Kohlendioxid in der Atmosphäre

Kohlendioxid (CO2) in der Erdatmosphäre durchläuft einen Weg, der entfernt an den Wasserkreislauf erinnert, den jeder seit seiner Kindheit in der Natur kennt. Seine Bedeutung läuft darauf hinaus, dass CO2 durch natürliche und menschengemachte Prozesse in der Luft auftaucht und dann teils aus der Atmosphäre entfernt wird, teils sich in den oberen Schichten anreichert und das Klima beeinflusst.

Verteilung von CO2 in der Erdatmosphäre

Viele Jahrhunderte lang, bis zum Beginn der industriellen Revolution, dienten natürliche Prozesse als Hauptquellen der CO2-Bildung: Vulkanausbrüche, Zersetzung organischer Stoffe, Waldbrände und Tieratmung. Aber ab etwa der Mitte des 18. Jahrhunderts. Der CO2-Gehalt in der Luft wird zunehmend durch industrielle Aktivitäten des Menschen beeinflusst, vor allem solche, die mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Öl, Kohle, Schiefer, Erdgas usw.) und der Zementherstellung verbunden sind. Sie machen etwa 75 % der anthropogenen CO2-Emissionen aus. Für die restlichen 25 % ist die Landnutzung verantwortlich, insbesondere die aktive Entwaldung.

Die Entfernung eines Teils des CO2 aus der Luft erfolgt durch seine Auflösung im Ozean und die Aufnahme durch Pflanzen. Pflanzen nehmen jedoch nicht nur Kohlendioxid auf, sondern geben es auch ab: Beim Atmen „atmen“ sie wie der Mensch Sauerstoff ein und „atmen“ CO2 aus. Kohlendioxid ist also immer in der Atmosphäre vorhanden, die Frage ist nur, wie viel es ist.

Hinter letzte Jahrzehnte Der CO2-Gehalt steigt so schnell wie nie zuvor dokumentarische Geschichte. 1750 betrug die CO2-Konzentration in der Atmosphäre etwa 270 ppm, und erst nach mehr als zweihundert Jahren, bis 1958, "kroch" sie auf das Niveau von 320 ppm. Weitere 50 Jahre – und ein Sprung von bis zu 60 Punkten: 2005 betrug der CO2-Gehalt in der Atmosphäre 380 ppm. Im Jahr 2010 - bereits 395 ppm. Kürzlich berichteten Wissenschaftler, dass der Inhalt Kohlendioxid 400 ppm überschritten und wird in absehbarer Zeit nicht zurückkehren. Sieht so aus, als wäre es an der Zeit, Enzyklopädien neu zu schreiben.

Übrigens gab es in der Erdgeschichte Perioden mit einem viel höheren Gehalt an Kohlendioxid. Vor vier Milliarden Jahren enthielt die Atmosphäre unseres jungen Planeten bis zu 90 % CO2. Das Leben war zwar noch nicht entstanden: Es gab überhaupt keinen Sauerstoff. Vor 2,5 Milliarden Jahren tauchten Pflanzen auf und alles war in Ordnung.

Ich muss sagen, dass die Marke von 400 ppm schon mal überwunden wurde. Der CO2-Gehalt in der Atmosphäre schwankt das ganze Jahr über und erreicht im Mai ein Maximum. Der Anstieg der Kohlendioxidkonzentration im Frühjahr und Sommer bereitete den Wissenschaftlern daher keine Sorgen. Im Mai 2015 erreichte der CO2-Gehalt sogar in der Antarktis 400 ppm, was seit 4 Millionen Jahren nicht mehr vorgekommen ist! Andererseits wird im September traditionell der niedrigste CO2-Gehalt in der Atmosphäre des Jahres beobachtet. Daher ist die Überschreitung der 400-ppm-Marke im September der deutlichste Beweis für einen unkontrollierten Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Luft.

Kohlendioxid und wir

Was wird mit uns in dieser „neuen Vierhundert-Pipiem-Welt“ geschehen, wie die westliche Presse unseren Planeten taufen konnte? Die Antwort lässt sich in zwei Worten zusammenfassen: globale Erwärmung.

Die globale Erwärmung hat vor langer Zeit begonnen und steht in direktem Zusammenhang mit dem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre. Tatsache ist, dass CO2 nicht nur ein Gas, sondern ein Treibhausgas ist. CO2 ist extrem inert, es reagiert nur ungern mit anderen chemische Elemente. Aus diesem Grund reichert es sich in der Erdatmosphäre an, wo es zurückbleibt Wärmestrahlung von seiner Oberfläche und verhindert seine Rückkehr zu Platz. Das ist der Treibhauseffekt.

Der Treibhauseffekt wird in unseren Köpfen so stark mit der globalen Erwärmung in Verbindung gebracht, dass er normalerweise mit etwas Negativem assoziiert wird. Unterdessen verdanken wir dem Treibhauseffekt ein angenehmes Leben auf der Erde. Ohne Treibhausgase(neben CO2 gehören dazu auch Wasserdampf, Methan und Ozon) die Durchschnittstemperatur auf dem Planeten wäre -15 °C, und nicht +15 °C, wie es jetzt der Fall ist.

Aber eine unkontrollierte Erhöhung des Gehalts an Treibhausgasen führt zu einer Erhöhung des Treibhauseffekts, was wiederum zu führt die globale Erwärmung. Jeder hat davon gehört und behandelt es oft mit Ironie und manchmal mit Argwohn: Ist das eine Verschwörung der Ökosprit-Produzenten? Die Sache ist die, dass wir anscheinend keine Anzeichen einer globalen Erwärmung sehen Alltagsleben.

Tatsächlich ist die globale Erwärmung ein langsamer Prozess. Grönland wird nicht morgen oder übermorgen schmelzen, auch nicht in hundert Jahren. Es wird keine Riesenwelle wie in Katastrophenfilmen New York wegspülen. Es wird allmählich überflutet: Die Stadt muss sich unter dem Ansturm des steigenden Ozeans zurückziehen. Kleine pazifische Inseln werden vom Angesicht der Erde (oder besser gesagt des Meeres) verschwinden. Nasse Regionen werden noch feuchter und trockene Regionen noch trockener. Im ersten werden sich krankheitsübertragende Insekten vermehren, im zweiten beginnt eine akute Nahrungsknappheit Wasser trinken. Der Zufluss von frischem Gletscherwasser in den Ozean wird den Verlauf warmer und kalter Strömungen verändern, die auf der Nordhalbkugel abzukühlen drohen und Wirbelstürme rund um den Planeten. Sie können nicht weitermachen: Selbst wenn ein kleiner Teil dieser Vorhersagen wahr wird, wird die Menschheit es schwer haben.

Mittlerweile bricht die durchschnittliche Jahrestemperatur weltweit im dritten Jahr in Folge Rekorde. 2016 wird als das heißeste Jahr der letzten 150 Jahre bezeichnet. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich die Erdatmosphäre im Vergleich zur vorindustriellen Zeit um 1,45 °C erwärmt hat. Die Zahl mag unbedeutend erscheinen, aber sie ist mehr als genug, um das Eis zu schmelzen.

Überzeugen Sie sich selbst:

Eisschmelze (NASA-Fotos)

Vyacheslav Viktorovich Alekseev, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Leiter des Labors für erneuerbare Energiequellen, Fakultät für Geographie, Staatliche Lomonossow-Universität Moskau. Spezialist auf dem Gebiet der mathematischen und physikalischen Modellierung geophysikalischer Systeme.

Sofya Valentinovna Kiseleva, Kandidatin der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, leitende Forscherin im selben Labor. Er beschäftigt sich mit der physikalischen Modellierung von Kohlendioxid-Transportprozessen, Problemen des modernen Klimawandels.

Nadezhda Ivanovna Chernova, Kandidatin der Biowissenschaften, leitende Forscherin im selben Labor. Behandelt Umweltaspekte der Anwendung Solarenergie, Probleme der rationellen Nutzung natürlicher Ressourcen.

Anfang 1998 reichte der ehemalige Präsident der US-amerikanischen National Academy of Sciences, F. Seitz, eine Petition zur Prüfung an die wissenschaftliche Gemeinschaft ein, in der er die Regierungen der Vereinigten Staaten und anderer Länder aufforderte, die Unterzeichnung der im Dezember in Kyoto erzielten Abkommen abzulehnen 1997 zur Begrenzung der Treibhausgasemissionen. Die Petition wurde von einem Informationsbrief mit dem Titel „Die Umweltauswirkungen des steigenden Kohlendioxids in der Atmosphäre“ begleitet. Es enthielt eine Auswahl veröffentlichter wissenschaftlicher Ergebnisse, die nicht nur das Fehlen empirischer Beweise für die von vielen Wissenschaftlern vorhergesagte zukünftige Erwärmung beweisen sollten, sondern auch den unbestrittenen Nutzen für die Menschheit aus dem Wachstum von Treibhausgasen. Im Review wurden folgende Thesen aufgestellt.

Der aktuelle CO 2 -Anstieg in der Atmosphäre kommt nach fast 300 Jahren Erwärmung. Daher ist dieses Wachstum möglicherweise nicht das Ergebnis menschlicher Aktivitäten, sondern eine Folge eines natürlichen Prozesses - der Intensivierung der CO 2 -Freisetzung durch den Ozean mit einer Erhöhung der Wassertemperatur. Im Vergleich zum jährlichen anthropogenen Eintrag von Kohlenstoff in die Atmosphäre (5,5 Gt) ist sein Inhalt sogar in den Reservoirs des mobilen Fonds (in der Atmosphäre - etwa 750 Gt, in den Oberflächenschichten des Ozeans - 1000 Gt, in der Nähe von -Erdbiota, einschließlich Böden und Detritus, - etwa 2200 Gt) ist so groß, dass es schwierig ist, den anthropogenen Wachstumsfaktor CO2 in der Atmosphäre als signifikant zu erkennen.

Darüber hinaus präsentieren die Autoren der Übersicht zahlreiche Daten aus Satellitenmessungen der Temperatur der unteren Troposphäre (in einer Höhe von etwa 4 km) für den Zeitraum 1958–1996. und beachten Sie, dass es seit 1979 einen schwachen negativen Trend in der globalen Durchschnittstemperatur gibt (–0,047 °C über 10 Jahre). In den USA ist die Oberflächenlufttemperatur in den letzten 10 Jahren um 0,08 °C gesunken.

Gleichzeitig zeigen Wetterstationsdaten positive Trends bei den Oberflächentemperaturen (+0,07 °C über 10 Jahre). Diskrepanzen in den Ergebnissen führen dazu, dass die Modellierung des zukünftigen Klimawandels auf der Grundlage von Temperaturanstiegsdaten zu falschen Vorhersagen führt. Bei der Diskussion von Computermodellen des Treibhauseffekts und der Klimaerwärmung betonen die Autoren der Übersicht, dass das Klima ein komplexes, nichtlineares dynamisches System ist. Die Unsicherheiten des Einflusses beispielsweise von Meeresoberflächenströmungen, Wärmeübertragung im Ozean, Feuchtigkeit, Bewölkung usw. sind nach Angaben der Autoren im Vergleich zum Einfluss von CO 2 so groß, dass die Modellschätzungen der Moderne Temperaturverlauf deutlich von den verfügbaren empirischen Daten abweichen. Auch zahlreiche Rückkopplungen des Klimasystems, die in Modellen schlecht abgebildet werden, führen zu Fehlern in Prognosen und Widersprüchen zur Realität.

Die Autoren der Übersicht kritisieren die Qualität der Daten aus bodengestützten Lufttemperaturmessungen und verweisen auf die thermischen Auswirkungen urbanisierter Gebiete, die das wahre Bild der Beziehung zwischen dem Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen und Änderungen der Atmosphärentemperatur verzerren. An modernen Klimaveränderungen ist nichts Ungewöhnliches; dies sind nur natürliche Veränderungen, die sowohl durch interne als auch durch externe irdische Schwankungen verursacht werden - insbesondere durch Schwankungen der Sonnenaktivität. Satellitendaten, die nur für vier Jahre (1993-1997) erhalten wurden, zeigen laut den Autoren jedoch keine Änderungen des Meeresspiegels, wie sie von globalen Erwärmungsmodellen vorhergesagt wurden. Die Anzahl schwerer tropischer Wirbelstürme im Atlantik im Zeitraum 1940-1997. und die maximale Windgeschwindigkeit in ihnen nahm ab, was ebenfalls sowohl der Idee der globalen Erwärmung als auch den Modellergebnissen widerspricht.

An dieser Stelle sei betont, dass die Existenz von mehr als einem Dutzend klimabildender Faktoren allgemein anerkannt ist. Als die wichtigsten stechen hervor:

In einer Studie von V. V. Klimenko und Kollegen wurde der Einfluss dieser Faktoren auf die Strahlungsbilanz innerhalb eines Jahrzehnts und des letzten Jahrhunderts analysiert. Bei der Betrachtung der säkularen Klimavariabilität stellte sich heraus, dass es die Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre war, die den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 0,5°C bedingte. Allerdings betonen die Autoren, dass die Erklärung aktueller und zukünftiger Klimaveränderungen allein durch den anthropogenen Faktor auf sehr wackeligen Fundamenten stünde, obwohl dessen Rolle sicherlich mit der Zeit zunehme.

Von besonderem Interesse ist die jüngste Arbeit von S. Korti mit Kollegen, in der die beobachtete Erwärmung in der nördlichen Hemisphäre ebenfalls hauptsächlich mit natürlichen Veränderungen in den atmosphärischen Zirkulationsregimen in Verbindung gebracht wird. Zwar betonen die Autoren, dass diese Tatsache nicht als Beweis für das Fehlen anthropogener Auswirkungen auf das Klima dienen kann. Eine detaillierte Modellanalyse der Rolle der gleichen klimatischen Faktoren bei der Erhöhung der durchschnittlichen Lufttemperatur an der Oberfläche wurde kürzlich von britischen Wissenschaftlern durchgeführt. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Erwärmung der Atmosphäre in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. (zwischen 1910 und 1940) war hauptsächlich auf Schwankungen der Sonnenaktivität und in geringerem Maße auf anthropogene Faktoren - Treibhausgase und troposphärisches Sulfat-Aerosol - zurückzuführen. Wie für den Zeitraum 1946-1996 haben hier natürliche Schwankungen der Sonnen- und Vulkanaktivität im Vergleich zum anthropogenen Einfluss nur einen geringen Einfluss auf das Klima.

Einfluss der wichtigsten klimabildenden Faktoren auf die Veränderung der mittleren globalen Oberflächentemperatur. Beitragsschätzungen mit Angabe von Wertebereichen für: Treibhausgase und Sulfat-Aerosole (weiße Kästchen); Sonnenaktivität (gefüllt mit Punkten) und ihr kombinierter Einfluss (schattiert). Die schwarzen Rechtecke zeigen die Ergebnisse instrumenteller Beobachtungen. (Tett S.F.B., Stott P.A. et al. 1999.)

Eine von N. M. Chumakov durchgeführte Analyse der warmen Biosphäre der Kreidezeit als Analogon der vorhergesagten Erwärmung zeigte, dass der Einfluss der wichtigsten klimabildenden Faktoren (neben Kohlendioxid) nicht ausreicht, um diese Erwärmung zu erklären Größenordnung in der Vergangenheit. Der Treibhauseffekt in der erforderlichen Größenordnung würde einer mehrfachen Erhöhung des CO 2 -Gehalts in der Atmosphäre entsprechen. Der Anstoß für die grandiosen klimatischen Veränderungen in dieser Zeit der Erdentwicklung war höchstwahrscheinlich eine positive Rückkopplung zwischen dem Temperaturanstieg der Ozeane und Meere und dem Anstieg der Konzentration von atmosphärischem Kohlendioxid.

In der obigen Übersicht wird CO 2 als „Düngemittel“ viel Aufmerksamkeit geschenkt. Die Autoren liefern Daten zur Beschleunigung des Pflanzenwachstums bei erhöhtem Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre. Insbesondere die Reaktion von jungen Kiefern, jungen Orangenbäumen und Weizen auf einen Anstieg des umweltbedingten CO 2 im Bereich von 400 bis 800 ppm ist nahezu linear und positiv. Die Autoren schlussfolgern daraus, dass sich diese Daten leicht auf unterschiedliche CO 2 -Anreicherungsgrade und auf unterschiedliche Pflanzenarten übertragen lassen. Die Autoren führen die Zunahme der Waldmasse in den USA (um 30 % seit 1950) auf die Auswirkungen der zunehmenden Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre zurück. Es wird darauf hingewiesen, dass das Wachstum von CO 2 eine größere stimulierende Wirkung auf Pflanzen hat, die unter trockeneren (stressigen) Bedingungen wachsen. Und das intensive Wachstum von Pflanzengemeinschaften, so die Autoren des Reviews, führt zwangsläufig zu einer Zunahme der Gesamttiermasse und wirkt sich allgemein positiv auf die Biodiversität aus. Dies führt zu einem optimistischen Schluss: „Durch den Anstieg des atmosphärischen CO 2 leben wir in immer günstigeren Bedingungen Umfeld. Unsere Kinder werden das Leben auf der Erde mit viel mehr Pflanzen und Tieren genießen. Dies ist ein wunderbares und unerwartetes Geschenk der industriellen Revolution.“

Dennoch scheinen uns viele der der Petition beigefügten Daten ziemlich widersprüchlich zu sein.

Statt wärmen – kühlen?

Natürlich gab es in vergangenen Epochen Schwankungen des CO 2 -Gehalts in der Atmosphäre, aber noch nie traten diese Veränderungen so schnell auf. Aber wenn in der Vergangenheit klimatische und biologische Systeme Da es der Erde aufgrund der allmählichen Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre „gelangt“, sich in einen neuen stabilen Zustand zu begeben und sich quasi im Gleichgewicht befand, dann in der Neuzeit mit einer intensiven, extrem schnellen Veränderung der Gaszusammensetzung der Atmosphäre verlassen alle terrestrischen Systeme den stationären Zustand. Und selbst wenn wir die Position der Autoren einnehmen, die die Hypothese der globalen Erwärmung verneinen, sollte beachtet werden, dass die Folgen eines solchen „Verlassens des quasi-stationären Zustands“, insbesondere des Klimawandels, am schwerwiegendsten sein können.

Darüber hinaus wird es einigen Prognosen zufolge nach Erreichen der maximalen CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre aufgrund eines Rückgangs der anthropogenen Emissionen, der Absorption von Kohlendioxid durch die Ozeane und der Biota zu sinken beginnen. In diesem Fall müssen sich die Pflanzen erneut an den veränderten Lebensraum anpassen.

Die Überprüfung hat sicherlich zu Recht festgestellt, dass die Modellierung der Folgen des Wachstums von CO 2 und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre sowie moderne theoretische Konstruktionen viele Rückkopplungen von Klimasystemen nicht berücksichtigen, was zu falschen Prognosen und sogar zu falschen Prognosen führt die Autoren versichern, auf den Irrtum der Idee selbst. globale Erwärmung. Dies sollte unserer Meinung nach jedoch nicht zur Verweigerung führen mögliche Erwärmung Klima, sondern die Wahrscheinlichkeit unvorhersehbarer klimatischer Folgen (zum Beispiel der gegenteilige Effekt - Abkühlung in einer Reihe von Regionen der Welt).

In diesem Zusammenhang sind einige Ergebnisse der mathematischen Modellierung der komplexen Folgen einer möglichen Änderung des Erdklimas äußerst interessant. Experimente mit einem dreidimensionalen Modell des integrierten Ozean-Atmosphäre-Systems, durchgeführt von amerikanischen Forschern, haben gezeigt, dass sich als Reaktion auf die Erwärmung die thermohaline Zirkulation im Nordatlantik (Nordatlantikstrom) verlangsamt. Die kritische CO 2 -Konzentration, die diesen Effekt verursacht, liegt zwischen zwei und vier vorindustriellen CO 2 -Werten in der Atmosphäre (sie beträgt 280 ppm, während die aktuelle Konzentration etwa 360 ppm beträgt).

Anhand eines einfacheren Modells des Ozean-Atmosphäre-Systems führten Spezialisten eine detaillierte mathematische Analyse der oben beschriebenen Prozesse durch. Nach ihren Berechnungen verlangsamt sich der Nordatlantikstrom bei einem Anstieg der Kohlendioxidkonzentration um 1% pro Jahr (was modernen Raten entspricht) und bei einem CO 2 -Gehalt von 750 ppm kollabiert er - ein vollständiger Stillstand Verkehr. Bei einem langsameren Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre (und der Lufttemperatur) - beispielsweise um 0,5% pro Jahr, wenn die Konzentration 750 ppm erreicht, verlangsamt sich die Zirkulation, erholt sich dann aber langsam. Bei beschleunigtem Wachstum von Treibhausgasen in der Atmosphäre und der damit verbundenen Erwärmung wird der Nordatlantikstrom bereits bei geringeren CO 2 -Konzentrationen - 650 ppm - zerstört. Die Gründe für die Änderung der Strömung liegen darin, dass die Erwärmung der Oberflächenluft eine Erhöhung der Temperatur der Oberflächenwasserschichten sowie eine Erhöhung des Sattdampfdrucks in den nördlichen Regionen und damit eine erhöhte Kondensation verursacht. wodurch die Masse des entsalzten Wassers auf der Meeresoberfläche im Nordatlantik zunimmt. Beide Prozesse führen zu einer verstärkten Schichtung der Wassersäule und verlangsamen (oder machen sogar unmöglich) die ständige Bildung von kaltem Tiefenwasser im nördlichen Teil des Atlantiks, wenn Oberflächenwasser abkühlend und schwerer werdend in die Bodenregionen absinken und dann langsam in die Tropen ziehen.

Studien dieser Art von Folgen der atmosphärischen Erwärmung, die kürzlich von R. Wood und Mitarbeitern durchgeführt wurden, liefern ein noch interessanteres Bild möglicher Ereignisse. Zusätzlich zur Reduzierung des gesamten Atlantiktransports um 25 % wird es bei der derzeitigen Wachstumsrate der Treibhausgase zu einer „Abschaltung“ der Konvektion in der Labradorsee, einem der beiden nördlichen Zentren der Bildung kalter Tiefengewässer, kommen . Zudem kann dies bereits im Zeitraum von 2000 bis 2030 erfolgen.

Entwicklung der maximalen Neigung der Meridianströmung des Nordatlantikstroms (Berechnungsergebnisse für fünf Szenarien der globalen Erwärmung). Die I – CO 2 -Konzentration erreicht 560 ppm, die Strömung schwächt sich leicht ab und erholt sich dann; II, IV - die Konzentration von CO 2 - 650 und 750 ppm, die Wachstumsrate von CO 2 1% pro Jahr, der Kreislauf wird zerstört; III, V - 650 und 750 ppm, Wachstumsrate 0,5 % pro Jahr, der Fluss schwächt sich ab und erholt sich dann auf einem niedrigeren Niveau.

Diese Schwankungen der Nordatlantikströmung können schwerwiegende Folgen haben. Insbesondere wenn die Verteilung der Wärme- und Temperaturströme von der aktuellen in der atlantischen Region der nördlichen Hemisphäre abweicht, können die durchschnittlichen Oberflächenlufttemperaturen über Europa erheblich sinken. Darüber hinaus können Änderungen der Geschwindigkeit des Nordatlantikstroms und die Erwärmung von Oberflächengewässern die Aufnahme von CO 2 durch den Ozean verringern (nach Berechnungen der genannten Experten - um 30% bei einer Verdoppelung der Kohlendioxidkonzentration in der Luft), die sowohl in Prognosen über den zukünftigen Zustand der Atmosphäre als auch in Szenarien für Treibhausgasemissionen berücksichtigt werden sollten. Auch in Meeresökosystemen, einschließlich Fisch- und Seevogelpopulationen, können erhebliche Veränderungen auftreten, die nicht nur von bestimmten klimatischen Bedingungen abhängen, sondern auch von Nährstoffen, die durch kalte Meeresströmungen an die Oberfläche gebracht werden. An dieser Stelle möchten wir den oben erwähnten äußerst wichtigen Punkt betonen: Die Folgen des Wachstums von Treibhausgasen in der Atmosphäre können, wie man sieht, viel komplexer sein als eine gleichmäßige Erwärmung der Oberflächenatmosphäre.

Mögliche Störung von Ökosystemen

Bei der Modellierung des Kohlendioxidaustauschs muss auch der Einfluss des Zustands der Grenzfläche zwischen Ozean und Atmosphäre auf den Gastransport berücksichtigt werden. Seit einigen Jahren untersuchen wir in Labor- und Naturversuchen die Intensität des CO 2 -Transfers im Wasser-Luft-System. Es wurde die Auswirkung von Windwellenbedingungen und eines dispergierten Mediums, das nahe der Grenzfläche zwischen zwei Phasen gebildet wurde (Spray über der Oberfläche, Schaum, Luftblasen in der Wassersäule), auf den Gasaustausch betrachtet. Es stellte sich heraus, dass die Geschwindigkeit des Gastransfers signifikant zunimmt, wenn sich die Art der Wellen von Gravitationskapillar zu Gravitation ändert. Dieser Effekt kann (zusätzlich zur Erwärmung der Oberflächenschicht des Ozeans) einen zusätzlichen Beitrag zum Kohlendioxidfluss zwischen Ozean und Atmosphäre leisten. Eine wesentliche Senke von CO 2 aus der Atmosphäre ist dagegen der Niederschlag, der, wie unsere Untersuchungen gezeigt haben, neben anderen gasförmigen Verunreinigungen intensiv Kohlendioxid auslaugt. Berechnungen mit Daten zum Gehalt an gelöstem Kohlendioxid im Regenwasser und zur jährlichen Niederschlagsmenge zeigten, dass jährlich 0,2–1 Gt CO 2 durch Regen in den Ozean gelangen können und die Gesamtmenge an Kohlendioxid, die aus der Atmosphäre ausgewaschen wird, 0,7– 2,0 Gt.

Um auf die Thesen der Verfasser des Anhangs der Petition zurückzukommen, stellen wir fest, dass die umstrittensten Daten die positiven Auswirkungen des CO 2 -Wachstums auf grüne Pflanzen sind. Tatsache ist, dass es eine Reihe wissenschaftlicher Daten gibt, wonach eine Erhöhung der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre auch ohne Berücksichtigung der globalen Erwärmung zu einer signifikanten Veränderung der Struktur und Funktionsweise von Ökosystemen führen kann, die kann für Pflanzen ungünstig sein. Eine positive Reaktion auf erhöhtes Kohlendioxid in der Luft, die bei einer einzelnen Pflanze beobachtet wird, bedeutet nicht zwangsläufig, dass es zu einem verstärkten Wachstum der Pflanzengemeinschaften insgesamt kommen wird.

Die Überlegungen der Autoren zur Rolle von CO 2 als Wachstumsstimulator wurzeln in den Details der Photosynthese. Tatsächlich kann eine Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration diesen Prozess intensivieren und somit das Pflanzenwachstum fördern. Davon profitieren sogenannte C 3 -Pflanzen, zu denen fast alle Bäume und viele der Hauptkulturen gehören: Reis, Weizen, Kartoffeln, Hülsenfrüchte. In C 3 -Pflanzen bindet das CO 2 -Molekül in der ersten Stufe der Fixierung an Ribulosediphosphat, das einen 5-Kohlenstoff-Zucker enthält. Als Ergebnis der Reaktion, die unter der Wirkung des Enzyms Ribulosediphosphat-Carboxylase stattfindet, wird eine kurzlebige instabile Verbindung gebildet, einschließlich eines 6-Kohlenstoff-Zuckers. Es zerfällt in zwei Derivate, die drei Kohlenstoffatome enthalten – daher der Name „C 3 -Pflanzen“. Luftsauerstoff konkurriert mit Kohlendioxid um das aktive Zentrum der Ribulose-Diphosphat-Carboxylase. Gewinnt O 2 , verliert die Anlage Energie, da bei der Sauerstoffverwertung keine CO 2 -Fixierung stattfindet. Mit zunehmender Kohlendioxidkonzentration steigt die Wahrscheinlichkeit, dass es im Wettbewerb mit O2 um die Bindung an das aktive Zentrum des Enzyms „gewinnt“. In einigen Experimenten wurde die Photorespiration tatsächlich um 50 % reduziert, wenn die CO 2 -Konzentration auf 600 ppm eingestellt wurde, und eine Begrenzung bedeutet, dass die Pflanze mehr Energie zum Aufbau von Gewebe verwenden kann. In diesen Pflanzen wird jedoch unter Bedingungen erhöhter CO2-Konzentration im Anfangsstadium der Experimente eine erhöhte Photosynthese beobachtet, aber nach vorübergehender Aktivierung tritt ihre Hemmung auf. Das Transportsystem einer Pflanze ist polygen, hängt von vielen Faktoren ab (Energie, Hormone etc.) und kann nicht schnell umgebaut werden. Daher nimmt die Photosynthese bei längerer Einwirkung von CO 2 unter Bedingungen hoher Konzentration aufgrund einer übermäßigen Ansammlung von Stärke in Chloroplasten ab.

In der Praxis wurde jedoch eine signifikante Zunahme des Wachstums und der Akkumulation von Biomasse in Pflanzen nachgewiesen, die bei einer erhöhten Kohlendioxidkonzentration angebaut wurden, obwohl die Intensität der Photosynthese mit der Zeit abnimmt und sich dem annähert, was bei Pflanzen beobachtet wird, die in einer Atmosphäre mit a leben normale Gaszusammensetzung. Diese Diskrepanz erklärt sich durch die regulatorische Wirkung von Kohlendioxid auf die Wachstumsfunktion der Pflanze. Die langfristige Haltung einer Pflanze bei hoher CO 2 -Konzentration geht einher mit einer Blattflächenvergrößerung, Stimulierung des Wachstums von Trieben zweiter Ordnung, einer relativen Zunahme des Anteils an Wurzeln und Speicherorganen in der Pflanze, und erhöht Tuberkulose. Die Wachstumsfunktion wird durch die Bildung eines neuen photosynthetischen Apparats verstärkt. Dies weist auf eine „doppelte“ Rolle von CO2 als Substrat im Prozess der Photosynthese und als Regulator von Wachstumsprozessen hin. Mit einem Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre stellt sich ein neuer stationärer Zustand des Systems ein, der einem neuen Kohlendioxidgehalt entspricht, was zu einer Ertragssteigerung führt, hauptsächlich aufgrund einer Zunahme des Gesamtvolumens Photosynthesesystem und in geringerem Maße aufgrund der Intensität der Photosynthese pro Blattflächeneinheit.

Eine wohlbekannte Technik zur Steigerung der Intensität und Produktivität der Photosynthese besteht darin, die Kohlendioxidkonzentration in Gewächshäusern zu erhöhen. Dieses Verfahren ermöglicht es, das Biomassewachstum zu steigern. Eine Änderung der CO 2 -Konzentration wirkt sich jedoch auf die Zusammensetzung der Endprodukte der Photosynthese aus: Es wurde festgestellt, dass 14 C bei hohen Konzentrationen von 14 CO 2 hauptsächlich in Zucker und bei niedrigen Konzentrationen in Aminosäuren (Serin, Glycin usw.).

Da atmosphärisches Kohlendioxid teilweise durch Niederschläge und Oberflächensüßwasser absorbiert wird, steigt der Gehalt an CO 2 in der Bodenlösung und als Folge davon kommt es zu einer Versauerung der Umwelt. In den in unserem Labor durchgeführten Experimenten wurde versucht, die Auswirkungen von in Wasser gelöstem CO 2 auf die Akkumulation von Biomasse durch Pflanzen zu untersuchen. Weizenkeimlinge wurden auf wässrigen Standardnährmedien angezogen, in denen neben atmosphärischem Kohlenstoff gelöstes molekulares CO2 und Bicarbonat-Ionen in verschiedenen Konzentrationen als zusätzliche Kohlenstoffquellen dienten. Dies wurde erreicht, indem die Sättigungszeit der wässrigen Lösung mit gasförmigem Kohlendioxid variiert wurde. Es zeigte sich, dass die initiale Erhöhung der CO 2 -Konzentration im Nährmedium zur Stimulierung der Boden- und Wurzelmasse von Weizenpflanzen führt. Bei einem 2- bis 3-fachen Überschuss des Gehalts an gelöstem Kohlendioxid über dem Normalwert wurde jedoch eine Hemmung des Wachstums von Pflanzenwurzeln mit einer Änderung ihrer Morphologie beobachtet. Möglicherweise nimmt bei einer erheblichen Versauerung der Umwelt die Assimilation anderer Nährstoffe (Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium, Kalzium) ab. Daher müssen die indirekten Auswirkungen erhöhter CO 2 -Konzentrationen bei der Bewertung ihrer Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum berücksichtigt werden.

Die im Anhang zum Antrag gemachten Angaben zur Wachstumsintensivierung von Pflanzen verschiedener Arten und Altersstufen lassen die Frage nach den Bedingungen für die Ausstattung von Untersuchungsobjekten mit biogenen Elementen unbeantwortet. Hervorzuheben ist, dass die Änderung der CO 2 -Konzentration streng mit dem Verbrauch von Stickstoff, Phosphor, anderen Nährstoffen, Licht, Wasser im Produktionsprozess in Einklang gebracht werden muss, ohne das ökologische Gleichgewicht zu stören. So wurde in einem nährstoffreichen Medium ein verstärktes Pflanzenwachstum bei hohen CO 2 -Konzentrationen beobachtet. Beispielsweise führte in Feuchtgebieten im Mündungsgebiet der Chesapeake Bay (Südwesten der USA), wo hauptsächlich C 3 -Pflanzen wachsen, eine Erhöhung des CO 2 in der Luft auf 700 ppm zu einer Intensivierung des Pflanzenwachstums und einer Zunahme ihrer Dichte. Eine Analyse von mehr als 700 agronomischen Studien zeigte, dass bei hohen CO 2 -Konzentrationen in der Umwelt der Getreideertrag im Durchschnitt um 34 % höher war (wobei eine ausreichende Menge an Dünger und Wasser auf den Boden aufgebracht wurde - Ressourcen, die nur in reichlich vorhanden sind Industrieländer). Um die Produktivität landwirtschaftlicher Nutzpflanzen bei steigendem Kohlendioxidgehalt in der Luft zu steigern, wird es offensichtlich notwendig sein, nicht nur eine beträchtliche Menge an Düngemitteln, sondern auch Pflanzenschutzmitteln (Herbizide, Insektizide, Fungizide usw.) , sowie umfangreiche Bewässerungsarbeiten. Es ist berechtigt zu befürchten, dass die Kosten dieser Aktivitäten und die Folgen für die Umwelt zu erheblich und unverhältnismäßig sein werden.

Studien haben auch die Rolle der Konkurrenz in Ökosystemen aufgedeckt, die zu einer Abnahme der stimulierenden Wirkung hoher CO 2 -Konzentrationen führt. Tatsächlich wuchsen Sämlinge von Bäumen derselben Art in einem gemäßigten Klima (Neuengland, USA) und den Tropen besser bei einer hohen Konzentration an atmosphärischem CO 2 , wenn Sämlinge verschiedener Arten jedoch zusammen gezüchtet wurden, tat dies die Produktivität solcher Gemeinschaften unter den gleichen Bedingungen nicht steigen. Es ist wahrscheinlich, dass die Konkurrenz um Nährstoffe die Reaktion von Pflanzen auf steigendes Kohlendioxid hemmt.

Ein hoher CO 2 -Gehalt in der Luft kann für sogenannte C 4 -Pflanzen ungünstig sein, deren erste Photosyntheseprodukte Verbindungen aus vier Kohlenstoffatomen sind: Äpfel- und Asparaginsäure, Oxalacetat. Diese Klasse umfasst viele Kräuter trockener, heißer tropischer und subtropischer Regionen, landwirtschaftliche Nutzpflanzen - Mais, Sorghum, Zuckerrohr usw. C 4 -Pflanzen haben einen zusätzlichen Carboxylierungsmechanismus - eine Art Pumpe, die CO 2 in der Nähe des aktiven Zentrums des Enzyms konzentriert, damit diese Pflanzen bei normalen Kohlendioxidkonzentrationen gut wachsen. Bei C 4 -Pflanzen ist unter Normalbedingungen der Energieverbrauch für die Photorespiration deutlich geringer und die Effizienz der Photosynthese daher höher als bei C 3 -Pflanzen. Ungefähr dasselbe passiert bei der Photosynthese, die für typische Sukkulenten charakteristisch ist. Es wird CAM-Photosynthese (Crassulacean Acid Metabolism) genannt. CAM-Pflanzen verwenden wie C 4 -Pflanzen sowohl C 3 - als auch C 4 -Photosynthesewege, unterscheiden sich jedoch von C 4 -Pflanzen darin, dass sie durch die Trennung dieser Wege nur zeitlich, aber nicht räumlich wie bei C 4 – -Pflanzen gekennzeichnet sind .

So stehen C 3 -Pflanzen bei einer Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration günstiger als C 4 - und CAM-Pflanzen, was wiederum sehr schwerwiegende Folgen haben kann. Viele C 4 -Pflanzen werden selten oder vom Aussterben bedroht sein. In Agrarökosystemen kann beim Anbau von C 4 -Pflanzen wie Mais oder Zuckerrohr eine erhöhte CO 2 -Konzentration zu einem Rückgang ihrer Produktivität führen, während Unkräuter, die hauptsächlich von C 3 -Pflanzen vertreten werden, einen Vorteil erhalten. Dadurch ist eine deutliche Ertragsminderung möglich.

Bei Erwärmung kann vermehrtes Pflanzenwachstum, das atmosphärisches Kohlendioxid aufnimmt, den beschleunigten Abbau organischer Stoffe nicht kompensieren. Dies ist besonders wichtig, da in Lebensräumen in hohen Breiten wie der Tundra der größte Temperaturanstieg zu erwarten ist. In der Zone Dauerfrost Wenn das Eis schmilzt, wird immer mehr Torf organischen Stoffen abbauenden Mikroorganismen ausgesetzt. Dieser Prozess wiederum führt zu einer größeren Freisetzung von CO 2 und CH 4 in die Atmosphäre. Schätzungen zufolge werden bei einer Erhöhung der Sommertemperatur in der Tundra um 4 °C trotz intensiverem Pflanzenwachstum bis zu 50 % des Kohlenstoffs aus Torf zusätzlich in die Atmosphäre freigesetzt. In diesem Gürtel ist die Tundravegetation selbst ein wichtiger klimabildender Faktor, daher wird bei Erwärmung die Verschiebung der Waldgrenze nach Norden gravierende Folgen haben. Die Struktur der Futtergrundlage wird sich ändern: Flechten und Moose, die zu niedrigen Temperaturen angezogen werden, werden durch für Hirsche ungeeignete Sträucher ersetzt. Darüber hinaus wird eine Zunahme der Höhe der Schneedecke das Überleben der zu diesem Zeitpunkt auftretenden Jungtiere beeinträchtigen.

Die konkurrierende gegenseitige Beeinflussung von Pflanzen mit begrenzten Nährstoffreserven wirkt sich nicht nur aus natürliche Ökosysteme sondern auch auf von Menschen geschaffene Ökosysteme. Daher ist die These, dass der zukünftige Anstieg des CO 2 -Gehalts in der Atmosphäre zu reicheren Ernten und damit zu einer Steigerung der tierischen Produktivität führen wird, zweifelhaft.

Die Untersuchung der Anpassungsstrategie und Reaktion von Pflanzen auf Schwankungen der Hauptfaktoren, die den Klimawandel und die Umwelteigenschaften beeinflussen, ermöglichte es, einige Prognosen zu verfeinern. Bereits 1987 wurde ein Szenario für die agrarklimatischen Folgen des modernen Klimawandels und das Wachstum von CO 2 in der Erdatmosphäre erstellt Nordamerika. Schätzungen zufolge wird bei einer Erhöhung der CO 2 -Konzentration auf 400 ppm und einer Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur nahe der Erdoberfläche um 0,5 °C der Weizenertrag unter diesen Bedingungen um 7–10 % steigen. Der Anstieg der Lufttemperaturen in den nördlichen Breiten wird sich jedoch besonders im Winter bemerkbar machen und extrem ungünstige häufige Wintertauwetter verursachen, was zu einer Schwächung der Frostbeständigkeit von Winterkulturen, einem Einfrieren der Kulturen und einer Beschädigung ihrer Eiskruste führen kann. Die prognostizierte Zunahme der Warmzeit wird die Auswahl neuer Sorten mit längerer Vegetationsperiode erforderlich machen.

Was die Ertragsprognosen der wichtigsten landwirtschaftlichen Kulturen für Russland betrifft, dürften sich der anhaltende Anstieg der durchschnittlichen Lufttemperaturen an der Erdoberfläche und der Anstieg des CO 2 in der Atmosphäre positiv auswirken. Allein der Einfluss des Kohlendioxidwachstums in der Atmosphäre kann eine Produktivitätssteigerung der landwirtschaftlichen Leitkulturen – C 3 -Pflanzen (Getreide, Kartoffeln, Rüben usw.) – um durchschnittlich 20–30 % bewirken, während z Bei C 4 -Pflanzen (Mais, Hirse, Sorghum, Amaranth) ist dieses Wachstum unbedeutend. Die Erwärmung wird jedoch offensichtlich zu einem Rückgang der Luftfeuchtigkeit um etwa 10% führen, was die Landwirtschaft erschweren wird, insbesondere im südlichen Teil des europäischen Territoriums, in der Wolga-Region, in den Steppenregionen West- und Westeuropas Ostsibirien. Hier ist nicht nur mit einem Rückgang der Produktansammlung pro Flächeneinheit zu rechnen, sondern auch mit der Entwicklung von Erosionsprozessen (insbesondere Wind), Verschlechterung der Bodenqualität einschließlich Humusverlust, Versalzung und Verödung großer Flächen. Es wurde festgestellt, dass die Sättigung der bis zu 1 m dicken Oberflächenschicht der Atmosphäre mit einem Überschuss an CO 2 auf den „Wüsteneffekt“ reagieren kann. Diese Schicht absorbiert aufsteigend Wärme fließt, daher wird die lokale Lufttemperatur direkt an der Erdoberfläche durch seine Anreicherung mit Kohlendioxid (1,5-mal im Vergleich zur aktuellen Norm) um mehrere Grad höher als die Durchschnittstemperatur. Die Intensität der Verdunstung von Feuchtigkeit aus dem Boden nimmt zu, was zu dessen Austrocknung führt. Dadurch kann die Produktion von Getreide, Futtermitteln, Zuckerrüben, Kartoffeln, Sonnenblumenkernen, Gemüse usw. landesweit zurückgehen. Infolgedessen werden sich die Verhältnisse zwischen der Verteilung der Bevölkerung und der Produktion der wichtigsten Arten landwirtschaftlicher Produkte ändern.

Terrestrische Ökosysteme reagieren daher sehr empfindlich auf einen CO 2 -Anstieg in der Atmosphäre und tragen durch die Aufnahme von überschüssigem Kohlenstoff während der Photosynthese wiederum zum Wachstum von atmosphärischem Kohlendioxid bei. Eine nicht weniger wichtige Rolle bei der Bildung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre spielen die Prozesse der Bodenatmung. Es ist bekannt, dass die moderne Klimaerwärmung zu einer verstärkten Freisetzung von anorganischem Kohlenstoff aus Böden (insbesondere in nördlichen Breiten) führt. Modellrechnungen zur Bewertung der Reaktion terrestrischer Ökosysteme auf globale Klimaänderungen und den CO 2 -Gehalt der Atmosphäre zeigten, dass bei nur steigendem CO 2 (ohne Klimawandel) die Anregung der Photosynthese bei hohem CO abnimmt 2-Werte, aber die Freisetzung von Kohlenstoff aus Böden nimmt zu, wenn er sich in Vegetation und Böden anreichert. Wenn sich der atmosphärische CO 2 -Gehalt stabilisiert, sinkt die Nettoproduktion von Ökosystemen (der Nettokohlenstofffluss zwischen den Biota und der Atmosphäre) schnell auf Null, da die Photosynthese durch die Atmung von Pflanzen und Böden kompensiert wird. Nach diesen Berechnungen könnte die Reaktion terrestrischer Ökosysteme auf den Klimawandel ohne die Auswirkungen des CO 2 -Wachstums eine Abnahme des globalen Kohlenstoffflusses von der Atmosphäre zu Biota aufgrund einer erhöhten Bodenatmung in nördlichen Ökosystemen und einer Abnahme der Nettoprimärproduktion in sein den Tropen als Folge einer Abnahme der Bodenfeuchte. Dieses Ergebnis wird durch Schätzungen gestützt, dass die Auswirkungen der Erwärmung auf die Bodenatmung ihre Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum überwiegen und den Kohlenstoffbestand im Boden verringern. Die kombinierte Wirkung der globalen Erwärmung und des steigenden atmosphärischen CO2 kann die globale Nettoproduktion des Ökosystems und die Kohlenstoffsenken für Biota erhöhen, aber eine signifikante Zunahme der Bodenatmung kann diese Senke im Winter und Frühling ausgleichen. Wichtig ist, dass diese Prognosen zur Reaktion terrestrischer Ökosysteme maßgeblich von der Artenzusammensetzung der Pflanzengemeinschaften, der Nährstoffverfügbarkeit und dem Alter der Baumarten abhängen und innerhalb der Klimazonen stark variieren.

* * * Die im Anhang der Petition vorgelegten Daten sollten, wie angegeben, die Annahme des Dokuments verhindern, das auf dem internationalen Treffen in Kyoto 1997 entwickelt wurde und von März 1998 bis März 1999 zur Unterzeichnung aufgelegt wurde. Als Ergebnis des Treffens in Buenos Aires (November 1998) gezeigt hat, ist die Wahrscheinlichkeit einer Unterzeichnung dieses Dokuments durch eine Reihe von Industriestaaten, vor allem die Vereinigten Staaten, praktisch nicht vorhanden. In dieser Hinsicht muss die Strategie zur Bewältigung des Problems des globalen Klimawandels verbessert werden.

Der Vizedirektor des World Watch Institute, K. Flavin, betrachtet die Schaffung einer Initiativgruppe als notwendiges Element der weiteren Bewegung. Dazu gehören Länder (insbesondere Europa und Lateinamerika), die das Kyoto-Protokoll unterzeichnet haben, Größten Städte, „konstruktiv denkende Konzerne und Firmen“ („British Petroleum“, „Enron Corporation“, „Royal Deutsch Shell“ usw.), die sich aktiv für die Begrenzung von Treibhausgasemissionen einsetzen und auf deren Grundlage am Prozess der Begrenzung ihrer Emissionen beteiligt sind Emissionshandel.

Ein wichtiger Beitrag zur Lösung dieses Problems könnte unseres Erachtens die Einführung energiesparender Technologien und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen sein.

Literatur

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2 Für weitere Einzelheiten siehe: Sidorenkov N.S. Zwischenjährliche Schwankungen im System Atmosphäre-Ozean-Erde //Natur. 1998. Nr. 7. S.26-34.

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Im September 2016 hat die Kohlendioxidkonzentration in der Erdatmosphäre die psychologisch bedeutsame Marke von 400 ppm (parts per million) überschritten. Das macht die Pläne der Industrieländer, einen Temperaturanstieg auf der Erde um mehr als 2 Grad zu verhindern, zweifelhaft.

Die globale Erwärmung ist ein Anstieg der Durchschnittstemperatur des Klimasystems der Erde. Im Zeitraum von 1906 bis 2005 stieg die durchschnittliche Lufttemperatur in der Nähe der Erdoberfläche um 0,74 Grad, und die Temperaturanstiegsrate in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts ist etwa doppelt so hoch wie im gesamten Zeitraum. Für den gesamten Beobachtungszeitraum gilt 2015 als das heißeste Jahr, in dem alle Temperaturindikatoren jene des bisherigen Rekordhalters 2014 um 0,13 Grad übertrafen. BEIM verschiedene Teile rund um den Globus ändern sich die Temperaturen auf unterschiedliche Weise. Seit 1979 sind die Temperaturen über Land doppelt so stark gestiegen wie über dem Ozean. Dies erklärt sich dadurch, dass die Lufttemperatur über dem Ozean aufgrund seiner großen Wärmekapazität langsamer ansteigt.

Die Bewegung von Kohlendioxid in der Atmosphäre

Menschliche Aktivitäten gelten als Hauptursache der globalen Erwärmung. Indirekte Forschungsmethoden haben gezeigt, dass die Temperatur bis 1850 ein- oder zweitausend Jahre lang relativ stabil blieb, wenn auch mit einigen regionalen Schwankungen.

Somit fällt der Beginn des Klimawandels in den meisten westlichen Ländern fast mit dem Beginn der industriellen Revolution zusammen. Als Hauptgrund gelten heute die Treibhausgasemissionen. Tatsache ist, dass ein Teil der Energie, die der Planet Erde von der Sonne erhält, in Form von Wärmestrahlung wieder in den Weltraum zurückgestrahlt wird.

Treibhausgase behindern diesen Prozess, indem sie einen Teil der Wärme aufnehmen und in der Atmosphäre halten.

Die Zugabe von Treibhausgasen in die Atmosphäre führt zu einer noch stärkeren Erwärmung der Atmosphäre und einem Temperaturanstieg nahe der Erdoberfläche. Die wichtigsten Treibhausgase in der Erdatmosphäre sind Kohlendioxid (CO 2) und Methan (CH 4). Durch die industrielle Tätigkeit der Menschheit steigt die Konzentration dieser Gase in der Luft, was zu einem jährlichen Temperaturanstieg führt.

Da die Klimaerwärmung buchstäblich die gesamte Menschheit bedroht, wird weltweit immer wieder versucht, diesen Prozess in den Griff zu bekommen. Bis 2012 war das Kyoto-Protokoll das wichtigste globale Abkommen zur Bekämpfung der globalen Erwärmung.

Es deckte mehr als 160 Länder der Welt ab und deckte 55 % der weltweiten Treibhausgasemissionen ab. Nach dem Ende der ersten Stufe des Kyoto-Protokolls konnten sich die teilnehmenden Länder jedoch nicht auf weitere Maßnahmen einigen. Die Ausarbeitung der zweiten Vertragsstufe wurde zum Teil dadurch erschwert, dass viele Teilnehmer den Budgetansatz zur Bestimmung ihrer Verpflichtungen in Bezug auf CO 2 -Emissionen vermeiden. CO 2 -Emissionsbudget – die Menge der Emissionen über einen bestimmten Zeitraum, die sich aus der Temperatur errechnet, die die Teilnehmer nicht überschreiten dürfen.

Nach den Beschlüssen von Durban wird es trotz dringender Anstrengungen zur Reduzierung von Gasemissionen und Emissionen bis 2020 kein verbindliches Klimaabkommen geben. Studien zeigen, dass derzeit der einzige Weg, um eine „angemessene Wahrscheinlichkeit“ für die Begrenzung der Erwärmung auf 2 Grad (was einen gefährlichen Klimawandel kennzeichnet) bereitzustellen, darin bestehen wird, die Volkswirtschaften der Industrieländer und ihren Übergang zu einer Anti-Wachstumsstrategie zu begrenzen.

Und im September 2016 wurde laut dem Mauna Loa Observatory eine weitere psychologische Barriere der CO 2 -Treibhausgasemissionen überwunden – 400 ppm (parts per million). Dazu muss gesagt werden, dass dieser Wert zuvor immer wieder überschritten wurde,

aber der September gilt traditionell als der Monat mit der niedrigsten CO 2 -Konzentration in der nördlichen Hemisphäre.

Dies erklärt sich dadurch, dass die grüne Vegetation im Sommer Zeit hat, eine gewisse Menge an Treibhausgasen aus der Atmosphäre aufzunehmen, bevor die Blätter von den Bäumen fallen und ein Teil des CO 2 zurückgeführt wird. Wenn also im September die psychologisch wichtige Schwelle von 400 ppm überschritten wurde, werden die monatlichen Indikatoren höchstwahrscheinlich niemals unter diesem Wert liegen.

„Ist es möglich, dass im Oktober dieses Jahres die Konzentration im Vergleich zum September abnimmt? Völlig ausgeschlossen

Ralph Keeling von der Scripps Institution of Oceanography in San Diego erklärt dies in seinem Blog. „Kurzfristige Einbrüche des Konzentrationsniveaus sind möglich, aber die Monatsmittelwerte werden jetzt immer über 400 ppm liegen.“

Keeling weist auch darauf hin, dass tropische Wirbelstürme das Niveau der CO 2 -Konzentration verringern können eine kurze Zeit. Gavin Schmidt, leitender Klimaforscher, stimmt zu: „Im besten Fall kann man eine Art Gleichgewicht erwarten, und der CO 2 -Gehalt wird nicht zu schnell steigen. Aber meiner Meinung nach wird CO 2 nie wieder unter 400 ppm fallen.“

Laut Prognose wird die CO 2 -Konzentration auf der Erde bis 2099 900 ppm betragen, was etwa 0,1 % der gesamten Atmosphäre unseres Planeten ausmachen wird. Infolgedessen wird die durchschnittliche Tagestemperatur in Städten wie Jerusalem, New York, Los Angeles und Mumbai nahe bei +45 °C liegen. In London, Paris und Moskau werden die Temperaturen im Sommer über +30°C liegen.

Soda, Vulkan, Venus, Kühlschrank – was haben sie gemeinsam? Kohlendioxid. Wir haben für Sie die interessantesten Informationen zu einem der wichtigsten gesammelt Chemische Komponenten auf der Erde.

Was ist kohlendioxid

Kohlendioxid ist vor allem für seine bekannt Gaszustand, d.h. B. Kohlendioxid mit einfach chemische Formel CO2. In dieser Form existiert es unter normalen Bedingungen - bei Luftdruck und "normale" Temperaturen. Aber bei erhöhtem Druck über 5.850 kPa (wie zum Beispiel dem Druck in einer Meerestiefe von etwa 600 m) wird dieses Gas flüssig. Und bei starker Abkühlung (minus 78,5 °C) kristallisiert es aus und wird zum sogenannten Trockeneis, das im Handel vielfach zur Aufbewahrung von Tiefkühlkost in Kühlschränken verwendet wird.

Flüssiges Kohlendioxid und Trockeneis werden bei menschlichen Aktivitäten hergestellt und verwendet, aber diese Formen sind instabil und zerfallen leicht.

Doch gasförmiges Kohlendioxid ist allgegenwärtig: Es wird bei der Atmung von Tieren und Pflanzen freigesetzt und ist ein wichtiger Bestandteil davon chemische Zusammensetzung Atmosphäre und Ozean.

Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid CO2 ist farb- und geruchlos. Unter normalen Bedingungen hat es keinen Geschmack. Beim Einatmen hoher Kohlendioxidkonzentrationen kann jedoch ein saurer Geschmack im Mund wahrgenommen werden, der dadurch verursacht wird, dass sich Kohlendioxid auf Schleimhäuten und im Speichel auflöst und eine schwache Kohlensäurelösung bildet.

Übrigens ist es die Fähigkeit von Kohlendioxid, sich in Wasser zu lösen, die zur Herstellung von Sprudelwasser verwendet wird. Limonadenblasen - das gleiche Kohlendioxid. Der erste Apparat zur Sättigung von Wasser mit CO2 wurde bereits 1770 erfunden, und bereits 1783 begann der umtriebige Schweizer Jacob Schwepp mit der industriellen Herstellung von Soda (die Marke Schweppes existiert noch).

Kohlendioxid ist 1,5-mal schwerer als Luft, daher neigt es dazu, sich in den unteren Schichten „abzusetzen“, wenn der Raum schlecht belüftet wird. Bekannt ist der „Hundehöhlen“-Effekt, bei dem CO2 direkt aus dem Boden freigesetzt wird und sich in etwa einem halben Meter Höhe ansammelt. Ein Erwachsener, der in eine solche Höhle kommt, spürt auf der Höhe seiner Höhe keinen Kohlendioxidüberschuss, aber Hunde befinden sich direkt in einer dicken Kohlendioxidschicht und werden vergiftet.

CO2 unterstützt die Verbrennung nicht, daher wird es in Feuerlöschern und Brandbekämpfungssystemen verwendet. Der Trick, eine brennende Kerze mit dem Inhalt eines vermeintlich leeren Glases (tatsächlich aber mit Kohlensäure) zu löschen, beruht genau auf dieser Eigenschaft der Kohlensäure.

Kohlendioxid in der Natur: natürliche Quellen

Kohlendioxid wird in der Natur aus verschiedenen Quellen produziert:

• Atmung von Tieren und Pflanzen.
  Jedes Schulkind weiß, dass Pflanzen Kohlendioxid CO2 aus der Luft aufnehmen und für die Photosynthese nutzen. Einige Hausfrauen versuchen, Mängel mit einer Fülle von Zimmerpflanzen auszugleichen. Pflanzen nehmen Kohlendioxid jedoch nicht nur auf, sondern geben es auch ohne Licht im Rahmen des Atmungsprozesses ab. Daher ist ein Dschungel in einem schlecht belüfteten Schlafzimmer keine gute Idee: Nachts steigen die CO2-Werte noch weiter an.
• Vulkanische Aktivität.
  Kohlendioxid ist Bestandteil vulkanischer Gase. In Gebieten mit hoher vulkanische Aktivität CO2 kann direkt aus dem Boden emittiert werden – aus Rissen und Rissen, die Mofets genannt werden. Die Kohlendioxidkonzentration in Mofet-Tälern ist so hoch, dass viele kleine Tiere sterben, wenn sie dort ankommen.
• Zersetzung von organischem Material.
  Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung und Zersetzung von organischem Material. Volumetrische natürliche Kohlendioxidemissionen gehen mit Waldbränden einher.

Kohlendioxid wird in der Natur in Form von Kohlenstoffverbindungen in Mineralien „gespeichert“: Kohle, Öl, Torf, Kalkstein. Riesige CO2-Reserven befinden sich in gelöster Form in den Weltmeeren.

Die Freisetzung von Kohlendioxid aus einem offenen Reservoir kann zu einer limnologischen Katastrophe führen, wie es beispielsweise 1984 und 1986 geschah. in den Seen Manun und Nyos in Kamerun. Beide Seen entstanden an der Stelle von Vulkankratern - jetzt sind sie erloschen, aber in der Tiefe gibt vulkanisches Magma immer noch Kohlendioxid ab, das in das Wasser der Seen aufsteigt und sich darin auflöst. Als Folge einer Reihe von klimatischen und geologischen Prozessen überschritt die Kohlendioxidkonzentration in den Gewässern den kritischen Wert. Wurde in die Atmosphäre freigesetzt große Menge Kohlendioxid, das wie eine Lawine die Berghänge hinabstürzte. Etwa 1.800 Menschen wurden Opfer limnologischer Katastrophen auf den kamerunischen Seen.

Künstliche Kohlendioxidquellen

Die wichtigsten anthropogenen Kohlendioxidquellen sind:

• Industrieemissionen im Zusammenhang mit Verbrennungsprozessen;
• Autotransport.

Obwohl der Anteil umweltfreundlicher Verkehrsmittel weltweit wächst, wird die große Mehrheit der Weltbevölkerung nicht bald in der Lage (oder willens) sein, auf neue Autos umzusteigen.

Aktive Abholzung zu industriellen Zwecken führt auch zu einer Erhöhung der Konzentration von Kohlendioxid CO2 in der Luft.

CO2 ist eines der Endprodukte des Stoffwechsels (der Abbau von Glukose und Fetten). Es wird in den Geweben ausgeschieden und durch Hämoglobin zur Lunge transportiert, durch die es ausgeatmet wird. In der ausgeatmeten Luft einer Person befinden sich etwa 4,5 % Kohlendioxid (45.000 ppm) – 60-110 mal mehr als in der eingeatmeten Luft.

Kohlendioxid spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der Blutversorgung und Atmung. Ein Anstieg des CO2-Gehalts im Blut bewirkt, dass sich die Kapillaren ausdehnen, wodurch mehr Blut durchgelassen wird, wodurch Sauerstoff an das Gewebe abgegeben und Kohlendioxid entfernt wird.

Auch das Atmungssystem wird durch einen Anstieg des Kohlendioxids stimuliert und nicht durch Sauerstoffmangel, wie es scheinen könnte. Tatsächlich wird der Sauerstoffmangel vom Körper lange Zeit nicht gespürt, und es ist durchaus möglich, dass eine Person in verdünnter Luft das Bewusstsein verliert, bevor sie einen Luftmangel verspürt. Die anregende Eigenschaft von CO2 wird in Beatmungsgeräten genutzt: Dort wird Kohlendioxid mit Sauerstoff vermischt, um die Atemwege zu „starten“.

Kohlendioxid und wir: Warum ist CO2 gefährlich?

Kohlendioxid ist für den menschlichen Körper genauso wichtig wie Sauerstoff. Doch genau wie beim Sauerstoff schadet ein Übermaß an Kohlendioxid unserem Wohlbefinden.

Eine hohe CO2-Konzentration in der Luft führt zu einer Vergiftung des Körpers und verursacht einen Zustand der Hyperkapnie. Bei Hyperkapnie leidet eine Person unter Atembeschwerden, Übelkeit, Kopfschmerzen und kann sogar ohnmächtig werden. Wenn der Kohlendioxidgehalt nicht abnimmt, kommt die Reihe - Sauerstoffmangel. Tatsache ist, dass sich sowohl Kohlendioxid als auch Sauerstoff auf demselben "Transport" - Hämoglobin - im Körper bewegen. Normalerweise "reisen" sie zusammen und heften sich an verschiedene Stellen des Hämoglobinmoleküls. Eine erhöhte Kohlendioxidkonzentration im Blut verringert jedoch die Fähigkeit von Sauerstoff, sich an Hämoglobin zu binden. Die Sauerstoffmenge im Blut nimmt ab und es kommt zu einer Hypoxie.

Solche ungesunden Folgen für den Körper treten beim Einatmen von Luft mit einem CO2-Gehalt von mehr als 5.000 ppm auf (dies kann beispielsweise die Luft in Bergwerken sein). Um fair zu sein, in gewöhnliches Leben solche Luft begegnen wir praktisch nicht. Aber auch eine viel geringere Kohlendioxidkonzentration ist nicht gut für die Gesundheit.

Nach einigen Erkenntnissen verursachen bereits 1.000 ppm CO2 bei der Hälfte der Probanden Müdigkeit und Kopfschmerzen. Viele Menschen spüren schon früher Nähe und Unbehagen. Bei einem weiteren Anstieg der Kohlendioxidkonzentration auf 1.500 - 2.500 ppm wird das Gehirn „faul“, die Initiative zu ergreifen, Informationen zu verarbeiten und Entscheidungen zu treffen.

Und wenn der Wert von 5.000 ppm im Alltag fast unmöglich ist, dann können 1.000 und sogar 2.500 ppm leicht Realität werden. moderner Mann. Unsere haben gezeigt, dass in spärlich belüfteten Klassenzimmern die CO2-Werte die meiste Zeit über 1.500 ppm bleiben und manchmal über 2.000 ppm steigen. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass die Situation in vielen Büros und sogar Wohnungen ähnlich ist.

Physiologen halten 800 ppm für ein sicheres Kohlendioxidniveau für das menschliche Wohlbefinden.

Eine andere Studie fand einen Zusammenhang zwischen dem CO2-Gehalt und oxidativem Stress: Je höher der Kohlendioxidgehalt, desto mehr leiden wir, was die Zellen unseres Körpers zerstört.

Kohlendioxid in der Erdatmosphäre

In der Atmosphäre unseres Planeten gibt es nur etwa 0,04 % CO2 (das sind etwa 400 ppm), in jüngerer Zeit waren es sogar noch weniger: Kohlendioxid hat erst im Herbst 2016 die Marke von 400 ppm überschritten. Wissenschaftler führen den Anstieg des CO2-Gehalts in der Atmosphäre auf die Industrialisierung zurück: Mitte des 18. Jahrhunderts, am Vorabend der industriellen Revolution, waren es nur etwa 270 ppm.