Ugljični dioksid u atmosferi

Ugljični dioksid (CO2) u Zemljinoj atmosferi slijedi putanju koja pomalo podsjeća na ciklus vode u prirodi, poznat svima od djetinjstva. Njegovo značenje svodi se na činjenicu da se CO2 pojavljuje u zraku kao rezultat prirodnih i umjetnih procesa, a zatim se dijelom uklanja iz atmosfere, a dijelom se u njoj nakuplja. gornje slojeve i utječe na klimu.

Raspodjela CO2 u Zemljinoj atmosferi

Stoljećima, sve do početka industrijske revolucije, glavni izvori stvaranja CO2 bili su prirodni procesi: vulkanske erupcije, organska razgradnja, šumski požari i disanje životinja. Ali otprilike od sredine 18.st. Na sadržaj CO2 u zraku počinje značajno utjecati ljudska industrijska aktivnost, prvenstveno ona koja je povezana s izgaranjem fosilnih goriva (nafta, ugljen, škriljevac, prirodni plin i dr.) i proizvodnjom cementa. Oni čine oko 75% antropogenih emisija CO2. Preostalih 25% je odgovorno za korištenje zemljišta, posebno za aktivno krčenje šuma.

Dio CO2 uklanja se iz zraka otapanjem u oceanu i apsorbiranjem u biljkama. Međutim, biljke ne samo da apsorbiraju ugljični dioksid, već ga i oslobađaju: u procesu disanja one, baš kao i ljudi, "udišu" kisik i "izdišu" CO2. Dakle, ugljikov dioksid je uvijek prisutan u atmosferi, pitanje je samo koliko ga ima.

Iza posljednjih desetljeća Razine CO2 rastu brže nego ikad prije dokumentarna povijest. Godine 1750. koncentracija CO2 u atmosferi iznosila je oko 270 ppm da bi se tek više od dvjesto godina kasnije, do 1958. godine, “dopuzala” do 320 ppm. Još pedesetak godina - i skok od čak 60 bodova: 2005. godine sadržaj CO2 u atmosferi iznosio je 380 ppm. U 2010. – već 395 ppm. I nedavno su znanstvenici izvijestili da sadržaj ugljični dioksid premašio 400 ppm i neće se vratiti u doglednoj budućnosti. Čini se da je vrijeme za ponovno pisanje enciklopedija.

Inače, u povijesti Zemlje bilo je razdoblja s puno višim razinama ugljičnog dioksida. Prije četiri milijarde godina atmosfera našeg mladog planeta sadržavala je čak 90% CO2. Istina, život još nije nastao: kisika uopće nije bilo. Prije 2,5 milijardi godina pojavile su se biljke i sve je postalo bolje.

Mora se reći da je oznaka od 400 ppm prije premašena. Sadržaj CO2 u atmosferi varira tijekom godine, a maksimum doseže u svibnju. Dakle, proljetno-ljetni porast koncentracije ugljičnog dioksida nije izazvao zabrinutost među znanstvenicima. U svibnju 2015. čak i na Antarktici razina CO2 dosegnula je 400 ppm, što se nije dogodilo 4 milijuna godina! Ali rujan tradicionalno bilježi najniži sadržaj CO2 u atmosferi u ovoj godini. Prema tome, prekoračenje granice od 400 ppm u rujnu jasno ukazuje na nekontrolirano povećanje količine ugljičnog dioksida u zraku.

Ugljični dioksid i mi

Što će se dogoditi s nama u tom “novom svijetu od četiri stotine pipijama”, kako je zapadni tisak uspio nazvati naš planet? Odgovor se može dati u dvije riječi: globalno zatopljenje.

Globalno zatopljenje počelo je davno, a izravno je povezano sa sadržajem ugljičnog dioksida u atmosferi. Činjenica je da CO2 nije samo plin, već staklenički plin. CO2 je izuzetno inertan; ne reagira lako s drugim kemijski elementi. Zbog toga se akumulira u Zemljinoj atmosferi, gdje se i zadržava toplinsko zračenje s njegove površine i sprječava njegov povratak u prostor. Ovo je efekt staklenika.

Učinak staklenika toliko je snažno povezan u našim umovima s globalnim zagrijavanjem da se obično povezuje s nečim negativnim. U međuvremenu, ugodan život na Zemlji dugujemo efektu staklenika. Bez staklenički plinovi(osim CO2 tu spadaju i vodena para, metan i ozon) prosječna temperatura na planeti bila bi –15°C, a ne +15°C kao sada.

Ali nekontrolirano povećanje sadržaja stakleničkih plinova dovodi do povećanja učinka staklenika, što zauzvrat dovodi do globalno zatopljenje. Svi su čuli za to i često se prema tome odnose s ironijom, a ponekad i sumnjom: nije li to zavjera proizvođača eko-goriva? Stvar je u tome što se čini da ne vidimo nikakve znakove globalnog zatopljenja Svakidašnjica.

Doista, globalno zagrijavanje je spor proces. Grenland se neće otopiti ni sutra, ni prekosutra, pa čak ni za sto godina. Neće biti golemog vala koji će odnijeti New York kao u filmovima katastrofe. Postupno će biti poplavljen: grad će se morati povući pod pritiskom rastućeg oceana. Mali pacifički otoci nestat će s lica Zemlje (točnije, mora). Vlažna područja postat će vlažnija, a suha područja postat će suša. U prvom će se razmnožavati insekti koji prenose bolesti; u drugom će doći do akutne nestašice hrane i piti vodu. Dotok svježe ledenjačke vode u ocean promijenit će tok toplih i hladnih struja, što prijeti hladnim udarima na sjevernoj hemisferi i uraganima diljem planeta. Nema potrebe nastavljati dalje: čak i ako se mali dio ovih predviđanja ostvari, čovječanstvu će biti teško.

U međuvremenu, prosječna godišnja temperatura diljem svijeta već treću godinu zaredom obara rekorde. 2016. godinu nazivaju najtoplijom godinom u posljednjih 150 godina. Znanstvenici su otkrili da se Zemljina atmosfera zagrijala za 1,45°C u odnosu na predindustrijsko razdoblje. Brojka se možda čini beznačajnom, ali je više nego dovoljna da otopi led.

Pogledajte sami:

Topljenje leda (NASA fotografije)

Vjačeslav Viktorovič Aleksejev, doktor fizikalno-matematičkih znanosti, voditelj Laboratorija za obnovljive izvore energije Geografskog fakulteta Moskovskog državnog sveučilišta M. V. Lomonosov. Specijalist u području matematičkog i fizičkog modeliranja geofizičkih sustava.

Sofya Valentinovna Kiseleva, kandidatkinja fizičkih i matematičkih znanosti, viša istraživačica u istom laboratoriju. Bavi se fizičkim modeliranjem procesa prijenosa ugljičnog dioksida i problemima suvremenih klimatskih promjena.

Nadezhda Ivanovna Chernova, kandidat bioloških znanosti, viši istraživač u istom laboratoriju. Bavi se ekološkim aspektima primjene solarna energija, problemi racionalnog korištenja prirodnih resursa.

Početkom 1998. bivši predsjednik Nacionalne akademije znanosti SAD-a F. Seitz podnio je peticiju znanstvenoj zajednici pozivajući vlade Sjedinjenih Država i drugih zemalja da odbiju potpisivanje sporazuma postignutih u Kyotu u prosincu 1997. o ograničavanju staklenika emisije plinova. Uz peticiju je bila priložena brošura pod naslovom “Utjecaji povećanja atmosferskog ugljičnog dioksida na okoliš.” Sadržao je izbor objavljenih rezultata znanstvenih istraživanja osmišljenih da dokažu ne samo nedostatak empirijskih podataka koji potvrđuju buduće zagrijavanje klime koje predviđaju mnogi znanstvenici, već i nedvojbenu korist za čovječanstvo od rasta stakleničkih plinova. Recenzija je istaknula sljedeće točke.

Sadašnji porast CO 2 u atmosferi događa se nakon gotovo 300 godina zagrijavanja. Stoga taj rast ne mora biti rezultat ljudske aktivnosti, već posljedica prirodnog procesa - pojačanog oslobađanja CO 2 od strane oceana s povećanjem temperature vode. Osim toga, u usporedbi s godišnjim antropogenim unosom ugljika u atmosferu (5,5 Gt), njegov sadržaj čak iu rezervoarima mobilnog fonda (u atmosferi - oko 750 Gt, u površinskim slojevima oceana - 1000 Gt, biota blizu Zemlje, uključujući tlo i detritus - oko 2200 Gt) toliko je velika da je antropogeni faktor rasta CO 2 u atmosferi teško smatrati značajnim.

Nadalje, autori prikaza iznose brojne podatke satelitskih mjerenja temperature donje troposfere (na visini od oko 4 km) za razdoblje 1958.-1996. i imajte na umu da od 1979. postoji slab negativan trend prosječne globalne temperature (–0,047°C tijekom 10 godina). U SAD-u je u posljednjih 10 godina prizemna temperatura zraka pala za 0,08°C.

U isto vrijeme podaci meteoroloških postaja daju pozitivne trendove temperatura površinskog sloja (+0,07°C tijekom 10 godina). Odstupanja u rezultatima znače da modeliranje budućih klimatskih promjena na temelju porasta temperatura rezultira netočnim predviđanjima. Raspravljajući o računalnim modelima efekta staklenika i klimatskog zatopljenja, autori recenzije ističu da je klima složen, nelinearan dinamički sustav. Nesigurnosti u utjecaju npr. oceanskih površinskih struja, oceanskog prijenosa topline, vlažnosti, naoblake itd., prema autorima, toliko su velike u usporedbi s utjecajem CO 2 da modelske procjene moderne temperaturne varijacije značajno odstupaju od dostupnih empirijskih podataka. Brojne povratne informacije klimatskog sustava, slabo reflektirane u modelima, također dovode do pogrešaka u prognozama i odstupanja od stvarnosti.

Kritizirajući kvalitetu prizemnih mjerenja temperature zraka, autori se osvrtaju na toplinski utjecaj urbaniziranih područja, koji iskrivljuje stvarnu sliku odnosa između povećanja koncentracije stakleničkih plinova i promjena atmosferske temperature. Trenutne klimatske promjene nisu ništa neobično; to su samo prirodne promjene uzrokovane kako unutarnjim zemaljskim varijacijama tako i vanjskim - posebice fluktuacijama sunčeve aktivnosti. Satelitski podaci dobiveni tijekom samo četiri godine (1993.-1997.), prema autorima, ne pokazuju nikakve promjene u razini mora, kako to predviđaju modeli globalnog zatopljenja. Broj jakih tropskih uragana u Atlantiku za razdoblje 1940-1997. i maksimalna brzina vjetra u njima se smanjila, što također proturječi i ideji globalnog zatopljenja i rezultatima modela.

Ovdje treba naglasiti da je općeprihvaćeno postojanje više od desetak klimotvornih čimbenika. Najznačajniji su sljedeći:

U studiji V.V.Klimenka i suradnika analiziran je utjecaj ovih faktora na ravnotežu zračenja unutar desetljeća i prošlog stoljeća. Kad se uzme u obzir sekularna klimatska varijabilnost, pokazalo se da je nakupljanje stakleničkih plinova u atmosferi uvjetovalo povećanje prosječne globalne temperature za 0,5°C. No, autori ističu da objašnjenje sadašnjih i budućih klimatskih promjena isključivo antropogenim čimbenikom počiva na vrlo klimavim temeljima, iako njegova uloga s vremenom svakako raste.

Od posebnog je interesa nedavni rad S. Cortija i njegovih kolega, u kojem je uočeno zagrijavanje na sjevernoj hemisferi također povezano uglavnom s prirodnim promjenama u režimima atmosferske cirkulacije. Istina, njegovi autori naglašavaju da ova činjenica ne može poslužiti kao dokaz nepostojanja antropogenog utjecaja na klimu. Detaljnu modelsku analizu uloge istih klimatskih čimbenika u povećanju prosječne prizemne temperature zraka nedavno su proveli britanski znanstvenici. Njihovi rezultati pokazuju da je zagrijavanje atmosfere u prvoj polovici 20.st. (između 1910. i 1940.) bio je uglavnom uzrokovan fluktuacijama Sunčeve aktivnosti iu manjoj mjeri antropogenih faktora- staklenički plinovi i aerosol troposferskog sulfata. Što se tiče razdoblja 1946.-1996., ovdje prirodne varijacije solarne i vulkanske aktivnosti imaju samo manji učinak na klimu u usporedbi s antropogenim utjecajem.

Utjecaj glavnih klimotvornih čimbenika na promjene prosječne globalne prizemne temperature. Procjene doprinosa koje pokazuju raspon vrijednosti: staklenički plinovi i sulfatni aerosoli (bijeli pravokutnici); Sunčeva aktivnost (ispunjeno točkama) i njihov zajednički utjecaj (osjenčano). Crni pravokutnici prikazuju rezultate instrumentalnih promatranja. (Tett S.F.B., Stott P.A. et al. 1999.)

Analiza tople biosfere razdoblja krede kao analoga predviđenom zatopljenju, koju je proveo N.M. Chumakov, pokazala je da utjecaj glavnih čimbenika koji stvaraju klimu (osim ugljičnog dioksida) nije dovoljan da objasni zagrijavanje takvih razmjera u prošlost. Efekt staklenika tražene veličine odgovarao bi višestrukom povećanju sadržaja CO 2 u atmosferi. Poticaj golemih klimatskih promjena u ovom razdoblju razvoja Zemlje najvjerojatnije je bila pozitivna povratna sprega između porasta temperature oceana i mora i porasta koncentracije atmosferskog ugljičnog dioksida.

Velika pozornost u navedenom prikazu posvećena je CO 2 kao „gnojivu“. Autori daju podatke o ubrzanju rasta biljaka s povećanim sadržajem ugljičnog dioksida u atmosferi. Konkretno, odgovor mladih borova, mladih stabala naranče i pšenice na povećanje sadržaja CO 2 u okolišu u rasponu od 400 do 800 ppm je gotovo linearan i pozitivan. Autori stoga zaključuju da se ti podaci mogu lako prenijeti na različite razine obogaćenja CO 2 i na različite biljne vrste. Autori također pripisuju povećanje mase američkih šuma (za 30% od 1950.) utjecaju sve veće količine ugljičnog dioksida u atmosferi. Pokazalo se da rast CO 2 ima veći stimulativni učinak na biljke koje rastu u sušnijim (stresnim) uvjetima. A intenzivan rast biljnih zajednica, prema autorima recenzije, neizbježno dovodi do povećanja ukupne mase životinja i pozitivno utječe na bioraznolikost u cjelini. Iz toga proizlazi optimističan zaključak: „Kao rezultat porasta CO 2 u atmosferi, živimo u sve povoljnijim uvjetima okoliš. Naša će djeca uživati ​​u životu na Zemlji s mnogo više biljaka i životinja. Ovo je prekrasan i neočekivani dar industrijske revolucije.”

Ipak, čini nam se da su mnogi podaci priloženi peticiji prilično kontradiktorni.

Umjesto zagrijavanja - hlađenje?

Naravno, fluktuacije u razinama CO 2 u atmosferi događale su se u prošlim razdobljima, ali nikada se te promjene nisu događale tako brzo. Ali ako je u prošlosti klima i biološki sustavi Zemlja je, zbog postupnih promjena u sastavu atmosfere, “uspjela” prijeći u novo stabilno stanje i bila u kvaziravnoteži, zatim u moderno razdoblje intenzivnom, izuzetno brzom promjenom plinskog sastava atmosfere, svi zemaljski sustavi izlaze iz stacionarnog stanja. Pa čak i ako zauzmemo stav autora koji poriču hipotezu o globalnom zatopljenju, ne možemo ne primijetiti da posljedice takvog “napuštanja kvazistacionarnog stanja”, posebice klimatske promjene, mogu biti najozbiljnije.

Osim toga, prema nekim predviđanjima, nakon postizanja maksimalne koncentracije CO 2 u atmosferi, ona će početi padati zbog smanjenja antropogenih emisija i apsorpcije ugljičnog dioksida od strane Svjetskog oceana i biote. U ovom slučaju, biljke će se opet morati prilagoditi promijenjenom okruženju.

U pregledu je svakako ispravno uočeno da se pri modeliranju posljedica porasta CO 2 i drugih stakleničkih plinova u atmosferi, kao iu suvremenim teorijskim konstrukcijama, ne uzimaju u obzir mnoge povratne sprege klimatskih sustava, što dovodi do pogrešnih prognoza, pa čak i , kako tvrde autori, na pogrešnost same ideje globalnog zatopljenja. Međutim, po našem mišljenju, to ne bi trebalo dovesti do negiranja mogućeg zagrijavanja klime, već do vjerojatnosti nepredvidivih klimatski utjecaji(primjerice, suprotan učinak - zahlađenje u nizu područja zemaljske kugle).

U tom pogledu iznimno su zanimljivi neki rezultati matematičkog modeliranja složenih posljedica mogućih promjena klime na Zemlji. Eksperimenti s trodimenzionalnim modelom spregnutog sustava oceana i atmosfere koje su proveli američki istraživači pokazali su da se termohalina sjevernoatlantska cirkulacija (Sjevernoatlantska struja) usporava kao odgovor na zagrijavanje. Kritična vrijednost koncentracije CO 2 koja uzrokuje ovaj učinak nalazi se između dvije i četiri predindustrijske vrijednosti sadržaja CO 2 u atmosferi (jednaka je 280 ppm, a moderna koncentracija je oko 360 ppm).

Koristeći jednostavniji model sustava ocean-atmosfera, stručnjaci su proveli detaljnu matematičku analizu gore opisanih procesa. Prema njihovim izračunima, s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida za 1% godišnje (što odgovara suvremenim stopama), Sjevernoatlantska struja se usporava, a s udjelom CO 2 od 750 ppm dolazi do njezinog kolapsa - potpunog prestanka Cirkulacija. Sa sporijim povećanjem udjela ugljičnog dioksida u atmosferi (i temperature zraka) - npr. za 0,5% godišnje, kada koncentracija dosegne 750 ppm, cirkulacija se usporava, ali se zatim polako obnavlja. U slučaju ubrzanog rasta stakleničkih plinova u atmosferi i povezanog zagrijavanja, Sjevernoatlantska struja kolabira pri nižim koncentracijama CO 2 - 650 ppm. Razlozi promjene struje su u tome što zagrijavanje kopnenog zraka uzrokuje povećanje temperature površinskih slojeva vode, kao i povećanje tlaka zasićena para u sjevernim krajevima, a time i povećana kondenzacija, zbog koje se povećava masa desalinizirane vode na površini oceana u sjevernom Atlantiku. Oba procesa dovode do povećane stratifikacije vodenog stupca i usporavaju (ili čak onemogućuju) konstantno stvaranje hladnih dubinskih voda u sjevernom Atlantiku, kada površinske vode, hladeći se i postajući teže, tonu na područja dna, a zatim polako kreću prema tropima.

Istraživanja ovakvih posljedica atmosferskog zagrijavanja, koja su nedavno proveli R. Wood i njegovi kolege, daju još zanimljiviju sliku mogućih događaja. Osim smanjenja ukupnog atlantskog transporta za 25%, pri sadašnjoj stopi rasta stakleničkih plinova, konvekcija će se "ugasiti" u Labradorskom moru, jednom od dva sjeverna središta formiranja hladnih dubokih voda. Štoviše, to bi se moglo dogoditi već u razdoblju od 2000. do 2030. godine.

Evolucija najvećeg slijeganja meridijanskog toka Sjevernoatlantske struje (rezultati proračuna za pet scenarija globalnog zatopljenja). I - koncentracija CO 2 doseže 560 ppm, protok lagano slabi, zatim se obnavlja; II, IV - koncentracija CO 2 - 650 i 750 ppm, stopa rasta CO 2 od 1% godišnje, cirkulacija je uništena; III, V - 650 i 750 ppm, stopa rasta 0,5% godišnje, protok slabi, zatim se oporavlja na nižoj razini.

Ove fluktuacije u sjevernoatlantskoj struji mogu dovesti do vrlo ozbiljnih posljedica. Konkretno, ako raspodjela toplinskih tokova i temperatura odstupi od sadašnje u atlantskom području sjeverne hemisfere, prosječne površinske temperature zraka nad Europom mogu se značajno smanjiti. Štoviše, promjene u brzini Sjevernoatlantske struje i zagrijavanje površinske vode može smanjiti apsorpciju CO 2 od strane oceana (prema izračunima spomenutih stručnjaka - za 30% kada se koncentracija ugljičnog dioksida u zraku udvostruči), što treba uzeti u obzir kako u prognozama budućeg stanja atmosferu i u scenarijima emisije stakleničkih plinova. Značajne promjene mogu se dogoditi i u morskim ekosustavima, uključujući populacije riba i morskih ptica, koje ovise ne samo o specifičnim klimatskim uvjetima, već i o hranjivim tvarima koje na površinu nose hladne oceanske struje. Ovdje želimo naglasiti iznimno važnu točku spomenutu: posljedice povećanja stakleničkih plinova u atmosferi, kao što se vidi, mogu biti mnogo složenije od jednolikog zagrijavanja prizemne atmosfere.

Moguće narušavanje ekosustava

Pri modeliranju izmjene ugljičnog dioksida potrebno je uzeti u obzir utjecaj na prijenos plina stanja sučelja između oceana i atmosfere. Tijekom niza godina u laboratorijskim i terenskim pokusima proučavali smo intenzitet prijenosa CO 2 u sustavu voda-zrak. Razmatran je utjecaj na izmjenu plinova uvjeta vjetra i valova i dispergiranog medija koji se formira blizu sučelja između dviju faza (mrskanje iznad površine, pjena, mjehurići zraka u vodenom stupcu). Pokazalo se da se brzina prijenosa plina kada se priroda poremećaja promijeni iz gravitacijsko-kapilarne u gravitacijsku značajno povećava. Taj učinak (uz povećanje temperature površine oceana) može dodatno pridonijeti protoku ugljičnog dioksida između oceana i atmosfere. S druge strane, značajan ponor CO 2 iz atmosfere su oborine koje, kako su naša istraživanja pokazala, uz ostale plinovite nečistoće intenzivno ispiraju i ugljikov dioksid. Izračuni uz korištenje podataka o sadržaju otopljenog ugljičnog dioksida u kišnici i godišnjim oborinama pokazali su da 0,2-1 Gt CO 2 godišnje može ući u ocean s kišom, a ukupna količina ugljičnog dioksida ispranog iz atmosfere može doseći 0,7-2,0 Gt.

Vraćajući se na teze autora priloga peticiji, napominjemo da se čini najkontroverznijim podatkom o blagotvornom utjecaju rasta CO 2 na zelene biljke. Činjenica je da postoji niz znanstvenih podataka prema kojima povećanje koncentracije CO 2 u atmosferi, čak i bez uzimanja u obzir globalnog zatopljenja, može dovesti do značajne promjene u strukturi i funkcioniranju ekosustava, što može biti nepovoljan za biljke. Pozitivan odgovor na povećanje ugljičnog dioksida u zraku uočen u pojedinoj biljci ne znači nužno da će doći do pojačanog rasta biljnih zajednica u cjelini.

Ideje autora o ulozi CO 2 kao stimulatora rasta ukorijenjene su u detalje fotosinteze. Doista, povećanje koncentracije ugljičnog dioksida može intenzivirati ovaj proces i stoga potaknuti rast biljaka. Takozvane C 3 biljke, koje uključuju gotovo sva stabla i mnoge glavne poljoprivredne kulture: rižu, pšenicu, krumpir, mahunarke, imaju koristi od toga. U C 3 biljkama, u prvoj fazi fiksacije, molekula CO 2 veže se na ribulozni difosfat koji sadrži šećer s 5 ugljika. Kao rezultat reakcije, koja se odvija pod djelovanjem enzima ribuloza difosfat karboksilaze, nastaje kratkotrajni nestabilan spoj, uključujući šećer sa 6 ugljika. Razgrađuje se na dva derivata, koji sadrže po tri atoma ugljika - otuda naziv "C 3 biljke". Kisik iz atmosferskog zraka natječe se s ugljikovim dioksidom za aktivno mjesto ribuloza difosfat karboksilaze. Ako O 2 pobijedi, biljka gubi energiju, budući da CO 2 nije fiksiran tijekom iskorištavanja kisika. Povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida povećava se vjerojatnost njegove “pobjede” u natjecanju s O2 za vezanje na aktivno središte enzima. Doista, u nizu eksperimenata, kada su koncentracije CO 2 postavljene na 600 ppm, fotorespiracija je smanjena za 50%, a njeno ograničavanje znači da biljka može koristiti više svoje energije za izgradnju tkiva. Međutim, kod ovih biljaka, u uvjetima povećane koncentracije CO 2, uočena je pojačana fotosinteza u početnoj fazi pokusa, ali nakon privremene aktivacije ona je inhibirana. Transportni sustav biljaka je poligenski, ovisi o mnogim čimbenicima (energetskim, hormonskim i dr.) i ne može se brzo prilagoditi. Stoga, s produljenom izloženošću biljke CO 2 u uvjetima povećane koncentracije, fotosinteza se smanjuje zbog prekomjernog nakupljanja škroba u kloroplastima.

Ipak, praksa je dokazala značajno povećanje rasta i akumulacije biomase kod biljaka uzgojenih uz povećanu koncentraciju ugljičnog dioksida, iako s vremenom intenzitet fotosinteze opada, približavajući se onom koji se opaža kod biljaka koje žive u atmosferi s normalnim plinskim sastavom. . Ova se razlika objašnjava regulatornim učinkom ugljičnog dioksida na funkciju rasta biljke. Dugotrajna izloženost biljke visokoj koncentraciji CO 2 prati povećanje lisne površine, poticanje rasta izdanaka drugog reda, relativno povećanje udjela korijena i skladišnih organa u biljci te povećanje tuberizacija. Funkcija rasta je poboljšana zbog stvaranja novog fotosintetskog aparata. To ukazuje na “dvostruku” ulogu CO 2 kao supstrata u procesu fotosinteze i kao regulatora procesa rasta. Kada se razina ugljičnog dioksida u atmosferi poveća, uspostavlja se novo stacionarno stanje sustava, koje odgovara novoj razini ugljičnog dioksida, što dovodi do povećanja prinosa uglavnom zbog povećanja volumena cijelog fotosintetskog sustava a manjim dijelom i zbog intenziteta fotosinteze po jedinici lisne površine.

Dobro poznata tehnika za povećanje intenziteta i produktivnosti fotosinteze je povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u staklenicima. Ova metoda omogućuje povećanje rasta biomase. Međutim, promjene u koncentraciji CO 2 utječu na sastav konačnih produkata fotosinteze: utvrđeno je da je pri visokim koncentracijama 14 CO 2 14 C uključen uglavnom u šećere, a pri niskim koncentracijama - u aminokiseline (serin, glicin , itd.).

Budući da se atmosferski ugljični dioksid djelomično apsorbira oborinama i površinskom slatkom vodom, povećava se sadržaj CO 2 u otopini tla i posljedično dolazi do zakiseljavanja okoliša. U pokusima provedenim u našem laboratoriju pokušalo se istražiti specifične učinke CO 2 otopljenog u vodi na akumulaciju biomase u biljkama. Presadnice pšenice uzgajane su na standardnim vodenim hranjivim podlogama u kojima su kao dodatni izvori ugljika, uz atmosferski ugljik, služili otopljeni molekularni CO 2 i bikarbonatni ion u različitim koncentracijama. To se postiglo mijenjanjem vremena zasićenja vodene otopine plinovitim ugljikovim dioksidom. Pokazalo se da početno povećanje koncentracije CO 2 u hranjivoj podlozi dovodi do stimulacije prizemne i korijenove mase biljaka pšenice. Međutim, kada je sadržaj otopljenog ugljičnog dioksida bio 2-3 puta veći od normalnog, uočena je inhibicija rasta korijena biljaka uz promjenu njihove morfologije. Moguće je da uz značajno zakiseljavanje okoliša dođe do smanjenja asimilacije ostalih hranjivih tvari (dušika, fosfora, kalija, magnezija, kalcija). Stoga se neizravni učinci povišenih koncentracija CO 2 moraju uzeti u obzir pri procjeni njihova učinka na rast biljaka.

Podaci o intenziviranju rasta biljaka različitih vrsta i starosti navedeni u prilogu peticije ostavljaju neodgovorenim pitanje uvjeta opskrbe objekata istraživanja hranjivim tvarima. Treba naglasiti da promjene koncentracije CO 2 moraju biti strogo usklađene s utroškom dušika, fosfora, drugih hranjivih tvari, svjetla i vode u procesu proizvodnje bez narušavanja ekološke ravnoteže. Stoga je uočen pojačan rast biljaka pri visokim koncentracijama CO 2 u okruženju bogatom hranjivim tvarima. Na primjer, u močvarama u ušću zaljeva Chesapeake (jugozapad SAD), gdje uglavnom rastu C 3 -biljke, povećanje CO 2 u zraku na 700 ppm dovelo je do intenziviranja rasta biljaka i povećanja gustoće njihovog rasta. . Analiza više od 700 agronomskih radova pokazala je da je uz visoke koncentracije CO 2 u okolišu prinos zrna bio u prosjeku 34% veći (gdje su u tlo dodane dovoljne količine gnojiva i vode – resursi dostupni u izobilju samo u razvijenim zemljama). zemlje). Za povećanje produktivnosti poljoprivrednih kultura u uvjetima porasta ugljičnog dioksida u zraku očito će biti potrebna ne samo značajna količina gnojiva, već i sredstava za zaštitu bilja (herbicidi, insekticidi, fungicidi i dr.), kao i opsežna rad navodnjavanja. Razumno je bojati se da će troškovi ovih aktivnosti i posljedice na okoliš biti preveliki i nesrazmjerni.

Istraživanja su također otkrila ulogu konkurencije u ekosustavima, koja dovodi do smanjenja stimulativnog učinka visokih koncentracija CO 2 . Doista, sadnice drveća iste vrste u umjerenoj klimi (Nova Engleska, SAD) i tropima bolje su rasle pri visokim koncentracijama atmosferskog CO 2, ali kada su sadnice različitih vrsta uzgajane zajedno, produktivnost takvih zajednica nije se povećala. pod istim uvjetima. Vjerojatno je da natjecanje za hranjive tvari inhibira reakcije biljaka na porast ugljičnog dioksida.

Visok sadržaj CO 2 u zraku može biti nepovoljan za tzv. C 4 biljke, čiji su prvi produkti fotosinteze spojevi četiri ugljikova atoma: jabučna i asparaginska kiselina, oksalacetat. Ova klasa uključuje mnoge biljke suhih, vrućih tropskih i suptropskih područja, poljoprivredne kulture - kukuruz, sirak, šećerna trska itd. C 4 biljke imaju dodatni mehanizam karboksilacije - neku vrstu pumpe koja koncentrira CO 2 u blizini aktivnog centra enzima. , omogućujući tim biljkama da dobro rastu pri normalnim koncentracijama ugljičnog dioksida. U C4 biljkama, u normalnim uvjetima, potrošnja energije za fotorespiraciju je znatno manja, pa je učinkovitost fotosinteze stoga veća nego u C3 biljkama. Otprilike isto se događa tijekom fotosinteze, što je karakteristično za tipične sukulente. To se zove CAM fotosinteza (Crassulacean Acid Metabolism). CAM biljke, poput C4 biljaka, koriste i C3 i C4 staze fotosinteze, ali se razlikuju od C4 biljaka po tome što ih karakterizira razdvajanje tih staza samo u vremenu, ali ne i u prostoru, kao kod C4 biljaka.

Dakle, povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida, C3 biljke se nalaze u povoljnijem položaju od C4 i CAM biljaka, a to zauzvrat može imati vrlo ozbiljne posljedice. Mnoge C4 biljke postat će rijetke ili će se suočiti s izumiranjem. U agroekosustavima pri uzgoju C4 biljaka, poput kukuruza ili šećerne trske, povećana koncentracija CO2 može dovesti do smanjenja njihove produktivnosti, dok će korovi, koji su zastupljeni uglavnom C3 biljkama, dobiti prednost. Kao rezultat toga, moguće je značajno smanjenje prinosa.

U slučaju zatopljenja, pojačani rast biljaka, koje apsorbiraju atmosferski ugljikov dioksid, ne može nadoknaditi ubrzanu razgradnju organske tvari. Ovo je posebno važno budući da se na staništima na visokim geografskim širinama, poput tundre, očekuje najveći porast temperatura. U zoni permafrost Kako se led bude otapao, sve će više treseta biti izloženo mikroorganizmima koji se raspadaju organska tvar. Ovaj proces će zauzvrat dovesti do većeg ispuštanja CO 2 i CH 4 u atmosferu. Procjenjuje se da će povećanjem ljetnih temperatura u tundri za 4°C, do 50% ugljika iz treseta biti dodatno ispušteno u atmosferu, unatoč intenzivnijem rastu biljaka. U ovoj je zoni sama vegetacija tundre važan čimbenik koji stvara klimu, pa će sa zagrijavanjem pomicanje granice šuma prema sjeveru imati ozbiljne posljedice. Promijenit će se struktura zaliha hrane: lišajeve i mahovine, koji gravitiraju niskim temperaturama, zamijenit će grmolika vegetacija, neprikladna za jelene. Osim toga, povećanje dubine snježnog pokrivača nepovoljno će utjecati na preživljavanje mladih životinja koje se pojavljuju u ovom trenutku.

Konkurentski međusobni utjecaj biljaka s ograničenim zalihama hranjivih tvari utjecat će ne samo na prirodni ekosustavi, ali i na ekosustave koje su stvorili ljudi. Stoga je dvojbena teza da će buduće povećanje razine CO 2 u atmosferi dovesti do bogatijih uroda i, kao posljedica toga, povećanja proizvodnosti životinja.

Proučavanje adaptivne strategije i odgovora biljaka na fluktuacije glavnih čimbenika koji utječu na klimatske promjene i značajke okoliša omogućilo je razjašnjenje nekih prognoza. Još 1987. godine pripremljen je scenarij agroklimatskih posljedica suvremenih klimatskih promjena i porasta CO 2 u Zemljinoj atmosferi za Sjeverna Amerika. Prema procjenama, porastom koncentracije CO 2 na 400 ppm i porastom prosječne globalne temperature, Zemljina površina za 0,5°C, prinos pšenice u ovim uvjetima će se povećati za 7-10%. Ali povećanje temperature zraka u sjevernim geografskim širinama bit će posebno vidljivo zimi i uzrokovat će izuzetno nepovoljna česta zimska otapanja, što može dovesti do slabljenja otpornosti ozimih usjeva na mraz, smrzavanja usjeva i oštećenja od ledene kore. Predviđeno povećanje u toplom razdoblju uvjetovat će izbor novih sorti s duljom vegetacijom.

Što se tiče predviđanja prinosa glavnih poljoprivrednih usjeva za Rusiju, kontinuirani porast prosječnih površinskih temperatura zraka i porast CO 2 u atmosferi, čini se, trebali bi imati pozitivan učinak. Utjecaj samo porasta ugljičnog dioksida u atmosferi može osigurati povećanje produktivnosti vodećih poljoprivrednih kultura - C 3 -biljki (žitarice, krumpir, repa, itd.) - u prosjeku za 20-30%, dok za C 4 -biljke (kukuruz, proso, sirak, amarant) ovaj rast je neznatan. Međutim, zatopljenje će očito dovesti do smanjenja razine ovlaživanje atmosfere za oko 10%, što će zakomplicirati poljoprivredu posebno u južnom dijelu europskog teritorija, u regiji Volge, u stepskim regijama zapadne i Istočni Sibir. Ovdje možemo očekivati ​​ne samo smanjenje prinosa proizvoda po jedinici površine, već i razvoj erozijskih procesa (osobito vjetra), pogoršanje kvalitete tla, uključujući gubitak humusa, salinizaciju i dezertifikaciju velikih površina. Utvrđeno je da zasićenost površinskog sloja atmosfere debljine do 1 m viškom CO 2 može odgovoriti "učinkom pustinje". Ovaj sloj apsorbira dizanje toplinski tokovi, dakle, kao rezultat njegovog obogaćivanja ugljičnim dioksidom (1,5 puta u usporedbi s trenutnom normom), lokalna temperatura zraka izravno na zemljinoj površini postat će nekoliko stupnjeva viša od prosječne temperature. Brzina isparavanja vlage iz tla će se povećati, što će dovesti do njegovog isušivanja. Zbog toga bi se u cijeloj zemlji mogla smanjiti proizvodnja žitarica, stočne hrane, šećerne repe, krumpira, suncokreta, povrća itd. Zbog toga će se promijeniti omjeri između rasporeda stanovništva i proizvodnje glavnih vrsta poljoprivrednih proizvoda.

Kopneni ekosustavi su stoga vrlo osjetljivi na povećanje CO 2 u atmosferi, a apsorbirajući višak ugljika tijekom fotosinteze, oni zauzvrat doprinose rastu atmosferskog ugljičnog dioksida. Procesi disanja tla igraju jednako važnu ulogu u formiranju razine CO 2 u atmosferi. Poznato je da suvremeno zagrijavanje klime uzrokuje povećano oslobađanje anorganskog ugljika iz tla (osobito u sjevernim geografskim širinama). Izračuni modela provedeni za procjenu odgovora kopnenih ekosustava na globalne promjene klime i razine CO 2 u atmosferi pokazali su da u slučaju samo povećanja CO 2 (bez klimatskih promjena), stimulacija fotosinteze opada pri visokim CO 2 vrijednostima, ali se oslobađanje ugljika iz tla povećava kako se on nakuplja u vegetaciji i tlu. Ako se razine CO 2 u atmosferi stabiliziraju, neto proizvodnja ekosustava (neto protok ugljika između biote i atmosfere) brzo pada na nulu jer se fotosinteza kompenzira disanjem biljaka i tla. Odgovor kopnenih ekosustava na klimatske promjene bez utjecaja porasta CO 2, prema ovim izračunima, može biti smanjenje globalnog protoka ugljika iz atmosfere u biotu zbog povećanog disanja tla u sjevernim ekosustavima i smanjenja neto primarnog proizvodnja u tropima kao rezultat smanjenja sadržaja vlage u tlu. Ovaj rezultat podupiru procjene da učinci zagrijavanja na disanje tla nadmašuju učinke na rast biljaka i smanjuju skladištenje ugljika u tlu. Kombinirani učinci globalnog zatopljenja i porasta atmosferskog CO2 mogu povećati globalnu neto proizvodnju ekosustava i potonuće ugljika u biotu, ali značajna povećanja u disanju tla mogu nadoknaditi ovo ponorenje zimi i u proljeće. Važno je da ova predviđanja odgovora kopnenih ekosustava značajno ovise o sastavu vrsta biljnih zajednica, opskrbljenosti hranjivim tvarima, starosti vrsta drveća i značajno variraju unutar klimatskih zona.

* * * Podaci izneseni u prilogu peticije imali su za cilj, kao što je naznačeno, spriječiti usvajanje dokumenta koji je razvijen na međunarodnom sastanku u Kyotu 1997. i otvoren za potpisivanje od ožujka 1998. do ožujka 1999. Kao što pokazuju rezultati sastanka u Buenos-Ayresu (studeni 1998.), vjerojatnost da će ovaj dokument biti potpisan od strane niza industrijaliziranih zemalja, a prvenstveno Sjedinjenih Američkih Država, praktički je izostala. U tom smislu postoji potreba za poboljšanjem strategija za rješavanje problema globalnih klimatskih promjena.

Zamjenik ravnatelja The World Watch Instituta K. Flavin smatra stvaranje inicijativne skupine nužnim elementom daljnjeg kretanja. Uključit će zemlje (osobito Europu i Latinsku Ameriku) koje su potpisale Kyoto protokol, Najveći gradovi, “konstruktivno razmišljajućih korporacija i tvrtki” (“British Petroleum”, “Enron Corporation”, “Royal Deutsch Shell” itd.) koje aktivno podržavaju ograničavanje emisija stakleničkih plinova i uključile su se u proces ograničavanja svojih emisija temeljem trgovanja emisijama.

Smatramo da bi važan doprinos rješavanju ovog problema moglo biti uvođenje tehnologija za uštedu energije i korištenje obnovljivih izvora energije.

Književnost

1 Robinson A.B., Baliunas S.L., Soon W., Robinson Z.W. Učinci povećanog atmosferskog ugljičnog dioksida na okoliš. Peticija je, zajedno s recenzijom, poslana znanstvenim institutima i pojedinim znanstvenicima s molbom da je potpišu i potom distribuiraju kolegama. Primjerak peticije i recenzije na ruskom i Engleski jezik Dostupno od urednika “Nature”.

2 Za više detalja vidi: Sidorenkov N.S. Međugodišnje fluktuacije u sustavu atmosfera-ocean-Zemlja //Priroda. 1998. br. 7. Str.26-34.

3 Klimenko V.V., Klimenko A.V., Snytin S.Yu., Fedorov M.V. // Termoenergetika. 1994. br.1. Str.5-11.

4 Corti S., Molteni F., Palmer T.N. //Priroda. 1999.V.398. broj 6730. P.799-802.

5 Tett S.F.B., Stott P.S., Allen M.R., Ingram W.J., Mitchell J.F.B. //Priroda. 1999.V.399. broj 6736. P.569-572.

16 Mokronosov A.T. Fotosinteza i promjene sadržaja CO 2 u atmosferi // Nature. 1994. br. 7. Str.25-27.

17 Skurlatov Yu.I. i dr. Uvod u kemiju okoliša. M., 1994. Str.38.

18 Romanenko G.A., Komov N.V., Tyutyunnikov A.I. Klimatske promjene i moguće posljedice ovog procesa u poljoprivredi // Zemljišni resursi Rusije, učinkovitost njihove upotrebe. M., 1995. P.87-94.

19 Mingkui C., Woodward F. I. // Priroda. 1998.V.393. broj 6682. P.249-252.

U rujnu 2016. koncentracija ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi premašila je psihološki značajnu granicu od 400 ppm (dijelova na milijun). Time su upitni planovi razvijenih zemalja da spriječe porast temperature Zemlje za više od 2 stupnja.

Globalno zatopljenje je povećanje prosječne temperature klimatskog sustava Zemlje. U razdoblju od 1906. do 2005. godine prosječna temperatura zraka u blizini površine planeta porasla je za 0,74 stupnja, a stopa porasta temperature u drugoj polovici stoljeća bila je otprilike dvostruko veća nego za cijelo razdoblje. Za sve vrijeme promatranja, 2015. se smatra najtoplijom godinom, kada su svi pokazatelji temperature bili za 0,13 stupnjeva viši od onih iz 2014., prethodnog rekordera. U razne dijelove Temperature različito variraju diljem svijeta. Od 1979. godine temperature iznad kopna porasle su dvostruko više nego iznad oceana. To se objašnjava činjenicom da temperatura zraka iznad oceana raste sporije zbog njegovog velikog toplinskog kapaciteta.

Kretanje ugljičnog dioksida u atmosferi

Ljudska aktivnost smatra se glavnim uzrokom globalnog zatopljenja. Neizravne metode istraživanja pokazale su da je do 1850. godine, tijekom jedne ili dvije tisuće godina, temperatura ostala relativno stabilna, iako uz određena regionalna kolebanja.

Dakle, početak klimatskih promjena praktički koincidira s početkom industrijske revolucije u većini zapadne zemlje. Glavnim razlogom danas se smatra emisija stakleničkih plinova. Činjenica je da se dio energije koju planet Zemlja prima od Sunca ponovno zrači natrag u svemir u obliku toplinskog zračenja.

Staklenički plinovi ometaju ovaj proces apsorbirajući dio topline i zadržavajući je u atmosferi.

Dodavanje stakleničkih plinova u atmosferu dovodi do još većeg zagrijavanja atmosfere i povećanja temperature na površini planeta. Glavni staklenički plinovi u Zemljinoj atmosferi su ugljikov dioksid (CO 2) i metan (CH 4). Kao rezultat ljudske industrijske aktivnosti, koncentracija ovih plinova u zraku raste, što dovodi do godišnjeg povećanja temperature.

Budući da klimatsko zatopljenje prijeti doslovno cijelom čovječanstvu, diljem svijeta se iznova pokušava taj proces staviti pod kontrolu. Do 2012. glavni globalni sporazum za borbu protiv globalnog zatopljenja bio je Protokol iz Kyota.

Pokrivao je više od 160 zemalja i činio 55% globalnih emisija stakleničkih plinova. Međutim, nakon završetka prve faze Protokola iz Kyota, zemlje sudionice nisu se mogle dogovoriti o daljnjim akcijama. Dio prepreka za izradu druge faze ugovora je to što mnogi sudionici izbjegavaju korištenje proračunskog pristupa za određivanje svojih obveza vezanih uz emisije CO 2 . Proračun emisije CO 2 je količina emisije u određenom vremenskom razdoblju, koja se izračunava iz temperature koju sudionici ne smiju prekoračiti.

Prema odlukama iz Durbana, nikakav obvezujući klimatski sporazum neće biti na snazi ​​do 2020., unatoč potrebi za hitnim naporima za smanjenje emisija plinova i smanjenje emisija. Istraživanja pokazuju da je trenutno jedini način da se osigura "razumna vjerojatnost" ograničenja zagrijavanja na 2 stupnja (što karakterizira opasne klimatske promjene) ograničavanje gospodarstava razvijenih zemalja i njihov prijelaz na strategiju protiv rasta.

A u rujnu 2016. godine, prema opservatoriju Mauna Loa, prevladana je još jedna psihološka barijera za emisiju stakleničkog plina CO 2 - 400 ppm (dijelova na milijun). Mora se reći da je ova vrijednost višestruko premašena,

no rujan se tradicionalno smatra mjesecom s najnižom koncentracijom CO 2 na sjevernoj hemisferi.

To se objašnjava činjenicom da zelena vegetacija uspije apsorbirati određenu količinu stakleničkog plina iz atmosfere tijekom ljeta prije nego što lišće otpadne s drveća i dio CO 2 se vrati. Stoga, ako je psihološki važan prag od 400 ppm premašen u rujnu, tada najvjerojatnije mjesečni pokazatelji nikada neće biti niži od te vrijednosti.

“Je li moguće da se u listopadu ove godine koncentracija smanji u odnosu na rujan? Potpuno isključeno

- objašnjava na svom blogu Ralph Keeling, suradnik na Scripps institutu za oceanografiju u San Diegu. "Kratkoročni padovi razina koncentracije su mogući, ali mjesečni prosjeci sada će uvijek prelaziti 400 ppm."

Keeling također primjećuje da tropski cikloni mogu smanjiti koncentracije CO 2 za kratko vrijeme. Gavin Schmidt, glavni znanstvenik za klimu, slaže se: „U najboljem slučaju, možemo očekivati ​​neku ravnotežu, a razine CO 2 neće rasti prebrzo. Ali, po mom mišljenju, CO 2 nikada neće pasti ispod 400 ppm.”

Prema prognozi, do 2099. godine koncentracija CO 2 na Zemlji bit će 900 ppm, što će biti oko 0,1% ukupne atmosfere našeg planeta. Kao rezultat toga, prosječna dnevna temperatura u gradovima kao što su Jeruzalem, New York, Los Angeles i Mumbai bit će blizu +45°C. U Londonu, Parizu i Moskvi temperature će ljeti prelaziti +30°C.

Soda, vulkan, Venera, hladnjak - što im je zajedničko? Ugljični dioksid. Najviše smo prikupili za vas zanimljiva informacija o jednom od najvažnijih kemijski spojevi na tlu.

Što je ugljikov dioksid

Ugljični dioksid poznat je uglavnom po svom plinovito stanje, tj. kao ugljikov dioksid s jednostavnim kemijska formula CO2. U ovom obliku postoji u normalnim uvjetima – kada atmosferski pritisak i "normalne" temperature. Ali pri povećanom tlaku, iznad 5850 kPa (kakav je, primjerice, tlak na dubini mora od oko 600 m), taj plin prelazi u tekućinu. A kada se jako ohladi (minus 78,5°C), kristalizira se i postaje takozvani suhi led, koji se široko koristi u trgovini za čuvanje smrznute hrane u hladnjacima.

Tekući ugljikov dioksid i suhi led se proizvode i koriste u ljudska aktivnost, ali ti su oblici nestabilni i lako se raspadaju.

Ali plin ugljični dioksid raspoređen je posvuda: oslobađa se tijekom disanja životinja i biljaka i važna je komponenta kemijski sastav atmosferu i ocean.

Svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid CO2 je bez boje i mirisa. U normalnim uvjetima nema okusa. Međutim, ako udišete visoke koncentracije ugljičnog dioksida, možete osjetiti kiselkast okus u ustima, uzrokovan ugljičnim dioksidom koji se otapa na sluznicama iu slini, stvarajući slabu otopinu ugljične kiseline.

Inače, sposobnost ugljičnog dioksida da se otopi u vodi koristi se za izradu gazirane vode. Mjehurići limunade isti su ugljični dioksid. Prvi uređaj za zasićenje vode CO2 izumljen je davne 1770. godine, a već 1783. godine poduzetni Švicarac Jacob Schweppes započeo je industrijsku proizvodnju sode (marka Schweppes i danas postoji).

Ugljični dioksid je 1,5 puta teži od zraka, pa ima tendenciju da se "taloži" u njegovim donjim slojevima ako je prostorija slabo prozračena. Poznat je efekt “pseće špilje” gdje se CO2 oslobađa izravno iz tla i nakuplja na visini od oko pola metra. Odrasla osoba, ulazeći u takvu špilju, na vrhuncu svog rasta ne osjeća višak ugljičnog dioksida, ali psi se nađu izravno u debelom sloju ugljičnog dioksida i otruju se.

CO2 ne podržava izgaranje, zbog čega se koristi u aparatima za gašenje požara i sustavima za suzbijanje požara. Trik gašenja goruće svijeće sadržajem navodno prazne čaše (a zapravo ugljičnim dioksidom) temelji se upravo na tom svojstvu ugljičnog dioksida.

Ugljični dioksid u prirodi: prirodni izvori

Ugljični dioksid se u prirodi stvara iz različitih izvora:

• Disanje životinja i biljaka.
  Svaki školarac zna da biljke apsorbiraju ugljični dioksid CO2 iz zraka i koriste ga u procesima fotosinteze. Neke domaćice pokušavaju nadoknaditi nedostatke obiljem sobnih biljaka. Međutim, biljke ne samo da apsorbiraju, već i oslobađaju ugljični dioksid u nedostatku svjetla - to je dio procesa disanja. Stoga džungla u loše prozračenoj spavaćoj sobi nije dobra ideja: razina CO2 će još više rasti noću.
• Vulkanska aktivnost.
  Ugljični dioksid je dio vulkanskih plinova. U područjima s visokim vulkanska aktivnost CO2 se može ispuštati izravno iz tla - iz pukotina i pukotina koje se nazivaju mofeti. Koncentracija ugljičnog dioksida u dolinama s mofetima je toliko visoka da mnoge male životinje umiru kada tamo dospiju.
• Razgradnja organske tvari.
  Ugljični dioksid nastaje izgaranjem i raspadanjem organske tvari. Velike prirodne emisije ugljičnog dioksida prate šumske požare.

Ugljični dioksid se u prirodi “pohranjuje” u obliku ugljikovih spojeva u mineralima: ugljen, nafta, treset, vapnenac. Ogromne rezerve CO2 nalaze se u otopljenom obliku u svjetskim oceanima.

Ispuštanje ugljičnog dioksida iz otvorenog rezervoara može dovesti do limnološke katastrofe, kao što se dogodilo, primjerice, 1984. i 1986. godine. u jezerima Manoun i Nyos u Kamerunu. Oba jezera su nastala na mjestu vulkanskih kratera - sada su izumrli, ali u dubinama vulkanska magma i dalje oslobađa ugljični dioksid, koji se diže u vode jezera i otapa se u njima. Kao rezultat niza klimatskih i geoloških procesa, koncentracija ugljičnog dioksida u vodama premašila je kritičnu vrijednost. Ispušten je u atmosferu veliki iznos ugljičnog dioksida, koji se poput lavine spuštao niz planinske padine. Oko 1800 ljudi postalo je žrtvama limnoloških katastrofa na kamerunskim jezerima.

Umjetni izvori ugljičnog dioksida

Glavni antropogeni izvori ugljičnog dioksida su:

• industrijske emisije povezane s procesima izgaranja;
• automobilski prijevoz.

Unatoč činjenici da udio ekološki prihvatljivog prijevoza u svijetu raste, velika većina svjetskog stanovništva neće tako skoro imati priliku (ili želju) prijeći na nove automobile.

Aktivna sječa šuma u industrijske svrhe također dovodi do povećanja koncentracije ugljičnog dioksida CO2 u zraku.

CO2 je jedan od krajnjih produkata metabolizma (razgradnja glukoze i masti). Izlučuje se u tkivima i prenosi hemoglobinom do pluća kroz koja se izdiše. Zrak koji osoba izdahne sadrži oko 4,5% ugljičnog dioksida (45 000 ppm) - 60-110 puta više nego u zraku koji udiše.

Ugljični dioksid ima veliku ulogu u regulaciji krvotoka i disanja. Povećanje razine CO2 u krvi uzrokuje širenje kapilara, dopuštajući da više krvi prođe kroz njih, što dovodi kisik do tkiva i uklanja ugljični dioksid.

Dišni sustav također potiče povećanje ugljičnog dioksida, a ne manjak kisika, kako bi se moglo činiti. U stvarnosti nedostatak kisika tijelo dugo ne osjeti i vrlo je moguće da će u prorijeđenom zraku čovjek izgubiti svijest prije nego što osjeti nedostatak zraka. Stimulativno svojstvo CO2 koristi se u uređajima za umjetno disanje: gdje se ugljični dioksid miješa s kisikom kako bi se "pokrenuo" dišni sustav.

Ugljični dioksid i mi: zašto je CO2 opasan

Ugljični dioksid neophodan je ljudskom tijelu baš kao i kisik. No baš kao i s kisikom, višak ugljičnog dioksida šteti našem blagostanju.

Visoka koncentracija CO2 u zraku dovodi do intoksikacije organizma i uzrokuje stanje hiperkapnije. Uz hiperkapniju, osoba ima poteškoće s disanjem, mučninu, glavobolju, a može čak i izgubiti svijest. Ako se sadržaj ugljičnog dioksida ne smanji, tada dolazi do gladovanja kisikom. Činjenica je da se i ugljični dioksid i kisik kreću kroz tijelo istim "transportom" - hemoglobinom. Normalno, oni "putuju" zajedno, pričvršćujući se na različita mjesta na molekuli hemoglobina. Međutim, povećane koncentracije ugljičnog dioksida u krvi smanjuju sposobnost vezanja kisika na hemoglobin. Smanjuje se količina kisika u krvi i dolazi do hipoksije.

Takve nezdrave posljedice za organizam nastaju pri udisanju zraka s udjelom CO2 većim od 5000 ppm (to može biti npr. zrak u rudnicima). Da budemo pošteni, u uobicajen život s takvim se zrakom praktički nikad ne susrećemo. No, puno niža koncentracija ugljičnog dioksida nema najbolji učinak na zdravlje.

Prema nekim nalazima čak 1000 ppm CO2 izaziva umor i glavobolju kod polovice ispitanika. Mnogi ljudi počnu osjećati začepljenost i nelagodu čak i ranije. S daljnjim povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida na kritičnih 1500 – 2500 ppm, mozak je "lijen" da preuzme inicijativu, obradi informacije i donese odluke.

I ako je razina od 5000 ppm gotovo nemoguća u svakodnevnom životu, onda 1000 pa čak i 2500 ppm lako može biti dio stvarnosti modernog čovjeka. Naši su pokazali da u školskim učionicama s rijetkom ventilacijom razina CO2 ostaje iznad 1500 ppm većinu vremena, a ponekad skoči iznad 2000 ppm. Postoji svaki razlog za vjerovanje da je slična situacija u mnogim uredima, pa čak i stanovima.

Fiziolozi smatraju da je 800 ppm sigurna razina ugljičnog dioksida za dobrobit ljudi.

Drugo istraživanje otkrilo je vezu između razine CO2 i oksidativnog stresa: što je viša razina ugljičnog dioksida, to više patimo od oksidativnog stresa koji oštećuje stanice našeg tijela.

Ugljični dioksid u Zemljinoj atmosferi

U atmosferi našeg planeta ima samo oko 0,04% CO2 (to je otprilike 400 ppm), a nedavno je bilo i manje: ugljični dioksid je prešao granicu od 400 ppm tek u jesen 2016. godine. Znanstvenici porast razine CO2 u atmosferi pripisuju industrijalizaciji: sredinom 18. stoljeća, uoči industrijske revolucije, iznosio je samo oko 270 ppm.