом в слое на высотах 20-25 км. В этом слое под действием ультрафиолетового излучения Солнца двухатомные молекулы кислорода частично распадаются на атомы, последние, присоединяясь к не распавшимся двухатомным молекулам кислорода, образуют трехатомный озон. Одновременно с образованием озона идет обратный процесс.

Концентрация озона зависит от интенсивности образования и разрушения молекул озона. Содержание озона увеличивается от экватора к высоким широтам.

Важная составная часть воздуха - водяной пар, который поступает в атмосферу в результате испарения с водной поверхности, суши, при вулканических извержениях. В нижних слоях атмосферы содержится от 0,1 до 4% водяного пара. С высотой его содержание резко убывает.

Водяной пар активно участвует во многих термодинамических процессах, связанных с образованием облаков, туманов.

В атмосфере присутствуют аэрозоли - это твердые и жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии. Некоторые из них, являясь ядрами конденсации, участвуют в процессе образования облаков, туманов.

К естественным аэрозолям относятся водяные капли и кристаллы льда, образующиеся при конденсации водяного пара; пыль, сажа, возникающие при лесных пожарах, почвенная, космическая, вулканическая пыль, соли морской воды. Также в атмосферу попадает большое количество аэрозолей искусственного происхождения - выбросы промышленных предприятий, автотранспорта и др.

Наибольшее количество аэрозолей содержится в нижних слоях атмосферы.

4. Строение атмосферы.

Масса атмосферы составляет 5.3* 105 т. В слое до 5,5 км

содержится 50%, до 25 км - 95% и до 30 км - 99% всей массы атмосферы. Тридцатикилометровый слой атмосферы составляет 1/200 или 0,05 радиуса Земли. На глобусе диаметром 40 см этот 30-километровый слой имеет толщину около 1 мм, т.е. атмосфера представляет тонкую пленку, покрывающую поверхность Земли.

Нижней границей атмосферы является земная поверхность, называемая в метеорологии подстилающей поверхностью. Четко выраженной верхней границы атмосфера не имеет. Она плавно переходит в межпланетное пространство.

За верхнюю границу атмосферы условно принимают высоту 1500-2000 км, выше которой находится земная корона .

Давление и плотность с высотой убывают: при давлении у земли 1013 гПа плотность равна 1,27*103 г/м3 , а на высоте 750 км плотность составляет 10-10 г/м3 .

Распределение физических свойств в атмосфере имеет слоистый характер, поскольку их изменение по высоте происходит во много раз интенсивнее, нежели в горизонтальном направлении. Так, вертикальные температурные градиенты в несколько сотен раз больше горизонтальных градиентов.

Расчленение атмосферы на слои делают по различным свойствам воздуха: по температуре, влажности, содержанию озона, по электропроводимости и т.п. Наиболее отчетливо различие слоев атмосферы проявляется в характере распределения температуры воздуха с высотой. По этому признаку выделяют пять основных слоев.

Углекислый газ. В водной среде живые организмы кроме недостатка света, кислорода могут испытывал, недостаток доступной углекислоты, например, растения для фотосинтеза. Углекислота поступает в воду в результате растворения углекислого газа, содержащегося в воздухе, дыхания водных организмов, разложения органических остатков и высвобождения из карбонатов. Морская вода является пивным резервуаром углекислого газа, так как содержит от 40 до 50 см3 газа на литр в свободной или связанной форме, что в 150 раз превышает его концентрацию в атмосфере.[ ...]

Углекислый газ непрерывно потребляется зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Зеленые растения ежегодно извлекают из атмосферы 16-1010 т углекислоты. Турбулентное перемешивание атмосферы приводит к тому, что существенных различий в концентрации С02 в разных районах Земли не наблюдается.[ ...]

БИОГАЗ - газ, близкий к природному газу, образующийся при сбраживании в анаэробных условиях навоза и органических остатков, после переработки сельскохозяйственной продукции и др. Примерный состав биогаза метан - 55-65%, углекислый газ - 35-45%, примеси азота, водорода, кислорода, сероводорода. Б. используется как топливо. На свалках, не оборудованных системами газового дренажа, Б. активно загрязняет приземную атмосферу; является причиной возникновения взрыво- и пожароопасных ситуаций.[ ...]

Дымовые газы, образующиеся в результате сжигания осадков, в основном состоят из паров воды и углекислого газа; возможно присутствие и других газовых компонентов, что в значительной мере влияет на схему очистки дымовых газов перед выбросом их в атмосферу.[ ...]

Дымовые газы котлов могут служить сырьем по производству различных полезных веществ для народного хозяйства. Вспомним, что в результате сгорания топлива в дымовых газах образуются окислы серы 802 и 803, окислы азота N0 и ТЧ02, углекислый газ С02, азот 1Ч2, водяные пары Н20 и летучая зола. Это основные вещества, из которых состоят дымовые газы.[ ...]

Парниковые газы - это газы, задерживающие инфракрасные лучи, которые нагревают поверхность Земли и атмосферу. Наиболее важными парниковыми газами являются пары воды, двуокись углерода, метан, окись азота, озон, фреоны. Парниковые газы могут иметь естественное (природное) и антропогенное происхождение. Соответственно следует различать естественный парниковый эффект и вклад в парниковый эффект, обусловленный газами, поступившими в атмосферу в результате человеческой деятельности. Двуокись углерода (С02) является основным антропогенным парниковым газом. Около 80% углекислого газа образуется в результате сжигания ископаемого топлива, остальная часть приходится на вырубку лесов, прежде всего тропических. Окись азота (N20) образуется при сжигании ископаемого топлива, биомассы, применения удобрений.[ ...]

Аналогично углекислому газу описанное выше влияние на атмосферу и климат Земли оказывают и другие газы: метан, диоксид азота, озон, фтористые углеводороды и водяной пар. Значительной проблемой при этом является длительное пребывание некоторых газов в атмосфере. В частности, срок пребывания полученного С02 в атмосфере составляет около 120 лет. Это означает, что образовавшиеся на сегодня выбросы будут оказывать отрицательное влияние на несколько поколений людей.[ ...]

Растворенные газы: кислород, сероводород, углекислый газ - резко интенсифицируют коррозионную активность сточных вод, что приводит не только к быстрому коррозионному износу нефтепромыслового оборудования и коммуникаций, но и к вторичному загрязнению сточных вод механическими примесями и продуктами коррозии.[ ...]

При тушении пожаров газами используют двуокись углерода, азот, аргон, дымовые или отработанные газы, пар. Их огнегасительное действие основано на разбавлении воздуха, то есть на снижении концентрации кислорода. При тушении пожаров используют углекислотные огнетушители (ОУ-5, ОУ-8, УП-2м), если в состав молекул горящего вещества входит кислород, щелочные и щелочноземельные металлы. Газ в огнетушителе находится под давлением до 60 атм. Для тушения электроустановок необходимо применять порошковые огнетушители (ОП-1, 0П-10), заряд которых состоит из бикарбоната натрия, талька и стеараторов железа, алюминия.[ ...]

В процессе фотосинтеза углекислый газ непрерывно потребляется зелеными растениями, однако в результате турбулентного перемешивания атмосферы содержание двуокиси углерода быстро выравнивается и существенных различий в ее концентрациях не наблюдается. Мощным регулятором углекислого газа является также вода океанов и морей: при избытке двуокиси углерода она связывается бикарбонатами воды, а при понижении ее парциального давления, наоборот, выделяется водной поверхностью при разложении бикарбонатов.[ ...]

В высоких концентрациях углекислый газ токсичен, но в природе такие концентрации встречаются редко. Низкое же содержание С02 тормозит процесс фотосинтеза. Для повышения скорости фотосинтеза в практике оранжерейного и тепличного хозяйства (в условиях закрытого грунта) нередко увеличивают искусственным путем концентрацию углекислого газа. Несмотря на высокое процентное содержание для большинства обитателей наземной среды азот воздуха является инертным газом, но такие микроорганизмы, как клубеньковые бактерии, азотобактерии, клостридии, обладают способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.[ ...]

Увеличение концентрации углекислого газа приведет также к росту урожайности большинства культурных растений. Многочисленные натурные и лабораторные эксперименты по выращиванию растений в условиях повышенного содержания СО2 показали, что увеличение концентрации диоксида углерода способствует более быстрому росту растений, их биомассе и урожая. Например, согласно оценкам, масса лесов США с 1950 г. выросла на 30%, что, вероятно, вызвано ростом концентрации СО2. Напомним, что еще В. И. Вернадский называл диоксид углерода удобрением. Возросшая концентрация СО2 используется растениями в процессе фотосинтеза. Такой факт, вероятно, генетически обусловлен тем, что предки современных растений возникли и длительное время существовали в условиях концентрации СО2, значительно превосходящей современную. Вот таковы возможные и неоднозначные последствия глобального потепления на планете.[ ...]

Диоксид углерода (С02), или углекислый газ, - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.[ ...]

Извлекаемая из природного газа смесь кислых газов наполовину и более по объему состоит из сероводорода. Остальная часть включает углекислый газ и небольшие количества серооксида углерода и углеводороды (метан, этан). Эта смесь кислых газов с целью получения из нее элементной серы утилизируется обычно на месте очистки природного газа.[ ...]

Среди способов очистки отходящих газов на завершающей стадии перед сбросом их в атмосферу наибольшее распространение получили окислительные методы. Они осуществляются путем глубокого полного окисления органических примесей - углеводородов и кислородсодержащей органики - до углекислого газа и воды непосредственным прямым сжиганием и с использованием катализаторов процесса окисления . Термический способ более прост в аппаратурно-технологическом оформлении и не имеет специфических ограничений по составу и концентрациям загрязняющих примесей в очищаемом газе. Однако проведение этого процесса при температурах 600-900°С делает его весьма энергоемким (табл. В.З): расход условного топлива составляет 25 0 кг на 1000 м3 выбросов при рабочей температуре процесса 600-900°С.[ ...]

Систематические наблюдения за содержанием углекислого газа в атмосфере показывают его нарастание за последние десятилетня. Между тем хорошо известно, что углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает обратно инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создает так называемый тепличный эффект.[ ...]

Парниковый эффект заключается в следующем; углекислый газ способствует проникновению к Земле коротковолнового излучения Солнца, а длинноволновое тепловое излучение Земли задерживается. В результате происходит длительный нагрев атмосферы.[ ...]

Инструментально доказано накопление в атмосфере углекислого газа на 0,4 % в гоп, метана на I % и окиси азота Л/0 на 0,2%. что обусловливает "парниковый эффект". Он состоит в том,что эти газы,попадая в атмосферу, затрудняют отдачу тепла с поверхности Земли и действуют как стекг или пленка теплице.[ ...]

Один из основных по массе за1 рязнителей атмосферы углекислый газ СО: Вместе с кислородом это один из биогенов атмосферы, который в основном контролируется биотой. В XX в. наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25%, а за последние 40 лет на 13%. Оценим вклад России в увеличение концентрации СО: в а тмосфере. Данные о выбросах углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива в России получены из данных по бывгп. СССР, вклад которого в выбросы СО, весьма значителен (габл. 5).[ ...]

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.[ ...]

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.[ ...]

В настоящее время в атмосфере наблюдается рост содержания некоторых малых газов, таких как углекислый газ СО2, закись азота N20, метан СН4, озон О3, пары воды, хлорфторуглероды и другие галогенпроизводные углерода (фреоны). Эти так называемые парниковые газы, как и основные составляющие атмосферы (азот, кислород), пропускают к поверхности Земли видимую (световую) часть солнечного излучения оптического диапазона. Поглощаемая земной поверхностью солнечная энергия нагревает ее, что приводит к тепловому длинноволновому (инфракрасному1) излучению в окружающее пространство. Однако это излучение в значительной степени задерживается компонентами атмосферы и прежде всего парниковыми газами; часть тепла вновь отражается на поверхность Земли. Задержание тепловой энергии у приповерхностного слоя приводит к повышению его температуры («парниковый эффект»).[ ...]

Наиболее важными функциями леса являются производство кислорода и поглощение углекислого газа (табл. 6). Количество кислорода, поступающего в атмосферу, зависит от ряда факторов: вида леса, его возраста, плотности насаждений и его ярусности, региона мира. Эффект, получаемый от лесных массивов, по ряду оценок в 3-4 раза выше затрат на лесопосадки (табл. 7 и 8).[ ...]

Вместе с газообразными продуктами выдыхаемого воздуха в окружающее пространство организм выбрасывает пары и огромное количество мелких водяных частиц или капелек, которые образуются при акте выдыхания.[ ...]

В среднем городской воздух имеет на 0,01-0,02% С02 больше, чем вне города. Содержание углекислого газа в воздухе жилых помещений не должно превышать 0,1%. В высоких концентрациях С02 обладает наркотическим действием.[ ...]

Древесные породы испытывают угнетение, если в почве менее 9-12% кислорода и более 1% углекислого газа (объёмных %).[ ...]

Значения коэффициента X: для воздуха (естественные колебания содержания кислорода и углекислого газа в атмосферном воздухе) Х = 3 10‘6; для воды равнинных рек и озер Х2 -= (4 ± 0,2) 10"5; для биоты на основании данных о дисперсиях продукции биоценозов Хт, = 0,43 ■ /3, т.е, в зависимости от биоценозов от 0,03 до 1.[ ...]

Фотосинтез - это синтез органических соединений в листьях зеленых растений из воды и углекислого газа атмосферы с использованием солнечной (световой) энергии, адсорбируемой хлорофиллом в хлоропластах. Благодаря фотосинтезу происходит улавливание энергии видимого света и превращение ее в химическую энергию, сохраняемую (запасаемую) в органических веществах, образуемых при фотосинтезе (рис. 70). Значение фотосинтеза гигантское. Отметим лишь, что он поставляет топливо (энергию) и атмосферный кислород, необходимые для существовария всего живого. Следовательно, роль фотосинтеза является планетарной.[ ...]

В поддержании равновесия природных систем исключительно велика роль лесов. Они поглощают углекислый газ и выделяют кислород, способствуют стабильности климата, сохранности рек и почв. Отсюда важнейшая стратегическая задача - охрана лесов. Как считают специалисты, леса в тех регионах, где они могут расти, должны покрывать одну пятую или даже одну четвертую часть территории. Пока же на всех континентах происходит уничтожение лесов. По некоторым данным, 25 лет назад леса покрывали 31% мировой суши, а в настоящее время - 27%.[ ...]

Воздушная, самая легкая оболочка земного шара - атмосфера - состоит из механической смеси газов (%): азота - 78,09, кислорода - 20,95, аргона - 0,93, углекислого газа - от 0,02 до 0,032, а также гелия, неона, ксенона, криптона, водорода, озона, аммиака, йода и других, на долю которых приходится около 0,01% всего ее объема. Около 4% объема атмосферы занимают пары воды и пыль.[ ...]

Большинство растений не может существовать без непрерывного притока кислорода к корням и вывода углекислого газа из почвы. Если изолировать почву от атмосферного воздуха, то кислород в ней израсходуется полностью через несколько суток. Следовательно, почвенный воздух обеспечивает живые организмы кислородом только при условии постоянного обмена с атмосферным воздухом. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называют газообменом или аэрацией.[ ...]

С 1880 по 1970 г. содержание С02 увеличилось с 290 ррм до 321 ррм (рис. 1.5). Интересным является сезонное изменение содержания углекислого газа в воздухе: большее зимой и меньшее летом - рис. 1.6, .[ ...]

По оценкам международных экспертов последствия от глобального потепления климата могут выразиться в удвоении содержания углекислого газа к 2030 году по сравнению с периодом до индустриализации и в повышении уровня моря на 25 - 140 см. Кроме этого, в атмосферном воздухе произойдет увеличение содержания хлорфторуглеродистых соединений.[ ...]

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет - единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается всем организмам.[ ...]

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ (ТЕПЛИЧНЫЙ ЭФФЕКТ) - потепление климата на Земле в результате увеличения содержания в приземном слое атмосферы пыли, углекислого газа, метана и фтор-хлоруглеводородных соединений технического происхождения (сжигание топлива, промышленные выбросы и т. п.), которые препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Смесь пыли и газов действует как полиэтиленовая пленка над парником: хорошо пропускает солнечный свет, идущий к поверхности почвы, но задерживает рассеиваемое почвой тепло - в результате под пленкой создается теплый микроклимат.[ ...]

В современном газовом составе атмосферы, который отличается большим постоянством, содержится по объему (%): азота-78,08, кислорода-20,9, аргона - 0,93, углекислого газа - 0,031 и небольшое количество инертных газов. Наибрлее важная переменная составляющая атмосферы - пары (капельки) воды.[ ...]

Атмосфера - газовая оболочка Земли, ее масса составляет около 5,15-1015 т. Она состоит в основном из азота и кислорода. Из числа малых ио количеству газов выделяются углекислый газ и озон, задерживающий вредную для организмов ультрафиолетовую радиацию Солнца.[ ...]

В современном газовом составе атмосферы, который отличается большим постоянством, содержится по объему (%): азота 78,08, кислорода - 20,9, аргона - 0,93, углекислого газа 0,031 и небольшое количество инертных газов. Наиболее важная переменная составляющая атмосферы водяной пар. Пространственно-временная изменчивость его концентрации, а также непостоянство радиационного и светового режимов предопределяют резко дифференцированные условия функционирования природных экосистем. Несмотря на то что климатические контрасты в различных районах Земли сглаживаются благодаря циркуляции атмосферы и морским течениям, эта дифференциация весьма заметна.[ ...]

Второй цикл формируется за счет газообмена между атмосферой и океаносферой: гидрокарбонат-карбонатная система океанов находится в подвижном равновесии с углекислым газом атмосферы. Это равновесие зависит главным образом от парциального давления С02 в атмосфере и от температуры (раздел 1.3.2).[ ...]

Живые организмы создали на Земле почву, атмосферу и др. Например, судьба атмосферы полностью зависит от живых организмов: если они прекратят свое существование, то углекислый газ в атмосфере исчезнет всего через 21 год, а кислород - через 100 лет.[ ...]

Для нейтрализации любых щелочей применимы серная, соляная, азотная, фосфорная и другие кислоты. На практике обычно применяется техническая серная кислота. Для нейтрализации щелочных сточных вод можно использовать углекислый газ. Основным преимуществом нейтрализации углекислым газом является сравнительно низкая стоимость проведения процесса, т.к. для этой цели можно использовать С02 дымовых газов.[ ...]

Деятельность фотосинтетиков и постепенное выведение в литосферу части восстановленного органического вещества в форме углеводородов и других органических минералов имели результатом постепенное уменьшение содержания в атмосфере углекислого газа и увеличение содержания как в атмосфере, так и в водах океана свободного кислорода. По-видимому, где-то на уровне появления многоклеточных животных сформировался более эффективный по сравнению с бескислородным расщеплением органических веществ, таким как гликолиз, способ извлечения энергии с помощью кислородного дыхания.[ ...]

Наверное, много миллионов лет понадобилось для того, чтобы сложился и был отобран из множества случайно возникавших вариантов тот принцип генетического кода и синтеза белка, который стал единым для всего живого на Земле. Эта первичная биосфера развивалась в условиях восстановительных свойств среды и еще очень мало на нее влияла. Огромные запасы углекислого газа атмосферы не были еще вовлечены в биогенный круговорот, однако растворенные в водах океана органические вещества постепенно концентрировались, входя в состав живого вещества первичных организмов.[ ...]

Эти данные охватывают весь диапазон применяемого в России котельного оборудования, поэтому приведенные коэффициенты должны быть рекомендованы для использования во всех отраслях промышленности для расчета эмиссии от установок, сжигающих органическое топливо. Анализ коэффициентов эмиссии С02 показывает, что при переходе ТЭС на сжигание твердого топлива вместо природного газа эмиссия углекислого газа возрастает в 2,76/1,62 = 1,7 раза. Это обстоятельство необходимо учитывать при реализации планируемого изменения структуры топливно-энергетического баланса в сторону увеличения доли твердого топлива.[ ...]

Химическая эволюция органических веществ неорганического происхождения привела в конце концов к возникновению первичных белков и нуклеиновых кислот, структурно-информационное взаимодействие которых оказалось основой фундаментальных свойств живого - наследственности и изменчивости. С этого момента началась собственно органическая эволюция, создававшая все более сложные и многочисленные виды живых организмов. К тому времени, когда Земля могла начать перегреваться излучением стабилизировавшегося Солнца, на ней уже возникли фотосинтезирующие растения. Количество углекислого газа в атмосфере стало уменьшаться, и тепловое излучение получило возможность покидать Землю, в результате чего температура на большей части ее поверхности остается пригодной для существования жизни уже многие сотни миллионов лет. Земля с ее биосферой представляет собой саморегулирующуюся систему.[ ...]

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.[ ...]

На безопасном от огня расстоянии, шагов на 200 или более от неп>, в зависимости от скорости огня и параллельно линии главного хода его, без срубания больших деревьев, но с удалением молодняка, устраивается высокий и широкий вал из горючего материала, представленного сухими ветвями, хворостом и пересохшей лесной подстилкой. По обе стороны вала почва очищается от горючего материала. При пожаре сильно нагретый воздух подымается кверху, вследствие чего на некотором расстоянии от движущегося огня образуется большая тяга воздуха. Когда огонь приблизится к заготовленному валу на такое расстояние, что брошенные сухие листья или клочки бумаги понесутся в сторону пожара, расставленные вдоль вала цепью на расстоянии 5-15 м друг от друга рабочие по знаку руководителя, работ сразу зажигают вал и пускают встречный огонь, который порывисто устремляется к движущемуся пожару. Бушующее пламя взвивается до самой вершины деревьев. Сначала кажется, что пожар усилился, но через несколько минут два потока огня в схватке уничтожают весь горючий материал, резко уменьшают запас кислорода воздуха в полосе своей встречи, наполняют пространство углекислым газом и дымом, и огонь стихает.

Газировка, вулкан, Венера, рефрижератор – что между ними общего? Углекислый газ. Мы собрали для Вас самую интересную информацию об одном из самых важных химических соединений на Земле.

Что такое диоксид углерода

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

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

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

Свойства углекислого газа

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

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

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

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

Углекислый газ в природе: естественные источники

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

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

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

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

Искусственные источники углекислого газа

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

• промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
• автомобильный транспорт.

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

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

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

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

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

Углекислый газ и мы: 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 – 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 , 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 , 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 показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

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

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

Углекислый газ в атмосфере Земли

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

За последние три миллиона лет Земля пережила множество ритмических колебаний, входя и выходя из ледниковых периодов в рамках так называемых циклов Миланковича (в честь астрофизика из Сербии). Циклы Миланковича на орбите Земли меняют угол и количество попадающего на поверхность нашей планеты солнечного света. Но эти климатические качели были бы намного меньше, если бы не усиливающий эффект изменения концентрации парниковых газов. Климатические записи, такие как глыбы льда, точно показывают нам, как эти концентрации газов меняются с течением времени, так как они содержат пузырьки древнего воздуха. От нас зависит выяснение причин, по которым парниковые газы проникают в атмосферу и исчезают из неё. Например, куда из атмосферы пропадал весь углекислый газ, когда теплые периоды сменялись ледниковыми?

Углекислый газ в океане

Главным подозреваемым является Южный океан. Богатая углекислым газом вода поднимается на поверхность и обменивается им с атмосферой. Если эта вентиляция замедляется, уровень углекислого газа в атмосфере будет падать. Снижение подъёма глубинных вод, вызванное крышкой из воды меньшей плотности вблизи берегов Антарктиды, к примеру, может объяснить снижение углекислого газа до 40 частей на миллион с примерно 100 частей на миллион на протяжении последних оледенений.

При этом много факторов остаются неучтёнными. В конце 1980-х океанографы решили одну из головоломок. Они обнаружили районы океана, где присутствовало много критически важных питательных веществ азота и фосфора, но производительность фотосинтеза тут была низкой. Что удерживало фитопланктон? Ограниченный запас железа.

Железо в воздушной пыли может передаваться на большие расстояния из засушливых регионов; при попадании в океан оно питает рост морского фитопланктона. Джон Х. Мартин и его коллеги предположили, что это объясняет, куда во время ледниковых периодов девается часть углекислого газа. Если больше пыли и железа попадает в океаны, то усиливающаяся биологическая активность может привлечь углерод в глубины океана.

Антарктические ледяные шапки во время ледниковых периодов содержали в себе большие количества воздушной пыли, значительная часть которой, как полагают, пришла из Патагонии в Южной Америке. Огромная равнина осадочной породы, появляющаяся из-под тающего ледника, является идеальным источником пыли. Это особенно верно для Патагонии, где ветры сильны и дождевые потоки во время ледниковых периодов были особо ярко выражены. Чем больше ледники здесь, тем больше получается пыли в воздухе, дующем через Южный океан.

Рост фитопланктона, «оплодотворяемого» всем этим железом, будет перемещать углекислый газ из атмосферы в глубины океана. Углекислый газ, вернее его некоторую часть, забирает фитопланктон в процессе фотосинтеза, получая энергию и материал для роста клеток. Когда он умирает и опускается на дно, он забирает углерод с собой.

Отличная идея, но как её проверить?

Попытки проверить теорию предпринимались на протяжении многих лет, но результаты были расплывчатыми. Они в основном опирались на то, что фитопланктон, вероятно, использует молекулы нитратов, содержащие азот с 14 атомами (наиболее распространённый изотоп), а не азот-15. Точное соотношение азота-15 к азоту-14 в фитопланктоне зависит от того, сколько нитратов доступны, если есть дефицит, тогда используется любой изотоп. Если испытывающая нехватку железа часть океана оплодотворяется воздушной пылью, будет задействовано больше нитрата, и концентрация будет уменьшаться. Таким образом, соотношение изотопов азота (которое может быть записано в донных отложениях) говорит нам о том, сколько нитратов было использовано.

Новое исследование под руководством Альфредо Мартинес-Гарсиа в ETH Zrich обеспечивает ещё лучший тест гипотезы оплодотворения железом. Технический прогресс позволил исследователям измерить изотопы азота в оболочках планктона из карбоната кальция, называемых фораминиферы в ядрах осадка морского дна. Предыдущие исследования анализировали диатомовые водоросли или сам осадок. В обоих случаях были осложняющие анализ факторы, усложняющие интерпретацию результатов. Исследователи также извлекли записи продуктивности фотосинтеза и железа из ветра, которые охватывают период в 160 тысяч лет.

Корреляция между изотопами азота и железом была довольно сильной. Содержание железа повышалось по мере охлаждения климата при последнем оледенении, источником был ветер из Патагонии, а концентрация нитратов на поверхности океана, похоже, уменьшалась. Анализ также показал более высокие уровни фотосинтеза в те периоды.

Данные указывают на чётко определяемое воздействие оплодотворения железом, которое привело бы больше углерода из атмосферы в глубины океана. Тот же самый процесс шёл и на более коротких промежутках времени, способствуя изменениям СО 2 при более мелких колебаниях климата, длившихся всего несколько тысяч лет.

Подобные записи помогают прояснить роль Южного океана среди других частей климатической системы, которые трансформируют орбитальные циклы Миланковича в значительные изменения климата.

Исследователи из Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего сообщили USA Today, что содержание углекислого газа в атмосфере Земли достигло самой высокой отметки за последние 800 тысяч лет. Теперь оно составляет 410 ppm (частей на миллион). Это значит, что в каждом кубометре воздуха углекислота занимает объем в 410 мл.

Углекислый газ в атмосфере

Диоксид углерода, или углекислый газ выполняет в атмосфере нашей планеты важную функцию: он пропускает часть излучения от Солнца, которое обогревает Землю. Однако, из-за того, что газ также поглощает тепло, испускаемое планетой, он способствует появлению парникового эффекта. Именно это считается главным фактором глобального потепления.

Постоянный рост содержания углекислоты в атмосфере начался с момента индустриальной революции. До того, концентрация никогда не превышала 300 ppm. В апреле текущего года была установлена самая высокая средняя отметка за последние 800 тысяч лет. В первый раз цифра 410 ppm была зафиксирована на станции мониторинга качества воздуха на Гавайях в апреле 2017 года, но тогда это был скорее из ряда вон выходящий случай. В апреле же 2018 года эта отметка стала средней за весь месяц. Концентрация диоксида углерода повысилась на 30% с момента начала наблюдений исследователями из Института Скриппса.

Почему концентрация повышается

Ученый Ральф Килинг из Института Скриппса, руководитель программы исследований СО2 считает, что концентрация углекислого газа продолжает расти в атмосфере из-за того, что мы постоянно сжигаем топливо. При переработке нефти, газа и угля в атмосферу выделяются такие парниковые газы, как диоксид углерода и метан. Газы вызвали повышение температуры Земли за последнее столетие до уровня, который не может быть объяснен естественной изменчивостью. Это давно известный факт, однако никто не принимает мер для того, чтобы как-то исправить ситуацию.

В свою очередь, Всемирная метеорологическая организация заявила, что увеличение количества парниковых газов способствует изменению климата и делает «планету более опасной и негостеприимной для будущих поколений». Вопрос нужно решать на глобальном уровне, и делать это как можно скорее.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .