Что поглощает углекислый газ

Что растения поглощают из воздуха и из почвы?

Все живые организмы для существования должны питаться, в том числе и растение. Оно дышит, растет, удаляет ненужные вещества, размножается. Живой организм — это биосистема. Но что поглощают растения из почвы и воздуха?

Воздушное питание

Растения поглощают из воздуха требуемые элементы. Но самым главным процессом, который позволяет образовывать органические вещества, является фотосинтез. Для этого используется солнечная энергия, которая взаимодействует с хлорофиллом, содержащимся в зеленых листьях. Происходит химическая реакция. Растения поглощают углекислый газ и воду для синтеза углеводов. Впоследствии выделяется кислород, который необходим для жизнедеятельности многих существ на Земле.

Далее в растениях образуются сложные углеводы и органические связи. Минеральные соединения азота способствуют синтезу белков, аминокислот. Для этого используется энергия, которая появляется из-за связей АТФ при фотосинтезе.

Для фотосинтеза большинство углекислота растения поглощают из воздуха, а 5 % получают через корни. С помощью листьев усваивается и сера, и азот. Но большая часть этих элементов поступает из почвы.

Корневое питание

Много требуемых для существования элементов растения поглощают из почвы. Азот и зональные элементы поступают благодаря катионам и анионам. Лишь бобовые растения имеют способность усваивать атмосферный азот на молекулярной основе. Существует ряд элементов, которые поглощают растительные живые организмы:

азот;
фосфор;
сера;
кальций;
калий;
натрий;
магний;
железо.

Поглотительная способность корневой системы растений

Различные растения отличаются по мощности корневой системы. Корень растет у самого кончика, который защищает корневой чехлик. От него на расстоянии 1-3 мм растут корневые волоски. С их помощью осуществляется движение воды от корня до части растения, которое растет над землей. Кроме того, с их помощью поглощаются и другие элементы.

Корневые волоски — это тонкие выросты наружных клеток. Их очень много, может быть сотни, а то и тысячи. От этого зависит поглотительная способность растения.

Поглощение питательных веществ

Благодаря минеральному питанию по растениям передвигаются необходимые элементы. В почве образовываются питательные соли, они растворяются, распадаются на ионы. При дыхании зеленое растение поглощает их через корни, выделяет при этом углерод. После этого происходят обменные процессы. Это первый этап питания, с помощью которого поверхность корня насыщается питательными солями.

Передвижение и превращение солей

После того как корни получили питательные соли, происходит их передвижение и превращение в необходимые вещества. При этом выделяется энергия. Таким образом создаются необходимые условия для дыхания корней. Если аэрация почвы хорошая, то происходит должное обеспечение кислородом. Влияет на жизнедеятельность растения и соответствующая температура, наличие ядов в почве.

Все минеральные и органические вещества, которые образовались, двигаются к листьям.

Таким образом, поступление ионов веществ к растению проходит в 3 этапа:

изменение ионов из твердой формы, передвижение к поверхности корней;
проникновение в корни;
движение их в органы растения, которые находятся над землей.

Углекислый газ и растения

При дыхании зеленое растение поглощает углекислый газ, из которого получает углерод. Этот элемент просто необходим ему для существования.

Кроме воздуха, углекислый газ содержится в почве. Поэтому многие садоводы удобряют грунт специальными органическими и минеральными растворами.

Еще одним источником этого жизненно необходимого элемента являются живые существа. Они выделяют его при дыхании. Из-за этого его количество увеличивается в воздухе, а растения благодаря этому развиваются, плодоносят.

Кстати, в теплицах содержится небольшое количество углекислого газа, поэтому ставятся бочки, куда заливается раствор птичьего помета или бродящего коровяка. От этого содержание требуемого элемента увеличивается. А в открытом грунте используются удобрения.

Роль почвы в жизни растений

Почва — это верхний слой планеты. С ее помощью растения развиваются и дают плоды. Она появляется от взаимодействия живых организмов с горными породами и веществами, что появляются от их разрушения. Почва содержит минеральные частицы, минеральные соли, органические вещества и воздух. Из-за того, что раскладываются отмершие остатки живых организмов, появляется органическая почва. Ее называют гумусом.

Рост и развитие растений зависит от количества воды в почве. Зеленые жители планеты поглощают это вещество в растворенном виде. Из-за этого некоторые растения не выживают в засушливой местности. Но и обильная влага может уничтожить их, от этого происходит загнивание, корни отмирают.

Воздух тоже имеет большое значение в жизнедеятельности растения. В почве его наличие обязательно. И вода, и воздух лучше проникают в разрыхленную поверхность грунта. Поэтому на огородах несколько раз в году разрыхляют почву. От этого посев лучше развивается и плодоносит.

Роль питания

Растения поглощают из воздуха необходимые элементы, чтобы обеспечить такие процессы:

жизнедеятельность;
рост органов;
запас веществ;
появление плодов и семян.

От недостатка требуемых элементов растение медленнее развивается. При резком дефиците продуктов питания рост растительного организма прекращается. Но избыток любых элементов также способен нанести вред.

Зачастую люди, которые выращивают урожай, создают необходимые условия почвы с помощью удобрений (это обеспечивает хороший рост и развитие растений). Также регулируют воздушное питание.

Многих интересует, какое растение поглощает кислород. Их на самом деле огромное множество. Благодаря солнечному свету происходит фотосинтез, поглощается углекислый газ, а вот в темноте растения дышат кислородом.

Охрана почв

Люди разрушающим образом влияют на природу, уничтожают леса, строят водохранилища, снижают плодородие почв неверным орошением. В результате этого растения не могут существовать, потому что соли в больших количествах нарушают их развитие.

Из-за засоления и других явлений земли, местности, которые могли приносить плоды, уменьшаются. А вот пустыни увеличивают свои площади. За последние 20 лет их стало больше на 100 млн гектаров. Если так будет продолжаться, то со временем на планете земли не смогут быть использованы для сельского хозяйства.

Для того, чтобы сохранить почву, требуется предпринимать меры по предотвращению засоления. Нужно обрабатывать землю без вреда для нее, правильно ее удобрять, не стоит применять ядохимикаты. Для борьбы с вредителями существуют аналоги, которые не вредят биологической среде.

Для сохранности верхнего слоя почвы от ветра нужно делать полезащитные лесополосы. Они позволят влаге удерживаться на полях.

Спектр излучения, поглощаемый растениями

Какой спектр излучения поглощают растения? Благодаря растительным организмам происходит фотосинтез, выделяется энергия, необходимая для их существования. При этом используется солнечное освещение. Поглощает его хлорофилл в красном и синем участках спектра.

Кроме фотосинтеза, в растении происходят и другие процессы. На них влияет свет разных участков спектра. Быстрое и медленное развитие растения зависит от чередования темного или светлого времени суток. Красные участки спектра влияют за развитие корней, цветение, появление и созревание плодов. Поэтому в теплицы помещают натриевые лампы, которые излучают красную зону спектра. А вот синяя область влияет на рост листьев и самого растения. Если этого участка будет недостаточно, то саженец будет тянуться вверх в поисках нужного света.

Поэтому человеку, который выращивает растения, следует устанавливать лампы, которые излучают красные и синие цвета. Разные производители специально для садоводства выпускают такие освещающие приборы.

Итак, для развития, роста, плодотворности растению нужно питание. Оно осуществляет его с помощью почвы и воздуха. От недостатка какого-то элемента, неподходящих условий развитие растения будет замедляться.

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».

Диоксид углерода — это парниковый газ, который в воздухе воздействует на теплообмен земли и является ключевым элементом в формировании земного климата.
На сегодняшний день прослеживается повышение концентрации двуокиси углерода в атмосфере из-за появления новых искусственных и естественных его источников. Это значит, что климат планеты будет меняться.

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:

Дыхание флоры и фауны. Растения и животные поглощают и вырабатывают СО₂, так устроено их дыхание.
Извержение вулканов. Вулканические газы содержат двуокись углерода. В тех регионах, где есть активные вулканы, углекислый газ способен выходить из земных трещин и разломов.
Разложение органических элементов. Когда органические элементы горят и перегнивают появляется СО₂.

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:

Выбросы предприятий, которые происходят в процессе сгорания. Результатом является значительное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере планеты.
Транспорт.
Превращение хозяйственных земель из лесов в пастбища и пахотные земли.

В мире растет количество экологических машин, но их процент по отношению к машинам внутреннего сгорания очень мал. Стоимость электрокаров выше обычных машин, поэтому многие не имеют финансовой возможности приобрести такой вид транспорта.

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.

Читать еще: Электроды эсаб ок 46 характеристики

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.

Значительная доля диоксида углерода грунтового воздуха появляется в результате деятельности почвенных организмов, во время распада и окисления органического элемента. До 1/3 части СО₂ вырабатывается корнями высоких растений. Также происходит поступление углекислого газа с газами ювенильного и вадозного происхождения из глубочайших шаров земли. В почвах, сформированных на известковых породах, СО₂ способен выступать продуктом разрушения углекислого кальция почвенными кислотами.

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:

органические удобрения;
травосеяние;
сжатие катками.

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:

активировать жизненные процессы в грунте при помощи аэрации;
осуществлять правильное травосеяние для того чтобы поддерживался и обновлялся резерв органического вещества;
делать сидерацию и вносить органические удобрения.

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.

Поглощают ли на самом деле растения углекислый газ из атмосферы?

Современная теория фотосинтеза, когда растения добывают углерод из атмосферы, которого в ней 0,01%, говорит о том, что на планете нет ни одного ученого, ни одного инженера, и вообще ни одного мыслящего человека.

Растения играют очень важную роль в жизни человека, поэтому остановимся на теории фотосинтеза подробнее. Теория фотосинтеза полностью противоречит практике.

Я упаковал комнатное растение в прозрачный полиэтиленовый пакет. От баллона с углекислым газом провел трубочку и настроил небольшой расход углекислого газа в пакет с растением. Другое такое же комнатное растение росло, как обычно.

Растение в Углекислотной атмосфере

В течение двух месяцев я не обнаружил никакой разницы в развитии опытного и контрольного растений. Тогда было принято решение ускорить изучение влияния атмосферы на жизнь растений, а именно, попытаться «задушить» растение, лишив его листья контакта с углекислым газом и кислородом. Для этого я заменил баллон с углекислым газом на баллон с азотом.

Растение в Азотной атмосфере

Продул пакет азотом и настроил небольшой расход азота через пакет с растением на улицу. Растение, лишенное веществ, необходимых для жизнедеятельности, должно было быстро погибнуть, однако оно продолжало нормально жить и развиваться. Видимо, растения не знакомы с теорией фотосинтеза.

Когда закончился азот, я накрыл растение пятилитровой стеклянной банкой с целью перекрыть доступ атмосферного углекислого газа к листьям.

Растение в “изолированной” атмосфере

В среднем на 1м2 листовой площади растение накапливает за 1 час 1-2г. сухого вещества или 0,45-0,9г. углерода (45%). Один кубометр воздуха содержит 0,15г. углерода (0,01%). Листовая площадь подопытного цветка составляет

1/16 м2. Такому растению каждый час необходимо получать количество углерода, находящегося в 250 литрах воздуха, а поскольку объем банки всего 5 литров, то минуты жизни цветка были сочтены. Однако, как Вы уже догадались, цветок нормально развивается в банке, не обращая внимания на отсутствие углекислого газа.

Попытка «утопить» растение так же закончилась неудачей.

Растение погруженное в воду

Несколько дней растение благополучно росло на свету, погруженное в воду, при этом было видно, как выделяются пузырьки газа. Затем его вытащили из воды, и несколько дней оно было на воздухе, потом снова погрузили в воду и так несколько раз. В результате такого купания растение не «захлебнулось», а наоборот, стало выглядеть лучше, чем до опыта.

Одновременно с опытами я выяснял, что написано в научной литературе по фотосинтезу. И обнаружил поразительные факты:

1. Понятия «воздушное питание растений» и «дыхание растений» существуют только в теоретической научной литературе и в учебниках. В практическом сельскохозяйственном производстве таких понятий нет. Так же как нет технологий, операций, мероприятий, техники и приспособлений, обеспечивающих воздушное питание и дыхание растений.

2. Ни в каком языке мира не существует слов, обозначающих углеродное, углекислотное или кислородное голодание растений. Не описано ни одного случая угнетения или гибели растений из-за отсутствия углекислого газа или кислорода.

3. Не проводились и не проводятся опыты, доказывающие или опровергающие теорию воздушного питания и дыхания растений.

4. Описания фотосинтеза содержат ложные утверждения. Например, ученые пишут «…воздух проходит через устьица и поднимается в верхнюю часть листа…». В действительности этого нет. Днем листья выделяют кислород и углекислый газ, ночью – углекислый газ. Азот не выделяется из листьев ни днем, ни ночью. Растения не усваивают азот из воздуха, он поступает к растениям только из почвы. То есть воздух, который на 80% состоит из азота, не попадает внутрь листьев, иначе из листьев выделялся бы азот. Кроме того, листья находятся под постоянным давлением выше атмосферного, в том числе их губчатая часть, таким способом растения поддерживают форму листьев и их место в кроне. Поэтому, чтобы воздух попал в верхнюю часть листа, там нужно создать разряжение, для этого нужны органы дыхания и мышцы. Ничего этого листья не имеют.

Воздушного питания и дыхания растений не существует. Одной теории фотосинтеза достаточно для утверждения, что наука – это мракобесие, “опиум для народа”. Жители Вселенной (не инопланетяне) строят познание мира на других принципах, по другой схеме, чем наша наука.

Примеры научных глупостей неистощимы, наука целиком состоит из глупостей, и эта ситуация совершенно объективная. Человек не может познать мир, настолько «хитро» он устроен.

Что поглощает углекислый газ

Растения — природные очистители воздуха. Они поглощают углекислый газ (CO2) и с помощью фотосинтеза продуцируют кислород — и именно поэтому облесение и вырубка деревьев по всему миру считается одной из главных проблем. Для ее решения довольно необычный способ предложили сотрудники Университета Иллинойса в Чикаго (UIC): исследователи разработали искусственные листья, которые имитируют этот процесс, надеясь использовать их для борьбы с повышением уровня парниковых газов. Некоторые из этих разработок хорошо зарекомендовали себя в лабораторных условиях, но в естественную среду их удалось вывести только сейчас.

Ученые создали искусственные листья, поглощающие больше углекислого газа,чем настоящие

По словам исследователя UIC Минеша Сингха (Meenesh Singh), проблема существующих искусственных листьев заключается в том, что они вытягивают чистый CO2 из резервуаров под давлением в лаборатории, но в реальном мире они должны иметь возможность извлекать СО2 из воздуха вокруг себя. В статье, опубликованной в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering, команда UIC описывает новый дизайн, предназначенный для наделения искусственных листьев такой способностью.

Специалисты предлагают поместить искусственный лист в заполненную водой капсулу, построенную из полупроницаемой мембраны. Когда солнечный свет нагревает воду, она испаряется через мембрану. В то же время капсула будет всасывать углекислый газ. Искусственный лист внутри капсулы затем преобразует CO2 в угарный газ (CO) и кислород. Первый может быть откачан из устройства и использован для создания синтетического топлива — от бензина до метанола, — в то время как последний может возвращаться обратно в окружающую среду.

«Благодаря внедрению традиционной технологии искусственного листа в эту специализированную мембрану, все устройство способно функционировать как естественный лист», — рассказывает Сингх в пресс-релизе, доступном на сайте университета.

Исследователи полагают, что искусственный лист, построенный по их конструкции, будет в 10 раз эффективнее преобразовывать CO2 в топливо, чем натуральные листья. Они подсчитали, что 360 таких искусственных листьев — каждый длиною 1,7 метра и шириной 0,2 метра — будут ежедневно производить около полтонны СО, что могло бы использоваться в качестве основы для синтетического топлива. Распространение этих устройств на 500 квадратных метрах может снизить уровень CO2 в воздухе в пределах 100 метров пространства на 10 процентов всего за день.

«В нашем концептуальном проекте используются легкодоступные материалы и технологии, а само изобретение может сыграть существенную роль в снижении выбросов парниковых газов в атмосферу», — уверен ученый.

Тел.: 8-800-2000-699 (Звонок по РФ бесплатный)

Хостинг — это услуга по размещению веб-сайта на сервере провайдера или сервера на площадке провайдера (в дата-центре), т.е. предоставление круглосуточного подключения к сети Интернет, бесперебойного питания и охлаждения. В основном спрос на размещение сайтов значительно больше, чем на размещение серверов, потому что обычно размещение собственных серверов нужно только для довольно крупных сайтов или порталов. Так же, хостингами называют сами площадки или сервера, предоставляющие данную услугу.

Читать еще: Как зарядить аккумулятор необслуживаемый автомобиля зарядным устройством

Растение в Углекислотной атмосфере

Растение в Азотной атмосфере

Растение в “изолированной” атмосфере

Попытка «утопить» растение так же закончилась неудачей.

Растение погруженное в воду

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:

Дыхание животных и растений.
Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
Вулканическая деятельность.
Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
Разложение органических веществ.
Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

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:

промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
автомобильный транспорт.

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.

Читать еще: Как выбрать главный вид детали

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.

Океаны с трудом справляются с поглощением антропогенного углекислого газа из атмосферы

Углекислый газ постоянно поступает в атмосферу и выводится из нее разными способами. Океаны (наряду с лесами) — одни из важнейших нейтрализаторов СО2, поглощающие значительную его часть. При этом увеличивается кислотность воды, что негативно влияет на жизнедеятельность морских организмов, а также истощаются запасы минерального карбоната кальция, необходимого для нейтрализации СО2. Ученые из США и Канады построили модель, описывающую эти процессы, чтобы узнать, насколько силен антропогенный вклад в закисление океанов. По их оценкам, сразу в нескольких зонах Атлантического, Индийского и Тихого океанов этот вклад составляет от 40 до 100%, а максимальная глубина, на которой еще происходят реакции нейтрализации, уменьшилась на 300 метров.

Рис. 1. Фотография нормального (не окисленного) морского дна, покрытого белоснежными карбонатными осадками. Фото с сайта pekatron.gallery.ru

Пассивное поглощение поверхностью океана углекислого газа (СО2) — это естественный процесс, постоянно происходящий в земной атмосфере. Волны перемешивают верхние слои воды, и за счет этого океан, как губка, впитывает из атмосферы излишки углекислоты, которая нейтрализуется по мере погружения в придонные слои. Однако если в воды океана попадает слишком много углекислого газа, это нарушает кислотно-щелочной баланс океанских вод: их кислотность увеличивается (то есть снижается показатель pH). В таком случае ученые говорят о закислении океана. В последние десятилетия этот процесс стал особенно активным, что связано главным образом с деятельностью человека (и является одним из антропогенных факторов климатических изменений).

Антропогенные выбросы СО2 — основная причина потепления климата

Среднегодовая температура по планете повышается год от года. Это видно как на основе прямых наблюдений (наземные и судовые наблюдения, наблюдения на роботизированных буях и глайдерах на поверхности и в толще океана, на поверхности льда, аэрологические наблюдения в толще атмосферы, спутниковые наблюдения, наблюдения с помощью радаров и некоторые другие виды наблюдений), так и по данным численного моделирования. Все имеющиеся данные раз в 5–6 лет обобщаются в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата. При этом рост температур, не связанный ни с какими природными причинами (энергия Солнца, вулканические извержения, естественные циклы климатических изменений), начался на рубеже 1950–1960-х годов (рис. A).

Рис. A. а) — график изменения глобальных температур; красным показаны данные моделирования с учетом антропогенного фактора; черным —реальные наблюдения. b) — изменение глобальных температур без учета антропогенного фактора (синяя кривая), черным показаны реальные наблюдения). Графики из доклада Climate Change 2007: The Physical Science Basis

С этого же времени наблюдается активный рост содержания СО2 в атмосфере (рис. B, слева). То, что этот рост не укладывается ни в какие природные циклы, видно из графика, приведенного справа на рис. B. Именно антропогенные выбросы СО2 считаются на сегодняшний день главной причиной глобального потепления.

Рис. B. Слева — концентрация углекислого газа в атмосфере по данным прямых наблюдений на станции Мауна-Лоа (Гавайи). Из графика видно, что концентрация СО2 в атмосфере за время наблюдений выросла с 315 ppm (частиц на миллион) в 1958 году до 407–408 ppm в 2018 году. Справа — Концентрация углекислого газа в атмосфере по данным палеореконструкций на основе анализа ледяного керна (до 1958 года) и прямых наблюдений на станции Мауна-Лоа. Видно, что современная концентрация СО2 в атмосфере существенно выше естественных колебаний с учетом всех природных циклов. Графики с сайта scripps.ucsd.edu

Если в верхних слоях океана перемешивание воды происходит весьма активно, то на глубине этот процесс идет значительно медленнее. Поэтому, чтобы захваченная из атмосферы углекислота достигла дна океана, требуются сотни (а для больших глубин — и тысячи) лет. Достигнув дна, она вступает в реакцию, которая в геохимии называется «карбонатной компенсацией»:

В процессе этой реакции поступающий в океан CO2 (в том числе и антропогенный) переходит в растворимые ионы бикарбоната HCO3− и таким образом нейтрализуется. Но чтобы эта реакция происходила непрерывно, на дне должно быть достаточное количество минерального карбоната кальция (CaCO3), который при этой реакции растворяется. Присутствует он там главным образом в виде кальцита, которым сложены обломки раковин и кораллов, устилающих дно океана.

На большой глубине карбонат кальция в минеральной форме отлагаться не может, так как с увеличением давления увеличиваются и растворимость кальцита, и скорость реакции карбонатной компенсации. Образование раковин и кораллов происходит в верхних слоях океана, пересыщенных CaCO3. После смерти организмов кальцитовые раковины и оболочки опускаются (или сносятся течениями) на глубину, где на глубине ниже линии насыщения кальцита (calcite saturation depth, CSD, см.: Лизоклин), начинается их растворение в ходе реакции карбонатной компенсации. Глубина, где темпы образования кальцитовых раковин и кораллов примерно уравновешиваются реакцией растворения, называется глубиной компенсации кальцита (calcite compensation depth, CCD) или глубиной карбонатной компенсации. Ниже линии CCD кальцит в донных отложениях отсутствует.

По мере роста закисления верхних слоев океана, граница CCD начинает перемещаться все выше, и в самом крайнем случае может достичь поверхности. Тогда отложение кальцита (а значит и образование раковин морских организмов и кораллов) полностью прекратится. Такой период уже был в геологической истории во время так называемого палеоцен-эоценового термического максимума (примерно 56 млн лет назад): средняя температура воды Мирового океана тогда была лишь на 1,5°С выше современных значений, а все закончилось глобальной экологической катастрофой. В океанических осадочных породах этот период оставил след в виде слоя коричневой «грязи» (в то время как донные отложения обычно белоснежно-белые, так как сложены главным образом карбонатным материалом) с белыми вкраплениями окаменелых скелетов вымерших планктонных организмов, моллюсков, ракообразных и рыб. Согласно данным, приведенным в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change), за последние 100 лет антропогенное воздействие уменьшило pH океана на 0,1 единицы (что в десять раз превышает скорость закисления океана, происходившего 56 млн лет назад), а 2100 году pH Мирового океана упадет еще на 0,2 единицы.

Насколько сегодняшняя ситуация является на самом деле критической, и насколько антропогенное воздействие затронуло систему глубокого морского дна, отвечающую за нейтрализацию атмосферного CO2, решили выяснить ученые из США и Канады. Для этого они построили цифровую модель современного положения границы CCD в разных частях Мирового океана (рис. 2).

Рис. 2. Результат моделирования глубины границы CCD в разных частях современного океана. Серым показаны участки, где граница CCD проходит ниже уровня дна океана. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Полностью сохраняют свою функцию в плане компенсации атмосферного CO2 участки, отмеченные на рис. 2 серым цветом. Для всех остальных участков компенсаторная способность ограничена, особенно сильно — для участков, отмеченных желтым и оранжевым (граница ССD здесь расположена в интервале глубин 3,5–4,5 км от поверхности).

При построении модели использовались данные по содержаниям химических веществ на различных глубинах, придонным течениям и концентрации CaCO3 в глубоководных отложениях. Оценки скорости океанических придонных течений были получены на основе модели океана высокого разрешения (D. S. Trossman et al., 2016. Impact of topographic internal lee wave drag on an eddying global ocean model), разработанной под руководством Дэвида Троссмана и Брайана Арбика — соавторов обсуждаемой статьи. Не имея достаточного количества данных о содержаниях CaCO3 в донных осадках дна всего океана, исследователи создали в лаборатории микросреду, воспроизводящую глубинные донные течения, температуру и химический состав морской воды, а также состав осадков. Эти эксперименты помогли им понять, что управляет растворением кальцита в морских отложениях, и позволили определить скорость его растворения в зависимости от различных переменных окружающей среды.

Чтобы понять, как менялась со временем глубина расположения границ CSD и CCD, и какую роль в этом играл именно антропогенный СО2, авторы на основе моделирования построили карту темпов растворения придонного кальцита в доиндустриальную эпоху и в наше время, и сравнили их между собой (рис. 3).

Рис. 3. Географическое распределение темпов растворения кальцита (в моль/м2 в год) на глубине ниже 300 м и влияние антропогенного фактора. Показаны доиндустриальный (А) и современный (В) темпы растворения кальцита, а также разница между ними (С). Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Результаты моделирования показали, что деятельность человека уже сегодня существенно влияет на химические процессы в океане. По подсчетам авторов во многих регионах Мирового океана вклад антропогенного СО2 в смещение границ CSD и CCD и, соответственно, снижение компенсаторной способности глубинных реакций, составляет более 40%, а на северо-западе Атлантики достигает 100%. В этих местах глубина компенсации кальцита поднялась в постиндустриальный период приблизительно на 300 м. Повышенное растворение CaCO3 также было выявлено на юге Атлантики, Индийского и Тихого океанов, где из-за активных глубинных течений глубинные воды больше подвержены перемешиванию по сравнению с придонными водами других частей Мирового океана, и, следовательно, эти воды богаты антропогенным СО2. Здесь происходит активное некомпенсированное растворение карбонатных минералов. В течение ближайших десятков-сотен лет огромные площади морского дна в этих районах утратят свой белоснежно-белый вид, обусловленный массой накопившихся на дне карбонатных осадков, и станут грязно-бурыми. Как говорят авторы, «антропоцен наступит и на дне океана».

Авторы считают, что то, что они видят сегодня, является лишь началом масштабного процесса окисления морского дна, причиной которого является рост в атмосфере Земли антропогенного CO2. Большая часть его еще не достигла морского дна, а природная компенсаторная система океана уже начала давать сбой, так как углекислый газ сегодня выбрасывается в атмосферу гораздо более быстрыми темпами, чем он нейтрализуется в океане.

Источник: Olivier Sulpis, Bernard P. Boudreau, Alfonso Mucci, Chris Jenkins, David S. Trossman, Brian K. Arbic, Robert M. Key. Current CaCO3 dissolution at the seafloor caused by anthropogenic CO2 // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. DOI: 10.1073/pnas.1804250115.

0 0 голоса

Рейтинг статьи