Что является источником поступления углекислого газа в атмосферу
Выбросы углекислого газа
Углекислый газ (CO2) является основным парниковым газом, выбрасываемым в результате деятельности человека. В 2018 году на углекислый газ (CO2) приходилось около 81,3 процента всех выбросов парниковых газов, образующихся в результате деятельности человека.
Двуокись углерода естественным образом присутствует в атмосфере как часть углеродного цикла Земли (естественная циркуляция углерода между атмосферой, океанами, почвой, растениями и животными).
Человеческая деятельность изменяет углеродный цикл, добавляя в атмосферу больше CO2 и влияя на способность естественных поглотителей, таких как леса и почвы, удалять и хранить CO2 из атмосферы.
В то время как выбросы CO2 происходят из различных природных источников, выбросы, связанные с деятельностью человека, являются причиной увеличения объема выбросов в атмосферу после промышленной революции.
Источники углекислого газа
Основной деятельностью человека, в результате которой выбрасывается CO2, является сжигание ископаемых видов топлива (угля, природного газа и нефти) для использования в энергетических и транспортных целях, хотя некоторые промышленные процессы и изменения в землепользовании также выбрасывают CO2. Основные источники выбросов CO2 описаны ниже.
Транспорт
Сжигание ископаемых видов топлива, таких как бензин и дизельное топливо, для перевозки людей и товаров было крупнейшим источником выбросов CO2 в 2018 г., составив более трети от общего объема выбросов CO2 и почти треть от общего объема выбросов парниковых газов. В эту категорию входят такие транспортные источники, как автомобильный и пассажирский транспорт, воздушные перевозки, и железнодорожный транспорт.
Энергетическая промышленность
Электроэнергия является важным источником энергии и используется для электроснабжения жилых домов, бизнеса и промышленности. В 2018 году сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии стало вторым по величине источником выбросов CO2 в стране, на долю которого приходится около трети от общего объема выбросов CO2 и четверти от общего объема выбросов парниковых газов. Разные типы ископаемого топлива, используемые для производства электроэнергии, будут выделять разное количество CO2.
Для производства определенного количества электроэнергии сжигание угля будет производить больше CO2, чем природный газ или нефть.
Хотите избежать чрезмерного загрязнения атмосферы? Вот что можно сделать:
Промышленные предприятия
Многие предприятия выбрасывают CO2 при потреблении ископаемого топлива. Некоторые компании также производят выбросы CO2 в результате химических реакций, которые не связаны с сжиганием; например, производство и потребление минеральных продуктов, таких как цемент, производство металлов, таких как железо и сталь, и производство химикатов.
В 2018 году на сжигание ископаемого топлива в результате различных промышленных процессов приходилось около 1/6 от общего объема выбросов CO2 и 1/8 от общего объема выбросов парниковых газов.
Отметим, что многие промышленные процессы также используют электроэнергию и, следовательно, косвенно приводят к выбросам CO2 при производстве электроэнергии.
Углекислый газ и природа
Углекислый газ постоянно обменивается между атмосферой, океаном и поверхностью суши, так как он вырабатывается и поглощается многими микроорганизмами, растениями и животными.
Однако выбросы и поглощение CO2 этими природными процессами имеют тенденцию к сбалансированности, при отсутствии антропогенного воздействия.
Со времени начала промышленной революции около 1750 года деятельность человека внесла существенный вклад в изменение климата, добавив в атмосферу CO2 и другие газы, удерживающие тепло, чем нарушила хрупкий баланс экосистем.
Основные поглотители и источники углекислого газа в атмосфере нашей планеты
Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере Земли. Он вовлечен в процессы появления и разложения всех живых организмов и образования органических соединений из неорганических.
В биосфере СО2 поддерживает процесс фотосинтеза, который образовывает растительный мир суши и поверхности океана.
Совместно с молекулами воды, метана и озона он формирует «парниковый эффект».
Источники углекислоты
Большая часть диоксида углерода планеты естественного происхождения. Но также источниками СО2 являются промышленные предприятия и транспорт, которые обеспечивают выброс в атмосферу углекислого газа искусственного происхождения.
Природные источники
При перегнивании деревьев и травы каждый год выделяется 220 миллиардов тонн углекислого газа. Океанами выделяется 330 миллиардов тонн. Пожары, которые образовались в связи с природными факторами приводят к выбросу СО2, равному по количеству антропогенной эмиссии.
Естественными источниками углекислоты являются:
Диоксид углерода хранится в углеродных комбинациях: угле, торфе, нефти, известняке. В качестве резервных хранилищ можно назвать океаны, в которых содержатся большие резервы углекислоты и вечную мерзлоту. Однако, вечная мерзлота начинает таять, это можно заметить по уменьшению снежных шапок самых высоких гор мира. При разложении органики наблюдается рост выделения в атмосферу углекислого газа. В результате чего хранилище преобразуется в источник.
Северные районы Аляски, Сибири и Канады — это в основном вечная мерзлота. В ней содержится много органического вещества. Из-за нагрева арктических регионов вечная мерзлота тает и происходит гниение ее содержимого.
Антропогенные источники
Главными искусственными источниками CO2 считаются:
Интенсивное сокращение лесов для промышленности и сельского хозяйства относится к антропогенным источникам CO2 не в прямом смысле. Деятельность по уменьшению лесных массивов является причиной неучастия диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Что приводит к его накоплению в атмосфере.
Поглотители двуокиси углерода
Поглотителями называют любые искусственные или природные системы, которые впитывают из воздуха углекислый газ. Поглотитель — это структура, которая вбирает из воздуха больше CO2 чем выбрасывает в него.
Природные поглотители
Леса способны воздействовать на количество двуокиси углерода в воздухе. Они могут быть и поглотителями, и источниками выбросов параллельно (при вырубке). Когда деревья увеличиваются, а лес растет, то углекислый газ поглощается. Данный процесс считается основой развития биомассы. Выходит, что прогрессирующий лес выступает поглотителем.
При сжигании и уничтожении леса основная доля накопленного углерода опять преобразуется в углекислый газ. В итоге лес снова является источником СО2.
Фитопланктон также является поглотителем углекислого газа на земле. При этом большая часть поглощенного углерода, передаваясь по пищевой цепочке, остается в океане.
Искусственные поглотители
Самыми известными поглотителями СО2 считаются: раствор едкого калия, натронная известь и асбест, едкий натр.
Эти соединения при протекании химических реакций связывают углекислоту, преобразовывая ее в другие соединения. Существуют установки, которые улавливают углекислый газ из выбросов электростанций и преобразуют его в жидкое или твердое состояние с последующим применением в промышленности. Производятся испытания закачки углекислого газа, растворенного в воде, в базальтовые породы под землей. В процессе реакции образуется твердый минерал.
Взаимодействие с океаном
В океанах углекислота по наличию превышает атмосферное содержание, если пересчитать на углерод, то выйдет примерно 36 триллионов тонн. Растворенный в океане CO2 находится в виде гидрокарбонатов и карбонатов. Эти соединения образуются в процессе химических реакций между подводными скальными породами, водой и двуокисью углерода. Реакции эти обратимы, они вызывают образование известняковых и других карбонатных пород с высвобождением половины гидрокарбонатов в виде диоксида углерода.
Протекая сотни миллионов лет, этот круговорот реакций привёл к связыванию в карбонатных породах большей части диоксида углерода из атмосферы Земли. По итогу большинство двуокиси углерода, полученной в результате интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу человеком, будет растворено в океанах. Но скорость, с которой будет протекать этот процесс в дальнейшем, остается неизвестной.
Наличие фитопланктона на поверхности океанов помогает поглощать СО2 из воздуха в океан. Некоторое количество углекислого газа фитопланктон поглощает при фотосинтезе, приобретая энергию и источник для развития клеток. Когда он погибает и спускается на дно, углерод остается с ним.
Взаимодействие с землей
Углекислый газ воздуха на генетическом уровне взаимосвязан с землей. Постоянно протекающие почвенные движения увеличивают резервы СО2 в воздухе, где он используется растениями на образование органических элементов. Углекислота выполняет важную функцию в формировании и проветривании почвы. Он принимает участие в разрушении основных минералов, увеличении растворяемости, перемещении карбонатов и фосфатов.
СО2 грунтового воздуха имеет огромную биологическую значимость. Ее излишек (больше 1%) подавляет проращивание семян и рост корневой системы. Если убрать углекислоту все равно ее кратковременный излишек приведет к медленному росту семян.
В почвах с большим содержанием органического вещества концентрация СО2 летом и весной увеличивается до 3-9 %. Черноземные грунты вырабатывают от 2 до 6 кг углекислого газа на протяжении 24 часов. В почвенном воздухе на глубине 75-150 см в два раза больше содержание СО2 нежели в верхних слоях. В теплые времена содержание СО2 в почвенном воздухе в два раз больше чем в зимний период. Объяснить это можно увеличением активности организмов в грунте.
Необходимо понимать, что многочисленные способы земледелия приводят к повышению концентрации углекислоты в грунте. Среди них можно выделить:
Безусловно, не стоит говорить, что плодородность и качество земли зависит исключительно от углекислоты, есть и другие факторы, влияющие на это.
Чтобы регулировать динамику СО2 в почве и увеличивать его содержание до требуемого количества для извлечения хорошего урожая необходимо:
Заключение
Несомненно, что без углекислого газа существование на нашей Земле кардинально отличалось бы. Он вовлечен в важнейшие биологические, химические, геологические и климатические процессы. О них важно знать для объяснения многих явлений, происходящих вокруг нас.
Что такое CO2
Что такое CO2
Что такое диоксид углерода
Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.
Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.
А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.
Свойства углекислого газа
Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.
Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).
Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.
CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.
Углекислый газ в природе: естественные источники
Углекислый газ в природе образуется из различных источников:
Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.
Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.
Искусственные источники углекислого газа
Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:
Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.
Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.
Углекислый газ в организме человека
CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.
Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.
Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.
Углекислый газ и мы: чем опасен СO2
Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.
Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.
Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.
Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.
И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.
Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.
Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.
LiveInternetLiveInternet
—Рубрики
—Метки
—Музыка
—
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
—Статистика
Страсти по климату или общий оборот углекислоты в природе
« Б у р я в стакане в о д ы »…
Налейте в стакан воды «газировку» и понаблюдайте за стаканом. После этого подумайте над вопросами:
Почему газ из воды в стакане выделяется?
Нагревается ли стакан от выделения газа?
Полагаю, что все, кто не имеет двойку по физике и химии в объеме средней школы, ответят правильно.
Судя по всему те, кто считает что, «рост концентрации углекислого газа в атмосфере считается главным виновником потепления климата» в школе были двоечниками.
Но все же очевидно, что повышение концентрации СО2 в атмосфере является признаком глобального потепления.
Независимо от глобальных процессов изменения климата, выбросы СО2 в атмосферу, сопровождающие хозяйственную деятельность человека, в виде сжигания ископаемых углеводородов, целесообразно регулировать. Мало того, что выбросы СО2 сами по себе сопровождаются выбросами ряда вредных для человека и окружающей среды веществ, но и их повышенное содержание в атмосфере на местном и региональном уровнях (особенно в мегаполисах) и как следствие снижение концентрации кислорода, отрицательно сказывается не только на здоровье человека, но и на состоянии окружающей среды, флоре и фауне. Но необходимо отметить, при этом повышенное содержание СО2 в определенном диапазоне концентраций способствует активизации роста растений, поглощающих СО2 в процессе своего роста.
Исходя из обратимости в природе процессов выброса и поглощения СО2 (дыхание животных, дыхание растений), целесообразно, чтобы баланс антропогенных объемов выбросов и поглощения СО2, а также кислорода, на заселенных жителями территориальных образованиях, как минимум, не нарушался и был равным 1. Проекты закачивания СО2 в подземные хранилища, а также на дно океана, нарушают этот баланс, так как под землю (воду) вместе с углеродом закачивается и кислород атмосферы, связанный с углеродом в процессе сжигания углеводородов. Разделить обратно СО2 на углерод и кислород (необходимый для всего животного мира) в необходимых объемах может только растительный мир.
Поэтому главным способом захоронения СО2 может быть только растительный мир. Например, лес, продукция которого в виде древесины, в качестве строительного материала, позволяет консервировать углерод на достаточно длительные периоды.
К сожалению, многие страны в процессе промышленного развития «ликвидировали» (израсходовали) свои естественные поглотители и накопители углерода (леса, болота) и теперь «изобретают велосипед»…
Некоторые страны в процессе глобализации пытаются присвоить поглотители, расположенные на территории других стран, «изобретая» при этом различные международные соглашения типа Киотского протокола. Объясняется это тем, что при положительном балансе объемов выбросов и поглощения ( баланс >1) эти страны должны за это нести ответственность, в соответствии с Уставом ООН и нормами международного права.
При этом получается замкнутый круг: чем выше температура, тем больше испарений и тем выше уровень влажности, а влажность создает парниковый эффект, который вновь увеличивает температуру. Именно поэтому, считают ученые, климатические изменения на планете идут все быстрее, что неминуемо приведет к мощным стихийным бедствиям. Если срочно не принять меры, предупреждают они, то уже в ближайшие годы человечество ожидают наводнения, засухи и катастрофические ураганы. Чаще будут проходить дожди, а климат станет более жарким. Предполагается, что больше всего влажность будет увеличиваться в тропических районах.
Повышение уровня влажности, так же как и парниковые газы, является результатом жизнедеятельности людей. Используя температурные прогнозы Международной комиссии по изменению климата, ученые установили, что к 2100 году влажность на планете вырастет на 24 процента.
Надо сказать, что споры о проблеме изменения климата на Земле не утихают.
Так, одни утверждают, что планету ждет глобальное потепление.
Традиционный взгляд на проблему потепления сводится к тому, что атмосфера Земли состоит из смеси различных газов, часть из которых относится к «парниковым» (СО2, метан), обладающим способностью поглощать тепловые лучи. Солнечный свет проходит через атмосферу, достигает поверхности Земли и нагревает ее. Но их обратный путь в космос как раз и сдерживают парниковые газы. Явление получило название «парниковый эффект» по аналогии с обычным парником. При сжигании ископаемого топлива, составляющего энергетическую основу современной цивилизации, парниковый эффект усиливается, и на Земле становится все теплее.
Имеются и другие объяснения наблюдаемого роста концентрации углекислого газа в атмосфере. Например, известный российский географ, член-корреспондент РАН Андрей Капица, критикуя традиционную концепцию потепления, указывает на то, что процессы теплообмена в земной атмосфере значительно сложнее, чем в приусадебном парнике. По его мнению, рост концентрации углекислого газа является не причиной, а следствием потепления климата. Свою точку зрения Капица строит на том, что количество растворенного в океане углекислого газа многократно превышает его содержание в атмосфере. При потеплении углекислый газ начинает выделяться из океана, и это приводит к росту его концентрации в атмосфере.
Другие исследователи убеждены, что в скором времени температура снизится до рекордных отметок. Например, заведующий лабораторией космических исследований Главной астрономической обсерватории РАН в Санкт-Петербурге Хабибулло Абдусаматов считает, что планете грозит глобальное похолодание.
С 2012 по 2015 г., по мнению ученого, температура начнет медленно понижаться. Абдусаматов утверждает, что наша планета еще в 1998-2005 годах прошла пик глобального потепления, обусловленного главным образом длительным увеличением и необычайно высоким уровнем интенсивности светимости Солнца в течение практически всего 20 века. Сейчас, по мнению ученого, интенсивность солнечной светимости медленно идет на спад и достигнет своего минимума, ориентировочно, в 2041 году. Именно это и станет причиной глубокого похолодания на нашей планете, которая уже сейчас начала отдавать тепло.
По его словам, естественные значительные повышения концентрации углекислого газа в атмосфере происходили еще в доиндустриальную эпоху. Эти процессы никогда не приводили к глобальному потеплению климата, а всегда следовали за потеплением с некоторым отставанием, являясь его следствием.
Из интервью Андрея Петровича Капицы
«- Обыкновенно говорят, что потепление наступило вследствие увеличения выбросов углекислого газа, главным образом промышленного. Из вашей лекции я понял, что люди меняют местами причину и следствие.
— Но ведь нельзя отрицать, что количество углекислого газа, выбрасываемого в последнее столетие, возросло от сжигания большого количества топлива. Какова доля выбросов СО2, связанных с хозяйственной деятельностью человека?