Сколько углекислого газа выбрасывает вулкан. Кто выбрасывает в атмосферу больше углекислого газа – человек или природа? Расчетные характеристики энергетических паспортов

Основным загрязнителем атмосферы является СО 2 , образующийся в результате сжигания органического топлива при выработке электроэнергии и тепла. Для комплексной оценки общей нагрузки на окружающую среду от строительства объектов жилищно-гражданского назначения необходимо оценить уровень вредного воздействия эмиссии углекислого газа (СО 2) в атмосферу на отдельных этапах жизненного цикла здания, а именно: производство строительных материалов, возведение объекта, эксплуатация, реконструкция и снос. В связи с обширностью данного вопроса, оценим уровень неблагоприятного воздействии на стадии эксплуатации, как наиболее продолжительного периода жизненного цикла, объектов строительства г. Красноярска.

Расчеты выбросов углекислого газа (СО 2) лучше всего поддаются контролю, поскольку они базируются на уравнении окисления углерода:

С + О 2 = СО 2

или в молярных массах: 12 + 2 * 16 = 12 + 16 * 2 = 44

Следовательно, на 12 молярных масс углерода приходится 44 массы двуокиси углерода. Соответственно, на одну молярную массу углерода приходится массы двуокиси углерода, т.е. на каждую сожженную тонну углерода выбрасывается или примерно 3,67 т двуокиси углерода.

Формулой для расчета выбросов СО 2 , образующегося при сжигании органического топлива за определенный период времени является формула (1):

– объем годового выброса СО 2 , т.;

– масса сожженного топлива, т.;

– низшая теплотворная способность данного вида топлива, ГДж.;

– коэффициент выбросов углерода для данного вида топлива т С/Гдж.;

– коэффициент фракции окисленного углерода для данного вида топлива;

– коэффициент преобразования углерода в диоксид углерода, равный 44/12, или 3,67.

При анализе вредного воздействия на этапе эксплуатации в расчетах используются различные виды топлива. В таблице 1 представлены, подготовленные Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), коэффициенты выбросов углерода, выделяемого при сжигании различных видов топлив , коэффициенты низшей теплотворной способности и удельной теплоты сгорания отдельных видов топлив.

Таблица 1.

Расчетные коэффициенты

Виды топлива		Коэффициент выбросов С, т С/ГДж	Фракция окисленного С	Коэффициенты низшей теплотворной способности, ГДж/ед	Удельная теплота сгорания, КДж/кг
Уголь каменный
Уголь бурый
Брикеты угольные
Природный газ
Дизельное топливо

Подставив данные в формулу (1) получаем результаты по объемам выбросов двуокиси углерода при сжигании 1 т топлива (табл. 2).

Таблица 2.

Количество выбросов СО 2 в атмосферу при сжигании топлива

Виды топлива	Объем топлива	Объем выброса СО 2 , т
Уголь каменный
Уголь бурый
Брикеты угольные
Природный газ
Дизельное топливо

Объем топлива, требуемого для отопления жилого дома определяется по формуле (2):

где – количество выделившейся теплоты (МДж),

q - удельная теплота сгорания, табл. 20 (МДж/кг),

m - масса сгоревшего топлива (кг).

На основании полученных данных можно оценить нагрузку на окружающую среду от эксплуатации данного объекта недвижимости за весь расчетный период по формуле (3):

, (3)

где – общий объем выброса СО 2 , т.;

Q co2 – объем годового выброса СО 2 , т.;

m – масса сгоревшего топлива, т.

В работе проведена оценка нагрузки на окружающую среду от эксплуатации следующих объектов жилищно-гражданского назначения:

1. Многоэтажный жилой дом №12 в микрорайоне «Белые росы» в районе Абаканской протоки, жилого района «Пашенный», Свердловского района г. Красноярска (далее – Объект №1):

• 24-этажное здание;
• конструктивное решение – кирпичное;

1. Комплекс многоэтажных жилых домов 5-го микрорайона жилого района «Нанжуль-Солнечный» по адресу: г. Красноярск, жилой массив индивидуальной застройки «Нанжуль-Солнечный», уч. №ХХI. Жилой дом №6 (далее – Объект №2):

• 10-этажное здание;
• каркасное конструктивное решение;
• класс энергетической эффективности – В «Высокий».

1. 1-й квартал V микрорайона жилого массива «Слобода Весны». IV очередь строительства: 5 этап - многоэтажный жилой дом №4.2 со встроенными нежилыми помещениями и инженерным обеспечением (далее – Объект №3):

• 26-этажное здание;
• конструктивное решение – монолитно-каркасное;
• класс энергетической эффективности – В «Высокий».

1. 1-й квартал V микрорайона жилого массива «Слобода Весны». IV очередь строительства: 4-й этап - многоэтажный жилой дом №4.3 со встроенными нежилыми помещениями и инженерным обеспечением», почтовый адрес - г. Красноярск, ул. 9 Мая, 83 (далее – Объект №4):

• 26-этажное здание;
• конструктивное решение - монолитный железобетон с несущими поперечными и продольными стенами;
• класс энергетической эффективности – В «Высокий».

За расчетный период примем минимальный срок эксплуатации объектов жилищно-гражданского назначения – 50 лет.

Исходные данные принимаем согласно фактическим данным энергетического паспорта каждого объекта. Информация по потребности в тепловой энергии приведена в сводной таблице 3.

Таблица 3.

Расчетные характеристики энергетических паспортов

	Обозначение и ед. изм. параметра	Объект №1	Объект №2	Объект №3	Объект №4
Расход тепловой энергии за отопительный период
Отапливаемая площадь	A h , м 2
Расход тепловой энергии за отопительный период на 1 м 2	q h y ,

На основании исходных данных по формуле (2) определим кол-во необходимого топлива на отопление помещений рассматриваемых объектов жилищно-гражданского назначения в течение расчетного периода - 50 лет (табл. 4).

Таблица 4.

Потребность в топливе для отопления объектов

Наименование расчетных параметров		Объект №1	Объект №2	Объект №3	Объект №4
Уголь каменный
Уголь бурый
Брикеты угольные
Природный газ
Дизельное топливо

На основании данных таблиц 2, 4 определим нагрузку на окружающую среду от эксплуатации объектов жилищно-гражданского назначения за весь расчетный период по формуле (3).

Т.к. рассматриваемые объекты недвижимости имеют различную площадь, для проведения сравнительной характеристики приведем полученные данные по выбросам СО 2 к единообразию, т.е. определим кол-во выделенного СО 2 за расчетный период на 1 м 2 , результаты представлены в таблице 6.

Таблица 6.

Объемы выбросов СО 2 от сжигания топлива на стадии эксплуатации объектов недвижимости за 50 лет на 1 м 2

Наименование расчетных параметров		Объект №1	Объект №2	Объект №3	Объект №4
Уголь каменный
Уголь бурый
Брикеты угольные
Природный газ
Дизельное топливо

Наибольшие теплопотери приходятся на объект №2 (рис.1) (Комплекс многоэтажных жилых домов 5-го микрорайона жилого района «Нанжуль-Солнечный» по адресу: г. Красноярск, жилой массив индивидуальной застройки «Нанжуль-Солнечный», уч. №ХХI. Жилой дом №6), в результате чего требуется больше энергии и топлива для отопления 1м 2 на протяжении периода эксплуатации объекта, и, как следствие, наибольшее количество выбросов двуокиси углерода в атмосферу.

Рисунок 1. Объем выделения СО 2 на стадии эксплуатации объектов недвижимости за 50 лет на 1 м 2

Таким образом, в результате проведенных расчетов наиболее экологически чистым топливом для отопления жилого дома является природный газ. При отоплении природным газом выделяется СО 2 почти в половину меньше от количества выделяемого СО 2 при отоплении бурым углем.

Список литературы:

1. Белоусов, В. Н. Энергосбережение и выбросы парниковых газов (СО2): уче. пособие/ В. Н. Белоусов, С. Н. Смородин, В. Ю. Лакомкин. – Санкт –Петербург, 2014. – 53 с.
2. ГОСТ Р 54257-2010. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования – Введ. 01.09.2011. – Москва: Стандартинформ, 2011. – 14 с.
3. Жусип, Ж. А. Оценка загрязнения окрестностей города Алматы при сжигании угля [Электронный ресурс] / Ж. А. Жусип, А. В. Омарова // Научное сообщество студентов XXI столетия. – 2013. – № 12..
4. РНД Методические указания по расчету выбросов парниковых газов от тепловых электростанций и котельных Введ. 2010. – Астана, 2010. – 15 с.

1 Человек и климат.

2 Введение.

Взаимосвязь между энергопотреблением, экономической деятельностью и поступлением

в атмосферу.

Потребление энергии и выбросы углекислого газа.

3 Углерод в природе.

Изотопы углерода.

4 Углерод в атмосфере.

Атмосферный углекислый газ.

Углерод в почве.

5 Прогнозы концентрации углекислого газа в атмосфере на будущее. Основные выводы.

6 Список литературы.

Введение.

Деятельность человека достигла уже такого уровня развития, при котором её влияние на природу приобретает глобальный характер. Природные системы - атмосфера, суша, океан, - а также жизнь на планете в целом подвергаются этим воздействиям. Известно, что на протяжении последнего столетия увеличивалось содержание в атмосфере некоторых газовых составляющих, таких, как двуокись углерода (

), закись азота ( ), метан ( ) и тропосферный озон ( ). Дополнительно в атмосферу поступали и другие газы, не являющиеся естественными компонентами глобальной экосистемы. Главные из них - фторхлоруглеводороды. Эти газовые примеси поглощают и излучают радиацию и поэтому способны влиять на климат Земли. Все эти газы в совокупности можно назвать парниковыми.

Представление о том, что климат мог меняться в результате выброса в атмосферы двуокиси углерода, появилось не сейчас. Аррениус указал на то, что сжигание ископаемого топлива могло привести к увеличению концентрации атмосферного

и тем самым изменить радиационный баланс Земли. В настоящие время мы приблизительно известно, какое количество поступило в атмосферу за счёт сжигания ископаемого топлива и изменений в использовании земель (сведения лесов и расширения сельскохозяйственных площадей), и можно связать наблюдаемое увеличение концентрации атмосферного с деятельностью человека.

Механизм воздействия

на климат заключается в так называемом парниковом эффекте. В то время как для солнечной коротковолновой радиации прозрачен, уходящую от земной поверхности длинноволновую радиацию этот газ поглощает и излучает поглощённую энергию по всем направлениям. Вследствие этого эффекта увеличение концентрации атмосферного приводит к нагреву поверхности Земли и нижней атмосферы. Продолжающийся рост концентрации в атмосфере может привести к изменению глобального климата, поэтому прогноз будущих концентраций углекислого газа является важной задачей.

Поступление углекислого газа в атмосферу

в результате промышленных

выбросов.

Основным антропогенным источником выбросов

является сжигание всевозможных видов углеродосодержащего топлива. В настоящее время экономическое развитие обычно связывается с ростом индустриализации. Исторически сложилось, что подъём экономики зависит от наличия доступных источников энергии и количества сжигаемого ископаемого топлива. Данные о развитии экономики и энергетики для большинства стран за период 1860-1973 гг. Свидетельствуют не только об экономическом росте, но и о росте энергопотребления. Тем не менее одно не является следствием другого. Начиная с 1973 года во многих странах отмечается снижение удельных энергозатрат при росте реальных цен на энергию. Недавнее исследование промышленного использования энергии в США показало, что начиная с 1920 года отношение затрат первичной энергии к экономическому эквиваленту производимых товаров постоянно уменьшалось. Более эффективное использование энергии достигается в результате совершенствования промышленной технологии, транспортных средств и проектирования зданий. Кроме того, в ряде промышленно развитых стран произошли сдвиги в структуре экономики, выразившиеся в переходе от развития сырьевой и перерабатывающей промышленности к расширению отраслей, производящих конечный продукт.

Минимальный уровень потребления энергии на душу населения, необходимый в настоящее время для удовлетворения нужд медицины, образования и рекреации, значительно меняется от региона к региону и от страны к стране. Во многих развивающихся странах значительный рост потребления высококачественных видов топлива на душу населения является существенным фактором для достижения более высокого уровня жизни. Сейчас представляется вероятным, что продолжение экономического роста и достижение желаемого уровня жизни не связаны с уровнем энергопотребления на душу населения, однако этот процесс ещё недостаточно изучен.

Можно предположить, что до достижения середины следующего столетия экономика большинства стран сумеет приспособиться к повышенным ценам на энергию, уменьшая потребности в рабочей силе и в других видах ресурсов, а также увеличивая скорость обработки и передачи информации или, возможно, изменяя структуру экономического баланса между производством товаров и предоставлением услуг. Таким образом, от выбора стратегии развития энергетики с той или иной долей использования угля или ядерного топлива в энергетической системе будет непосредственно зависеть скорость промышленных выбросов

.

Потребление энергии и выбросы

углекислого газа.

Энергия не производится ради самого производства энергии. В промышленно развитых странах основная часть вырабатываемой энергии приходится на промышленность, транспорт, обогрев и охлаждение зданий. Во многих недавно выполненных исследованиях показано, что современный уровень потребления энергии в промышленно развитых станах может быть существенно снижен за счёт применения энергосберегающих технологий. Было рассчитано, что если бы США перешли, при производстве товаров широкого потребления и в сфере услуг, на наименее энергоёмкие технологии при том же объёме производства, то количество поступающего в атмосферу

уменьшилось бы на 25%. Результирующее уменьшение выбросов в целом по земному шару при этом составило бы 7%. Подобный эффект имел бы место и в других промышленно развитых странах. Дальнейшего снижения скорости поступления в атмосферу можно достичь путём изменения структуры экономики в результате внедрения более эффективных методов производства товаров и усовершенствований в сфере предоставления услуг населению.

Углерод в природе.

Среди множества химических элементов, без которых невозможно существование жизни на Земле, углерод является главным.Химические превращения органических веществ связаны со способностью атома углерода образовывать длинные ковалентные цепи и кольца. Биогеохимический цикл углерода, естественно, очень сложный, так как он включает не только функционирование всех форм жизни на Земле, но и перенос неорганических веществ как между различными резервуарами углерода, так и внутри них. Основными резервуарами углерода являются атмосфера, континентальная биомасса, включая почвы, гидросферу с морской биотой и литосферой. В течение последних двух столетий в системе атмосфера - биосфера - гидросфера происходят изменения потоков углерода, интенсивность которых примерно на порядок величины превышает интенсивность геологических процессов переноса этого элемента. По этой причине следует ограничиться анализом взаимодействий в пределах этой системы, включая почвы.

Основные химические соединения и реакции.

Известно более миллиона углеродных соединений, тысячи из которых участвуют в биологических процессах. Атомы углерода могут находиться в одном из девяти возможных состояний окисления: от +IV до -IV. Наиболее распространённое явление - это полное окисление, т.е. +IV, примерами таких соединений могут служить

и . Более 99% углерода в атмосфере содержится в виде углекислого газа. Около 97% углерода в океанах существует в растворённой форме ( . Элементарный углерод присутствует в атмосфере в малых количествах в виде графита и алмаза, а в почве - в форме древесного угля. Ассимиляция углерода в процессе фотосинтеза приводит к образованию восстановленного углерода, который присутствует в биоте, мёртвом органическом веществе почвы, в верхних слоях осадочных пород в виде угля, нефти и газа, захоронённых на больших глубинах, и в литосфере - в виде рассеянного недоокисленного углерода. Некоторые газообразные соединения, содержащие недоокисленный углерод , в частности метан, поступают в атмосферу при восстановлении веществ, происходящем в анаэробных процессах. Хотя при бактериальном разложении образуется несколько различных газообразных соединений, они быстро окисляются, и можно считать, что в систему поступает . Исключением является метан, поскольку он также влияет на парниковый эффект. В океанах содержится значительное количество растворённых соединений органического углерода, процессы окисления которых до известны ещё недостаточно хорошо.

Что говорит наука...

Человечество производит в 100 раз больше СО2, чем вулканы.

Базовый уровень

В земле содержится огромное количество углерода, намного больше чем присутствует, по оценкам ученых, в атмосфере или в океанах. Часть этого углерода медленно высвобождается из горных пород в форме СО2 через вулканы и горячие источники, это является важной частью природного круговорота углерода. Согласно обзорам научных публикаций Moerner and Etiope (2002) и Kerrick (2001) , диапазон оценок эмиссии составляет от 65 до 319 млн. тонн в год. Противоречащие этому утверждения, что вулканы, особенно подводные, производят гораздо большие количества СО2, не основаны на каких-либо публикациях ученых, занятых этой темой.

Сжигание ископаемого топлива и изменения в землепользовании имеют своим результатом эмиссию примерно 30 миллиардов тонн углекислоты в год, согласно EIA . Эта величина примерно в 100 раз больше, чем максимальная оценка вулканической эмиссии. Наше понимание вклада вулканов в изменение концентрации СО2 в земной атмосфере будет очевидно ошибочным, если мы не признаем этот вклад весьма незначительным.

Вулканы могут влиять - и влияют - на климат во временном диапазоне порядка нескольких лет, но это происходит за счет выбросов сульфатных аэрозолей в верхние слои атмосферы во время больших извержений, происходящих спорадически каждое столетие.

Продвинутый уровень

Вулканы выделяют CO2 как на суше, так и под водой. Подводные вулканы выделяют от 66 до 97 миллионов тонн CO2 в год. Тем не менее, это уравновешивается поглощением углерода лавой, образующейся на дне океана. Следовательно, подводные вулканы мало влияют на уровень CO2 в атмосфере. Больший вклад вносят субаэральные вулканы (субаэральные значит «под воздухом», это отсылка к наземным вулканам). Субаэральные вулканы выделяют 242 миллиона тонн CO2 в год (Mörner and Etiope (2002)).

Люди в настоящее время выделяют около 29 миллиардов тонн CO2 в год (EIA). Выбросы CO2 человеком более чем в 100 раз превышают выбросы вулканического CO2. Это очевидно при сравнении уровней CO2 в атмосфере с вулканической активностью с 1960 года. Даже сильные извержения вулканов, такие как Пинатубо, Эль-Чикон и Агунг, оказали мало заметного влияния на уровни CO2. На самом деле, после извержения вулкана скорость изменения СО2 даже немного падает, возможно, из-за охлаждающего эффекта аэрозолей.

Рисунок 1: Уровни CO2 в атмосфере, измеренные на Мауна-Лоа, Гавайи (NOAA) (слева: СО2 в атмосфере, частей на миллион) и оптическая толщина стратосферного аэрозоля (справа) при 50 нм (NASA GISS).

Извержение горы Пинатубо выделило 42 миллиона тонн CO2 (Gerlach et al 1996). Сравните это с выбросами человека в том же 1991 году: 23 миллиарда тонн CO2 (CDIAC). Самое сильное извержение за последние полвека составило 0,2% выбросов CO2 человеком в этом году.

Перевод продвинутого уровня выполнен

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 СО 2 поддерживает процесс фотосинтеза, который образовывает растительный мир суши и поверхности океана.
Совместно с молекулами воды, метана и озона он формирует « ».

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.

Большая часть диоксида углерода планеты естественного происхождения. Но также источниками СО 2 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 СО 2 , равному по количеству антропогенной эмиссии.

Естественными источниками углекислоты являются:

• Дыхание флоры и фауны. Растения и животные поглощают и вырабатывают СО 2 , 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 СО 2 .

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 CO 2 считаются:

• Выбросы предприятий, которые происходят в процессе сгорания. Результатом является .
• 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 CO 2 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 CO 2 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.

Лес северного полушария

При сжигании и уничтожении леса основная доля накопленного углерода опять преобразуется в углекислый газ. В итоге лес снова является источником СО 2 .
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 СО 2 считаются: раствор едкого калия, натронная известь и асбест, едкий натр.
Эти соединения при , 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.

Станция закачки углекислого газа под землю

Взаимодействие с океаном

В океанах углекислота по наличию превышает атмосферное содержание, если пересчитать на углерод, то выйдет примерно 36 триллионов тонн. 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.

Круговорот углекислого газа в океане

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 СО 2 из воздуха в океан. Некоторое количество углекислого газа фитопланктон поглощает при , 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 СО 2 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 СО 2 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, СО 2 способен выступать продуктом разрушения углекислого кальция почвенными кислотами.

СО 2 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 СО 2 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 СО 2 нежели в верхних слоях. В теплые времена содержание СО 2 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:

1. органические удобрения;
2. травосеяние;
3. 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.

Газировка, вулкан, Венера, рефрижератор – что между ними общего? Углекислый газ. Мы собрали для Вас самую интересную информацию об одном из самых важных химических соединений на Земле.

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 . 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.

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 – 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 , 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 , 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 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 , который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.