Деятельность человека достигла уже таких масштабов, что общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли достигло предельно допустимых значений. Природные системы - суша, атмосфера, океан, находятся под разрушительным воздействием.
Важные факты
Например, к ним относятся фторхлоруглеводороды. Эти примеси газов излучают и поглощают солнечную радиацию, что отражается на климате планеты. В совокупности СО 2 , иные газообразные соединения, оказывающиеся в атмосфере, называют парниковыми газами.
Историческая справка
Он предупреждал о том, что увеличение объемов сжигаемого топлива может привести к нарушению радиационного баланса Земли.
Современные реалии
Сегодня большее количество диоксида углерода в атмосферу поступает при сжигании топлива, а также в связи с теми изменениями, что происходят в природе из-за вырубки лесных угодий, увеличения площадей сельскохозяйственных угодий.
Механизм воздействия диоксида углерода на живую природу
Повышение содержания углекислого газа в атмосфере вызывает парниковый эффект. Если при коротковолновой солнечной радиации оксид углерода (IV) прозрачен, то длинноволновую радиацию он поглощает, излучая энергию по всем направлениям. В результате содержание углекислого газа в атмосфере существенно увеличивается, нагревается поверхность Земли, горячими становятся нижние слои атмосферы. При последующем увеличении количества диоксида углерода возможно глобальное изменение климата.
Именно поэтому важно прогнозировать общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли.
Источники попадания в атмосферу
Среди них можно выделить промышленные выбросы. Содержание углекислого газа в атмосфере возрастанием в связи с антропогенными выбросами. Экономический рост напрямую зависит от количества сжигаемых природных ископаемых, так как многие производства являются энергозатратными предприятиями.
Результаты статистических исследований свидетельствуют о том, что с конца прошлого века во многих странах происходит снижение удельных затрат энергии при существенном росте цен на электроэнергию.
Эффективное ее использование достигается благодаря модернизации технологического процесса, транспортных средств, использованию новых технологий в строительстве производственных цехов. Некоторые развитые промышленные страны перешли от развития перерабатывающей и сырьевой отрасли к развитию тех направлений, которые занимаются изготовлением конечного продукта.
В крупных мегаполисах, обладающих серьезной производственной базой, выбросы диоксида углерода в атмосферу существенно выше, поскольку СО 2 часто является побочным продуктом отраслей, деятельность которых удовлетворяет запросы образования, медицины.
В развивающихся странах существенный рост использования высококачественного топлива на 1 жителя, считается серьезным фактором для перехода на более высокий уровень жизни. В настоящее время выдвигается идея, согласно которой продолжение экономического роста и повышение уровня жизни возможно без увеличения количества сжигаемого топлива.
В зависимости от региона содержание углекислого газа в атмосфере составляет от 10 до 35 %.
Связь между потребляемой энергией и выбросами СО2
Начнем с того, что энергия не производится только ради ее получения. В развитых промышленных странах большая ее часть используется в промышленности, для обогрева и охлаждения зданий, для транспорта. Исследования, проводимые крупными научными центрами, показали, что при использовании энергосберегающих технологий можно получить существенное снижение выбросов диоксида углерода в земную атмосферу.
Например, ученым удалось посчитать, что если бы США перешли на менее энергоемкие технологии при производстве товаров народного потребления, это бы позволило снизить количество углекислого газа, попадающего в атмосферу, на 25 %. В масштабах земного шара это позволило бы снизить проблему парникового эффекта на 7 %.
Углерод в природе
Анализируя проблему, касающуюся выбросов диоксида углерода в атмосферу Земли, отметим, что углерод, который входит в его состав, является жизненно важным для существования биологических организмов. Его способность образовывать сложные углеродные цепочки (ковалентные связи) приводит к появлению белковых молекул, необходимых для жизни. Биогенный цикл углерода является сложным процессом, поскольку в него входит не просто функционированием живых существ, но и перенос неорганических соединений между разными резервуарами углерода, а также внутри них.
К ним относится атмосфера, континентальная масса, в том числе почвы, а также гидросфера, литосфера. На протяжении двух последних столетий в системе биофера-атмосфера-гидросфера наблюдаются изменения потоков углерода, который по своей интенсивности существенно превышают скорость протекания геологических процессов переноса данного элемента. Именно поэтому нужно ограничиваться рассмотрением взаимоотношений внутри системы, включая и почву.
Серьезные исследования, касающиеся определения количественного содержания углекислого газа в земной атмосфере, стали проводиться с середины прошлого века. Первопроходцем в таких вычислениях стал Киллинг, работающий в известной обсерватории Мауна-Лоа.
Анализ наблюдений показал, что на изменения концентрации диоксида углерода в атмосфере влияет цикл фотосинтеза, деструкция растений на суше, а также годовое изменение температуры в Мировом океане. В ходе экспериментов удалось выяснить, что количественное содержание углекислого газ в северном полушарии существенно выше. Ученые предположили, что это связно с тем, что большая часть антропогенного поступления приходится именно на это земное полушарие.
Для проведения анализа были взяты без специальных методик, кроме того не учитывалась относительная и абсолютная погрешность вычислений. Благодаря анализу пузырьков воздуха, которые содержались в ледниковых кернах, исследователям удалось установить данные по содержанию в земной атмосфере углекислого газа в диапазоне 1750-1960 гг.
Заключение
На протяжении последних столетий произошли существенные изменения в континентальных экосистемах, причиной стало увеличение антропогенного воздействия. При повышении количественного содержания углекислого газа в атмосфере нашей планеты, возрастает парниковый эффект, что негативно отражается на существовании живых организмов. Именно поэтому важно переходить на энергосберегающие технологии, которые позволяют снижать поступление СО 2 в атмосферу.
Очень велика. Углекислый газ принимает участие в образовании всего живого вещества планеты и вместе с молекулами воды и метана создает так называемый «оранжерейный (парниковый) эффект».
Значение углекислого газа (CO 2 , двуокись или диоксид углерода ) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями .
Являясь парниковым газом , двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании .
В последнее время наблюдается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе, что ведет к .
Углерод (С) в атмосфере содержится в основном в виде углекислого газа (СО 2) и в небольшом количестве в виде метана (СН 4), угарного газа и других углеводородов.
Для газов атмосферы применяют понятие «время жизни газа». Это время, за которое газ полностью обновляется, т.е. время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько в нем содержится. Так вот, для углекислого газа это время составляет 3-5 лет, для метана - 10-14 лет. СО окисляется до СО 2 в течение нескольких месяцев.
В биосфере значение углерода очень велико, так как он входит в состав всех живых организмов. В пределах живых существ углерод содержится в восстановленном виде, а вне пределов биосферы - в окисленном. Таким образом, формируется химический обмен жизненного цикла: СО 2 ↔ живое вещество.
Источники углерода в атмосфере.
Источником первичной углекислоты являются , при извержении которых в атмосферу выделяется огромное количество газов. Часть этой углекислоты возникает при термическом разложении древних известняков в различных зонах метаморфизма.
Также углерод поступает в атмосферу в виде метана в результате анаэробного разложения органических остатков. Метан под воздействием кислорода быстро окисляется до углекислого газа. Основными поставщиками метана в атмосферу являются тропические леса и .
В свою очередь углекислый газ атмосферы является источником углерода для других геосфер - , биосферы и .
Миграция СО 2 в биосфере.
Миграция СО 2 протекает двумя способами:
При первом способе СО 2 поглощается из атмосферы в процессе фотосинтеза и участвует в образовании органических веществ с последующем захоронением в в виде полезных ископаемых: торфа, нефти, горючих сланцев.
При втором способе углерод участвует в создании карбонатов в гидросфере. СО 2 переходит в Н 2 СО 3 , НСО 3 -1 , СО 3 -2 . Затем с участием кальция (реже магния и железа) происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков и доломитов. По оценке А.Б. Ронова, соотношение органического углерода (С орг) к углероду карбонатному (С карб) в истории биосферы составляло 1:4.
Каким образом осуществляется геохимический круговорот углерода в природе и как углекислый газ возвращается снова в атмосферу
> Концентрация углекислого газа
Ученые уже давно подозревают, что повышенная концентрация углекислого газа в атмосфере имеет прямое отношение к глобальному потеплению, но, как оказалось, углекислый газ может иметь непосредственное отношение и к нашему здоровью. Человек является основным источником образования углекислого газа в помещении, поскольку мы выдыхаем от 18 до 25 литров этого газа в час. Высокий объем углекислого газа может наблюдаться во всех помещениях, где находятся люди: в школьных классах и институтских аудиториях, в комнатах для совещаний и офисных помещениях, в спальнях и детских комнатах.
То, что нам не хватает кислорода в душном помещении, – это миф. Расчеты показывают, что вопреки существующему стереотипу, головная боль, слабость, и другие симптомы возникают у человека в помещении не от недостатка кислорода, а именно от высокой концентрации углекислого газа.
Еще недавно в Европейских странах и США уровень объема углекислого газа в помещении измеряли только для того, чтоб проверить качество работы вентиляции, и считалось, что СО2 опасен для человека только в больших концентрациях. Исследования же о влиянии на организм человека углекислого газа в концентрации приблизительно 0,1% появились совсем недавно.
Мало кто знает, что чистый воздух за городом содержит около 0,04% углекислого газа, и, чем ближе содержание СО2 в помещении к этой цифре, тем лучше чувствует себя человек.
Осознаем ли мы влияния плохого качества воздуха в помещение на наше здоровье и здоровье наших детей? Понимаем ли мы, как влияет высокое содержание углекислого газа в помещении на нашу работоспособность и на успеваемость учащихся? Можем ли мы понять, почему мы и наши дети такие усталые в конце рабочего дня? В состоянии ли мы решить проблему нашей утренней усталости и раздражительности, а так же плохого ночного сна?
Группой Европейских ученых были проведены исследования того, как влияет высокий (приблизительно 0,1-0,2%) уровень углекислого газа в классах на организм школьников. Исследования показали, что больше половины школьников регулярно испытывают на себе негативное влияние высокого уровня СО2, и следствием этого является то, что проблемы с дыхательной системой, ринит и слабая носоглотка у таких детей наблюдаются гораздо чаще, чем у других детей.
В результате исследований, проведенных в Европе и США было выявлено, что повышенный уровень СО2 в классе ведет к снижении внимания школьников, к ухудшению успеваемости, а так же к увеличению числа пропусков уроков по болезни. Особенно это касается детей, которые больны астмой.
В России подобные исследования никогда не проводились. Однако, в результате комплексного обследования московских детей и подростков в 2004-2004 гг. оказалось, что среди обнаруженных болезней у юных москвичей преобладают заболевания органов дыхания.
В результате недавних исследований, проведенных индийскими учеными среди жителей города Калькутта, выяснено, что даже в низких концентрациях углекислый газ является потенциально токсичным газом. Ученые сделали вывод, что углекислый газ по своей токсичности близок к двуокиси азота, принимая во внимание его воздействие на клеточную мембрану и биохимические изменения, происходящие в крови человека, такие, как ацидоз. Длительный ацидоз в свою очередь приводит к заболеванию сердечнососудистой системы, гипертонии, усталости и другим неблагоприятным для человеческого организма последствиям.
Жители крупного мегаполиса подвергаются негативному влиянию углекислого газа с утра до вечера. Сначала в переполненном общественном транспорте и в собственных автомобилях, которые подолгу стоят в пробках. Затем на работе, где часто бывает душно и нечем дышать.
Очень важно поддерживать хорошее качество воздуха в спальне, т.к. люди проводят там треть своей жизни. Для того, чтоб хорошо выспаться гораздо важнее качественный воздух в спальне, чем продолжительность сна, а уровень углекислого газа в спальнях и детских комнатах должен быть ниже 0,08%. Высокий уровень СО2 в этих помещениях может явиться причиной таких симптомов, как заложенность носа, раздражение горла и глаз, головной боли и бессонницы.
Финские ученые нашли способ решения этой проблемы исходя из аксиомы, что если в природе уровень углекислого газа составляет 0,035-0,04%, то и в помещениях он должен быть приближен к этому уровню. Изобретенное ими устройство удаляет из воздуха помещений избыток углекислого газа. Принцип основан на абсорбции (поглощении) углекислого газа специальным веществом.
Основными составными частями атмосферного воздуха являются кислород (около 21%), азот (78%), углекислый газ (0,03-0,04%), водяные пары, инертные газы, озон, перекись водорода (около 1%).
Кислород - наиболее составная часть воздуха. При его непосредственном участии протекают все окислительные процессы в организме человека и животных. В покое человек потребляет в минуту примерно 350 мл кислорода, а при тяжелой физической работе количество потребляемого кислорода увеличивается в несколько раз.
Вдыхаемый воздух содержит 20,7-20,9% кислорода, а выдыхаемый - около 15-16%. Таким образом, ткани организма поглощают около 1/4 кислорода, имеющегося в составе вдыхаемого воздуха.
В атмосфере содержание кислорода существенно не изменяется. Растения поглощают углекислый газ и, расщепляя его, усваивают углерод, а освободившийся кислород выделяют в атмосферу. Источником образования кислорода является также фотохимическое разложение водяных паров в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетового излучения солнца. В обеспечении постоянного состава атмосферного воздуха имеет значение также перемешивание воздушных потоков в нижних слоях атмосферы. Исключение составляют герметически замкнутые помещения, где вследствие длительного пребывания людей содержание кислорода может значительно понижаться (подводные лодки, убежища, герметизированные кабины самолетов и др.).
Для организма важное значение имеет парциальное давление * кислорода, а не его абсолютное содержание во вдыхаемом воздухе. Это обусловлено тем, что переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и из крови в тканевую жидкость происходит под влиянием разницы в парциальном давлении. Парциальное давление кислорода уменьшается с увеличением высоты местности над уровнем моря, (таблица 1).
Таблица 1. Парциальное давление кислорода на разных высотах
Большое значение имеет использование кислорода для лечения заболеваний, сопровождающихся кислородным голоданием (кислородные палатки, ингаляторы).
Углекислый газ. Содержание углекислого газа в атмосфере достаточно постоянно. Это постоянство объясняется круговоротом его в природе. Несмотря на то, что процессы гниения, жизнедеятельности организма сопровождаются выделением углекислого газа, значительного увеличения его содержания в атмосфере не происходит, так как углекислый газ усваивается растениями. При этом углерод идет на построение органических веществ, а кислород поступает в атмосферу. В выдыхаемом воздухе содержится до 4,4% углекислого газа.
Углекислый газ - физиологический возбудитель дыхательного центра, поэтому при искусственном дыхании его в незначительном количестве добавляют к воздуху. В больших количествах он может оказывать наркотическое действие и вызывать смерть.
Углекислый газ имеет и гигиеническое значение. По его содержанию судят о чистоте воздуха жилых и общественных помещений (т. е. помещений, где находятся люди). При скоплении людей в плохо вентилируемых помещениях параллельно накоплению углекислого газа в воздухе увеличивается содержание других продуктов жизнедеятельности человека, повышается температура воздуха и увеличивается его влажность.
Установлено, что если содержание углекислого газа в воздухе помещений превышает 0,07-0,1%, то воздух приобретает неприятный запах и может нарушить функциональное состояние организма.
Параллельность изменения перечисленных свойств воздуха жилых помещений и возрастания концентрации углекислого газа, а также простота определения его содержания позволяют использовать этот показатель для гигиенической оценки качества воздуха и эффективности вентиляции общественных помещений.
Азот и другие газы. Азот является основной составной частью атмосферного воздуха. В организме он находится в растворенном состоянии в крови и тканевых жидкостях, но не принимает участия в химических реакциях.
В настоящее время экспериментально установлено, что в условиях повышенного давления азот воздуха вызывает у животных расстройство нервно-мышечной координации, последующее возбуждение и наркотическое состояние. Аналогичные явления исследователи наблюдали у водолазов. Применение для дыхания водолазов гелио-кислородной смеси позволяет увеличить глубину спуска до 200 м без выраженных симптомов интоксикации.
При электрических грозовых разрядах и под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца в воздухе образуется незначительное количество других газов. Гигиеническое значение их сравнительно невелико.
* Парциальным давлением газа в смеси газов называется то давление, которое производил бы данный газ, если бы он занимал весь объем смеси.
Воздух - это смесь газов:
Азот 78%,
Кислород 20%,
Аргон 1%,
Углекислый газ CO2 0,03%,
Неон, метан, гелий, криптон, водород и ксенон менее 1%.
Человек является основным источником углекислого газа в помещении. Мы выдыхаем от 18 до 25 л/час СО2. Повышенное содержание уровня углекислого газа наблюдается во всех помещениях, где находятся люди.
То, что нам не хватает кислорода в душном помещении – это миф!
Нам душно из-за высокой концентрации углекислого газа
400 ppm = 0,04 % за городом
600 ppm= 0,06 % в спальне
1000 ppm = 0,1 % в офисе
1 ppm - миллионная доля или промилле соответствует 0,0001% CO2
Расчеты показывают, что головная боль, слабость, и другие симптомы возникают у человека в помещении не от недостатка кислорода, а от избытка углекислого газа!
Ещё недавно в Европейских странах и США уровень углекислого газа в помещении измеряли только для того, чтоб проверить качество работы вентиляции, и считалось, что СО2 опасен для человека только в больших концентрациях.Исследования же о влиянии углекислого газа на организм человека в концентрации приблизительно 1000 ppm появились совсем недавно.
Мало кто знает, что чистый воздух за городом содержит около 400 ppm углекислого газа, и, чем ближе содержание СО2 в помещении к этой цифре, тем лучше чувствует себя человек.
Жители крупного мегаполиса подвергаются негативному влиянию повышенного уровня углекислого газа круглосуточно. Сначала в переполненном общественном транспорте и в собственных автомобилях, которые подолгу стоят в пробках. Затем на работе, где часто бывает душно и нечем дышать.
Так же очень важно поддерживать хорошее качество воздуха и в собственном доме, особенно в спальне, там мы проводим треть своей жизни. Для того, чтобы хорошо выспаться, гораздо важнее чистый воздух, чем продолжительность сна, а уровень СО2 в спальнях и детских комнатах должен быть ниже 600 ppm . Высокий уровень СО2 в этих помещениях может стать причиной таких симптомов, как заложенность носа, раздражение горла и глаз, головной боли и бессонницы.
Ученые нашли способ решения этой проблемы, исходя из аксиомы, что если в природе уровень углекислого газа составляет 350-400 ppm , то и в помещениях он должен быть приближен к этому уровню.
*Все указанные в таблице уровни вполне нормальны и допустимы время от времени.
Углекислый газ в офисных помещениях снижает производительность труда сотрудников, ухудшает состояние их здоровья, приводит к Синдрому больного здания (СБЗ). Замеры, проведенные в офисах показали, что концентрация углекислого газа СО2 достигала 2000 ppm и выше .
Исследования показали, что при концентрации углекислого газа выше 800-1000 ppm сотрудники офисных зданий начинают испытывать симптомы СБЗ: раздражение слизистых оболочек, сухой кашель, головная боль, снижение работоспособности, воспаление глаз, заложенность носа, воспаление носоглотки, проблемы, связанные с дыхательной системой, сухой кашель, головная боль, усталость и сложность с концентрацией внимания. Причем, углекислый газ является одной из главных причин развития СБЗ.
Для того, чтобы понять в каких пределах находится концентрация СО2, мы произвели следующие замеры газоанализатором (прибор измеряющий содержание углекислого газа в воздухе):
Содержание углекислого газа СО2 в офисе, измерение в ppm:
Содержание углекислого газа СО2 в квартире при проветривании и без, измерение в ppm:
Фактически - утром в комнате с закрытыми пластиковыми окнами и закрытым приточным клапаном - 2000 ppm (промилей).Обратите внимание при проветривании помещения влажность воздуха снижается!
Помогите! Установил пластиковые окна, стало душно и плохо пахнет.
Причина духоты - не работает вытяжная вентиляция на кухне и ванной.
Проведём эксперимент. Поднесите зажжённую свечу или спичку к вентиляционной решётке, пламя должно отклониться в сторону решётки. Если пламя осталось неподвижно или отклонилось от решётки, вентиляция не работает. А теперь приоткройте окно в комнате и поднесите спичку, пламя больше отклонилось в сторону решётки или потухло.
Вывод. Квартира - это как сообщающиеся сосуды, сколько воздуха поступает, столько же и удаляется.
Если есть приток воздуха с улицы, вытяжная вентиляция на кухне и в ванной удаляет грязный, влажный воздух с запахами.
Современные герметичные окна пропускают мало воздуха, а, значит, вытяжная вентиляция недостаточно удаляет воздух.
Если постоянно держать приоткрытыми окна, смысл покупки новых окон сводится на нет: снова в доме холод, пыль и грохот трамваев. Системы микропроветривания на окнах не намного эффективнее - проветривают они хорошо, зато быстро выстуживают комнату, и не спасают от сквозняков, уличного шума и пыли.
В воздухе квартиры увеличивается содержание углекислого газа СО2. Основная причина плохого самочувствия, невысыпания и синдрома хронической усталости - это переизбыток углекислого газа CO2 в воздухе.
