Περιεκτικότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Προσεκτικά! Διοξείδιο του άνθρακα! Πώς το διοξείδιο του άνθρακα επιστρέφει στην ατμόσφαιρα της Γης

Χημική σύνθεση

Η ατμόσφαιρα της Γης προέκυψε ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης αερίων κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων. Με την έλευση των ωκεανών και της βιόσφαιρας, σχηματίστηκε λόγω ανταλλαγής αερίων με νερό, φυτά, ζώα και τα προϊόντα της αποσύνθεσής τους σε εδάφη και βάλτους.

Επί του παρόντος, η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγονίδια νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλάσσια άλατα, προϊόντα καύσης).

Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το νερό (H 2 O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2).

Εκτός από τα αέρια που αναφέρονται στον πίνακα, η ατμόσφαιρα περιέχει SO 2, NH 3, CO, όζον, υδρογονάνθρακες, HCl, HF, ατμούς Hg, I 2, καθώς και NO και πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Η τροπόσφαιρα περιέχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων (αεροζόλ).

Διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης, από το 2011, αντιπροσωπεύεται στο ποσό των 392 ppm ή 0,0392%. Ο ρόλος του διοξειδίου του άνθρακα ( Διοξείδιο CO 2ή διοξείδιο του άνθρακα) στη ζωή της βιόσφαιρας συνίσταται κυρίως στη διατήρηση της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, η οποία πραγματοποιείται από τα φυτά. Ως αέριο του θερμοκηπίου, το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα επηρεάζει την ανταλλαγή θερμότητας του πλανήτη με τον περιβάλλοντα χώρο, εμποδίζοντας αποτελεσματικά τη θερμότητα που εκπέμπεται εκ νέου σε διάφορες συχνότητες, και έτσι συμμετέχει στη διαμόρφωση του κλίματος του πλανήτη.

Λόγω της ενεργού χρήσης των ορυκτών καυσίμων ως καυσίμου από την ανθρωπότητα, παρατηρείται ταχεία αύξηση της συγκέντρωσης αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα. Η πρώτη ανθρωπογενής επίδραση στις συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα έχει σημειωθεί από τα μέσα του 19ου αιώνα. Έκτοτε, ο ρυθμός ανάπτυξής του αυξήθηκε και στο τέλος της δεκαετίας του 2000 σημειώθηκε με ρυθμό 2,20 ± 0,01 ppm/έτος ή 1,7% ετησίως. Σύμφωνα με ξεχωριστές μελέτες, το σημερινό επίπεδο CO 2 στην ατμόσφαιρα είναι το υψηλότερο τα τελευταία 800 χιλιάδες χρόνια και, πιθανώς, τα τελευταία 20 εκατομμύρια χρόνια.

Ρόλος στο φαινόμενο του θερμοκηπίου

Παρά τη σχετικά χαμηλή συγκέντρωσή του στον αέρα, το CO 2 είναι ένα σημαντικό συστατικό της γήινης ατμόσφαιρας επειδή απορροφά και εκπέμπει ξανά υπέρυθρη ακτινοβολία σε διάφορα μήκη κύματος, συμπεριλαμβανομένου μήκους κύματος 4,26 μm (τρόπος δόνησης - ασύμμετρη διάταση του μορίου) και 14,99 μm (καμπτικές διακυμάνσεις). Αυτή η διαδικασία εξαλείφει ή μειώνει την ακτινοβολία από τη Γη στο διάστημα σε αυτά τα μήκη κύματος, με αποτέλεσμα το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η τρέχουσα αλλαγή στη συγκέντρωση του ατμοσφαιρικού CO 2 αντανακλάται στις ζώνες απορρόφησης, όπου η τρέχουσα επιρροή του στο φάσμα επανεκπομπών της Γης οδηγεί μόνο σε μερική απορρόφηση.

Εκτός από τις ιδιότητες θερμοκηπίου του διοξειδίου του άνθρακα, είναι επίσης σημαντικό ότι είναι βαρύτερο αέριο σε σύγκριση με τον αέρα. Δεδομένου ότι η μέση σχετική μοριακή μάζα αέρα είναι 28,98 g/mol και η μοριακή μάζα του CO 2 είναι 44,01 g/mol, η αύξηση της αναλογίας του διοξειδίου του άνθρακα οδηγεί σε αύξηση της πυκνότητας του αέρα και, κατά συνέπεια, σε αλλαγή προφίλ πίεσης ανάλογα με το ύψος. Λόγω της φυσικής φύσης του φαινομένου του θερμοκηπίου, μια τέτοια αλλαγή στις ιδιότητες της ατμόσφαιρας οδηγεί σε αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας.

Συνολικά, μια αύξηση της συγκέντρωσης από τα προβιομηχανικά επίπεδα των 280 ppm στα σύγχρονα επίπεδα των 392 ppm ισοδυναμεί με επιπλέον 1,8 watt που απελευθερώνεται ανά τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας του πλανήτη. Αυτό το αέριο έχει επίσης τη μοναδική ιδιότητα της μακροπρόθεσμης κλιματικής αλλαγής, η οποία, μόλις σταματήσει η εκπομπή που την προκάλεσε, παραμένει σε μεγάλο βαθμό σταθερή για έως και χίλια χρόνια. Άλλα αέρια του θερμοκηπίου, όπως το μεθάνιο και το υποξείδιο του αζώτου, υπάρχουν ελεύθερα στην ατμόσφαιρα για μικρότερο χρονικό διάστημα.

Πηγές διοξειδίου του άνθρακα

Οι φυσικές πηγές διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα περιλαμβάνουν ηφαιστειακές εκρήξεις, την καύση οργανικής ύλης στον αέρα και την αναπνοή εκπροσώπων του ζωικού κόσμου (αερόβιοι οργανισμοί). Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται επίσης από ορισμένους μικροοργανισμούς ως αποτέλεσμα της διαδικασίας ζύμωσης, της κυτταρικής αναπνοής και κατά τη διαδικασία αποσύνθεσης των οργανικών υπολειμμάτων στον αέρα. Οι ανθρωπογενείς πηγές εκπομπών CO 2 στην ατμόσφαιρα περιλαμβάνουν: την καύση ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή θερμότητας, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τη μεταφορά ανθρώπων και αγαθών. Ορισμένες βιομηχανικές δραστηριότητες, όπως η παραγωγή τσιμέντου και η διάθεση αερίων με καύση, οδηγούν σε σημαντικές εκπομπές CO 2.

Τα φυτά μετατρέπουν το προκύπτον διοξείδιο του άνθρακα σε υδατάνθρακες κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, η οποία πραγματοποιείται μέσω της χρωστικής χλωροφύλλης, η οποία χρησιμοποιεί την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας. Το αέριο που προκύπτει, το οξυγόνο, απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα της Γης και χρησιμοποιείται για την αναπνοή από ετερότροφους οργανισμούς και άλλα φυτά, σχηματίζοντας έτσι τον κύκλο του άνθρακα.

Ανθρωπογενείς εκπομπές

Εκπομπές άνθρακα στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα βιομηχανικών δραστηριοτήτων. δραστηριότητα το 1800 – 2004

Με την έλευση της Βιομηχανικής Επανάστασης στα μέσα του 19ου αιώνα, υπήρξε μια προοδευτική αύξηση των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η οποία οδήγησε σε ανισορροπία στον κύκλο του άνθρακα και αύξηση των συγκεντρώσεων CO 2. Επί του παρόντος, περίπου το 57% του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται από την ανθρωπότητα απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα από τα φυτά και τους ωκεανούς. Ο λόγος της αύξησης της ποσότητας CO 2 στην ατμόσφαιρα προς το συνολικό CO 2 που εκλύεται είναι σταθερή τιμή περίπου 45% και υφίσταται βραχυπρόθεσμες διακυμάνσεις και διακυμάνσεις με περίοδο πέντε ετών.

Η καύση ορυκτών καυσίμων όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο είναι η κύρια αιτία ανθρωπογενών εκπομπών CO 2, με την αποψίλωση των δασών να είναι η δεύτερη κύρια αιτία. Το 2008, η καύση ορυκτών καυσίμων απελευθέρωσε 8,67 δισεκατομμύρια τόνους άνθρακα στην ατμόσφαιρα (31,8 δισεκατομμύρια τόνους CO2), από 6,14 δισεκατομμύρια τόνους ετήσιων εκπομπών άνθρακα το 1990. Η μετατροπή των δασών σε χρήση γης είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα ισοδύναμη με την καύση 1,2 δισεκατομμυρίων τόνων άνθρακα το 2008 (1,64 δισεκατομμύρια τόνους το 1990). Η σωρευτική αύξηση σε 18 χρόνια είναι το 3% του ετήσιου φυσικού κύκλου CO 2, το οποίο είναι αρκετό για να βγάλει το σύστημα εκτός ισορροπίας και να προκαλέσει ταχεία άνοδο των επιπέδων CO 2. Ως αποτέλεσμα, το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύτηκε σταδιακά στην ατμόσφαιρα και το 2009 η συγκέντρωσή του ήταν 39% υψηλότερη από τα προβιομηχανικά επίπεδα.

Έτσι, παρά το γεγονός ότι (από το 2011) οι συνολικές ανθρωπογενείς εκπομπές CO2 δεν υπερβαίνουν το 8% του φυσικού ετήσιου κύκλου του, παρατηρείται αύξηση των συγκεντρώσεων που οφείλεται όχι μόνο στο επίπεδο των ανθρωπογενών εκπομπών, αλλά και στη συνεχή αύξηση των επίπεδο εκπομπών με την πάροδο του χρόνου.

Ερευνητές από το Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκοέχουν αναφερθεί ΗΠΑ Σήμερα ότι η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης έχει φτάσει στο υψηλότερο επίπεδο τα τελευταία 800 χιλιάδες χρόνια. Τώρα είναι 410 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο). Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κυβικό μέτρο αέρα, το διοξείδιο του άνθρακα καταλαμβάνει όγκο 410 ml.

Διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα

Το διοξείδιο του άνθρακα ή διοξείδιο του άνθρακα, εκτελεί μια σημαντική λειτουργία στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας: μεταδίδει μέρος της ακτινοβολίας από τον Ήλιο, που θερμαίνει τη Γη. Ωστόσο, επειδή το αέριο απορροφά επίσης τη θερμότητα που εκπέμπεται από τον πλανήτη, συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αυτός θεωρείται ο κύριος παράγοντας της υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Η συνεχής αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ξεκίνησε από τη βιομηχανική επανάσταση. Πριν από αυτό, η συγκέντρωση δεν ξεπέρασε ποτέ τα 300 ppm. Τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, ορίστηκε το υψηλότερο μέσο επίπεδο των τελευταίων 800 χιλιάδων ετών. Η πρώτη φορά που ο αριθμός των 410 ppm καταγράφηκε σε σταθμό παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα στη Χαβάη ήταν τον Απρίλιο του 2017, αλλά τότε ήταν μάλλον μια ασυνήθιστη περίπτωση. Τον Απρίλιο του 2018, αυτό το σημάδι έγινε ο μέσος όρος για ολόκληρο τον μήνα. Οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα έχουν αυξηθεί κατά 30% από τότε που ξεκίνησαν οι παρατηρήσεις από τους ερευνητές του Ινστιτούτου Scripps.

Γιατί αυξάνεται η συγκέντρωση;

Ο επιστήμονας Ralph Keeling του Ινστιτούτου Scripps, διευθυντής του ερευνητικού προγράμματος CO2, πιστεύει ότι η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα συνεχίζει να αυξάνεται στην ατμόσφαιρα λόγω του γεγονότος ότι καίμε συνεχώς καύσιμα. Όταν το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και ο άνθρακας υποβάλλονται σε επεξεργασία, τα αέρια του θερμοκηπίου όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Τα αέρια προκάλεσαν την αύξηση της θερμοκρασίας της Γης τον περασμένο αιώνα σε επίπεδα που δεν μπορούν να εξηγηθούν από τη φυσική μεταβλητότητα. Αυτό είναι γνωστό εδώ και καιρό, αλλά κανείς δεν λαμβάνει μέτρα για να διορθώσει με κάποιο τρόπο την κατάσταση.

Με τη σειρά του, ο Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός είπε ότι οι αυξανόμενες ποσότητες αερίων του θερμοκηπίου συμβάλλουν στην κλιματική αλλαγή και καθιστούν «τον πλανήτη πιο επικίνδυνο και αφιλόξενο για τις μελλοντικές γενιές». Το ζήτημα πρέπει να επιλυθεί σε παγκόσμιο επίπεδο και να γίνει το συντομότερο δυνατό.

Εάν βρείτε κάποιο σφάλμα, επισημάνετε ένα κομμάτι κειμένου και κάντε κλικ Ctrl+Enter.

Vyacheslav Viktorovich Alekseev, Διδάκτωρ Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών, Επικεφαλής του Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, Γεωγραφική Σχολή, M.V. Lomonosov State University Moscow. Ειδικός στον τομέα της μαθηματικής και φυσικής μοντελοποίησης γεωφυσικών συστημάτων.

Sofya Valentinovna Kiseleva, Υποψήφια Φυσικομαθηματικών Επιστημών, ανώτερη ερευνήτρια στο ίδιο εργαστήριο. Ασχολείται με τη φυσική μοντελοποίηση των διαδικασιών μεταφοράς διοξειδίου του άνθρακα και τα προβλήματα της σύγχρονης κλιματικής αλλαγής.

Nadezhda Ivanovna Chernova, Υποψήφια Βιολογικών Επιστημών, ανώτερη ερευνήτρια στο ίδιο εργαστήριο. Ασχολείται με περιβαλλοντικές πτυχές της χρήσης της ηλιακής ενέργειας, προβλήματα ορθολογικής χρήσης των φυσικών πόρων.

Στις αρχές του 1998, ο πρώην πρόεδρος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ F. Seitz υπέβαλε αναφορά στην επιστημονική κοινότητα καλώντας τις κυβερνήσεις των Ηνωμένων Πολιτειών και άλλων χωρών να απορρίψουν την υπογραφή των συμφωνιών που επιτεύχθηκε στο Κιότο τον Δεκέμβριο του 1997 για τον περιορισμό του θερμοκηπίου εκπομπές αερίων. Στην αναφορά επισυνάπτεται ένα ενημερωτικό δελτίο με τίτλο «Περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας». Περιείχε μια επιλογή δημοσιευμένων επιστημονικών ερευνητικών αποτελεσμάτων που αποδεικνύουν όχι μόνο την έλλειψη εμπειρικών δεδομένων που επιβεβαιώνουν τη μελλοντική υπερθέρμανση του κλίματος που προβλέπεται από πολλούς επιστήμονες, αλλά και το αναμφισβήτητο όφελος για την ανθρωπότητα από την ανάπτυξη των αερίων του θερμοκηπίου. Η ανασκόπηση διατύπωσε τα ακόλουθα σημεία.

Η τρέχουσα αύξηση του CO 2 στην ατμόσφαιρα εμφανίζεται μετά από σχεδόν 300 χρόνια θέρμανσης. Επομένως, αυτή η ανάπτυξη μπορεί να μην είναι αποτέλεσμα ανθρώπινης δραστηριότητας, αλλά συνέπεια μιας φυσικής διαδικασίας - της εντατικοποίησης της απελευθέρωσης CO 2 από τον ωκεανό με αύξηση της θερμοκρασίας του νερού. Επιπλέον, σε σύγκριση με την ετήσια ανθρωπογενή εισροή άνθρακα στην ατμόσφαιρα (5,5 Gt), το περιεχόμενό του ακόμη και στις δεξαμενές του κινητού ταμείου (στην ατμόσφαιρα - περίπου 750 Gt, στα επιφανειακά στρώματα του ωκεανού - 1000 Gt, Οι βίοι κοντά στη Γη, συμπεριλαμβανομένων των εδαφών και των υπολειμμάτων - περίπου 2.200 Gt) είναι τόσο μεγάλος που ο ανθρωπογενής παράγοντας της ανάπτυξης CO 2 στην ατμόσφαιρα είναι δύσκολο να θεωρηθεί σημαντικός.

Περαιτέρω, οι συντάκτες της ανασκόπησης παρουσιάζουν πολυάριθμα δεδομένα από δορυφορικές μετρήσεις της θερμοκρασίας της κάτω τροπόσφαιρας (σε υψόμετρο περίπου 4 km) για την περίοδο 1958-1996. και σημειώστε ότι από το 1979, υπάρχει μια ασθενής αρνητική τάση στη μέση παγκόσμια θερμοκρασία (–0,047°C για 10 χρόνια). Στις ΗΠΑ, τα τελευταία 10 χρόνια, η θερμοκρασία του επιφανειακού αέρα έχει μειωθεί κατά 0,08°C.

Ταυτόχρονα, τα δεδομένα του μετεωρολογικού σταθμού δίνουν θετικές τάσεις στις θερμοκρασίες επιφανειακών στρωμάτων (+0,07°C για 10 χρόνια). Οι αποκλίσεις στα αποτελέσματα σημαίνουν ότι η μοντελοποίηση της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής με βάση την αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε εσφαλμένες προβλέψεις. Συζητώντας μοντέλα υπολογιστών για το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την υπερθέρμανση του κλίματος, οι συγγραφείς της κριτικής τονίζουν ότι το κλίμα είναι ένα σύνθετο, μη γραμμικό δυναμικό σύστημα. Οι αβεβαιότητες στην επίδραση, για παράδειγμα, των επιφανειακών ρευμάτων των ωκεανών, της μεταφοράς θερμότητας των ωκεανών, της υγρασίας, της θολότητας κ.λπ., σύμφωνα με τους συγγραφείς, είναι τόσο μεγάλες σε σύγκριση με την επίδραση του CO 2 που το μοντέλο εκτιμά τη σύγχρονη διακύμανση της θερμοκρασίας σημαντικά αποκλίνουν από τα διαθέσιμα εμπειρικά δεδομένα. Οι πολυάριθμες ανατροφοδοτήσεις του κλιματικού συστήματος, που αντικατοπτρίζονται ελάχιστα στα μοντέλα, οδηγούν επίσης σε σφάλματα στις προβλέψεις και σε αποκλίσεις με την πραγματικότητα.

Επικρίνοντας την ποιότητα των μετρήσεων της θερμοκρασίας του αέρα στο έδαφος, οι συντάκτες της ανασκόπησης αναφέρονται στη θερμική επίδραση των αστικών περιοχών, η οποία διαστρεβλώνει την πραγματική εικόνα της σχέσης μεταξύ των αυξανόμενων συγκεντρώσεων αερίων του θερμοκηπίου και των αλλαγών στην ατμοσφαιρική θερμοκρασία. Η τρέχουσα κλιματική αλλαγή δεν είναι τίποτα ασυνήθιστο. Αυτές είναι απλώς φυσικές αλλαγές που προκαλούνται τόσο από εσωτερικές γήινες διακυμάνσεις όσο και από εξωτερικές - ειδικότερα, διακυμάνσεις στην ηλιακή δραστηριότητα. Τα δορυφορικά δεδομένα που ελήφθησαν σε διάστημα μόλις τεσσάρων ετών (1993-1997), σύμφωνα με τους συγγραφείς, δεν δείχνουν καμία αλλαγή στη στάθμη της θάλασσας, όπως προβλέπεται από τα μοντέλα υπερθέρμανσης του πλανήτη. Αριθμός σοβαρών τροπικών τυφώνων στον Ατλαντικό για την περίοδο 1940-1997. και η μέγιστη ταχύτητα ανέμου σε αυτά μειώθηκε, γεγονός που επίσης έρχεται σε αντίθεση τόσο με την ιδέα της υπερθέρμανσης του πλανήτη όσο και με τα αποτελέσματα του μοντέλου.

Εδώ πρέπει να τονιστεί ότι η ύπαρξη περισσότερων από δώδεκα παραγόντων που σχηματίζουν κλίμα είναι γενικά αποδεκτή. Τα πιο σημαντικά είναι τα ακόλουθα:

Σε μια μελέτη του V.V. Klimenko και των συνεργατών του, αναλύθηκε η επίδραση αυτών των παραγόντων στο ισοζύγιο ακτινοβολίας μέσα σε μια δεκαετία και τον περασμένο αιώνα. Κατά την εξέταση της κοσμικής μεταβλητότητας του κλίματος, αποδείχθηκε ότι ήταν η συσσώρευση αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα που καθόρισε την αύξηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας κατά 0,5°C. Ωστόσο, οι συγγραφείς τονίζουν ότι η εξήγηση της τρέχουσας και της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής αποκλειστικά από τον ανθρωπογενή παράγοντα στηρίζεται σε πολύ σαθρά θεμέλια, αν και ο ρόλος του σίγουρα αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η πρόσφατη εργασία του S. Corti και των συναδέλφων του, στην οποία η παρατηρούμενη θέρμανση στο βόρειο ημισφαίριο συνδέεται επίσης κυρίως με φυσικές αλλαγές στα καθεστώτα ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας. Είναι αλήθεια ότι οι συγγραφείς του τονίζουν ότι αυτό το γεγονός δεν μπορεί να χρησιμεύσει ως απόδειξη της απουσίας ανθρωπογενών επιπτώσεων στο κλίμα. Μια λεπτομερής ανάλυση μοντέλου του ρόλου των ίδιων κλιματικών παραγόντων στην αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του επιφανειακού αέρα διεξήχθη πρόσφατα από Βρετανούς επιστήμονες. Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι η ατμοσφαιρική θέρμανση στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα. (μεταξύ 1910 και 1940) εμφανίστηκε κυρίως λόγω των διακυμάνσεων της ηλιακής δραστηριότητας και, σε μικρότερο βαθμό, των ανθρωπογενών παραγόντων - αερίων θερμοκηπίου και τροποσφαιρικού θειικού αερολύματος. Όσον αφορά την περίοδο 1946-1996, εδώ οι φυσικές διακυμάνσεις στην ηλιακή και ηφαιστειακή δραστηριότητα έχουν μόνο μικρή επίδραση στο κλίμα σε σύγκριση με την ανθρωπογενή επίδραση.

Η επίδραση των κύριων παραγόντων που σχηματίζουν το κλίμα στις μεταβολές της μέσης παγκόσμιας επιφανειακής θερμοκρασίας. Εκτιμήσεις συνεισφορών που υποδεικνύουν το εύρος τιμών: αέρια θερμοκηπίου και θειικά αερολύματα (λευκά ορθογώνια). ηλιακή δραστηριότητα (γεμάτη με τελείες) και την κοινή τους επίδραση (σκιασμένη). Τα μαύρα ορθογώνια δείχνουν τα αποτελέσματα των οργανικών παρατηρήσεων. (Tett S.F.B., Stott P.A. et al. 1999.)

Μια ανάλυση της θερμής βιόσφαιρας της Κρητιδικής περιόδου ως ανάλογου της προβλεπόμενης θέρμανσης, που πραγματοποιήθηκε από τον N.M. Chumakov, έδειξε ότι η επίδραση των κύριων παραγόντων που σχηματίζουν το κλίμα (εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα) δεν είναι αρκετή για να εξηγήσει τη θέρμανση τέτοιας κλίμακας Το παρελθόν. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου του απαιτούμενου μεγέθους θα αντιστοιχεί σε πολλαπλή αύξηση της περιεκτικότητας σε CO 2 στην ατμόσφαιρα. Η ώθηση για τις τεράστιες κλιματικές αλλαγές κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ανάπτυξης της Γης ήταν πιθανότατα μια θετική ανάδραση μεταξύ της αύξησης της θερμοκρασίας των ωκεανών και των θαλασσών και της αύξησης της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Μεγάλη προσοχή στην αναφερόμενη ανασκόπηση δίνεται στο CO 2 ως «λίπασμα». Οι συγγραφείς παρέχουν δεδομένα για την επιτάχυνση της ανάπτυξης των φυτών με αυξημένη περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Ειδικότερα, η ανταπόκριση των νεαρών πεύκων, των νεαρών πορτοκαλιών και του σίτου στην αύξηση της περιεκτικότητας σε CO 2 στο περιβάλλον στην περιοχή από 400 έως 800 ppm είναι σχεδόν γραμμική και θετική. Συνεπώς, οι συγγραφείς συμπεραίνουν ότι αυτά τα δεδομένα μπορούν εύκολα να μεταφερθούν σε διαφορετικά επίπεδα εμπλουτισμού CO 2 και σε διαφορετικά είδη φυτών. Οι συγγραφείς αποδίδουν επίσης μια αύξηση της μάζας των δασών των ΗΠΑ (κατά 30% από το 1950) στην επίδραση της αυξανόμενης ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Υποδεικνύεται ότι η ανάπτυξη του CO 2 παράγει μεγαλύτερη διεγερτική επίδραση στα φυτά που αναπτύσσονται σε πιο ξηρές (στρες) συνθήκες. Και η εντατική ανάπτυξη των φυτικών κοινοτήτων, σύμφωνα με τους συντάκτες της ανασκόπησης, οδηγεί αναπόφευκτα σε αύξηση της συνολικής μάζας των ζώων και έχει θετικό αντίκτυπο στη βιοποικιλότητα στο σύνολό της. Αυτό οδηγεί σε ένα αισιόδοξο συμπέρασμα: «Ως αποτέλεσμα της αύξησης του ατμοσφαιρικού CO 2, ζούμε σε όλο και πιο ευνοϊκές περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα παιδιά μας θα απολαύσουν τη ζωή σε μια Γη με πολλά περισσότερα φυτά και ζώα. Αυτό είναι ένα υπέροχο και απροσδόκητο δώρο από τη βιομηχανική επανάσταση».

Ωστόσο, μας φαίνεται ότι πολλά από τα στοιχεία που επισυνάπτονται στην αναφορά είναι αρκετά αντιφατικά.

Αντί για θέρμανση - ψύξη;

Φυσικά, διακυμάνσεις στα επίπεδα του CO 2 στην ατμόσφαιρα έχουν συμβεί σε προηγούμενες εποχές, αλλά ποτέ αυτές οι αλλαγές δεν έγιναν τόσο γρήγορα. Αν όμως στο παρελθόν το κλίμα και τα βιολογικά συστήματα της Γης, λόγω σταδιακών αλλαγών στη σύσταση της ατμόσφαιρας, «κατάφεραν» να περάσουν σε μια νέα σταθερή κατάσταση και βρίσκονταν σε σχεδόν ισορροπία, τότε στη σύγχρονη περίοδο, με έντονη , εξαιρετικά γρήγορες αλλαγές στη σύνθεση των αερίων της ατμόσφαιρας, όλα τα γήινα συστήματα εγκαταλείπουν τη στατική κατάσταση. Και ακόμη κι αν πάρουμε τη θέση των συγγραφέων που αρνούνται την υπόθεση της υπερθέρμανσης του πλανήτη, δεν μπορούμε παρά να σημειώσουμε ότι οι συνέπειες μιας τέτοιας «εξόδου από την οιονεί στάσιμη κατάσταση», ιδίως η κλιματική αλλαγή, μπορεί να είναι οι πιο σοβαρές.

Επιπλέον, σύμφωνα με ορισμένες προβλέψεις, μετά την επίτευξη της μέγιστης συγκέντρωσης του CO 2 στην ατμόσφαιρα, θα αρχίσει να πέφτει λόγω της μείωσης των ανθρωπογενών εκπομπών και της απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα από τον Παγκόσμιο Ωκεανό και τους ζωντανούς οργανισμούς. Σε αυτή την περίπτωση, τα φυτά θα πρέπει και πάλι να προσαρμοστούν στο αλλαγμένο περιβάλλον.

Η ανασκόπηση σίγουρα σημείωσε σωστά ότι κατά τη μοντελοποίηση των συνεπειών της αύξησης του CO 2 και άλλων αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, καθώς και σε σύγχρονες θεωρητικές κατασκευές, δεν λαμβάνονται υπόψη πολλές ανατροφοδοτήσεις των κλιματικών συστημάτων, γεγονός που οδηγεί σε εσφαλμένες προβλέψεις και ακόμη , όπως ισχυρίζονται οι συγγραφείς, στην πλάνη της ίδιας της ιδέας της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Ωστόσο, κατά τη γνώμη μας, αυτό δεν πρέπει να οδηγήσει σε άρνηση πιθανής υπερθέρμανσης του κλίματος, αλλά στην πιθανότητα απρόβλεπτων κλιματικών συνεπειών (για παράδειγμα, το αντίθετο αποτέλεσμα - ψύξη σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη).

Από αυτή την άποψη, ορισμένα αποτελέσματα της μαθηματικής μοντελοποίησης των πολύπλοκων συνεπειών πιθανών αλλαγών στο κλίμα της Γης είναι εξαιρετικά ενδιαφέροντα. Πειράματα με ένα τρισδιάστατο μοντέλο του συζευγμένου συστήματος ωκεανού-ατμόσφαιρας που διεξήχθησαν από Αμερικανούς ερευνητές έδειξαν ότι η θερμοαλονική κυκλοφορία του Βόρειου Ατλαντικού (Βόρειο Ατλαντικό Ρεύμα) επιβραδύνεται ως απόκριση της θέρμανσης. Η κρίσιμη τιμή της συγκέντρωσης CO 2 που προκαλεί αυτό το φαινόμενο βρίσκεται μεταξύ δύο και τεσσάρων προβιομηχανικών τιμών περιεκτικότητας CO 2 στην ατμόσφαιρα (ισούται με 280 ppm και η σύγχρονη συγκέντρωση είναι περίπου 360 ppm).

Χρησιμοποιώντας ένα απλούστερο μοντέλο του συστήματος ωκεανού-ατμόσφαιρας, οι ειδικοί διεξήγαγαν μια λεπτομερή μαθηματική ανάλυση των διαδικασιών που περιγράφηκαν παραπάνω. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς τους, με αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα κατά 1% ετησίως (που αντιστοιχεί στους σύγχρονους ρυθμούς), το ρεύμα του Βορείου Ατλαντικού επιβραδύνεται και με περιεκτικότητα σε CO 2 750 ppm, εμφανίζεται η κατάρρευσή του - πλήρης παύση της κυκλοφορία. Με μια πιο αργή αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (και τη θερμοκρασία του αέρα) - για παράδειγμα, κατά 0,5% ετησίως, όταν η συγκέντρωση φτάσει τα 750 ppm, η κυκλοφορία επιβραδύνεται, αλλά στη συνέχεια ανακάμπτει αργά. Σε περίπτωση επιταχυνόμενης αύξησης των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα και της σχετικής θέρμανσης, το Βορειοατλαντικό Ρεύμα καταρρέει σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις CO 2 - 650 ppm. Οι λόγοι για την αλλαγή του ρεύματος είναι ότι η θέρμανση του αέρα της ξηράς προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας των επιφανειακών στρωμάτων του νερού, καθώς και αύξηση της πίεσης κορεσμένων ατμών στις βόρειες περιοχές, και επομένως αυξημένη συμπύκνωση, η οποία προκαλεί αύξηση στη μάζα του αφαλατωμένου νερού στην επιφάνεια του ωκεανού στον Βόρειο Ατλαντικό. Και οι δύο διαδικασίες οδηγούν σε αυξημένη διαστρωμάτωση της στήλης του νερού και επιβραδύνουν (ή ακόμα και καθιστούν αδύνατη) τον συνεχή σχηματισμό κρύων βαθιών υδάτων στον Βόρειο Ατλαντικό, όταν τα επιφανειακά ύδατα, που ψύχονται και γίνονται βαρύτερα, βυθίζονται στις περιοχές του πυθμένα και στη συνέχεια κινούνται αργά προς τους τροπικούς.

Μελέτες αυτού του είδους των συνεπειών της ατμοσφαιρικής θέρμανσης, που πραγματοποιήθηκαν πρόσφατα από τον R. Wood και τους συνεργάτες του, παρέχουν μια ακόμη πιο ενδιαφέρουσα εικόνα πιθανών γεγονότων. Εκτός από τη μείωση των συνολικών μεταφορών στον Ατλαντικό κατά 25%, με τον τρέχοντα ρυθμό αύξησης των αερίων του θερμοκηπίου, θα «σβήσει» η μεταφορά στη Θάλασσα του Λαμπραντόρ, ένα από τα δύο βόρεια κέντρα σχηματισμού κρύων βαθέων υδάτων. Επιπλέον, αυτό μπορεί να γίνει ήδη από το 2000 έως το 2030.

Εξέλιξη της μέγιστης καθίζησης της μεσημβρινής ροής του Βορειοατλαντικού Ρεύματος (αποτελέσματα υπολογισμού για πέντε σενάρια υπερθέρμανσης του πλανήτη). Η συγκέντρωση I - CO 2 φτάνει τα 560 ppm, η ροή εξασθενεί ελαφρά και στη συνέχεια ανακάμπτει. II, IV - συγκέντρωση CO 2 - 650 και 750 ppm, ρυθμός ανάπτυξης CO 2 1% ετησίως, η κυκλοφορία καταστρέφεται. III, V - 650 και 750 ppm, ρυθμός ανάπτυξης 0,5% ετησίως, η ροή εξασθενεί, στη συνέχεια ανακάμπτει σε χαμηλότερο επίπεδο.

Αυτές οι διακυμάνσεις στο Βορειοατλαντικό Ρεύμα μπορεί να οδηγήσουν σε πολύ σοβαρές συνέπειες. Ειδικότερα, εάν η κατανομή των ροών θερμότητας και των θερμοκρασιών αποκλίνει από την τρέχουσα στην περιοχή του Ατλαντικού στο Βόρειο Ημισφαίριο, οι μέσες θερμοκρασίες του επιφανειακού αέρα στην Ευρώπη ενδέχεται να μειωθούν σημαντικά. Επιπλέον, οι αλλαγές στην ταχύτητα του Βορειοατλαντικού Ρεύματος και η θέρμανση των επιφανειακών υδάτων μπορούν να μειώσουν την απορρόφηση CO 2 από τον ωκεανό (σύμφωνα με τους υπολογισμούς των αναφερθέντων ειδικών - κατά 30% όταν διπλασιάζεται η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα) , το οποίο θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη τόσο στις προβλέψεις για τη μελλοντική κατάσταση της ατμόσφαιρας όσο και στα σενάρια εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου. Σημαντικές αλλαγές μπορούν επίσης να συμβούν στα θαλάσσια οικοσυστήματα, συμπεριλαμβανομένων των πληθυσμών ψαριών και θαλάσσιων πτηνών, που εξαρτώνται όχι μόνο από συγκεκριμένες κλιματικές συνθήκες, αλλά και από θρεπτικά συστατικά που μεταφέρονται στην επιφάνεια από τα ψυχρά ωκεάνια ρεύματα. Εδώ θέλουμε να τονίσουμε το εξαιρετικά σημαντικό σημείο που αναφέρθηκε παραπάνω: οι συνέπειες της αύξησης των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, όπως φαίνεται, μπορεί να είναι πολύ πιο περίπλοκες από την ομοιόμορφη θέρμανση της επιφανειακής ατμόσφαιρας.

Πιθανή διαταραχή των οικοσυστημάτων

Κατά τη μοντελοποίηση της ανταλλαγής διοξειδίου του άνθρακα, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η επίδραση στη μεταφορά αερίου της κατάστασης της διεπαφής μεταξύ του ωκεανού και της ατμόσφαιρας. Κατά τη διάρκεια πολλών ετών, σε εργαστηριακά και πειράματα πεδίου, μελετήσαμε την ένταση της μεταφοράς CO 2 στο σύστημα νερού-αέρα. Εξετάστηκε η επίδραση στην ανταλλαγή αερίων των συνθηκών ανέμου-κύματος και ενός διασκορπισμένου μέσου που σχηματίστηκε κοντά στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο φάσεων (ψεκασμός πάνω από την επιφάνεια, αφρός, φυσαλίδες αέρα στη στήλη νερού). Αποδείχθηκε ότι ο ρυθμός μεταφοράς αερίου όταν η φύση της διαταραχής αλλάζει από τριχοειδή βαρύτητα σε βαρύτητα αυξάνεται σημαντικά. Αυτή η επίδραση (εκτός από την αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας των ωκεανών) μπορεί να συμβάλει περαιτέρω στη ροή του διοξειδίου του άνθρακα μεταξύ του ωκεανού και της ατμόσφαιρας. Από την άλλη πλευρά, μια σημαντική απορρόφηση CO 2 από την ατμόσφαιρα είναι η κατακρήμνιση, η οποία, όπως έχουν δείξει οι μελέτες μας, απομακρύνει εντατικά το διοξείδιο του άνθρακα, εκτός από άλλες αέριες ακαθαρσίες. Οι υπολογισμοί που χρησιμοποιούν δεδομένα για την περιεκτικότητα σε διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα στο νερό της βροχής και την ετήσια βροχόπτωση έδειξαν ότι 0,2-1 Gt CO 2 μπορεί να εισέλθει στον ωκεανό ετησίως με τη βροχή και η συνολική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που ξεπλένεται από την ατμόσφαιρα μπορεί να φτάσει τα 0,7-2,0 Gt .

Επιστρέφοντας στις διατριβές των συντακτών του παραρτήματος της αναφοράς, σημειώνουμε ότι τα πιο αμφιλεγόμενα δεδομένα φαίνεται να είναι τα ευεργετικά αποτελέσματα της ανάπτυξης του CO 2 στα πράσινα φυτά. Γεγονός είναι ότι υπάρχει μια σειρά από επιστημονικά δεδομένα σύμφωνα με τα οποία η αύξηση της συγκέντρωσης CO 2 στην ατμόσφαιρα, ακόμη και χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η υπερθέρμανση του πλανήτη, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αλλαγή στη δομή και τη λειτουργία των οικοσυστημάτων, η οποία μπορεί είναι δυσμενής για τα φυτά. Μια θετική απόκριση στο αυξημένο διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα που παρατηρείται σε ένα μεμονωμένο φυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι θα υπάρξει αυξημένη ανάπτυξη των φυτικών κοινοτήτων στο σύνολό τους.

Οι ιδέες των συγγραφέων σχετικά με το ρόλο του CO 2 ως διεγέρτη ανάπτυξης έχουν τις ρίζες τους στις λεπτομέρειες της φωτοσύνθεσης. Πράγματι, η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να εντείνει αυτή τη διαδικασία και, ως εκ τούτου, να προωθήσει την ανάπτυξη των φυτών. Από αυτό επωφελούνται τα λεγόμενα φυτά C 3, τα οποία περιλαμβάνουν σχεδόν όλα τα δέντρα και πολλές από τις κύριες γεωργικές καλλιέργειες: ρύζι, σιτάρι, πατάτες, όσπρια. Στα φυτά C 3, στο πρώτο στάδιο της στερέωσης, το μόριο CO 2 συνδέεται με τη διφωσφορική ριβουλόζη που περιέχει ένα σάκχαρο 5 άνθρακα. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, η οποία λαμβάνει χώρα υπό τη δράση του ενζύμου διφωσφορική καρβοξυλάση ριβουλόζης, σχηματίζεται μια βραχύβια ασταθής ένωση, συμπεριλαμβανομένου ενός σακχάρου 6 άνθρακα. Διασπάται σε δύο παράγωγα, τα οποία περιέχουν τρία άτομα άνθρακα το καθένα - εξ ου και η ονομασία «φυτά C 3». Το οξυγόνο από τον ατμοσφαιρικό αέρα ανταγωνίζεται το διοξείδιο του άνθρακα για την ενεργή θέση της διφωσφορικής καρβοξυλάσης της ριβουλόζης. Εάν κερδίσει το O 2, το φυτό χάνει ενέργεια, καθώς το CO 2 δεν σταθεροποιείται κατά τη χρήση του οξυγόνου. Καθώς η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται, η πιθανότητα να «κερδίσει» σε ανταγωνισμό με το Ο2 για τη δέσμευση στο ενεργό κέντρο του ενζύμου αυξάνεται. Πράγματι, σε έναν αριθμό πειραμάτων, όταν οι συγκεντρώσεις CO 2 ορίστηκαν στα 600 ppm, η φωτοαναπνοή μειώθηκε κατά 50% και ο περιορισμός της σημαίνει ότι το φυτό μπορεί να χρησιμοποιήσει περισσότερη από την ενέργειά του για να χτίσει ιστό. Ωστόσο, σε αυτά τα φυτά, υπό συνθήκες αυξημένης συγκέντρωσης CO 2, παρατηρείται αυξημένη φωτοσύνθεση στο αρχικό στάδιο των πειραμάτων, αλλά μετά από προσωρινή ενεργοποίηση αναστέλλεται. Το σύστημα μεταφοράς των φυτών είναι πολυγονιδιακό, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες (ενεργειακό, ορμονικό κ.λπ.) και δεν μπορεί να προσαρμοστεί γρήγορα. Επομένως, με παρατεταμένη έκθεση ενός φυτού στο CO 2 υπό συνθήκες αυξημένης συγκέντρωσης, η φωτοσύνθεση μειώνεται λόγω της υπερβολικής συσσώρευσης αμύλου στους χλωροπλάστες.

Ωστόσο, η πρακτική έχει αποδείξει σημαντική αύξηση στην ανάπτυξη και συσσώρευση βιομάζας σε φυτά που αναπτύσσονται με αυξημένη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα, αν και με την πάροδο του χρόνου η ένταση της φωτοσύνθεσης μειώνεται, πλησιάζοντας αυτό που παρατηρείται σε φυτά που ζουν σε ατμόσφαιρα με κανονική σύνθεση αερίου . Αυτή η απόκλιση εξηγείται στη ρυθμιστική επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στη λειτουργία ανάπτυξης του φυτού. Η μακροχρόνια έκθεση ενός φυτού σε υψηλή συγκέντρωση CO 2 συνοδεύεται από αύξηση της φυλλικής επιφάνειας, διέγερση της ανάπτυξης βλαστών δεύτερης τάξης, σχετική αύξηση της αναλογίας ριζών και οργάνων αποθήκευσης στο φυτό και αυξημένη κονδυλοποίηση. Η λειτουργία ανάπτυξης ενισχύεται λόγω του σχηματισμού μιας νέας φωτοσυνθετικής συσκευής. Αυτό υποδηλώνει τον «διπλό» ρόλο του CO 2 ως υπόστρωμα στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και ως ρυθμιστή των διαδικασιών ανάπτυξης. Όταν το επίπεδο του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται, δημιουργείται μια νέα στατική κατάσταση του συστήματος, που αντιστοιχεί στο νέο επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα, που οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης κυρίως λόγω αύξησης του όγκου ολόκληρου του φωτοσυνθετικού συστήματος και, σε μικρότερο βαθμό, λόγω της έντασης της φωτοσύνθεσης ανά μονάδα επιφάνειας φύλλων.

Μια πολύ γνωστή τεχνική για την αύξηση της έντασης και της παραγωγικότητας της φωτοσύνθεσης είναι η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στα θερμοκήπια. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την αύξηση της ανάπτυξης της βιομάζας. Ωστόσο, οι αλλαγές στη συγκέντρωση του CO 2 επηρεάζουν τη σύνθεση των τελικών προϊόντων της φωτοσύνθεσης: διαπιστώθηκε ότι σε υψηλές συγκεντρώσεις 14 CO 2 14 C περιλαμβανόταν κυρίως στα σάκχαρα και σε χαμηλές συγκεντρώσεις - σε αμινοξέα (σερίνη, γλυκίνη , και τα λοιπά.).

Δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας απορροφάται μερικώς από την κατακρήμνιση και το επιφανειακό γλυκό νερό, η περιεκτικότητα σε CO 2 στο εδαφικό διάλυμα αυξάνεται και, ως αποτέλεσμα, οξίνιση του περιβάλλοντος. Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριό μας, έγινε προσπάθεια να διερευνηθούν οι ειδικές επιδράσεις του CO 2 διαλυμένου στο νερό στη συσσώρευση βιομάζας από τα φυτά. Τα σπορόφυτα σιταριού αναπτύχθηκαν σε τυπικά υδατικά θρεπτικά μέσα, στα οποία διαλυμένο μοριακό CO 2 και όξινο ανθρακικό ιόν σε διάφορες συγκεντρώσεις χρησίμευαν ως πρόσθετες πηγές άνθρακα, εκτός από τον ατμοσφαιρικό άνθρακα. Αυτό επιτεύχθηκε μεταβάλλοντας το χρόνο κορεσμού του υδατικού διαλύματος με αέριο διοξείδιο του άνθρακα. Αποδείχθηκε ότι η αρχική αύξηση της συγκέντρωσης CO 2 στο θρεπτικό μέσο οδηγεί σε διέγερση της μάζας του εδάφους και της ρίζας των φυτών σίτου. Ωστόσο, όταν η περιεκτικότητα σε διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα ήταν 2-3 φορές υψηλότερη από την κανονική, παρατηρήθηκε αναστολή της ανάπτυξης των ριζών των φυτών με αλλαγή στη μορφολογία τους. Είναι πιθανό ότι με σημαντική οξίνιση του περιβάλλοντος, να συμβεί μείωση της αφομοίωσης άλλων θρεπτικών συστατικών (άζωτο, φώσφορος, κάλιο, μαγνήσιο, ασβέστιο). Έτσι, οι έμμεσες επιδράσεις των αυξημένων συγκεντρώσεων CO 2 πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την αξιολόγηση της επίδρασής τους στην ανάπτυξη των φυτών.

Τα στοιχεία για την εντατικοποίηση της ανάπτυξης φυτών διαφόρων ειδών και ηλικιών που δίνονται στο παράρτημα της αναφοράς αφήνουν αναπάντητο το ερώτημα των προϋποθέσεων για την παροχή των αντικειμένων μελέτης με θρεπτικά συστατικά. Πρέπει να τονιστεί ότι οι αλλαγές στη συγκέντρωση CO 2 πρέπει να εξισορροπούνται αυστηρά με την κατανάλωση αζώτου, φωσφόρου, άλλων θρεπτικών ουσιών, φωτός και νερού στην παραγωγική διαδικασία χωρίς να διαταράσσεται η οικολογική ισορροπία. Έτσι, παρατηρήθηκε ενισχυμένη ανάπτυξη των φυτών σε υψηλές συγκεντρώσεις CO 2 σε περιβάλλον πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά. Για παράδειγμα, σε υγροτόπους στις εκβολές του κόλπου Chesapeake (νοτιοδυτικές ΗΠΑ), όπου αναπτύσσονται κυρίως φυτά C 3, η αύξηση του CO 2 στον αέρα στα 700 ppm οδήγησε σε εντατικοποίηση της ανάπτυξης των φυτών και αύξηση της πυκνότητας ανάπτυξής τους . Μια ανάλυση περισσότερων από 700 γεωπονικών εργασιών έδειξε ότι με υψηλές συγκεντρώσεις CO 2 στο περιβάλλον, η απόδοση των σιτηρών ήταν κατά μέσο όρο 34% μεγαλύτερη (όπου στο έδαφος προστέθηκαν επαρκείς ποσότητες λιπασμάτων και νερού - πόροι διαθέσιμοι σε αφθονία μόνο στις αναπτυγμένες χώρες). Για να αυξηθεί η παραγωγικότητα των γεωργικών καλλιεργειών σε συνθήκες αύξησης του διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα, προφανώς θα χρειαστεί όχι μόνο σημαντική ποσότητα λιπασμάτων, αλλά και φυτοπροστατευτικά προϊόντα (ζιζανιοκτόνα, εντομοκτόνα, μυκητοκτόνα κ.λπ.), καθώς και εκτεταμένη αρδευτικές εργασίες. Είναι εύλογο να φοβόμαστε ότι το κόστος αυτών των δραστηριοτήτων και οι περιβαλλοντικές συνέπειες θα είναι πολύ σημαντικό και δυσανάλογο.

Η έρευνα έχει επίσης αποκαλύψει τον ρόλο του ανταγωνισμού στα οικοσυστήματα, ο οποίος οδηγεί σε μείωση της διεγερτικής επίδρασης των υψηλών συγκεντρώσεων CO 2. Πράγματι, τα σπορόφυτα δέντρων του ίδιου είδους σε ένα εύκρατο κλίμα (Νέα Αγγλία, ΗΠΑ) και τις τροπικές περιοχές αναπτύχθηκαν καλύτερα σε υψηλές συγκεντρώσεις ατμοσφαιρικού CO 2, αλλά όταν φυτά διαφορετικών ειδών αναπτύχθηκαν μαζί, η παραγωγικότητα τέτοιων κοινοτήτων δεν αυξήθηκε υπό τις ίδιες συνθήκες. Είναι πιθανό ότι ο ανταγωνισμός για θρεπτικά συστατικά αναστέλλει τις αντιδράσεις των φυτών στο αυξανόμενο διοξείδιο του άνθρακα.

Η υψηλή περιεκτικότητα σε CO 2 στον αέρα μπορεί να είναι δυσμενής για τα λεγόμενα φυτά C 4, τα πρώτα προϊόντα της φωτοσύνθεσης των οποίων είναι ενώσεις τεσσάρων ατόμων άνθρακα: μηλικό και ασπαρτικό οξύ, οξαλοξικό. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει πολλά βότανα ξηρών, θερμών τροπικών και υποτροπικών περιοχών, γεωργικές καλλιέργειες - καλαμπόκι, σόργο, ζαχαροκάλαμο κ.λπ. Τα φυτά C 4 έχουν έναν πρόσθετο μηχανισμό καρβοξυλίωσης - ένα είδος αντλίας που συγκεντρώνει το CO 2 κοντά στο ενεργό κέντρο του ενζύμου , επιτρέποντας σε αυτά τα φυτά να αναπτυχθούν καλά σε κανονικές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα. Στα φυτά C4, υπό κανονικές συνθήκες, η κατανάλωση ενέργειας για φωτοαναπνοή είναι σημαντικά χαμηλότερη και επομένως η απόδοση της φωτοσύνθεσης είναι υψηλότερη από ό,τι στα φυτά C3. Περίπου το ίδιο συμβαίνει κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, που είναι χαρακτηριστικό των τυπικών παχύφυτων. Ονομάζεται φωτοσύνθεση CAM (μεταβολισμός Crassulacean Acid). Τα φυτά CAM, όπως και τα φυτά C4, χρησιμοποιούν και τα δύο μονοπάτια της φωτοσύνθεσης C3 και C4, αλλά διαφέρουν από τα φυτά C4 στο ότι χαρακτηρίζονται από το διαχωρισμό αυτών των μονοπατιών μόνο στο χρόνο, αλλά όχι στο χώρο, όπως στα φυτά C4.

Έτσι, με την αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα, τα φυτά C3 βρίσκονται σε πιο πλεονεκτική θέση από τα φυτά C4 και CAM, και αυτό με τη σειρά του μπορεί να έχει πολύ σοβαρές συνέπειες. Πολλά φυτά C4 θα γίνουν σπάνια ή θα αντιμετωπίσουν εξαφάνιση. Στα αγροοικοσυστήματα κατά την καλλιέργεια φυτών C4, όπως το καλαμπόκι ή το ζαχαροκάλαμο, η αυξημένη συγκέντρωση CO2 μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της παραγωγικότητάς τους, ενώ τα ζιζάνια, τα οποία αντιπροσωπεύονται κυρίως από φυτά C3, θα αποκτήσουν πλεονέκτημα. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατή μια σημαντική μείωση της απόδοσης.

Σε περίπτωση θέρμανσης, η αυξημένη ανάπτυξη των φυτών, η οποία απορροφά το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας, δεν μπορεί να αντισταθμίσει την επιταχυνόμενη αποσύνθεση της οργανικής ύλης. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό δεδομένου ότι τα ενδιαιτήματα μεγάλου γεωγραφικού πλάτους, όπως η τούνδρα, είναι εκεί όπου οι θερμοκρασίες αναμένεται να αυξηθούν περισσότερο. Στις ζώνες μόνιμου παγετού, καθώς οι πάγοι λιώνουν, όλο και περισσότερη τύρφη θα εκτίθεται σε μικροοργανισμούς που αποσυνθέτουν την οργανική ύλη. Αυτή η διαδικασία, με τη σειρά της, θα οδηγήσει σε μεγαλύτερη απελευθέρωση CO 2 και CH 4 στην ατμόσφαιρα. Υπολογίζεται ότι με την αύξηση των καλοκαιρινών θερμοκρασιών στην τούνδρα κατά 4°C, έως και 50% επιπλέον άνθρακα από την τύρφη θα απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα, παρά την πιο εντατική ανάπτυξη των φυτών. Σε αυτή τη ζώνη, η ίδια η βλάστηση της τούνδρας είναι ένας σημαντικός παράγοντας διαμόρφωσης του κλίματος, επομένως με την θέρμανση, μια μετατόπιση των ορίων των δασών προς τα βόρεια θα έχει σοβαρές συνέπειες. Η δομή του εφοδιασμού τροφίμων θα αλλάξει: οι λειχήνες και τα βρύα, που έλκονται προς τις χαμηλές θερμοκρασίες, θα αντικατασταθούν από θαμνώδη βλάστηση, ακατάλληλη για ελάφια. Επιπλέον, η αύξηση του βάθους της χιονοκάλυψης θα επηρεάσει αρνητικά την επιβίωση των νεαρών ζώων που αναδύονται αυτή τη στιγμή.

Η ανταγωνιστική αμοιβαία επιρροή των φυτών με περιορισμένες προμήθειες θρεπτικών ουσιών θα επηρεάσει όχι μόνο τα φυσικά οικοσυστήματα, αλλά και τα οικοσυστήματα που δημιουργούνται από τον άνθρωπο. Ως εκ τούτου, η θέση ότι μια μελλοντική αύξηση του επιπέδου του CO 2 στην ατμόσφαιρα θα οδηγήσει σε πλουσιότερες συγκομιδές και, ως συνέπεια αυτού, σε αύξηση της παραγωγικότητας των ζώων είναι αμφίβολη.

Η μελέτη της προσαρμοστικής στρατηγικής και της ανταπόκρισης των φυτών στις διακυμάνσεις των κύριων παραγόντων που επηρεάζουν την κλιματική αλλαγή και τα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά κατέστησε δυνατή τη διευκρίνιση ορισμένων προβλέψεων. Πίσω στο 1987, ετοιμάστηκε ένα σενάριο για τις αγροκλιματικές συνέπειες της σύγχρονης κλιματικής αλλαγής και την ανάπτυξη του CO 2 στην ατμόσφαιρα της Γης για τη Βόρεια Αμερική. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, με αύξηση της συγκέντρωσης CO 2 στα 400 ppm και αύξηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας στην επιφάνεια της γης κατά 0,5 ° C, η απόδοση σιταριού υπό αυτές τις συνθήκες θα αυξηθεί κατά 7-10%. Αλλά μια αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη θα είναι ιδιαίτερα εμφανής το χειμώνα και θα προκαλέσει εξαιρετικά δυσμενείς συχνές χειμερινές αποψύξεις, που μπορεί να οδηγήσει σε εξασθένηση της αντοχής στον παγετό των χειμερινών καλλιεργειών, πάγωμα των καλλιεργειών και ζημιές από την κρούστα του πάγου. Η προβλεπόμενη αύξηση στη θερμή περίοδο θα απαιτήσει την επιλογή νέων ποικιλιών με μεγαλύτερη καλλιεργητική περίοδο.

Όσον αφορά τις προβλέψεις για την απόδοση των κύριων γεωργικών καλλιεργειών για τη Ρωσία, η συνεχιζόμενη αύξηση των μέσων θερμοκρασιών του επιφανειακού αέρα και η αύξηση του CO 2 στην ατμόσφαιρα, φαίνεται ότι θα έχουν θετική επίδραση. Ο αντίκτυπος μόνο της αύξησης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μπορεί να εξασφαλίσει αύξηση της παραγωγικότητας των κορυφαίων γεωργικών καλλιεργειών - φυτών C 3 (δημητριακά, πατάτες, τεύτλα κ.λπ.) - κατά μέσο όρο 20-30%, ενώ για C 4 -φυτά (καλαμπόκι, κεχρί, σόργο, αμάραντο) αυτή η ανάπτυξη είναι ασήμαντη. Ωστόσο, η θέρμανση θα επιφέρει προφανώς μείωση του επιπέδου της ατμοσφαιρικής υγρασίας κατά περίπου 10%, γεγονός που θα περιπλέξει τη γεωργία ειδικά στο νότιο τμήμα της ευρωπαϊκής επικράτειας, στην περιοχή του Βόλγα, στις στέπας της Δυτικής και Ανατολικής Σιβηρίας. Εδώ μπορούμε να περιμένουμε όχι μόνο μείωση της απόδοσης των προϊόντων ανά μονάδα επιφάνειας, αλλά και ανάπτυξη διεργασιών διάβρωσης (ειδικά ανέμου), υποβάθμιση της ποιότητας του εδάφους, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας χούμου, αλάτωσης και ερημοποίησης μεγάλων περιοχών. Διαπιστώθηκε ότι ο κορεσμός του επιφανειακού στρώματος της ατμόσφαιρας πάχους έως 1 m με περίσσεια CO 2 μπορεί να ανταποκριθεί με ένα «φαινόμενο της ερήμου». Αυτό το στρώμα απορροφά τις αυξανόμενες ροές θερμότητας, επομένως ως αποτέλεσμα του εμπλουτισμού του με διοξείδιο του άνθρακα (1,5 φορές σε σύγκριση με τον τρέχοντα κανόνα), η τοπική θερμοκρασία του αέρα απευθείας στην επιφάνεια της γης θα γίνει αρκετούς βαθμούς υψηλότερη από τη μέση θερμοκρασία. Ο ρυθμός εξάτμισης της υγρασίας από το έδαφος θα αυξηθεί, γεγονός που θα οδηγήσει στην ξήρανση του. Εξαιτίας αυτού, η παραγωγή σιτηρών, ζωοτροφών, ζαχαρότευτλων, πατάτας, ηλιόσπορων, λαχανικών κ.λπ. ενδέχεται να μειωθεί σε ολόκληρη τη χώρα. Ως αποτέλεσμα, οι αναλογίες μεταξύ της κατανομής του πληθυσμού και της παραγωγής των κύριων τύπων αγροτικών προϊόντων θα αλλάξουν.

Τα χερσαία οικοσυστήματα είναι επομένως πολύ ευαίσθητα στην αύξηση του CO 2 στην ατμόσφαιρα και, απορροφώντας την περίσσεια άνθρακα κατά τη φωτοσύνθεση, συμβάλλουν με τη σειρά τους στην ανάπτυξη του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Οι διαδικασίες αναπνοής του εδάφους παίζουν εξίσου σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό επιπέδων CO 2 στην ατμόσφαιρα. Είναι γνωστό ότι η σύγχρονη υπερθέρμανση του κλίματος προκαλεί αυξημένη απελευθέρωση ανόργανου άνθρακα από τα εδάφη (ειδικά στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη). Υπολογισμοί μοντέλων που πραγματοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της απόκρισης των χερσαίων οικοσυστημάτων στις παγκόσμιες αλλαγές στο κλίμα και τα επίπεδα CO 2 στην ατμόσφαιρα έδειξαν ότι στην περίπτωση μόνο αύξησης του CO 2 (χωρίς κλιματική αλλαγή), η διέγερση της φωτοσύνθεσης μειώνεται σε υψηλό CO 2 τιμές, αλλά η απελευθέρωση άνθρακα από τα εδάφη αυξάνεται καθώς συσσωρεύεται στη βλάστηση και τα εδάφη. Εάν τα επίπεδα CO 2 στην ατμόσφαιρα σταθεροποιηθούν, η καθαρή παραγωγή οικοσυστήματος (η καθαρή ροή άνθρακα μεταξύ των ζώντων οργανισμών και της ατμόσφαιρας) πέφτει γρήγορα στο μηδέν καθώς η φωτοσύνθεση αντισταθμίζεται από την αναπνοή των φυτών και του εδάφους. Η απόκριση των χερσαίων οικοσυστημάτων στην κλιματική αλλαγή χωρίς τον αντίκτυπο της αύξησης του CO 2, σύμφωνα με αυτούς τους υπολογισμούς, μπορεί να είναι μια μείωση της παγκόσμιας ροής άνθρακα από την ατμόσφαιρα προς τους ζωντανούς οργανισμούς λόγω της αυξημένης αναπνοής του εδάφους στα βόρεια οικοσυστήματα και της μείωσης του καθαρού πρωτογενούς παραγωγή στις τροπικές περιοχές ως αποτέλεσμα της μείωσης της περιεκτικότητας σε υγρασία του εδάφους. Αυτό το αποτέλεσμα υποστηρίζεται από εκτιμήσεις ότι οι επιπτώσεις της θέρμανσης στην αναπνοή του εδάφους υπερτερούν των επιπτώσεων στην ανάπτυξη των φυτών και μειώνουν την αποθήκευση άνθρακα στο έδαφος. Οι συνδυασμένες επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη και της αύξησης του ατμοσφαιρικού CO2 μπορούν να αυξήσουν την παγκόσμια καθαρή παραγωγή οικοσυστήματος και να βυθιστεί ο άνθρακας στους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά οι σημαντικές αυξήσεις στην αναπνοή του εδάφους μπορούν να αντισταθμίσουν αυτή τη βύθιση το χειμώνα και την άνοιξη. Είναι σημαντικό αυτές οι προβλέψεις για την απόκριση των χερσαίων οικοσυστημάτων να εξαρτώνται σημαντικά από τη σύνθεση των ειδών των φυτικών κοινοτήτων, την προσφορά θρεπτικών ουσιών, την ηλικία των ειδών δέντρων και να ποικίλλουν σημαντικά εντός των κλιματικών ζωνών.

* * * Τα στοιχεία που παρουσιάζονται στο παράρτημα της αναφοράς είχαν σκοπό, όπως αναφέρθηκε, να αποτρέψουν την έγκριση του εγγράφου που αναπτύχθηκε στη διεθνή συνάντηση στο Κιότο το 1997 και ήταν ανοιχτό για υπογραφή από τον Μάρτιο του 1998 έως τον Μάρτιο του 1999. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσματα της συνάντησης στο Μπουένος-Άιρες (Νοέμβριος 1998), η πιθανότητα υπογραφής αυτού του εγγράφου από ορισμένες βιομηχανικές χώρες, και κυρίως από τις Ηνωμένες Πολιτείες, πρακτικά απουσιάζει. Από αυτή την άποψη, υπάρχει ανάγκη βελτίωσης στρατηγικών για την επίλυση του προβλήματος της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής.

Ο Αντιδιευθυντής του The World Watch Institute K. Flavin θεωρεί ότι η δημιουργία μιας ομάδας πρωτοβουλίας είναι απαραίτητο στοιχείο περαιτέρω κίνησης. Θα περιλαμβάνει χώρες (ιδίως την Ευρώπη και τη Λατινική Αμερική) που υπέγραψαν το Πρωτόκολλο του Κιότο, τις μεγαλύτερες πόλεις, «εταιρίες και επιχειρήσεις με εποικοδομητική σκέψη» («British Petroleum», «Enron Corporation», «Royal Deutsch Shell» κ.λπ.) , υποστηρίζοντας ενεργά τον περιορισμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και συμμετέχοντας στη διαδικασία περιορισμού των εκπομπών τους με βάση την εμπορία εκπομπών.

Κατά τη γνώμη μας, σημαντική συμβολή στην επίλυση αυτού του προβλήματος θα μπορούσε να είναι η εισαγωγή τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας και η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Βιβλιογραφία

1 Robinson A.B., Baliunas S.L., Soon W., Robinson Z.W. Περιβαλλοντικές Επιδράσεις Αυξημένου Διοξειδίου του Άνθρακα στην Ατμόσφαιρα. Η αναφορά, μαζί με την αναθεώρηση, στάλθηκε σε ερευνητικά ιδρύματα και μεμονωμένους επιστήμονες με αίτημα να την υπογράψουν και να την διανείμουν περαιτέρω στους συναδέλφους. Αντίγραφο της αναφοράς και κριτικής στα ρωσικά και τα αγγλικά είναι διαθέσιμα στο εκδοτικό γραφείο της Priroda.

2 Για περισσότερες λεπτομέρειες βλέπε: Sidorenkov N.S. Διαχρονικές διακυμάνσεις στο σύστημα ατμόσφαιρας-ωκεανού-Γης //Φύση. 1998. Νο 7. Σελ.26-34.

3 Klimenko V.V., Klimenko A.V., Snytin S.Yu., Fedorov M.V. // Μηχανική θερμικής ενέργειας. 1994. Νο. 1. Σ.5-11.

4 Corti S., Molteni F., Palmer T.N. //Φύση. 1999.V.398. Νο 6730. Σ.799-802.

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

16 Mokronosov A.T. Φωτοσύνθεση και αλλαγές στην περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα // Φύση. 1994. Νο 7. Σελ.25-27.

17 Skurlatov Yu.I. και άλλα.Εισαγωγή στη χημεία του περιβάλλοντος. Μ., 1994. Σελ.38.

18 Romanenko G.A., Komov N.V., Tyutyunnikov A.I. Η αλλαγή του κλίματος και οι πιθανές συνέπειες αυτής της διαδικασίας στη γεωργία // Γηικοί πόροι της Ρωσίας, αποτελεσματικότητα της χρήσης τους. Μ., 1995. Σελ.87-94.

19 Mingkui C., Woodward F. I. // Nature. 1998.V.393. Νο. 6682. Σελ.249-252.

Το πρόβλημα της υπερβολικής περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα των εσωτερικών χώρων συζητείται όλο και περισσότερο τα τελευταία 20 χρόνια. Νέες μελέτες βγαίνουν και νέα δεδομένα δημοσιεύονται. Οι οικοδομικοί κώδικες για τα κτίρια που ζούμε και εργαζόμαστε συμβαδίζουν;

Η ευημερία και η απόδοση ενός ατόμου συνδέονται στενά με την ποιότητα του αέρα όπου εργάζεται και ξεκουράζεται. Και η ποιότητα του αέρα μπορεί να προσδιοριστεί από τη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα CO2.

Γιατί CO2;

• Αυτό το αέριο υπάρχει παντού όπου υπάρχουν άνθρωποι.
• Η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα σε ένα δωμάτιο εξαρτάται άμεσα από τις διαδικασίες της ανθρώπινης ζωής - τελικά, το εκπνέουμε.
• Η υπέρβαση του επιπέδου του διοξειδίου του άνθρακα είναι επιβλαβής για το ανθρώπινο σώμα, επομένως πρέπει να παρακολουθείται.
• Η αύξηση της συγκέντρωσης CO2 δείχνει ξεκάθαρα προβλήματα με τον αερισμό.
• Όσο χειρότερος είναι ο αερισμός, τόσο περισσότεροι ρύποι συγκεντρώνονται στον αέρα. Επομένως, η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα σε εσωτερικούς χώρους είναι ένδειξη ότι η ποιότητα του αέρα μειώνεται.

Τα τελευταία χρόνια, στις επαγγελματικές κοινότητες γιατρών και σχεδιαστών κτιρίων, υπήρξαν προτάσεις για αναθεώρηση της μεθοδολογίας για τον προσδιορισμό της ποιότητας του αέρα και επέκταση του καταλόγου των μετρούμενων ουσιών. Αλλά μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί τίποτα πιο προφανές από αλλαγές στα επίπεδα CO2.

Πώς ξέρετε εάν τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα σε εσωτερικούς χώρους είναι αποδεκτά; Οι ειδικοί προσφέρουν λίστες προτύπων και θα είναι διαφορετικά για κτίρια για διαφορετικούς σκοπούς.

Οικιακά πρότυπα διοξειδίου του άνθρακα

Οι σχεδιαστές διαμερισμάτων και ιδιωτικών κτιρίων λαμβάνουν ως βάση το GOST 30494-2011 με τίτλο «Κτίρια κατοικιών και δημόσιας χρήσης. Παράμετροι μικροκλίματος εσωτερικού χώρου." Αυτό το έγγραφο θεωρεί ότι το βέλτιστο επίπεδο CO2 για την ανθρώπινη υγεία είναι 800 - 1.000 ppm. Η ένδειξη στα 1.400 ppm είναι το όριο της επιτρεπόμενης περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στο δωμάτιο. Εάν υπάρχει μεγαλύτερη ποσότητα, τότε η ποιότητα του αέρα θεωρείται κακή.

Ωστόσο, τα 1.000 ppm δεν αναγνωρίζονται πλέον ως φυσιολογικά από μια σειρά από μελέτες που είναι αφιερωμένες στην εξάρτηση της κατάστασης του σώματος από τα επίπεδα CO2. Τα δεδομένα τους δείχνουν ότι σε περίπου 1.000 ppm, περισσότερα από τα μισά άτομα αισθάνονται επιδείνωση στο μικροκλίμα: αυξημένο καρδιακό ρυθμό, πονοκέφαλο, κόπωση και, φυσικά, το περιβόητο «δεν μπορεί να αναπνεύσει».

Οι φυσιολόγοι θεωρούν ότι το φυσιολογικό επίπεδο CO2 είναι 600 – 800 ppm.

Παρόλο που ορισμένα μεμονωμένα παράπονα σχετικά με τη βουλιμία είναι πιθανά ακόμη και στην καθορισμένη συγκέντρωση.

Αποδεικνύεται ότι τα πρότυπα οικοδόμησης για τα επίπεδα CO2 έρχονται σε αντίθεση με τα συμπεράσματα των φυσιολογικών ερευνητών. Τα τελευταία χρόνια, είναι από το τελευταίο που υπήρξαν όλο και πιο δυνατές κλήσεις για ενημέρωση των επιτρεπόμενων ορίων, αλλά μέχρι στιγμής τα πράγματα δεν έχουν προχωρήσει περισσότερο από τις κλήσεις. Όσο χαμηλότερο είναι το πρότυπο CO2 από το οποίο καθοδηγούνται οι κατασκευαστές, τόσο φθηνότερο κοστίζει. Και όσοι αναγκάζονται να λύσουν το πρόβλημα του εξαερισμού των διαμερισμάτων μόνοι τους πρέπει να πληρώσουν για αυτό.

Πρότυπα διοξειδίου του άνθρακα στα σχολεία

Όσο περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα, τόσο πιο δύσκολο είναι να συγκεντρωθείτε και να αντιμετωπίσετε τον φόρτο εργασίας σας. Γνωρίζοντας αυτό, οι αρχές των ΗΠΑ συνιστούν στα σχολεία να διατηρούν επίπεδα CO2 όχι υψηλότερα από 600 ppm. Στη Ρωσία, το σημάδι είναι ελαφρώς υψηλότερο: το ήδη αναφερθέν GOST θεωρεί 800 ppm ή λιγότερο βέλτιστα για παιδικά ιδρύματα. Ωστόσο, στην πράξη, όχι μόνο το αμερικανικό, αλλά και το ρωσικό συνιστώμενο επίπεδο είναι όνειρο για τα περισσότερα σχολεία.

Ένας δικός μας έδειξε: περισσότερο από το ήμισυ του σχολικού χρόνου η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα ξεπερνά τα 1.500 ppm και μερικές φορές πλησιάζει τα 2.500 ppm! Σε τέτοιες συνθήκες είναι αδύνατη η συγκέντρωση, η ικανότητα αντίληψης πληροφοριών μειώνεται κριτικά. Άλλα πιθανά συμπτώματα περίσσειας CO2: υπεραερισμός, εφίδρωση, φλεγμονή των ματιών, ρινική συμφόρηση, δυσκολία στην αναπνοή.

Γιατί συμβαίνει αυτό? Τα γραφεία σπάνια αερίζονται, γιατί ένα ανοιχτό παράθυρο σημαίνει κρύα παιδιά και θόρυβο από το δρόμο. Ακόμα κι αν ένα σχολικό κτίριο έχει ισχυρό κεντρικό αερισμό, συνήθως είναι είτε θορυβώδες είτε ξεπερασμένο. Αλλά τα παράθυρα στα περισσότερα σχολεία είναι μοντέρνα - πλαστικά, σφραγισμένα και αεροστεγή. Με μέγεθος τάξης 25 ατόμων σε ένα γραφείο με επιφάνεια 50–60 m2 με κλειστό παράθυρο, το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα εκτοξεύεται κατά 800 ppm σε μόλις μισή ώρα.

Πρότυπα διοξειδίου του άνθρακα στα γραφεία

Στα γραφεία παρατηρούνται τα ίδια προβλήματα όπως και στα σχολεία: οι αυξημένες συγκεντρώσεις CO2 δυσκολεύουν τη συγκέντρωση. Τα λάθη πολλαπλασιάζονται και η παραγωγικότητα πέφτει.

Τα πρότυπα για την περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα για τα γραφεία είναι γενικά τα ίδια με τα διαμερίσματα και τα σπίτια: 800 – 1.400 ppm θεωρούνται αποδεκτά. Ωστόσο, όπως έχουμε ήδη διαπιστώσει, ακόμη και 1.000 ppm προκαλούν ενόχληση σε κάθε δεύτερο άτομο.

Δυστυχώς, σε πολλά γραφεία το πρόβλημα δεν λύνεται με κανέναν τρόπο. Κάπου απλά δεν ξέρουν τίποτα γι 'αυτό, κάπου η διοίκηση το αγνοεί εσκεμμένα και κάπου προσπαθούν να το λύσουν με τη βοήθεια ενός κλιματιστικού. Ένα ρεύμα δροσερό αέρα δημιουργεί μια βραχυπρόθεσμη ψευδαίσθηση άνεσης, αλλά το διοξείδιο του άνθρακα δεν εξαφανίζεται πουθενά και συνεχίζει να κάνει τη βρώμικη δουλειά του.

Μπορεί επίσης ο χώρος γραφείων να κατασκευάστηκε σύμφωνα με όλες τις προδιαγραφές, αλλά να λειτουργεί με παραβάσεις. Για παράδειγμα, η πυκνότητα των εργαζομένων είναι πολύ υψηλή. Σύμφωνα με τους οικοδομικούς κανονισμούς, θα πρέπει να υπάρχει χώρος από 4 έως 6,5 m2 ανά άτομο. Εάν υπάρχουν περισσότεροι εργαζόμενοι, τότε το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται πιο γρήγορα στον αέρα.

Συμπεράσματα και αποτελέσματα

Το πρόβλημα με τον εξαερισμό είναι πιο έντονο σε διαμερίσματα, κτίρια γραφείων και παιδικούς σταθμούς.
Υπάρχουν δύο λόγοι για αυτό:

1. Ασυμφωνία μεταξύ των οικοδομικών προτύπων και των συστάσεων υγιεινής και υγιεινής.
Το πρώτο λέει: όχι υψηλότερο από 1.400 ppm CO2, το δεύτερο προειδοποιεί: αυτό είναι πάρα πολύ.

2. Μη συμμόρφωση με πρότυπα κατά την κατασκευή, ανακατασκευή ή λειτουργία κτιρίου.
Το απλούστερο παράδειγμα είναι η τοποθέτηση πλαστικών παραθύρων που δεν επιτρέπουν τη διέλευση του εξωτερικού αέρα και έτσι επιδεινώνουν την κατάσταση με τη συσσώρευση διοξειδίου του άνθρακα σε εσωτερικούς χώρους.

Διοξείδιο του άνθρακα (CO2).

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ίσως το πιο σημαντικό από όλα τα αέρια του θερμοκηπίου που απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα από τον άνθρωπο, πρώτον επειδή προκαλεί ισχυρό φαινόμενο του θερμοκηπίου και, δεύτερον, επειδή μεγάλο μέρος του παράγεται από τον άνθρωπο.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα πολύ «φυσικό» συστατικό της ατμόσφαιρας - τόσο φυσικό που μόλις πρόσφατα αρχίσαμε να σκεφτόμαστε το ανθρωπογενές διοξείδιο του άνθρακα ως ρύπο. Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να είναι καλό. Ωστόσο, το βασικό ερώτημα είναι σε ποιο σημείο το CO2 γίνεται πολύ; Ή, με άλλα λόγια, σε ποιες ποσότητες αρχίζει να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στο περιβάλλον;

Αυτό που φαίνεται φυσικό από την ανθρώπινη προοπτική σήμερα μπορεί να διαφέρει σημαντικά από αυτό που ήταν φυσικό για τη Γη κατά την εξελικτική της ανάπτυξη. Η ιστορία της ανθρωπότητας αντιπροσωπεύει μόνο ένα πολύ λεπτό κομμάτι (όχι περισσότερο από μερικά εκατομμύρια χρόνια) ενός γεωλογικού στρώματος που χρονολογείται πριν από περισσότερα από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ορισμένοι περιβαλλοντολόγοι φοβούνται ότι το διοξείδιο του άνθρακα θα οδηγήσει σε καταστροφικές αλλαγές στο κλίμα, όπως αυτές που περιγράφονται στο βιβλίο του Bill McKibben The End of Nature.

Πιθανότατα, το διοξείδιο του άνθρακα κυριάρχησε στην πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης. Σήμερα η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε CO2 είναι μόνο περίπου 0,03 τοις εκατό και οι πιο απαισιόδοξες προβλέψεις προβλέπουν ότι το επίπεδό της θα ανέλθει στο 0,09 τοις εκατό έως το 2100. Πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι το CO2 αποτελούσε το 80 τοις εκατό της ατμόσφαιρας της Γης, πέφτοντας αργά αρχικά στο 30 με 20 τοις εκατό τα επόμενα 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Το ελεύθερο οξυγόνο ήταν ουσιαστικά άγνωστο στην πρώιμη ατμόσφαιρα και ήταν τοξικό για τις αναερόβιες μορφές ζωής που υπήρχαν εκείνη την εποχή.

Η ανθρώπινη ύπαρξη, όπως γνωρίζουμε σήμερα, σε συνθήκες περίσσειας διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ήταν απλώς αδύνατη. Ευτυχώς για τους ανθρώπους και τα ζώα, το μεγαλύτερο μέρος του CO2 απομακρύνθηκε από την ατμόσφαιρα αργά στην ιστορία της Γης, όταν οι κάτοικοι της θάλασσας, οι πρώιμες μορφές φυκιών, ανέπτυξαν την ικανότητα φωτοσύνθεσης. Κατά τη φωτοσύνθεση, τα φυτά χρησιμοποιούν ενέργεια από τον ήλιο για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε ζάχαρη και οξυγόνο. Τελικά, τα φύκια και άλλες πιο προηγμένες μορφές ζωής που εξελίχθηκαν (πλαγκτόν, φυτά και δέντρα) πέθαναν, απομονώνοντας το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα σε διάφορα ορυκτά άνθρακα (πετρελαϊκός σχιστόλιθος, άνθρακας και πετρέλαιο) στον φλοιό της γης. Αυτό που παραμένει στην ατμόσφαιρα είναι το οξυγόνο που αναπνέουμε τώρα.

Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στην ατμόσφαιρα από διάφορες πηγές - οι περισσότερες από τις οποίες είναι φυσικές. Αλλά η ποσότητα του CO2 συνήθως παραμένει περίπου στο ίδιο επίπεδο, αφού υπάρχουν μηχανισμοί που απομακρύνουν το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα (Το σχήμα 5 δίνει ένα απλοποιημένο διάγραμμα της κυκλοφορίας του CO2 στην ατμόσφαιρα).

Ένας από τους κύριους φυσικούς μηχανισμούς της κυκλοφορίας του CO2 είναι η ανταλλαγή αερίων μεταξύ της ατμόσφαιρας και της επιφάνειας των ωκεανών. Αυτή η ανταλλαγή είναι μια πολύ λεπτή, καλά ισορροπημένη διαδικασία ανατροφοδότησης. Η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα που εμπλέκεται είναι πραγματικά τεράστια. Οι επιστήμονες μετρούν αυτές τις ποσότητες σε γιγατόνους (Ggt - δισεκατομμύρια μετρικούς τόνους) άνθρακα για ευκολία.

Το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται εύκολα στο νερό (η διαδικασία που παράγει ανθρακούχο νερό). Απελευθερώνεται επίσης εύκολα από το νερό (το βλέπουμε σαν να αφρίζει σε ανθρακούχο νερό). Το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας διαλύεται συνεχώς στο νερό στην επιφάνεια των ωκεανών και απελευθερώνεται πίσω στην ατμόσφαιρα. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από φυσικές και χημικές διεργασίες. Η επιφάνεια των ωκεανών του κόσμου απελευθερώνει 90 Ggt άνθρακα ετησίως και απορροφά 92 Ggt άνθρακα. Όταν οι επιστήμονες συγκρίνουν αυτές τις δύο διαδικασίες, αποδεικνύεται ότι η επιφάνεια των ωκεανών του κόσμου είναι στην πραγματικότητα μια καταβόθρα διοξειδίου του άνθρακα, δηλαδή απορροφά περισσότερο CO2 από ό,τι απελευθερώνει πίσω στην ατμόσφαιρα.

Το μέγεθος των ροών διοξειδίου του άνθρακα στον κύκλο της ατμόσφαιρας/ωκεάνιου παραμένει ο πιο σημαντικός παράγοντας επειδή μικρές αλλαγές στην υπάρχουσα ισορροπία μπορεί να έχουν απρόβλεπτες συνέπειες για άλλες φυσικές διεργασίες.

Οι βιολογικές διεργασίες παίζουν εξίσου σημαντικό ρόλο στην κυκλοφορία του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Το CO2 είναι απαραίτητο για τη φωτοσύνθεση. Τα φυτά «αναπνέουν» διοξείδιο του άνθρακα, απορροφώντας περίπου 102 Ggt άνθρακα ετησίως. Ωστόσο, τα φυτά, τα ζώα και άλλοι οργανισμοί εκπέμπουν επίσης CO2. Ένας από τους λόγους για το σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα εξηγείται από τη μεταβολική διαδικασία - την αναπνοή. Όταν οι ζωντανοί οργανισμοί αναπνέουν, καίνε το οξυγόνο που εισπνέουν. Οι άνθρωποι και άλλα ζώα της ξηράς, για παράδειγμα, εισπνέουν οξυγόνο για να διατηρήσουν τη ζωή και εκπνέουν διοξείδιο του άνθρακα πίσω στην ατμόσφαιρα ως απόβλητο. Σύμφωνα με υπολογισμούς, όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη εκπνέουν ετησίως περίπου 50 Ggt άνθρακα.

Όταν τα φυτά και τα ζώα πεθαίνουν, οι οργανικές ενώσεις άνθρακα που περιέχουν ενσωματώνονται στο έδαφος ή στη λάσπη των υγροτόπων. Η φύση κομποστοποιεί αυτά τα προϊόντα της μαραμένης ζωής σαν κηπουρός, διασπώντας τα στα συστατικά τους μέρη μέσω διαφόρων χημικών μετασχηματισμών και της εργασίας των μικροοργανισμών. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των επιστημόνων, κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης, περίπου 50 Ggt άνθρακα απελευθερώνονται πίσω στην ατμόσφαιρα.

Έτσι, τα 102 Ggt άνθρακα που απορροφώνται από την ατμόσφαιρα ετησίως εξισορροπούνται σχεδόν εκατό τοις εκατό από τα 102 Ggt άνθρακα που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα ετησίως μέσω της αναπνοής και της αποσύνθεσης ζώων και φυτών. Είναι απαραίτητο να έχουμε πλήρη επίγνωση του μεγέθους των ροών άνθρακα στη φύση, καθώς μικρές αποκλίσεις στην υπάρχουσα ισορροπία μπορεί να έχουν εκτεταμένες συνέπειες.

Σε σύγκριση με τον κύκλο ατμόσφαιρας-ωκεανού και τον βιολογικό κύκλο, η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας φαίνεται με την πρώτη ματιά να είναι ασήμαντη. Όταν οι άνθρωποι καίνε άνθρακα, πετρέλαιο και φυσικό αέριο, απελευθερώνουν περίπου 5,7 Ggt άνθρακα στην ατμόσφαιρα (σύμφωνα με την IPCC). Όταν οι άνθρωποι κόβουν και καίνε δάση, προσθέτουν άλλους 2 Gg τόνους. Λάβετε υπόψη ότι υπάρχουν διαφορετικές εκτιμήσεις για την ποσότητα άνθρακα που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της αποψίλωσης των δασών.

Αυτές οι ποσότητες αναμφίβολα παίζουν κάποιο ρόλο επειδή οι φυσικοί κύκλοι άνθρακα (ατμόσφαιρα/ωκεανός και βιολογικός κύκλος) βρίσκονται σε μια καλά ρυθμισμένη ισορροπία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τουλάχιστον, η ισορροπία διατηρήθηκε κατά τη χρονική περίοδο κατά την οποία έλαβε χώρα η γέννηση και η ανάπτυξη της ανθρωπότητας. Οι ανθρώπινες βιομηχανικές και γεωργικές δραστηριότητες φαίνεται να έχουν παραμορφώσει σημαντικά το ισοζύγιο άνθρακα.

Διάφορες επιστημονικές μελέτες έχουν δείξει αύξηση των συγκεντρώσεων διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα τους τελευταίους αιώνες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο παγκόσμιος πληθυσμός αυξήθηκε εκθετικά, η ατμομηχανή άρχισε να χρησιμοποιείται στη βιομηχανία, τα αυτοκίνητα με κινητήρες εσωτερικής καύσης εξαπλώθηκαν σε όλο τον πλανήτη και οι μετανάστες αγρότες καθάρισαν τεράστιες περιοχές της Αμερικής, της Αυστραλίας και της Ασίας από τη βλάστηση.

Την ίδια περίοδο, οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξήθηκαν από 280 μέρη ανά εκατομμύριο (ppmv) της προβιομηχανικής περιόδου (1750) σε περίπου 353 ppmv, μια αύξηση περίπου 25 τοις εκατό. Αυτή η ποσότητα θα μπορούσε να είναι αρκετή για να προκαλέσει σημαντικές αλλαγές εάν το κλίμα είναι πραγματικά ευαίσθητο στα αέρια του θερμοκηπίου στον βαθμό που υποθέτουν οι επιστήμονες. Οι μετρήσεις στο Παρατηρητήριο Manua Loa στη Χαβάη, πολύ μακριά από πηγές βιομηχανικής ρύπανσης, δείχνουν μια σταθερή αύξηση στις συγκεντρώσεις CO2 μεταξύ 1958 και 1990 (Εικόνα 6). Τα τελευταία δύο χρόνια, ωστόσο, δεν υπήρξε αύξηση των συγκεντρώσεων διοξειδίου του άνθρακα.

Η στενή σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων διοξειδίου του άνθρακα και των εκτιμώμενων μέσων παγκόσμιων θερμοκρασιών είναι εκπληκτική (Εικόνα 7)! Ωστόσο, το αν αυτή η συσχέτιση οφείλεται στην τύχη εξακολουθεί να παραμένει μυστήριο. Είναι εύκολο να μπούμε στον πειρασμό να αποδώσουμε τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στις διακυμάνσεις των συγκεντρώσεων CO2. Αλλά η σχέση μπορεί επίσης να αντιστραφεί - μια αλλαγή στη θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στις συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα.