Szén-dioxid a légkörben

A Föld légkörében a szén-dioxid (CO2) egy olyan utat követ, amely homályosan emlékeztet a természetben zajló víz körforgására, amelyet mindenki gyermekkora óta ismer. Jelentése abban rejlik, hogy a CO2 természetes és mesterséges folyamatok eredményeként megjelenik a levegőben, majd részben kikerül a légkörből, részben felhalmozódik benne. felső rétegekés befolyásolja az éghajlatot.

A CO2 eloszlása ​​a Föld légkörében

Sok évszázadon át, az ipari forradalom kezdetéig a CO2 képződésének fő forrásai a természetes folyamatok voltak: vulkánkitörések, szerves bomlás, erdőtüzek és állatok légzése. De nagyjából a 18. század közepétől. A levegő CO2-tartalmát kezdi jelentősen befolyásolni az emberi ipari tevékenység, elsősorban azok a típusok, amelyek a fosszilis tüzelőanyagok (olaj, szén, pala, földgáz stb.) elégetésével és a cementgyártással kapcsolatosak. Az antropogén CO2-kibocsátás mintegy 75%-áért felelősek. A fennmaradó 25% a földhasználatért, különösen az aktív erdőirtásért felelős.

A CO2 egy része úgy távozik a levegőből, hogy feloldja az óceánban, és a növények felszívják. A növények azonban nemcsak felszívják, hanem ki is bocsátják a szén-dioxidot: a légzés során az emberekhez hasonlóan oxigént „beszívnak”, CO2-t „kilélegeznek”. A szén-dioxid tehát mindig jelen van a légkörben, a kérdés csak az, hogy mennyi.

Mögött elmúlt évtizedek A CO2-szint gyorsabban emelkedik, mint valaha dokumentumfilm történet. 1750-ben a CO2 koncentrációja a légkörben körülbelül 270 ppm volt, és csak több mint kétszáz évvel később, 1958-ra „kúszott” 320 ppm-re. Újabb ötven év – és akár 60 pontos ugrás: 2005-ben a légkör CO2-tartalma 380 ppm volt. 2010-ben – már 395 ppm. És a közelmúltban a tudósok arról számoltak be, hogy a tartalom szén-dioxid meghaladta a 400 ppm-et, és a belátható jövőben nem tér vissza. Úgy tűnik, itt az ideje átírni az enciklopédiákat.

A Föld történetében egyébként voltak olyan időszakok, amikor sokkal magasabb volt a szén-dioxid szint. Négymilliárd évvel ezelőtt fiatal bolygónk légköre 90%-ban CO2-t tartalmazott. Igaz, az élet még nem keletkezett: egyáltalán nem volt oxigén. 2,5 milliárd évvel ezelőtt megjelentek a növények, és minden jobb lett.

El kell mondani, hogy a 400 ppm-es határt már korábban is túlszárnyalták. A légkör CO2-tartalma egész évben változik, maximumát májusban éri el. A szén-dioxid-koncentráció tavaszi-nyári növekedése tehát nem keltett aggodalmat a tudósokban. 2015 májusában még az Antarktiszon is elérte a 400 ppm-et a CO2 szint, ami 4 millió éve nem fordult elő! De szeptemberben hagyományosan az év legalacsonyabb CO2-tartalma van a légkörben. Ezért a 400 ppm-es határ szeptemberi átlépése egyértelműen a levegő szén-dioxid mennyiségének ellenőrizetlen növekedését jelzi.

A szén-dioxid és mi

Mi lesz velünk ebben az „új négyszáz pipyam világban”, ahogy a nyugati sajtónak sikerült elneveznie bolygónkat? A válasz két szóban adható meg: globális felmelegedés.

A globális felmelegedés nagyon régen kezdődött, és ez közvetlenül összefügg a légkör szén-dioxid-tartalmával. A helyzet az, hogy a CO2 nem csak gáz, hanem üvegházhatású gáz. A CO2 rendkívül közömbös, másokkal nem reagál könnyen kémiai elemek. Ennek köszönhetően felhalmozódik a Föld légkörében, ahol visszatartja hősugárzás felületéről, és megakadályozza annak visszatérését hely. Ez az üvegházhatás.

Az üvegházhatás olyan erősen kapcsolódik elménkben a globális felmelegedéshez, hogy általában valami negatívhoz kötődik. Mindeközben az üvegházhatásnak köszönhetjük a kényelmes életet a Földön. Nélkül üvegházhatású gázok(a CO2-n kívül ezek közé tartozik a vízgőz, a metán és az ózon) a bolygó átlaghőmérséklete –15°C lenne, és nem +15°C, mint most.

Az üvegházhatású gázok mennyiségének ellenőrizetlen növekedése azonban az üvegházhatás fokozódásához vezet, ami viszont globális felmelegedés. Mindenki hallott már róla, és gyakran iróniával, néha gyanakvással kezeli: ez nem az ökoüzemanyag-gyártók összeesküvése? A helyzet az, hogy a jelek szerint nem látjuk a globális felmelegedés jeleit Mindennapi élet.

Valójában a globális felmelegedés lassú folyamat. Grönland sem holnap, sem holnapután, de még száz év múlva sem fog elolvadni. Nem lesz olyan óriási hullám, amely elmossa New Yorkot, mint a katasztrófafilmekben. Fokozatosan elönti majd a víz: a városnak vissza kell vonulnia az emelkedő óceán nyomása alatt. A kis csendes-óceáni szigetek eltűnnek a Föld (vagy inkább a tenger) arcáról. A nedves területek nedvesebbek lesznek, a száraz területek pedig szárazabbak lesznek. Az elsőben a betegséget hordozó rovarok szaporodnak, a másodikban akut táplálékhiány és vizet inni. Az óceánba beáramló friss gleccsvizek megváltoztatják a meleg és hideg áramlatok lefolyását, ami az északi féltekén hideghullámokkal és az egész bolygón hurrikánokkal fenyeget. Nem kell tovább folytatni: ha ezeknek a jóslatoknak egy kis része be is válik, az emberiségnek nehéz dolga lesz.

Mindeközben az éves átlaghőmérséklet világszerte már harmadik éve dönti meg a rekordokat. 2016-ot az elmúlt 150 év legmelegebb évének nevezik. A tudósok megállapították, hogy a Föld légköre 1,45°C-kal melegedett fel az iparosodás előtti időszakhoz képest. A figura jelentéktelennek tűnhet, de bőven elegendő a jég megolvasztásához.

Nézd meg magad:

Olvadó jég (NASA fotók)

Vjacseszlav Viktorovics Alekszejev, a fizikai és matematikai tudományok doktora, a Megújuló Energiaforrások Laboratóriumának vezetője, M. V. Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem Földrajzi Kara. Geofizikai rendszerek matematikai és fizikai modellezésének szakterülete.

Sofya Valentinovna Kiseleva, a fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, ugyanannak a laboratóriumnak a tudományos főmunkatársa. A szén-dioxid transzfer folyamatainak fizikai modellezésével és a modern klímaváltozás problémáival foglalkozik.

Nadezhda Ivanovna Chernova, a biológiai tudományok kandidátusa, ugyanannak a laboratóriumnak a tudományos főmunkatársa. Az alkalmazás környezetvédelmi vonatkozásaival foglalkozik napenergia, a természeti erőforrások ésszerű felhasználásának problémái.

1998 elején az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia korábbi elnöke, F. Seitz petíciót nyújtott be a tudományos közösséghez, amelyben felszólította az Egyesült Államok és más országok kormányait, hogy utasítsák el az 1997 decemberében Kiotóban megkötött megállapodások aláírását az üvegházhatások korlátozásáról. gázkibocsátás. A petícióhoz csatoltak egy adatlapot „A légköri szén-dioxid növekedésének környezeti hatásai” címmel. Válogatott publikált tudományos kutatási eredményeket tartalmazott, amelyek nemcsak az empirikus adatok hiányát igazolták, amelyek megerősítik az éghajlat sok tudós által előre jelzett felmelegedését, hanem azt is, hogy az üvegházhatású gázok növekedéséből az emberiség számára kétségtelenül hasznot húzhat. Az áttekintés a következő pontokat emelte ki.

A légkörben lévő CO 2 jelenlegi növekedése csaknem 300 év felmelegedés után következik be. Ezért lehet, hogy ez a növekedés nem az emberi tevékenység eredménye, hanem egy természetes folyamat következménye - az óceánok CO 2 -kibocsátásának fokozódása a víz hőmérsékletének emelkedésével. Ezen túlmenően, összehasonlítva az éves antropogén szén-bevitellel a légkörbe (5,5 Gt), annak tartalma még a mobil alap tározóiban is (a légkörben - körülbelül 750 Gt, az óceán felszíni rétegeiben - 1000 Gt, Földközeli élővilág, beleértve a talajokat és a törmeléket is – körülbelül 2200 Gt) olyan nagy, hogy a CO 2 légkörben való növekedésének antropogén tényezőjét nehéz jelentősnek tekinteni.

Ezen túlmenően az áttekintés szerzői számos, az 1958-1996 közötti időszakra vonatkozó, a troposzféra alsó részének (mintegy 4 km-es magasságban) mért műholdas mérések adatait mutatják be. és vegye figyelembe, hogy 1979 óta gyenge negatív tendencia figyelhető meg a globális átlaghőmérsékletben (–0,047°C 10 év alatt). Az Egyesült Államokban az elmúlt 10 évben a felszíni levegő hőmérséklete 0,08°C-kal csökkent.

Ugyanakkor a meteorológiai állomások adatai pozitív tendenciát mutatnak a felszíni rétegek hőmérsékletében (+0,07°C 10 év alatt). Az eredmények eltérései azt jelentik, hogy a jövőbeli éghajlatváltozásnak az emelkedő hőmérsékleten alapuló modellezése helytelen előrejelzéseket eredményez. Az üvegházhatás és az éghajlat felmelegedésének számítógépes modelljeit tárgyalva az áttekintés szerzői hangsúlyozzák, hogy az éghajlat összetett, nemlineáris dinamikus rendszer. A szerzők szerint például az óceáni felszíni áramlatok, az óceán hőátadása, a páratartalom, a felhőzet stb. befolyásának bizonytalansága a CO 2 hatásához képest olyan nagy, hogy jelentősen modellezi a modern hőmérséklet-ingadozás becsléseit. eltérnek a rendelkezésre álló empirikus adatoktól. Az éghajlati rendszer számos, a modellekben rosszul tükröződő visszacsatolása szintén előrejelzési hibákhoz és a valóságtól való eltérésekhez vezet.

A földi léghőmérséklet mérések minőségét bírálva az áttekintés szerzői az urbanizált területek termikus hatására hivatkoznak, amely torzítja az üvegházhatású gázok növekvő koncentrációja és a légköri hőmérséklet változása közötti összefüggésről alkotott tényleges képet. A jelenlegi éghajlatváltozás semmi szokatlan; ezek csak természetes változások, amelyeket mind belső földi, mind külső változások – különösen a naptevékenység ingadozása – okoznak. A mindössze négy év alatt (1993-1997) kapott műholdadatok a szerzők szerint nem mutatnak semmilyen változást a tengerszintben, ahogy azt a globális felmelegedési modellek előre jelezték. A súlyos trópusi hurrikánok száma az Atlanti-óceánon az 1940-1997 közötti időszakban. és csökkent bennük a maximális szélsebesség, ami szintén ellentmond mind a globális felmelegedés elképzelésének, mind a modelleredményeknek.

Itt hangsúlyozni kell, hogy több mint egy tucat klímaalkotó tényező léte általánosan elfogadott. A legjelentősebbek a következők:

V. V. Klimenko és munkatársai tanulmányában e tényezőknek a sugárzási egyensúlyra gyakorolt ​​hatását elemezték egy évtizeden és a múlt századon belül. A szekuláris éghajlati változékonyság vizsgálatakor kiderült, hogy az üvegházhatású gázok légkörben való felhalmozódása határozta meg a globális átlaghőmérséklet 0,5°C-os növekedését. A szerzők azonban hangsúlyozzák, hogy a jelenlegi és a jövőbeni klímaváltozás pusztán az antropogén tényező általi magyarázata igen ingatag alapokon nyugszik, bár szerepe idővel minden bizonnyal növekszik.

Külön érdekesség S. Corti és munkatársainak közelmúltbeli munkája, amelyekben az északi féltekén megfigyelt felmelegedést is főként a légköri keringési rendszerek természetes változásaihoz hozzák összefüggésbe. Igaz, szerzői hangsúlyozzák, hogy ez a tény nem szolgálhat bizonyítékul az éghajlatra gyakorolt ​​antropogén hatás hiányára. A közelmúltban brit tudósok végeztek részletes modellelemzést ugyanazon éghajlati tényezőknek a felszíni levegő átlagos hőmérsékletének növelésében játszott szerepéről. Eredményeik azt mutatják, hogy a légköri felmelegedés a 20. század első felében. (1910 és 1940 között) főként a naptevékenység ingadozásának volt köszönhető, és kisebb mértékben antropogén tényezők- üvegházhatású gázok és troposzférikus szulfát aeroszol. Ami az 1946-1996 közötti időszakot illeti, itt a nap- és vulkáni aktivitás természetes változásai csak csekély mértékben befolyásolják az éghajlatot az antropogén hatásokhoz képest.

A fő klímaalkotó tényezők hatása a globális felszíni átlaghőmérséklet változásaira. Az értékek tartományát jelző hozzájárulások becslései: üvegházhatású gázok és szulfát aeroszolok (fehér téglalapok); naptevékenység (pontokkal teli) és ezek együttes hatása (árnyékolt). Fekete téglalapok mutatják a műszeres megfigyelések eredményeit. (Tett S.F.B., Stott P.A. et al. 1999.)

A kréta időszak meleg bioszférájának, mint az előre jelzett felmelegedés analógjának elemzése, amelyet N. M. Chumakov végzett, azt mutatta, hogy a fő klímaformáló tényezők (a szén-dioxid mellett) hatása nem elegendő ahhoz, hogy megmagyarázza az ilyen mértékű felmelegedést. a múlt. A szükséges mértékű üvegházhatás a légkör CO 2 -tartalmának többszörös növekedésének felelne meg. A Föld fejlődésének ezen időszakában bekövetkezett óriási éghajlatváltozások lendülete nagy valószínűséggel az óceánok és tengerek hőmérsékletének emelkedése és a légköri szén-dioxid koncentrációjának növekedése közötti pozitív visszacsatolás volt.

Az említett áttekintésben nagy figyelmet fordítanak a CO 2-re, mint „műtrágyára”. A szerzők a növények növekedésének felgyorsulására szolgálnak a légkör megnövekedett szén-dioxid-tartalmával. Különösen a fiatal fenyőfák, fiatal narancsfák és búza válasza a környezet CO 2-tartalmának 400 és 800 ppm közötti tartományban történő növekedésére szinte lineáris és pozitív. A szerzők ezért arra a következtetésre jutottak, hogy ezek az adatok könnyen átvihetők a CO 2 dúsítás különböző szintjeire és különböző növényfajtákra. A szerzők az Egyesült Államok erdőinek tömegének növekedését (1950 óta 30%-kal) a légkörben lévő szén-dioxid növekvő mennyiségének is tulajdonítják. Azt jelzik, hogy a CO 2 növekedés nagyobb serkentő hatást fejt ki a szárazabb (stresszes) körülmények között növekvő növényekre. A növénytársulások intenzív növekedése pedig a felülvizsgálat készítői szerint elkerülhetetlenül az állatok össztömegének növekedéséhez vezet, és pozitív hatással van a biodiverzitás egészére. Ez egy optimista következtetéshez vezet: „A légköri CO 2 növekedése következtében egyre kedvezőbb körülmények között élünk környezet. Gyermekeink élvezni fogják az életet a Földön, ahol sok növény és állat található. Ez egy csodálatos és váratlan ajándék az ipari forradalomtól.”

Ennek ellenére úgy tűnik számunkra, hogy a petícióhoz csatolt adatok közül sok meglehetősen ellentmondásos.

Melegítés helyett - hűtés?

Természetesen a légkör CO 2-szintjének ingadozása az elmúlt korszakokban előfordult, de ezek a változások soha nem következtek be ilyen gyorsan. De ha a múltban éghajlat és biológiai rendszerek A Föld a légkör összetételének fokozatos változásai miatt „sikerült” új stabil állapotba kerülni, és kvázi egyensúlyi állapotba került, majd modern korszak a légkör gázösszetételének intenzív, rendkívül gyors változásával minden földi rendszer kilép az álló állapotból. És még ha a globális felmelegedés hipotézisét tagadó szerzők álláspontját vesszük is, nem tudjuk nem megjegyezni, hogy egy ilyen „kvázi-stacionárius állapot elhagyásának”, különösen a klímaváltozásnak a következményei lehetnek a legsúlyosabbak.

Ezenkívül egyes előrejelzések szerint a légkör maximális CO 2-koncentrációjának elérése után csökkenni fog az antropogén kibocsátás csökkenése, valamint a világóceán és a bióta szén-dioxid-elnyelése miatt. Ebben az esetben a növényeknek ismét alkalmazkodniuk kell a megváltozott környezethez.

Az áttekintés minden bizonnyal helyesen megjegyezte, hogy a légkörben lévő CO 2 és más üvegházhatású gázok növekedésének következményeinek modellezésekor, valamint a modern elméleti konstrukciókban az éghajlati rendszerek számos visszajelzését nem veszik figyelembe, ami hibás előrejelzésekhez vezet , amint azt a szerzők állítják, magának a globális felmelegedésről szóló gondolatnak a tévedésére. Ez azonban véleményünk szerint nem az esetleges klímamelegedés tagadásához, hanem a kiszámíthatatlanság valószínűségéhez vezethet. éghajlati hatások(például az ellenkező hatás - hűtés a földgömb számos területén).

E tekintetben rendkívül érdekesek a Föld éghajlatában bekövetkezett lehetséges változások összetett következményeinek matematikai modellezésének egyes eredményei. Amerikai kutatók által az óceán-légkör összekapcsolt rendszerének háromdimenziós modelljével végzett kísérletek azt mutatták, hogy a termohalin észak-atlanti keringés (Észak-atlanti áramlat) a felmelegedés hatására lelassul. Az ezt kiváltó CO 2 koncentráció kritikus értéke a légkör CO 2-tartalmának két és négy iparosodás előtti értéke között van (ez 280 ppm, a mai koncentráció pedig kb. 360 ppm).

A szakértők az óceán-légkör rendszer egyszerűbb modelljét használva részletes matematikai elemzést végeztek a fent leírt folyamatokról. Számításaik szerint, ha a szén-dioxid koncentrációja évente 1%-kal növekszik (ami a modern mértéknek felel meg), az észak-atlanti áram lelassul, és amikor a CO 2 tartalom eléri a 750 ppm-et, összeomlik - egy teljes a keringés megszűnése. A légkör szén-dioxid-tartalmának (és a levegő hőmérsékletének) lassabb növekedésével - például évi 0,5%-kal, amikor a koncentráció eléri a 750 ppm-et, a keringés lelassul, de aztán lassan helyreáll. Az üvegházhatású gázok légkörben való felgyorsult növekedése és az ezzel járó felmelegedés esetén az észak-atlanti áram alacsonyabb CO 2 -koncentrációnál - 650 ppm - összeomlik. Az áramlás változásának oka, hogy a felmelegedő szárazföldi levegő a víz felszíni rétegeinek hőmérsékletének emelkedését, valamint nyomásnövekedést okoz. telített gőz az északi régiókban, és ezáltal megnövekedett a kondenzáció, aminek következtében az Atlanti-óceán északi részén megnő a sótalanított víz tömege az óceán felszínén. Mindkét folyamat a vízoszlop fokozott rétegződéséhez vezet, és lelassítja (vagy akár lehetetlenné is teszi) a hideg mélyvizek állandó képződését az Atlanti-óceán északi részén, amikor a felszíni vizek lehűlve és egyre nehezebbé válnak, lesüllyednek a fenékre, majd lassan az Atlanti-óceán felé haladnak. a trópusok.

A légkör felmelegedésének ilyen jellegű következményeiről nemrégiben R. Wood és munkatársai által végzett tanulmányok még érdekesebb képet adnak a lehetséges eseményekről. Amellett, hogy az üvegházhatású gázok jelenlegi növekedési üteme mellett 25%-kal csökken a teljes atlanti-transzport, a konvekció is „lekapcsol” a Labrador-tengeren, amely a hideg mélyvizek kialakulásának két északi központja közül az egyik. Sőt, erre már a 2000 és 2030 közötti időszakban is sor kerülhet.

Az észak-atlanti áramlat meridionális áramlásának maximális süllyedésének alakulása (számítási eredmények öt globális felmelegedési forgatókönyvre). I - CO 2 koncentráció eléri az 560 ppm-et, az áramlás kissé gyengül, majd helyreáll; II, IV - CO 2 koncentráció - 650 és 750 ppm, a CO 2 növekedési üteme évi 1%, a keringés megsemmisül; III, V - 650 és 750 ppm, növekedési ütem 0,5% évente, az áramlás gyengül, majd alacsonyabb szinten helyreáll.

Az észak-atlanti áramlat ezen ingadozása nagyon súlyos következményekkel járhat. Különösen, ha az északi félteke atlanti régiójában a hőáramok és hőmérsékletek eloszlása ​​eltér a jelenlegitől, akkor Európa felett a felszíni levegő átlagos hőmérséklete jelentősen csökkenhet. Sőt, az Atlanti-óceán északi áramának sebességében és fűtésében bekövetkezett változások felszíni vizek csökkentheti a CO 2 óceánok általi felszívódását (az említett szakértők számításai szerint - 30%-kal, ha a levegő szén-dioxid-koncentrációja megduplázódik), amit figyelembe kell venni mind a jövőbeli állapot előrejelzésénél. légkörben és üvegházhatású gázok kibocsátási forgatókönyveiben. Jelentős változások következhetnek be a tengeri ökoszisztémákban is, beleértve a halak és tengeri madarak populációit, amelyek nemcsak az adott éghajlati viszonyoktól függenek, hanem a hideg óceáni áramlatok által a felszínre szállított tápanyagoktól is. Itt szeretnénk hangsúlyozni a fent említett rendkívül fontos pontot: a légkörben lévő üvegházhatású gázok növekedésének következményei, mint látható, sokkal összetettebbek lehetnek, mint a felszíni légkör egyenletes felmelegedése.

Az ökoszisztémák esetleges megzavarása

A szén-dioxid cseréjének modellezésekor figyelembe kell venni, hogy az óceán és a légkör határfelülete milyen hatással van a gázszállításra. Laboratóriumi és terepi kísérletekben éveken át vizsgáltuk a víz-levegő rendszerben a CO 2 transzfer intenzitását. Figyelembe vettük a szélhullámok és a két fázis határfelülete közelében kialakuló diszpergált közeg gázcserére gyakorolt ​​hatását (felszín feletti permet, hab, légbuborékok a vízoszlopban). Kiderült, hogy a gáztranszfer sebessége, amikor a zavar jellege gravitációs-kapillárisról gravitációra változik, jelentősen megnő. Ez a hatás (amellett, hogy az óceán felszínének hőmérséklete emelkedik) tovább járulhat a szén-dioxid áramlásához az óceán és a légkör között. A légkörből származó CO 2 jelentős lenyelője viszont a csapadék, amely – mint vizsgálataink kimutatták – az egyéb gáznemű szennyeződések mellett intenzíven kimossa a szén-dioxidot is. Az esővíz oldott szén-dioxid-tartalmára és az éves csapadékra vonatkozó adatok felhasználásával végzett számítások azt mutatták, hogy esővel évente 0,2-1 Gt CO 2 kerülhet az óceánba, a légkörből kimosott szén-dioxid teljes mennyisége pedig elérheti a 0,7-2,0 Gt .

Visszatérve a petíció mellékletének szerzőinek téziseire, megjegyezzük, hogy a legvitatottabb adatok a CO 2 növekedésének zöld növényekre gyakorolt ​​jótékony hatásai. A tény az, hogy számos tudományos adat létezik, amelyek szerint a légkör CO 2 koncentrációjának növekedése a globális felmelegedés figyelembevétele nélkül is jelentős változáshoz vezethet az ökoszisztémák szerkezetében és működésében, ami kedvezőtlen a növények számára. Az egyes növényekben megfigyelt megnövekedett szén-dioxid-tartalomra adott pozitív válasz nem feltétlenül jelenti azt, hogy a növényközösségek egészének növekedése megnövekszik.

A szerzők elképzelései a CO 2 növekedési stimulátor szerepéről a fotoszintézis részleteiben gyökereznek. Valójában a szén-dioxid koncentrációjának növelése felerősítheti ezt a folyamatot, és ezáltal elősegítheti a növények növekedését. Az úgynevezett C 3 növények, amelyek szinte minden fát és számos fő mezőgazdasági növényt: rizst, búzát, burgonyát, hüvelyeseket tartalmaznak, részesülnek ebből. A C 3 növényekben a rögzítés első szakaszában a CO 2 molekula 5 szénatomos cukrot tartalmazó ribulóz-difoszfáthoz kötődik. A ribulóz-difoszfát-karboxiláz enzim hatására létrejövő reakció eredményeként egy rövid élettartamú instabil vegyület keletkezik, amely magában foglalja a 6 szénatomos cukrot. Két származékra bomlik, amelyek egyenként három szénatomot tartalmaznak – innen ered a „C 3 növények” elnevezés. A légköri levegő oxigénje a szén-dioxiddal versenyez a ribulóz-difoszfát-karboxiláz aktív helyéért. Ha az O 2 nyer, a növény energiát veszít, mivel a CO 2 nem rögzül az oxigénfelhasználás során. A szén-dioxid koncentrációjának növekedésével növekszik annak valószínűsége, hogy „nyerje” az O2-vel versengve az enzim aktív központjához való kötődésért. Valójában számos kísérletben, amikor a CO 2-koncentrációt 600 ppm-re állították, a fotorespiráció 50%-kal csökkent, és ennek korlátozása azt jelenti, hogy a növény több energiát tud felhasználni szövetépítésre. Ezekben a növényekben azonban megnövekedett CO 2 koncentráció körülményei között a kísérletek kezdeti szakaszában fokozott fotoszintézis figyelhető meg, de átmeneti aktiválás után ez gátolt. A növény transzportrendszere poligén, sok tényezőtől függ (energia, hormonális stb.), és nem tud gyorsan alkalmazkodni. Ezért, ha a növényt megnövekedett koncentráció mellett hosszabb ideig kitéve CO 2 -nek, a fotoszintézis csökken a keményítő kloroplasztiszokban történő túlzott felhalmozódása miatt.

Ennek ellenére a gyakorlat bebizonyította, hogy a megnövekedett szén-dioxid-koncentráció mellett termesztett növények növekedése és biomassza felhalmozódása jelentősen megnőtt, bár idővel a fotoszintézis intenzitása csökken, és megközelíti a normál gázösszetételű atmoszférában élő növényeknél megfigyelhetőt. . Ez az eltérés a szén-dioxidnak a növény növekedési funkciójára gyakorolt ​​szabályozó hatásával magyarázható. A növény hosszú távú magas CO 2 koncentrációjának kitettsége a levélfelület növekedésével, a másodrendű hajtások növekedésének serkentésével, a növényben a gyökerek és a tárolószervek arányának relatív növekedésével, valamint a növekedéssel jár együtt. gumósodás. A növekedési funkció fokozódik egy új fotoszintetikus apparátus kialakulása miatt. Ez a CO 2 „kettős” szerepét jelzi a fotoszintézis folyamatában szubsztrátként és a növekedési folyamatok szabályozójaként. A légkör szén-dioxid szintjének növekedésével a rendszer új stacionárius állapota jön létre, amely megfelel a szén-dioxid új szintjének, ami a hozam növekedéséhez vezet, elsősorban a teljes fotoszintetikus rendszer térfogatának növekedése miatt. és kisebb mértékben az egységnyi levélfelületre jutó fotoszintézis intenzitása miatt.

A fotoszintézis intenzitásának és termelékenységének növelésére jól ismert technika az üvegházak szén-dioxid-koncentrációjának növelése. Ez a módszer lehetővé teszi a biomassza növekedésének növelését. A CO 2 koncentrációjának változása azonban befolyásolja a fotoszintézis végtermékeinek összetételét: azt találták, hogy magas 14 CO 2 koncentrációban a 14 C főleg a cukrokban, kis koncentrációban pedig az aminosavakban (szerin, glicin) található. stb.).

Mivel a légköri szén-dioxidot részben elnyeli a csapadék és a felszíni édesvíz, a talajoldat CO 2 -tartalma megnő, és ennek következtében a környezet elsavasodása következik be. Laboratóriumunkban végzett kísérleteink során arra törekedtünk, hogy megvizsgáljuk a vízben oldott CO 2 specifikus hatását a növények biomassza felhalmozódására. A búza palántákat standard vizes tápközegen neveltük, amelyben a légköri szén mellett az oldott molekuláris CO 2 és a bikarbonát ion különböző koncentrációkban további szénforrásként szolgált. Ezt a vizes oldat gáznemű szén-dioxiddal való telítési idejének változtatásával értük el. Kiderült, hogy a CO 2 koncentráció kezdeti növekedése a tápközegben a búzanövények talaj- és gyökértömegének stimulálásához vezet. Ha azonban az oldott szén-dioxid-tartalom a normálnál 2-3-szor magasabb volt, a növényi gyökerek növekedésének gátlása és morfológiájuk megváltozása volt megfigyelhető. Lehetséges, hogy a környezet jelentős savasodásával más tápanyagok (nitrogén, foszfor, kálium, magnézium, kalcium) asszimilációja csökken. Így a megemelkedett CO 2 -koncentráció közvetett hatásait figyelembe kell venni a növények növekedésére gyakorolt ​​hatásának értékelésekor.

A petíció mellékletében szereplő, különböző fajú és korú növények növekedésének felgyorsulására vonatkozó adatok megválaszolatlanul hagyják a vizsgálati tárgyak tápanyaggal való ellátásának feltételeit. Hangsúlyozni kell, hogy a CO 2 koncentráció változását szigorúan egyensúlyban kell tartani a nitrogén, foszfor, egyéb tápanyagok, fény és víz felhasználásával a termelési folyamat során, az ökológiai egyensúly megzavarása nélkül. Így a tápanyagokban gazdag környezetben magas CO 2 koncentráció mellett fokozott növénynövekedés volt megfigyelhető. Például a Chesapeake-öböl torkolatának vizes élőhelyein (az USA délnyugati részén), ahol főként C 3 -növények nőnek, a levegő CO 2 -tartalmának 700 ppm-re való növekedése a növények növekedésének felgyorsulásához és növekedésük sűrűségének növekedéséhez vezetett. . Több mint 700 agronómiai munka elemzése kimutatta, hogy a környezet magas CO 2 koncentrációja mellett a szemtermés átlagosan 34%-kal nagyobb volt (ahol elegendő mennyiségű műtrágyát és vizet adtak a talajhoz - ez az erőforrás csak a fejlett országokban áll rendelkezésre bőségesen. országok). A mezőgazdasági növények termőképességének növeléséhez a levegőben lévő szén-dioxid növekedése mellett nyilvánvalóan nemcsak jelentős mennyiségű műtrágyára lesz szükség, hanem növényvédő szerekre (gyomirtó, rovarölő, gombaölő szerek stb.), valamint extenzív szerekre is szükség lesz. öntözési munkák. Joggal lehet tartani attól, hogy e tevékenységek költségei és a környezeti következmények túl jelentősek és aránytalanok lesznek.

A kutatások feltárták a verseny ökoszisztémákban betöltött szerepét is, ami a magas CO 2 koncentráció serkentő hatásának csökkenéséhez vezet. Valójában az azonos fajhoz tartozó fák palántái mérsékelt éghajlaton (New England, USA) és a trópusokon jobban növekedtek magas légköri CO 2 koncentráció mellett, de ha különböző fajok palántáit együtt nevelték, az ilyen közösségek termőképessége nem nőtt. azonos feltételek mellett. Valószínű, hogy a tápanyagokért folytatott versengés gátolja a növények szén-dioxid-kibocsátására adott válaszait.

A levegő magas CO 2 tartalma kedvezőtlen lehet az úgynevezett C 4 növények számára, amelyek fotoszintézisének első termékei négy szénatomos vegyületek: almasav és aszparaginsav, oxálacetát. Ebbe az osztályba tartozik a száraz, forró trópusi és szubtrópusi régiók számos gyógynövénye, mezőgazdasági haszonnövények – kukorica, cirok, cukornád stb. A C 4 növények további karboxilációs mechanizmussal rendelkeznek – egyfajta szivattyú, amely a CO 2 -t az enzim aktív központja közelében koncentrálja. , lehetővé téve, hogy ezek a növények normális szén-dioxid-koncentráció mellett is jól növekedjenek. A C4-es növényekben normál körülmények között a fotorespiráció energiafelhasználása lényegesen alacsonyabb, a fotoszintézis hatékonysága ezért magasabb, mint a C3-as növényekben. Nagyjából ugyanez történik a fotoszintézis során, ami a tipikus pozsgás növényekre jellemző. CAM fotoszintézisnek (Crassulacean Acid Metabolism) hívják. A CAM növények a C4 növényekhez hasonlóan a C3 és C4 fotoszintézis útját is használják, de abban különböznek a C4 növényektől, hogy ezeknek az utaknak csak időben való elkülönülése jellemző rájuk, mint a C4 növényekre.

Így a szén-dioxid-koncentráció növekedésével a C3-as növények előnyösebb helyzetbe kerülnek, mint a C4- és CAM-üzemek, ennek pedig nagyon súlyos következményei lehetnek. Sok C4-es növény megritkul, vagy kihal. Az agroökoszisztémákban a C4-es növények, például a kukorica vagy a cukornád termesztése során a megnövekedett CO2-koncentráció a termőképesség csökkenéséhez vezethet, míg a gyomok, amelyeket elsősorban a C3-as növények képviselnek, előnyhöz jutnak. Ennek eredményeként jelentős terméscsökkenés lehetséges.

Felmelegedés esetén a megnövekedett növénynövekedés, amely felszívja a légköri szén-dioxidot, nem tudja kompenzálni a szerves anyagok felgyorsult bomlását. Ez különösen fontos, mivel a magas szélességi fokon fekvő élőhelyeken, például a tundrában várható a legnagyobb hőmérséklet-emelkedés. A zónában örök fagy A jég olvadásával egyre több tőzeg lesz kitéve a lebomló mikroorganizmusoknak szerves anyag. Ez a folyamat viszont a CO 2 és CH 4 nagyobb légkörbe való kibocsátásához vezet. Becslések szerint a tundrában a nyári hőmérséklet 4°C-os növekedésével a tőzegből származó szén akár 50%-a is a légkörbe kerül, az intenzívebb növénynövekedés ellenére. Ebben a zónában maga a tundra növényzet is fontos klímaalkotó tényező, így a felmelegedéssel súlyos következményekkel jár az erdőhatár északi irányú eltolódása. Megváltozik a táplálékellátottság szerkezete: az alacsony hőmérséklet felé vonzódó zuzmók és mohák helyébe a szarvasok számára alkalmatlan cserjés növényzet lép. Ezenkívül a hótakaró mélységének növekedése hátrányosan befolyásolja az ekkor megjelenő fiatal állatok túlélését.

A korlátozott tápanyag-ellátottságú növények egymással versengő befolyása nemcsak természetes ökoszisztémák, hanem az ember által létrehozott ökoszisztémákon is. Ezért kétséges az a tézis, hogy a légkör CO 2 szintjének jövőbeni növekedése gazdagabb terméshozamhoz és ennek következtében az állati termelékenység növekedéséhez vezet.

Az éghajlatváltozást és a környezeti jellemzőket befolyásoló főbb tényezők ingadozásaira jellemző növények alkalmazkodási stratégiájának és válaszának vizsgálata lehetővé tette egyes előrejelzések pontosítását. Még 1987-ben készült egy forgatókönyv a modern klímaváltozás agroklimatikus következményeire és a Föld légkörében bekövetkező CO 2 növekedésére. Észak Amerika. Becslések szerint a CO 2 -koncentráció 400 ppm-re történő növekedésével és a globális átlaghőmérséklet emelkedésével a Föld felszíne 0,5°C-kal a búzatermés ilyen körülmények között 7-10%-kal nő. Az északi szélességi körök levegőhőmérsékletének emelkedése azonban különösen télen lesz látható, és rendkívül kedvezőtlen gyakori téli olvadást okoz, ami a téli növények fagyállóságának gyengüléséhez, a termés elfagyásához és a jégkéreg okozta károkhoz vezethet. A meleg időszak előre jelzett növekedése új, hosszabb tenyészidejű fajták kiválasztását teszi szükségessé.

Ami a főbb mezőgazdasági termények hozamára vonatkozó előrejelzéseket illeti Oroszországban, úgy tűnik, hogy a felszíni levegő átlagos hőmérsékletének folyamatos emelkedése és a légkörben lévő CO 2 emelkedése pozitív hatással lesz. A légkörben csak a szén-dioxid növekedésének hatása biztosíthatja a vezető mezőgazdasági termények - C 3 -növények (gabona, burgonya, répa stb.) - átlagosan 20-30%-os termőképesség növekedését, míg a C 4 -növények (kukorica, köles, cirok, amaránt) ez a növekedés jelentéktelen. A felmelegedés azonban nyilvánvalóan a szint csökkenéséhez vezet légköri párásítás mintegy 10%-kal, ami megnehezíti a gazdálkodást különösen az európai terület déli részén, a Volga-vidéken, a nyugati és a sztyeppei régiókban. Kelet-Szibéria. Itt nemcsak az egységnyi területre jutó termékek terméshozamának csökkenésére számíthatunk, hanem az eróziós folyamatok (főleg a szél) kialakulására, a talajminőség romlására, ezen belül a humuszvesztésre, szikesedésre, nagy területek elsivatagosodására. Megállapítást nyert, hogy az atmoszféra felszíni rétegének akár 1 m vastagságú telítettsége többlet CO 2 -vel „sivatagi hatással” reagálhat. Ez a réteg elnyeli az emelkedést hő áramlik, ezért a szén-dioxiddal való dúsítás következtében (a jelenlegi normához képest 1,5-szeres) a helyi levegő hőmérséklete közvetlenül a földfelszínen több fokkal magasabb lesz az átlaghőmérsékletnél. A nedvesség elpárolgása a talajból megnő, ami kiszáradásához vezet. Emiatt országszerte csökkenhet a gabona, a takarmány, a cukorrépa, a burgonya, a napraforgómag, a zöldségfélék stb. Ennek eredményeként a népesség megoszlása ​​és a főbb mezőgazdasági termékek előállítása közötti arányok megváltoznak.

A szárazföldi ökoszisztémák tehát nagyon érzékenyek a légkörben lévő CO 2 növekedésére, és a fotoszintézis során feleslegben lévő szén elnyelésével hozzájárulnak a légköri szén-dioxid növekedéséhez. A talaj légzési folyamatai ugyanolyan fontos szerepet játszanak a légkör CO 2 -szintjének kialakulásában. Ismeretes, hogy a modern éghajlati felmelegedés fokozott szervetlen szénkibocsátást okoz a talajból (különösen az északi szélességi körökön). A szárazföldi ökoszisztémák globális klímaváltozásokra és a légkör CO 2 szintjére adott válaszának felmérésére végzett modellszámítások azt mutatták, hogy csak a CO 2 növekedése esetén (klímaváltozás nélkül) a fotoszintézis serkentése csökken magas CO 2 tartalom mellett. értékeket, de a talajok szén felszabadulása a növényzetben és a talajban felhalmozódásával növekszik. Ha a CO 2 szintje a légkörben stabilizálódik, a nettó ökoszisztéma termelés (a szén nettó áramlása a bióta és a légkör között) gyorsan nullára csökken, mivel a fotoszintézist a növények és a talaj légzése kompenzálja. E számítások szerint a szárazföldi ökoszisztémák válasza az éghajlatváltozásra a növekvő CO 2 hatása nélkül a légkörből a biótába irányuló globális szén-áramlás csökkenése lehet az északi ökoszisztémák fokozott talajlégzése és a nettó primer energia csökkenése miatt. termelés a trópusokon a talaj nedvességtartalmának csökkenése következtében. Ezt az eredményt alátámasztják azok a becslések, amelyek szerint a felmelegedés talajlégzésre gyakorolt ​​hatása meghaladja a növények növekedésére gyakorolt ​​hatásokat, és csökkenti a talaj szén-dioxid-tárolását. A globális felmelegedés és a növekvő légköri CO2 együttes hatása növelheti a globális nettó ökoszisztéma termelést és a szén-dioxid-lenyelőket a biótába, de a talajlégzés jelentős növekedése kompenzálhatja ezt a nyelőt télen és tavasszal. Fontos, hogy a szárazföldi ökoszisztémák válaszreakcióinak ezen előrejelzései jelentősen függenek a növénytársulások fajösszetételétől, a tápanyag-ellátottságtól, a fafajok életkorától, és az éghajlati övezeteken belül jelentősen eltérnek.

* * * A petíció mellékletében közölt adatok a jelzettek szerint megakadályozták az 1997-es kiotói nemzetközi találkozón kidolgozott és 1998 márciusa és 1999 márciusa között aláírásra nyitva álló dokumentum elfogadását. Amint azt az eredmények is mutatják A Buenos-Ayres-i találkozón (1998. november) gyakorlatilag nem valószínű, hogy ezt a dokumentumot számos ipari ország, és elsősorban az Egyesült Államok aláírja. E tekintetben javítani kell a globális éghajlatváltozás problémájának megoldására irányuló stratégiákat.

K. Flavin, a The World Watch Institute igazgatóhelyettese a további mozgalmak szükséges elemének tartja egy kezdeményező csoport létrehozását. Olyan országokat (különösen Európát és Latin-Amerikát), amelyek aláírták a Kiotói Jegyzőkönyvet, Legnagyobb városok, „konstruktívan gondolkodó vállalatok és cégek” („British Petroleum”, „Enron Corporation”, „Royal Deutsch Shell” stb.), amelyek aktívan támogatják az üvegházhatású gázok kibocsátásának korlátozását, és csatlakoztak a kibocsátásuk korlátozásának folyamatához a kibocsátáskereskedelem alapján.

Véleményünk szerint a probléma megoldásához fontos hozzájárulás lehetne az energiatakarékos technológiák bevezetése és a megújuló energiaforrások alkalmazása.

Irodalom

1 Robinson A.B., Baliunas S.L., Soon W., Robinson Z.W. A megnövekedett légköri szén-dioxid környezeti hatásai. A petíciót a felülvizsgálattal együtt kutatóintézeteknek és egyes tudósoknak küldték meg aláírásra és a kollégák közötti továbbosztásra. A petíció és a felülvizsgálat másolata orosz és angol nyelv Elérhető a „Nature” szerkesztőitől.

2 További részletekért lásd: Sidorenkov N.S. Évek közötti ingadozások a légkör-óceán-Föld rendszerben //Természet. 1998. 7. sz. P.26-34.

3 Klimenko V.V., Klimenko A.V., Snytin S.Yu., Fedorov M.V. // Hőenergetika. 1994. 1. sz. P.5-11.

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

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

16 Mokronosov A.T. Fotoszintézis és a légkör CO 2 -tartalmának változása // Természet. 1994. 7. sz. P.25-27.

17 Szkurlatov Yu.I. és mások Bevezetés a környezetkémiába. M., 1994. 38. o.

18 Romanenko G.A., Komov N.V., Tyutyunnikov A.I. A klímaváltozás és lehetséges következményei Ennek a folyamatnak a mezőgazdaságban // Oroszország földi erőforrásai, felhasználásuk hatékonysága. M., 1995. 87-94.

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

2016 szeptemberében a Föld légkörében a szén-dioxid koncentrációja meghaladta a lélektanilag jelentős, 400 ppm-et (parts per million). Ez megkérdőjelezi a fejlett országok azon terveit, hogy megakadályozzák a Föld hőmérsékletének több mint 2 fokos emelkedését.

A globális felmelegedés a Föld éghajlati rendszerének átlaghőmérsékletének emelkedése. Az 1906-tól 2005-ig tartó időszakban a bolygó felszíne közelében az átlagos levegőhőmérséklet 0,74 fokkal nőtt, a hőmérséklet-emelkedés üteme a század második felében megközelítőleg kétszerese volt az időszak egészének. A megfigyelés teljes ideje alatt a 2015-ös év a legmelegebb év, amikor minden hőmérsékleti mutató 0,13 fokkal volt magasabb, mint a korábbi rekorder 2014-é. BAN BEN különböző részek A hőmérséklet a világon eltérően változik. 1979 óta a szárazföld feletti hőmérséklet kétszer annyit emelkedett, mint az óceán felett. Ez azzal magyarázható, hogy az óceán felett a levegő hőmérséklete lassabban nő a nagy hőkapacitása miatt.

A szén-dioxid mozgása a légkörben

A globális felmelegedés fő okának az emberi tevékenységet tekintik. A közvetett kutatási módszerek kimutatták, hogy 1850-ig, egy-kétezer évig a hőmérséklet viszonylag stabil maradt, bár némi regionális ingadozással.

Így a klímaváltozás kezdete gyakorlatilag a legtöbb esetben egybeesik az ipari forradalom kezdetével nyugati országok. A fő ok ma az üvegházhatású gázok kibocsátását jelenti. A tény az, hogy a Föld bolygó által a Naptól kapott energia egy része hősugárzás formájában visszasugárzik a világűrbe.

Az üvegházhatású gázok hátráltatják ezt a folyamatot azáltal, hogy elnyelik a hő egy részét, és bezárják a légkörbe.

Az üvegházhatású gázok légkörbe juttatása a légkör még nagyobb felmelegedéséhez és a bolygó felszíni hőmérsékletének növekedéséhez vezet. A Föld légkörének fő üvegházhatású gázai a szén-dioxid (CO 2) és a metán (CH 4). Az emberi ipari tevékenység eredményeként ezeknek a gázoknak a koncentrációja a levegőben növekszik, ami éves hőmérséklet-emelkedéshez vezet.

Mivel az éghajlat felmelegedése szó szerint az egész emberiséget fenyegeti, világszerte ismételten próbálkoznak ennek a folyamatnak a féken tartására. 2012-ig a globális felmelegedés elleni küzdelem fő globális megállapodása a Kiotói Jegyzőkönyv volt.

Több mint 160 országra terjedt ki, és a globális üvegházhatású gázok kibocsátásának 55%-át tette ki. A Kiotói Jegyzőkönyv első szakaszának lejárta után azonban a résztvevő országok nem tudtak megegyezni a további lépésekről. A szerződés második szakaszának megszövegezésének egyik akadálya az, hogy sok résztvevő kerüli a költségvetési megközelítés alkalmazását CO 2 -kibocsátási kötelezettségeik meghatározásakor. A CO 2 kibocsátási költségkeret egy adott időtartam alatt kibocsátott mennyiség, amelyet abból a hőmérsékletből számítanak ki, amelyet a résztvevők nem léphetnek túl.

A durbani döntések értelmében 2020-ig nem lesz kötelező érvényű klímamegállapodás, annak ellenére, hogy sürgős erőfeszítésekre van szükség a gázkibocsátás csökkentésére és a kibocsátás csökkentésére. A kutatások azt mutatják, hogy jelenleg a felmelegedés 2 fokra való korlátozásának „ésszerű valószínűsége” egyetlen módja (amely a veszélyes éghajlatváltozásra jellemző), ha korlátozzuk a fejlett országok gazdaságát és növekedésellenes stratégiára való átállását.

És 2016 szeptemberében a Mauna Loa Obszervatórium szerint az üvegházhatást okozó gázok CO 2 kibocsátásának egy másik pszichológiai akadálya is leküzdésre került - 400 ppm (parts per million). El kell mondanunk, hogy ezt az értéket már sokszor túllépték,

de a szeptembert hagyományosan a legalacsonyabb CO 2 koncentrációjú hónapnak tekintik az északi féltekén.

Ez azzal magyarázható, hogy a zöld növényzetnek sikerül bizonyos mennyiségű üvegházhatású gázt elnyelnie a légkörből a nyár folyamán, mielőtt a fák levelei lehullanak, és a CO 2 egy része visszatér. Ezért, ha a lélektanilag fontos 400 ppm-es küszöbértéket szeptemberben átlépték, akkor a havi mutatók nagy valószínűséggel soha nem lesznek alacsonyabbak ennél az értéknél.

„Lehetséges, hogy idén októberben a koncentráció csökkenni fog szeptemberhez képest? Teljesen kizárva

– magyarázza blogjában Ralph Keeling, a San Diego-i Scripps Oceanography Intézet munkatársa. "Lehetséges a koncentrációszint rövid távú csökkenése, de a havi átlagok most már mindig meghaladják a 400 ppm-et."

Keeling azt is megjegyzi, hogy a trópusi ciklonok csökkenthetik a CO 2 koncentrációját egy kis idő. Gavin Schmidt, vezető klímakutató egyetért ezzel: „A legjobb esetben némi egyensúlyra számíthatunk, és a CO 2 szintje nem fog túl gyorsan emelkedni. De véleményem szerint a CO 2 soha nem fog 400 ppm alá csökkenni.”

Az előrejelzés szerint 2099-re a CO 2 koncentrációja a Földön 900 ppm lesz, ami bolygónk teljes légkörének mintegy 0,1%-a lesz. Ennek eredményeként a napi középhőmérséklet olyan városokban, mint Jeruzsálem, New York, Los Angeles és Mumbai közel +45°C lesz. Londonban, Párizsban és Moszkvában a hőmérséklet nyáron meghaladhatja a +30°C-ot.

Szóda, vulkán, Vénusz, hűtőszekrény – mi a közös bennük? Szén-dioxid. Neked gyűjtöttük a legtöbbet érdekes információ az egyik legfontosabbról kémiai vegyületek földön.

Mi az a szén-dioxid

A szén-dioxid elsősorban arról ismert gáz halmazállapotú, azaz szén-dioxidként egyszerű kémiai formula CO2. Ebben a formában normál körülmények között létezik - amikor légköri nyomásés „normál” hőmérsékleten. De megnövekedett nyomáson, 5850 kPa felett (mint például a nyomás körülbelül 600 méteres tengermélységben), ez a gáz folyadékká alakul. Erősen lehűtve (mínusz 78,5°C) pedig kikristályosodik, és úgynevezett szárazjéggé válik, amelyet a kereskedelemben széles körben használnak fagyasztott élelmiszerek hűtőszekrényben való tárolására.

Folyékony szén-dioxidot és szárazjeget állítanak elő és használnak fel emberi tevékenység, de ezek a formák instabilak és könnyen szétesnek.

A szén-dioxid azonban mindenhol eloszlik: az állatok és növények légzése során szabadul fel, és fontos összetevője kémiai összetétel légkör és óceán.

A szén-dioxid tulajdonságai

A szén-dioxid CO2 színtelen és szagtalan. Normál körülmények között nincs íze. Ha azonban nagy koncentrációjú szén-dioxidot lélegez be, savanyú ízt érezhet a szájában, amelyet a nyálkahártyákon és a nyálban feloldódó szén-dioxid okoz, és gyenge szénsavoldatot képez.

Egyébként a szén-dioxid vízben való oldódási képességét használják szénsavas víz előállítására. A limonádé buborékok ugyanaz a szén-dioxid. Az első készüléket a víz szén-dioxiddal való telítésére 1770-ben találták fel, és már 1783-ban a vállalkozó szellemű svájci Jacob Schweppes megkezdte a szóda ipari gyártását (a Schweppes márka még mindig létezik).

A szén-dioxid másfélszer nehezebb a levegőnél, ezért hajlamos az alsó rétegeiben „leülepedni”, ha a helyiség rosszul szellőzik. Ismert a „kutyabarlang” effektus, ahol a CO2 közvetlenül a talajból szabadul fel, és körülbelül fél méteres magasságban halmozódik fel. Egy ilyen barlangba belépő felnőtt a növekedés csúcsán nem érzi a szén-dioxid feleslegét, de a kutyák közvetlenül egy vastag szén-dioxid rétegben találják magukat, és megmérgeződnek.

A CO2 nem támogatja az égést, ezért használják tűzoltó készülékekben és tűzoltó rendszerekben. Az égő gyertya állítólagos üres pohár tartalmával (de valójában szén-dioxiddal) történő eloltás trükkje éppen a szén-dioxid ezen tulajdonságán alapul.

Szén-dioxid a természetben: természetes források

A természetben a szén-dioxid különböző forrásokból képződik:

• Állatok és növények légzése.
  Minden iskolás tudja, hogy a növények a levegőből felszívják a szén-dioxidot, és felhasználják a fotoszintézis folyamataiban. Egyes háziasszonyok rengeteg szobanövény segítségével próbálják pótolni a hiányosságokat. A növények azonban nem csak felszívják, hanem fény hiányában szén-dioxidot is bocsátanak ki – ez a légzési folyamat része. Ezért nem jó ötlet egy dzsungel egy rosszul szellőző hálószobában: a CO2-szint még jobban meg fog emelkedni éjszaka.
• Vulkáni tevékenység.
  A szén-dioxid a vulkáni gázok része. Olyan területeken, ahol magas vulkáni tevékenység A CO2 közvetlenül a talajból szabadulhat fel – a repedésekből és repedésekből, úgynevezett mofetekből. A mofettal rendelkező völgyekben a szén-dioxid koncentrációja olyan magas, hogy sok kis állat elpusztul, amikor odaér.
• Szerves anyagok bomlása.
  A szerves anyagok égése és bomlása során szén-dioxid keletkezik. Jelentős természetes szén-dioxid-kibocsátás kíséri az erdőtüzeket.

A szén-dioxid a természetben szénvegyületek formájában „tárolódik” ásványi anyagokban: szén, olaj, tőzeg, mészkő. Hatalmas CO2-tartalékok találhatók oldott formában a világ óceánjaiban.

A nyitott tározóból a szén-dioxid kibocsátása limnológiai katasztrófához vezethet, mint például 1984-ben és 1986-ban. a kameruni Manoun és Nyos tavakban. Mindkét tó vulkáni kráterek helyén keletkezett - mára kihaltak, de a mélyben a vulkáni magma még szén-dioxidot bocsát ki, ami a tavak vizébe emelkedik és feloldódik bennük. Számos éghajlati és geológiai folyamat eredményeként a vizekben a szén-dioxid koncentrációja meghaladta a kritikus értéket. A légkörbe került nagy mennyiség szén-dioxid, amely lavinaként ereszkedett le a hegyoldalakon. Körülbelül 1800 ember vált limnológiai katasztrófák áldozatává a kameruni tavakon.

Mesterséges szén-dioxid források

A szén-dioxid fő antropogén forrásai a következők:

• égési folyamatokhoz kapcsolódó ipari kibocsátások;
• autószállítás.

Hiába növekszik a környezetbarát közlekedés részaránya a világon, a világ lakosságának túlnyomó többségének nem lesz egyhamar lehetősége (vagy kedve) új autóra váltani.

Az ipari célú aktív erdőirtás a levegő szén-dioxid-CO2 koncentrációjának növekedéséhez is vezet.

A CO2 az anyagcsere (a glükóz és zsírok lebontása) egyik végterméke. A szövetekben kiválasztódik, és a hemoglobin segítségével a tüdőbe kerül, amelyen keresztül kilélegzik. Az ember által kilélegzett levegő körülbelül 4,5% szén-dioxidot (45 000 ppm) tartalmaz - 60-110-szer többet, mint a belélegzett levegőben.

A szén-dioxid nagy szerepet játszik a véráramlás és a légzés szabályozásában. A vér CO2-szintjének emelkedése a hajszálerek kitágulását okozza, így több vér jut át, ami oxigént juttat a szövetekbe, és eltávolítja a szén-dioxidot.

A légzőrendszert a szén-dioxid emelkedése is serkenti, nem pedig az oxigénhiány, mint amilyennek látszik. Valójában az oxigénhiányt a szervezet hosszú ideig nem érzi, és nagyon valószínű, hogy a ritka levegőben az ember elveszíti eszméletét, mielőtt levegőhiányt érezne. A CO2 stimuláló tulajdonságát a mesterséges lélegeztető készülékekben használják: ahol a szén-dioxidot oxigénnel keverik, hogy „beindítsák” a légzőrendszert.

A szén-dioxid és mi: miért veszélyes a CO2?

A szén-dioxid ugyanúgy szükséges az emberi szervezet számára, mint az oxigén. De akárcsak az oxigénnél, a szén-dioxid-többlet is károsítja a közérzetünket.

A levegőben lévő magas CO2 koncentráció a szervezet mérgezéséhez vezet, és hypercapnia állapotot okoz. Hypercapnia esetén az ember légzési nehézséget, hányingert, fejfájást tapasztal, és akár eszméletét is elveszítheti. Ha a szén-dioxid-tartalom nem csökken, akkor oxigén éhezés következik be. A helyzet az, hogy mind a szén-dioxid, mind az oxigén ugyanazon a „szállításon” - a hemoglobinon - mozog a szervezetben. Normális esetben együtt „utaznak”, a hemoglobinmolekula különböző helyeihez tapadva. Azonban a szén-dioxid megnövekedett koncentrációja a vérben csökkenti az oxigén hemoglobinhoz való kötődési képességét. Csökken az oxigén mennyisége a vérben, és hipoxia lép fel.

Ilyen egészségtelen következmények a szervezetre nézve akkor jelentkeznek, ha 5000 ppm-nél nagyobb CO2-tartalmú levegőt lélegzünk be (ez lehet például a bányák levegője). Az igazság kedvéért, be hétköznapi élet gyakorlatilag soha nem találkozunk ilyen levegővel. A szén-dioxid jóval alacsonyabb koncentrációja azonban nem a legjobb hatással van az egészségre.

Egyes megállapítások szerint már 1000 ppm CO2 is fáradtságot és fejfájást okoz az alanyok felénél. Sokan még korábban kezdik érezni a fülledtséget és a kényelmetlenséget. A szén-dioxid-koncentráció további 1500-2500 ppm-re történő kritikus növekedésével az agy „lusta” kezdeményezni, feldolgozni az információkat és döntéseket hozni.

És ha az 5000 ppm szinte lehetetlen a mindennapi életben, akkor az 1000, sőt a 2500 ppm is könnyen a valóság része lehet modern ember. A mi vizsgálataink azt mutatták, hogy a ritkán szellőztetett iskolai osztálytermekben a CO2-szint az idő nagy részében 1500 ppm felett marad, és néha 2000 ppm fölé is ugorhat. Minden okunk megvan azt hinni, hogy sok irodában, sőt lakásban is hasonló a helyzet.

A fiziológusok a 800 ppm-et az emberi jólét szempontjából biztonságos szén-dioxid-szintnek tartják.

Egy másik tanulmány összefüggést talált a CO2-szint és az oxidatív stressz között: minél magasabb a szén-dioxid szint, annál jobban szenvedünk az oxidatív stressztől, ami károsítja szervezetünk sejtjeit.

Szén-dioxid a Föld légkörében

Bolygónk légkörében mindössze 0,04% CO2 van (ez körülbelül 400 ppm), újabban pedig még kevesebb: a szén-dioxid csak 2016 őszén lépte át a 400 ppm-es határt. A tudósok az iparosodásnak tulajdonítják a légkör CO2-szintjének emelkedését: a 18. század közepén, az ipari forradalom előestéjén ez még csak körülbelül 270 ppm volt.