Углекислый газ в атмосфере Земли — Википедия
Углеки́слый газ (CO2, или диоксид углерода) в атмосфе́ре Земли́ является компонентой с незначительной концентрацией в современной земной атмосфере, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет 0,02—0,045 об. % (250—450 ppm). Углекислый газ составлял основу атмосферы молодой Земли наряду с азотом и водяным паром. Доля углекислого газа снижалась с момента появления океанов и зарождения жизни. Свободный кислород в атмосфере появился лишь 2 млрд лет назад. Начиная с середины XIX века отмечается устойчивый рост количества этого газа в атмосфере, с ноября 2015 года его среднемесячная концентрация стабильно превышает 400 ppm[1].
Изменения концентрации CO2 в ppm на протяжении последних 400 тыс. лет (сверху — за последнюю тысячу лет)Роль углекислого газа в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании фотосинтеза, который осуществляется растениями. Являясь парниковым газом, диоксид углерода в воздухе влияет на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучаемое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты
В связи с активным использованием человечеством ископаемых энергоносителей в качестве топлива происходит быстрое увеличение концентрации этого газа в атмосфере. Кроме того, по данным МГЭИК ООН, до 20 % антропогенных выбросов CO2 являются результатом обезлесения[3][4]. Впервые антропогенное влияние на концентрацию диоксида углерода отмечается с середины XIX века. Начиная с этого времени, темп его роста увеличивался и в 2010-х годах происходил со скоростью 2—3 ppm/год[5] или 0,5—0,7 % за год. Согласно отдельным исследованиям, современный уровень CO2 в атмосфере является максимальным за последние 800 тыс. лет и, возможно, за последние 14[6] или 20 млн лет[7][8].
Роль в парниковом эффектеПравить
Спектр пропускания земной атмосферы (зависимость прозрачности от длины волны). Видны полосы поглощения CO 2, O2, O3 и H2O.Основным источником парникового эффекта в атмосфере Земли является водяной пар[9]. При отсутствии парниковых газов в атмосфере и значении солнечной постоянной, равной 1368 Вт⁄м2, средняя температура на поверхности должна составлять -19,5 °C. В действительности средняя температура поверхности Земли составляет +14 °C, то есть, парниковый эффект приводит к её увеличению на 34 °C[10]. При относительно небольшой концентрации в воздухе, CO2 является важной компонентой земной атмосферы, поскольку он поглощает и переизлучает инфракрасное излучение на различных длинах волн, включая длину волны 4,26 мкм (вибрационный режим — за счёт асимметричного растяжения молекулы) и 14,99 мкм (изгибные колебания молекулы). Данный процесс исключает или снижает излучение Земли в космос на этих длинах волн, что приводит к парниковому эффекту
Кроме инфракрасных свойств диоксида углерода, имеет значение тот факт, что он тяжелее воздуха. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль, а молярная масса CO2 — 44,01 г/моль, то увеличение доли углекислого газа приводит к увеличению плотности воздуха и, соответственно, к изменению профиля его давления в зависимости от высоты. В силу физической природы парникового эффекта, такое изменение свойств атмосферы приводит к увеличению средней температуры на поверхности[11]. Так как при увеличении доли этого газа в атмосфере его бо́льшая молярная масса приводит к росту плотности и давления, то при одной и той же температуре рост концентрации CO2 приводит к увеличению влагоёмкости воздуха и к усилению парникового эффекта, обусловленного бо́льшим количеством воды в атмосфере[12][13][14]. Увеличение доли воды в воздухе для достижения одного и того же уровня относительной влажности — в силу малой молярной массы воды (18 г/моль) — снижает плотность воздуха, что компенсирует увеличение плотности, вызванное наличием повышенного уровня углекислого газа в атмосфере.
Комбинация перечисленных факторов в целом приводит к тому, что увеличение концентрации с доиндустриального уровня 280 ppm до современного 392 ppm (в октябре 2020 уже 415 ppm в среднем за год[15]) эквивалентно дополнительному выделению 1,8 Вт на каждый квадратный метр поверхности планеты[16]. Отличительной особенностью парниковых свойств диоксида углерода по сравнению с другими газами является его долговременное воздействие на климат, которое после прекращения вызвавшей его эмиссии остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Другие парниковые газы, такие как метан и оксид азота, сохраняются в свободном состоянии в атмосфере не так долго[17][18][19].
Роль в похолоданииПравить
Теория глобального потепления не может объяснить тот факт, что содержание углекислого газа было когда то многократно выше (особенно до появления кислорода) но жизнь возникла и процветала, венерианский сценарий не реализовался. Это предполагает наличие отрицательной обратной связи. Таким «охлаждающим» эффектом могут служить облака, отражающие солнечную радиацию и возникающие при ещё большем содержании углекислого газа, чем есть сейчас. Оба явления, — потепления и похолодания, таким образом являются стабилизирующими механизмами для условий жизни на Земле.
Источники углекислого газаПравить
К естественным источникам диоксида углерода в атмосфере относятся вулканические извержения, сгорание органических веществ в воздухе и дыхание представителей животного мира (аэробные организмы). Также углекислый газ производится некоторыми микроорганизмами в результате процесса брожения, клеточного дыхания и в процессе гниения органических остатков в воздухе. К антропогенным источникам эмиссии CO2
в атмосферу относятся: сжигание ископаемых и неископаемых энергоносителей для получения тепла, производства электроэнергии, транспортировки людей и грузов. К значительному выделению CO2 приводят некоторые виды промышленной деятельности, такие, например, как производство цемента и утилизация попутных нефтяных газов путём их сжигания в факелах.Растения преобразуют получаемый углекислый газ в углеводы в ходе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения. Получаемый газ, кислород, высвобождается в атмосферу Земли и используется для дыхания гетеротрофными организмами и другими растениями, формируя таким образом цикл углерода.
Естественные источникиПравить
Большинство источников эмиссии по данным 98−го года РФ CO2 являются естественными. Перегнивание органического материала, такого как мёртвые деревья и трава, приводит к ежегодному выделению 220 млрд тонн диоксида углерода, земные океаны выделяют 330 млрд
В обычном состоянии эти естественные источники находятся в равновесии с физическими и биологическими процессами, удаляющими диоксид углерода из атмосферы — часть CO2 растворяется в морской воде и часть удаляется из воздуха в процессе фотосинтеза. Так как обычно в ходе данного процесса поглощается 5,5⋅10 11 т диоксида углерода в год, а его общая масса в земной атмосфере составляет 3,03 ⋅1012 т, то в среднем весь атмосферный CO2 участвует в углеродном цикле раз в шесть лет[16]. Из-за наличия антропогенных выбросов поглощение CO2биосферой превосходило его выделение на ≈17 млрд тонн в середине 2000-х годов, скорость его поглощения имеет устойчивую тенденцию к увеличению вместе с ростом атмосферной концентрации[16][25].
Антропогенная эмиссияПравить
Эмиссия углекислого газа в атмосферу в результате промышленной деятельности в 1800—2004 гг.С наступлением промышленной революции в середине XIX века происходило поступательное увеличение антропогенных выбросов диоксида углерода в атмосферу, что, считается, привело к нарушению баланса углеродного цикла и росту концентрации CO2. В настоящее время около 57 % производимого человечеством углекислого газа удаляется из атмосферы растениями и океанами
Сжигание ископаемых топлив, — таких как уголь, нефть и природный газ, является основной причиной эмиссии антропогенного CO2. Вырубка лесов является второй по значимости причиной. В 2008 году в результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу было выделено 8,67 млрд тонн углерода (31,8 млрд тонн CO2), в то время как в 1990 году годовая эмиссия углерода составляла 6,14 млрд тонн[27]. Сведение лесов под землепользование привела к увеличению содержания атмосферного диоксида углерода, эквивалентное сжиганию 1,2 млрд тонн угля в 2008 году (1,64 млрд тонн в 1990)[27]. Суммарное увеличение за 18 лет составляет 3 % от ежегодного естественного цикла CO2, что достаточно для выведения системы из равновесия и для ускоренного роста уровня CO 2[28]. Как результат, диоксид углерода постепенно аккумулируется в атмосфере, и в 2009 году его концентрация на 39 % превысила доиндустриальное значение[29].
Таким образом, несмотря на то, что (по состоянию на 2011 год) суммарное антропогенное выделение CO2 не превосходит 8 % от его естественного годового цикла, наблюдается увеличение концентрации, обусловленное не только уровнем антропогенных выбросов, но и постоянным ростом уровня выбросов со временем.
Изменение температуры и углеродный циклПравить
К другим факторам, увеличивающим содержание CO2 в атмосфере, следует отнести рост средней температуры в XX веке, что должно было отражаться в ускорении перегнивания органических остатков и, в силу прогрева океанов, в снижении общего количества диоксида углерода, растворяемого в воде. Увеличение температуры происходило в том числе по причине исключительно высокой солнечной активности в этот период и в XIX веке (см., например, событие Кэррингтона, 1859 г.)
При переходе от условий холодного к теплому климату в течение последнего миллиона лет, естественное изменение концентрации атмосферного CO2 оставалось в пределах 100 ppm, то есть суммарное увеличение его содержания не превосходило 40 %[31]. При этом, например, средняя температура планеты в период климатического оптимума 9000—5000 лет до н. э. была приблизительно на 1—2 °C выше современной, а из-за более сильно выраженного парникового эффекта в условиях тёплого климата среднегодовая аномалия температуры в субарктических широтах достигала 9 °C[32].
Влияние вулканизмаПравить
Современный вулканизм в среднем приводит к выделению 2⋅108 тонн CO2 в год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии[23]. Основное отличие этого вида эмиссии от антропогенной состоит в том, что при сжигании ископаемых энергоносителей в воздухе происходит замещение молекул кислорода молекулами углекислого газа, то есть суммарное увеличение массы атмосферы соответствует массе сожжённого углерода, тогда как при вулканических извержениях происходит увеличение массы атмосферы на величину, равную массе выделенного газа.
Углекислый газ — второй по количеству (после водяного пара) газ, выделяемый вулканами. Большинство газа, выделяемого подводными вулканами, оказывается растворённым в воде[33]. Изотопный состав выделяемого диоксида углерода примерно соответствует изотопному составу атмосферного CO2, получаемого в результате сжигания ископаемых энергоносителей, что затрудняет точное определение объёма вулканической эмиссии CO2[33].
Крупные вулканические извержения могут приводить к значительному выделению диоксида углерода в атмосферу, но такие извержения происходят редко — несколько событий за столетие — и в среднем не оказывают заметного влияния на уровень эмиссии этого газа в атмосферу. Например, при извержении вулкана Лаки 1783 года выделилось примерно 90 млн тонн CO2, при извержении Тамбора в 1815 году около 48 млн тонн[33]. Отдельные исследования указывают на несколько бо́льшее выделение диоксида углерода при упомянутых выше извержениях (Лаки 1783 г, ≈6,5⋅108 т), но относительная редкость подобных событий делает их влияние на содержание углекислого газа несущественным и в этом случае[33].
Последним извержением категории VEI 6 было извержение вулкана Пинатубо 1991 года. Его основное воздействие на содержание углекислого газа в атмосфере состояло в выделении аэрозолей в стратосферу и, как следствие, в нарушении баланса углеродного цикла из-за снижения на 0,5 °C средней температуры на планете по причине антипарникового эффекта. Увеличение амплитуды сезонных колебаний на графике Килинга в этот период времени указывает на некоторое улучшение условий для осуществления фотосинтеза растениями в начале 1990-х годов. Последнее объясняется эффектом рассеяния солнечного излучения на частицах стратосферного аэрозоля, что и привело к увеличению потребления атмосферного CO2 растительностью[34].
Современная концентрация углекислого газа в атмосфереПравить
Изменение концентрации CO2 за 50 лет.В современный период времени концентрация углекислого газа сохраняет устойчивый рост, в 2009 году средняя концентрация CO2 в земной атмосфере составляла 0,0387 % или 387 ppm, в сентябре 2016 года превысила 400 ppm[35][36].
Вместе с годовым ростом 2—3 ppm/год[5], в течение года наблюдается периодическое изменение концентрации амплитудой 3—9 ppm, которое следует за развитием вегетационного периода в Северном полушарии. Потому как в северной части планеты располагаются все основные континенты, влияние растительности Северного полушария доминирует в годовом цикле концентрации CO2. Уровень достигает максимума в мае и минимума в октябре, когда количество биомассы, осуществляющей фотосинтез, является наибольшим[37].
Весной 2016 года австралийские ученые установили, что концентрация диоксида углерода в атмосфере в районе острова Тасмания достигла 400 ppm[38].
В 2017 году Всемирная метеорологическая организация сообщила, что концентрация диоксида углерода в атмосфере Земли достигла самого высокого уровня за последние 800 тысяч лет уровня: 403,3 ppm[39].
В апреле 2018 года по данным Погодной обсерватории на Мауна-Лоа, средняя концентрация CO2 достигла значения 410,26 ppm (или 0,041026 % углекислого газа в воздухе)[40]. На апрель 2018 года, такой среднемесячный показатель наблюдался впервые за всю историю человеческой цивилизации[41].
11 мая 2019 года, зафиксирован новый рекорд концентрации CO2 в атмосфере: 415,28 ppm (или 0,041528 % углекислого газа в воздухе)[42][43].
В мае 2020 года по данным Погодной обсерватории на Мауна-Лоа средняя концентрация CO2 достигла очередного рекордного значения 417,1 ppm[44].
Изменение концентрации в прошломПравить
Наиболее достоверным способом измерения концентраций атмосферного диоксида углерода в период времени до начала прямых измерений является определение его количества в пузырьках воздуха, заключенных в ледяных кернах из материковых ледников Антарктиды и Гренландии. Наиболее широко в этих целях используются антарктические керны, согласно которым уровень атмосферного CO2 оставался в пределах 260—284 ppm до начала промышленной революции в середине XIX века и на протяжении 10 тыс. лет до этого момента времени[45]. Отдельные исследования, основанные на изучении ископаемой листвы, указывают на гораздо более существенные изменения уровня CO2 в этот период (~300 ppm), но они подвергаются критике[46][47]. Также керны, взятые в Гренландии, указывают на бо́льшую степень изменения концентрации углекислого газа по сравнению с результатами, полученными в Антарктиде. Но при этом исследователи гренландских кернов предполагают, что бо́льшая вариативность здесь обусловлена локальными осадками карбоната кальция[48]. В случае низкого уровня пыли в образцах льда, взятого в Гренландии, данные по уровням CO2 в течение голоцена хорошо согласуются с данными из Антарктики.
Наиболее продолжительный период измерений уровней CO2 на основании изучения ледяных кернов возможен в Восточной Антарктиде, где возраст льда достигает 800 тыс. лет, и который показывает, что концентрация диоксида углерода изменялась в пределах 180—210 ppm во время ледниковых периодов и увеличивалась до 280—300 ppm в более теплые периоды[7][31][49].
Изменения концентрации атмосферного углекислого газа в течение фанерозоя (последние 541 млн лет, современность справа). В течение бо́льшей части последних 550 млн лет уровень CO2 значительно превосходил современный.На более продолжительных интервалах времени содержание атмосферного CO2 определяется на основании определения баланса геохимических процессов, включая определение количества материала органического происхождения в осадочных породах, выветривание силикатных пород и вулканизм в изучаемый период. На протяжении десятков миллионов лет в случае любого нарушения равновесия в цикле углерода происходило последующее уменьшение концентрации CO2. Потому как скорость этих процессов исключительно низка, установка взаимосвязи эмиссии диоксида углерода с последующим изменением его уровня в течение следующих сотен лет является сложной задачей.
Для изучения концентрации углекислого газа в прошлом также используются различные косвенные (англ.)русск. методы датирования. Они включают определение соотношения изотопов бора и углерода в некоторых типах морских осадочных пород и количество устьиц в ископаемой листве растений. Несмотря на то, что эти измерения менее точны, чем данные по ледяным кернам, они позволяют определить очень высокие концентрации CO2 в прошлом, которые 150—200 млн лет назад составляли 3 000 ppm (0,3 %) и 400—600 млн лет назад — 6 000 ppm (0,6 %)[8].
Снижение уровня атмосферного CO2 прекратилось в начале пермского периода, но продолжилось, начиная примерно с 60 млн лет назад. На рубеже эоцена и олигоцена (34 миллиона лет назад — начало формирования современного ледяного щита Антарктиды) количество CO2 составляло 760 ppm[50]. По геохимическим данным было установлено, что уровень углекислого газа в атмосфере достиг доиндустриального уровня 20 млн лет назад и составлял 300 ppm.
Взаимосвязь с концентрацией в океанеПравить
Обмен диоксидом углерода между водоёмами и воздухомВ земных океанах диоксида углерода в сто раз больше, чем в атмосфере — 36⋅1012 тонн в пересчёте на углерод.{2+}\ +\ 2HCO3-}}} .
Реакции, подобные этой, приводят к сглаживанию колебаний концентрации атмосферного CO2. Так как правая часть реакции содержит кислоту, добавление CO2 в левой части уменьшает pH, то есть приводит к закислению океана. Другие реакции между диоксидом углерода и некарбонатными породами тоже приводят к образованию угольной кислоты и его ионов.
Данный процесс обратим, что приводит к образованию известняковых и других карбонатных пород с высвобождением половины гидрокарбонатов в виде CO2. В течение сотен миллионов лет этот процесс привёл к связыванию в карбонатных породах бо́льшей части первоначального диоксида углерода из протоатмосферы Земли. В конечном итоге большинство CO2, полученного в результате антропогенной эмиссии, будет растворено в океане, но скорость, с которой будет происходить этот процесс в будущем, остается не до конца определённой[51].
Влияние концентрации CO2 в атмосфере на продуктивность растений (фотосинтеза)Править
По способу фиксации CO2 подавляющее большинство растений относятся к типам фотосинтеза С3 и С4. К группе С3 принадлежит большинство известных видов растений (около 95% растительной биомассы Земли это С3-растения). К группе С4 принадлежат некоторые травянистые растения, в том числе важные сельскохозяйственные культуры: кукуруза, сахарный тростник, просо.
С4-механизм фиксации углерода выработался как приспособление к условиям низких концентраций CO2 в атмосфере. Практически у всех видов растений рост концентрации CO2 в воздухе приводит к активизации фотосинтеза и ускорению роста.
У С3-растений кривая начинает выходить на плато при концентрации CO2 более 1000 ppm.
Однако у С4-растений рост скорости фотосинтеза прекращается уже при концентрации CO2 в 400 ppm. Поэтому современная его концентрация, составляющая на данный момент более 400 молекул на миллион (ppm), уже достигла оптимума для фотосинтеза у С4-растений, но всё еще очень далека от оптимума для С3-растений.
По экспериментальным данным, удвоение текущей концентрации CO2 приведет (в среднем) к ускорению прироста биомассы у С3-растений на 41 %, а у С4 — на 22 %.
Добавление в окружающий воздух 300 ppm CO2 приведет к росту продуктивности у С3-растений на 49 % и у С4 — на 20 %, у фруктовых деревьев и бахчевых культур — на 24 %, бобовых — на 44 %, корнеплодных — на 48 %, овощных — на 37 %.
С 1971 по 1990 г., на фоне роста концентрации CO2 на 9 %, отмечалось увеличение содержания биомассы в лесах Европы на 25–30 %[52].
- ↑ Mauna Loa CO2 monthly mean data (англ.). Earth System Research Laboratory. Дата обращения: 16 мая 2018.
- ↑ 1 2 (англ.) Petty, G. W.: A First Course in Atmospheric Radiation, pages 229—251, Sundog Publishing, 2004
- ↑ http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter7.pdf IPCC Fourth Assessment Report, Working Group I Report «The Physical Science Basis», Section 7.3.1.2 (p. 514-515)
- ↑ www.un.org: Изменение климата.
- ↑ 1 2 Annual Mean Growth Rate for Mauna Loa, Hawaii (англ.).
- ↑ Zhang, Yi Ge; et al. (28 October 2013). “A 40-million-year history of atmospheric CO2”. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 371 (2001): 20130096. DOI:10.1098/rsta.2013.0096. PMID 24043869.
- ↑ 1 2 (англ.) Deep ice tells long climate story, BBC News (4 сентября 2006). Дата обращения 28 апреля 2010.
- ↑ 1 2 (англ.) Climate Change 2001: The Scientific Basis Архивная копия от 27 апреля 2007 на Wayback Machine
- ↑ Подрезов А. О., Аламанов С. К.; Лелевкин В. М., Подрезов О. А., Балбакова Ф. Изменение климата и водные проблемы в Центральной Азии. Учебный курс для студентов естественных и гуманитарных специальностей. Москва – Бишкек, 2006 (неопр.) (недоступная ссылка) 18. Дата обращения: 16 июня 2012. Архивировано 12 июля 2012 года.
- ↑ Calculating Planetary Energy Balance & Temperature | UCAR Center for Science Education (неопр.). scied.ucar.edu. Дата обращения: 29 июня 2019.
- ↑ ПРИРОДА ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА Архивная копия от 1 мая 2009 на Wayback Machine, Объединенный Научный Совет РАН по проблемам Геоинформатики
- ↑ (англ.) An Introduction to Air Density and Density Altitude Calculations, 1998 — 2012 Richard Shelquist
- ↑ Абсолютная и относительная влажность
- ↑ (англ.) Humidity 101 Архивировано 16 апреля 2013 года., World Water Rescue Foundation
- ↑ Carbon Dioxide (англ.). Дата обращения: 17 ноября 2020.
- ↑ 1 2 3 4 Изменение климата, торговля углеродом и биоразнообразие, World Bank Group: Хабиба Гитай
- ↑ (англ.) Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions — PNAS
- ↑ (англ.) WMO statement on the globa climate in 2010 Архивная копия от 11 мая 2011 на Wayback Machine
- ↑ (англ.) Bundle Up, It’s Global Warming, JUDAH COHEN, 25.12.2010
- ↑ (англ.) Impact of decadal cloud variations on the Earth’s energy budget
- ↑ (англ.) Indonesian Wildfires Accelerated Global Warming
- ↑ (англ.) Massive peat burn is speeding climate change — 06 November 2004 — New Scientist
- ↑ 1 2 (англ.) Gerlach, T. M., 1992, Present-day CO2 emissions from volcanoes: Eos, Transactions, American Geophysical Union, Vol. 72, No. 23, June 4, 1991, pp. 249, and 254–255
- ↑ (англ.) U.S. Geological Survey, «Volcanic Gases and Their Effects», volcanoes.usgs.gov
- ↑ 1 2 Keeling et al., 1995
- ↑ (англ.) Abstract, Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks.
- ↑ 1 2 (англ.) Global carbon budget 2008 Архивная копия от 12 января 2016 на Wayback Ma
причины повышения, нормы, контроль за концентрацией.
Углекислый газ — результат дыхательных процессов каждого живого существа на земле. Человек выдыхает его, растения используют для фотосинтеза. В замкнутых (не проветриваемых) помещениях наличие большого количества людей ускоряет процесс насыщения углекислотой. Высокий процент содержания углекислоты влияет на работоспособность и состояние организма.
Содержание страницы
Причины повышения в помещении
Причиной появления углекислоты в городах могут стать ТЭЦ и котельные. Кроме газов, поступающих через окна, большое количество диоксида углерода образуют курильщики и газовые плиты.
Такая проблема чаще встречается в домах, где находится много людей, а также в слабо проветриваемых комнатах. Школы, спортзалы, офисы — не исключение. Каждый человек в процессе дыхания образует двуокись углерода, именно поэтому воздух должен регулярно обновляться.
За 1 час взрослый человек образует около 20 л. диоксида углерода. За сутки через легкие проходит около 0,5 кубических метров CO2. При активных физических нагрузках показатель увеличивается до 35 л. в час.
Обьем выдыхаемой углекислоты:
- Сон ∼ 18 л./час
- Отдых и легкая работа ∼ 20 л./час
- Обычная работа ∼ 25 л./час
- Тяжелая работа ∼ 35 л./час
Чтобы избежать чрезмерного накопления CO2 в замкнутых пространствах, необходимы вытяжки и регулярное проветривание комнаты. Кто-то совсем не обращает внимания на вентиляцию в своей квартире, со временем решетка засоряется и не может обеспечить квартиру свежим воздухом.
Во время проведения регулярных проверок, значение на улицах России в среднем не опускалось ниже 450 ppm. Превышение углекислого газа в городах объясняется выхлопами транспорта, а также выбросами котельных и промышленности. В школах нормы превышены, и показатель составляет в среднем 1500ppm.
Неудивительно, ведь много детей в одном месте создают активный поток углекислоты. В офисах такая же ситуация, как и во многих школах, много работников в одном месте, отсутствие вытяжки и пренебрежение проветриванием.
Нормы в помещениях
Газ СО2 присутствует везде, где находятся люди. Концентрация характеризуется обозначением ppm (ppm — parts per million). Согласно документу «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», ГОСТу 30494-2011, санитарная норма углекислого газа в помещении колеблется от 600 ppm до 1000 ppm (максимально допустимая отметка — 1500 ppm).
В школах придерживаются других норм, оптимальной отметкой считается 600. Однако, не во всех учебных заведениях соблюдают эти нормы. Недавние эксперименты по всей России показали, что в среднем показатель колеблется от 1500 до 2500 единиц измерений, что является недопустимым.
Рассмотрим пример, в закрытой аудитории сидят 25 студентов и преподаватель. За полтора часа (1 час 20 минут ± 10 минут на перемены) 26 человек выдохнут 0,78 м3 углекислоты в аудиторию (0,02 м3/ч на 1 человека). Объем аудитории возьмем, к примеру, равным 280 м3. В процентном соотношении вычислим объем занимаемый газом CO2 — 0,2786 %. Переведя в количество частей на миллион получим 2786 ppm.
Результатом таких пренебрежений может стать плохая успеваемость и упадок сил. Чтобы узнать, что в школе превышено содержание, обратите внимание на здоровье ребенка. Если он чихает и болеет чаще, чем обычно, то необходимо узнать о качестве воздуха в учебном заведении.
Для офисов существуют свои правила. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещении — 1500ppm. В офисах проблема актуальна в течение всего года, но особенно опасна во время зимы. В это время окна открываются на проветривание редко, а концентрация не уменьшается.
Приведем нормы концентрации:
- 400ppm = 0,04 % — за городом;
- 600ppm= 0,06 % — дом, жилое помещение;
- 1000ppm = 0,1 % — в офисе, производственном зале.
Установлено, что качество воздуха в спальне влияет на сон прямым образом. Воздух важен для сна больше, чем продолжительность.
Последствия повышенного содержания в помещении
Обращать внимание на проблему стоит при первых признаках. Первый симптом — ощущение жары. Ощущение духоты говорит о том, что содержание диоксида углерода в воздухе уже превышено.
Когда концентрация двуокиси углерода в комнате превышена, человек чувствует себя уставшим. СО2 в доме может послужить причиной головных болей и слабости. При особо высоком содержании становится токсическим.
Высокая концентрация углекислого газа в воздухе может оказывать негативное действие на человека и стать причиной патогенеза. Первый признак, что содержание превышено — усталость и вялость. Симптоматические признаки приведены в соответствии с показателями приборов.
- < 600 — хорошие показатели, отличное самочувствие и бодрость;
- 600 — 1000 — средний показатель, возникают жалобы на несвежий воздух;
- 1000 — 2500 — ощущается вялость, духота;
- 2500 — 5000 — воздух низкого качества, повышенная вялость, понижение внимания;
- 30000 – небольшое отравление, повышается пульс и увеличивается частота дыхания;
- 50000 – добавляются сильные головные боли, рвотные рефлексы, понижение восприятия окружающей действительности;
- 100000 – потеря сознания и смерть.
Читайте также: К чему приводят выбросы углекислого газа.
Понижение и контроль над концентрацией в помещениях
Не стоит бороться с повышенной концентрацией диоксида углерода методами установки кондиционера. Кондиционеры и вентиляторы только охлаждают воздух, но не уменьшают концентрацию CO2. Если вы все же решите использовать кондиционер, то обязательно открывайте окна на проветривание.
Чтобы работники чувствовали себя хорошо, а работа приносила удовольствие, за показателями содержания углекислоты в воздухе нужно следить. Это в дальнейшем окажет положительное влияние на результаты работы. Для мониторинга концентрации используются измерители CO2.
Анализатор углекислого газа
Существуют датчики и газоанализаторы, которые помогут зафиксировать результаты с минимальной погрешностью. Их приобретение поможет вам с контролем над концентрацией двуокиси углерода.
Заключение
Важно следить за показателями углекислого газа. Большие концентрации углекислого газа в воздухе оказывают негативное влияние на здоровье. Высокие доли содержания диоксида углерода вредны. Вместе с повышенной концентрацией двуокиси углерода повышается давление, и ухудшается самочувствие. Старайтесь в помещении не превышать 1500 ppm, чтобы исключить проблемы со здоровьем и препятствовать возникновению аллергии.
Содержание углекислого газа в атмосфере стало рекордным за 23 миллиона лет
Ying Cui et al. / Geology, 2020.
Концентрация углекислого газа в атмосфере достигла 412 ppm и стала рекордно высокой за последние 23 миллиона лет. Более того, почти весь этот период времени содержание CO2 в атмосфере линейно снижалось со скоростью на пять ppm в миллион лет, но два столетия назад начало уже расти на пять ppm в десятилетие. К таким выводам пришли ученые, проанализировав содержание 13C в ископаемых отложениях сосудистых растений, способных к С3-фотосинтезу. Результаты исследования опубликованы в журнале Geology.
Важнейшее наблюдение, которое климатологи пытаются донести до общественности — это повышение нынешнего содержания CO2 в атмосфере до уровня, превышающего тенденции длительного геологического прошлого. Сейчас концентрация этого газа составляет 412 ppm (частей на миллион), и ранее ученые уже установили, что это рекорд для периода не менее 800 тысяч лет: для этого периода наука располагает данными прямых измерений количества углекислого газа в пузырьках воздуха, заключенных в древние ледяные щиты Антарктиды.
С более древними эпохами дело обстоит сложнее: существуют данные, полученные при работе с ископаемыми морскими фораминиферами, зубами копытных животных, отложениями Лёссового плато в Китае и почвенными карбонатами, которые достаточно точно описывают ситуацию в отдельные промежутки времени — то есть являются дискретными. Результаты таких исследований, однако, не всегда убедительны для общественности: они разнородные, с трудом складываются в общую картину и не могут привести к однозначному выводу об опасности современных тенденций и антропогенном вкладе в потепление климата посредством выбросов парниковых газов.Ученые под руководством Ин Цуй (Ying Cui) из Государственного университета Монтклер исследовали динамику концентрации углекислого газа в атмосфере в миоцене, плиоцене и плейстоцене, охватив последние 23 миллиона лет земной истории. Для этого они использовали опубликованные данные почти 700 измерений изотопа 13C: 441 измерение относилось к древнему органическому веществу почвы, а еще 259 — к липидам ископаемых остатков сосудистых растений, осуществлявших С3-фотосинтез. Этот подход позволил впервые построить непрерывные медианные кривые для 13C и CO2 за столь долгий период истории Земли.
Сопоставление результатов исследования с данными, полученными из образцов китайских лёссов и древних ледяных щитов.
Ying Cui et al. / Geology, 2020.
Концентрация 13C в миоцене, плиоцене и плейстоцене.
Ying Cui et al. / Geology, 2020.
Климатологи пришли к выводу, что минимальных значений за последние 23 миллиона лет концентрация углекислого газа в атмосфере достигла в ледниковый период плейстоцена (около 170 ppm). Также они выделили две точки максимума: средние миоцен (350 ppm) и плиоцен (~ 400 ppm). Эти отметки могут рассматриваться в качестве аналогов современной эпохи (>400 ppm в начале XXI века), однако стоит учитывать, что доверительный интервал тех измерений слишком велик (200-600 ppm), да и обнадеживающей эта информация не выглядит: в среднем плиоцене уровень моря был на 25 метров выше нынешней отметки.
Важнейшая тенденция, выявленная авторами исследования, выглядит следующим образом: на протяжении 23 миллионов лет в атмосфере Земли наблюдалось линейное снижение концентрации СО2, равное в среднем пяти ppm за миллион лет (р <0,0001), однако примерно два столетия назад этот тренд сменился на рост концентрации углекислого газа со скоростью порядка пяти ppm за десятилетие — вероятно, именно антропогенные выбросы парниковых газов повернули вспять геологические тенденции.
Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе отражается не только на климатических изменениях, но и на когнитивных способностях людей: Homo sapiens еще не сталкивался с концентрацией CO2 в открытом воздухе, превышающей 300 ppm, но сейчас над городами ее уровень уже превысил 460 ppm. Если текущие тенденции сохранятся, через несколько десятилетий это приведет к снижению нашей способности принимать решения ослаблению стратегического мышления.
Марина Попова
В первоначальной версии статьи упоминалось, что ученые проводили измерения концентраций радиоуглерода. На самом деле изотоп 13С является стабильным. Редакция приносит свои извинения за допущенную неточность.
Здоровье Newsland – комментарии, дискуссии и обсуждения новости.
Концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере Земли достигла самого высокого за последние 800 тысяч лет уровня. Это следует из отчета Всемирной метеорологической организации, специализированного межправительственного учреждения ООН.
Проведенные экспертами исследования показали, что по итогам 2016 года средняя концентрация CO2 достигла уровня 403,3 части на млн (в каждом кубометре воздуха 403,3 мл занимает углекислый газ), что на 45% превышает его концентрацию в доиндустриальный период (1750 год).
В отчете ВМО отмечается, что в 2016 году прирост концентрации CO2 в атмосфере установил новый рекорд, что отчасти объясняется сильными засухами в тропических регионах, из-за которых снизилась способность тропических лесов поглощать углекислый газ.
«Темпы роста концентраций CO2 в атмосфере за последние 70 лет почти в 100 раз превысили аналогичные темпы роста в конце последнего ледникового периода. Насколько можно судить по данным прямых и косвенных наблюдений, такие резкие изменения уровней CO2 в атмосфере никогда ранее не наблюдались», — подчеркивается в отчете ВМО.
Эксперты ООН предупреждают, что столь быстрый рост концентрации углекислоты в атмосфере неизбежно приведет к глобальному ухудшению климата на планете.
«Без быстрых сокращений выбросов CO2 и других парниковых газов к концу этого столетия нас ожидает опасное повышение температуры, значительно превышающее целевой показатель, установленный Парижским соглашением об изменении климата. Будущие поколения унаследуют гораздо более неблагоприятную для обитания планету», — заявил генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас.
Особую тревогу, по его словам, вызывает то, что «волшебной палочки» для удаления избытка углекислоты из атмосферы у человечества нет, а его удаление естественным путем может занять как минимум сотни лет.
«Текущие уровни CO2 соответствуют климату в „равновесном“ состоянии, в последний раз наблюдавшемуся в среднем плиоцене (3−5 млн лет назад), климату, который был на 2-3°C теплее и при котором таяли Гренландский и Западно-антарктический ледяные щиты и даже была утеряна часть Восточно-антарктического щита, что привело к повышению уровня моря на 10−20 м по сравнению с сегодняшним», — говорится в отчете ВМО.
В документе подчеркивается также, что к концу 2016 года нового максимума достигло содержание в атмосфере метана. Кроме того, продолжает расти концентрация закиси азота, способствующей разрушению озонового слоя, защищающего Землю от ультрафиолетового излучения.
Читать полностью: https://news.tut.by/world/566803.html
Медицинские маски не увеличивают концентрацию СО2 в организме
Это оказалось справедливо как для молодых и здоровых людей, так и для пожилых с нездоровыми легкими.
Медики проследили за тем, как в крови здоровых людей и носителей болезней легких меняется концентрация углекислого газа, и не нашли свидетельств того, что медицинские маски и респираторы ее увеличивают. Выводы ученых опубликовал научный журнал Annals of the American Thoracic Society, передает tass.ru
«Наши опыты показывают, что маски не влияют на обмен газами в нормальных условиях, – к примеру, в состоянии покоя или при спокойной ходьбе. Важно, чтобы люди поняли, что дискомфорт при ношении маски связан не с нарушениями газообмена, а с тем, что легким приходится прилагать больше усилий для вдохов и выдохов», – рассказал один из авторов исследования, доцент Университета Майами (США) Майкл Кампос.
В начале пандемии коронавирусной инфекции специалисты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), а также многие международные эксперты-эпидемиологи скептически относились к использованию обычных хирургических масок для борьбы с распространением вируса. Медики считали, что SARS-CoV-2 распространяется преимущественно аэрозольным путем и его частицы свободно могут проникать через поры в простых масках, степень защиты которых не превышала FFPv3.
Позже оказалось, что даже простые хирургические маски могут значительно замедлять распространение коронавируса нового типа, а также многих других возбудителей ОРВИ. Это стало одной из причин, из-за которых эксперты ВОЗ и здравоохранительные ведомства США стали рекомендовать использовать респираторы и даже шить самодельные маски. Другое исследование подтвердило, что даже такие маски относительно эффективны, но только если шить их из двух разных типов тканей.
Кампос и его коллеги отмечают, что многие люди отказываются от ношения масок или делают это неправильно из-за того, что им «не хватает кислорода» или из-за проблем с дыханием. Американские медики решили проверить, насколько подобные оправдания обоснованы. Они проследили за тем, как маски влияли на уровень кислорода и СО2 в крови 15 здоровых молодых добровольцев и 15 пожилых ветеранов с хронической обструктивной болезнью легких.
Всем участникам экспериментов ученые предложили надеть маски и пройтись примерно шесть минут прогулочным шагом на беговой дорожке. Кроме того, им нужно было просто просидеть около полчаса в кабинете врача, находясь в состоянии покоя. В это время ученые отслеживали изменения в концентрации кислорода и углекислого газа в их крови и наблюдали за другими жизненными показателями.
В обоих случаях Кампос и его коллеги не обнаружили никаких негативных изменений в концентрации. Это было характерно как для молодых здоровых добровольцев, так и для пожилых ветеранов, у которых были проблемы с легкими.
Исследователи считают, что подобные результаты говорят в пользу того, что у неприятных ощущений по поводу респираторов и масок психологическая или нейрофизиологическая подоплека. Она может быть связана с повышением температуры воздуха внутри органов дыхания и повышением нагрузки на дыхательные мышцы. Иными словами, опасения многих обывателей оказались ложными – маски никак не влияют на концентрацию СО2 в организме и не вредят ему подобным образом, подытожили ученые.
Лаборатория глобального мониторинга — парниковые газы с углеродным циклом
Среднемесячное значение Mauna Loa CO 2
| Ноябрь 2020 г .: | 412,89 промилле |
| ноябрь 2019 г .: | 410,25 промилле |
На графиках показано среднемесячное значение двуокиси углерода, измеренное в обсерватории Мауна-Лоа, Гавайи. Данные по двуокиси углерода на Мауна Loa представляют собой самую длинную запись прямых измерений CO 2 в Атмосфера.Их основал К. Дэвид Килинг из Института Скриппса. океанографии в марте 1958 г. на объекте Национального Океанического и Управление атмосферы [Килинг, 1976] . NOAA запустило собственный CO 2 измерения в мае 1974 г., и они проводились параллельно с измерениями, сделанными Скриппс с тех пор [Тонинг, 1989] .
Последние пять полных лет рекорда Mauna Loa CO 2 плюс текущий год показаны на первом графике.Полная запись объединенных данных Скриппса и данных NOAA показана на втором графике. Каждое среднемесячное значение — это среднее дневное значение, которое повернуть на основе среднечасовых значений, но только для тех часов, в течение которых «фоновые» условия превалируют (дополнительную информацию см. на сайте www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/about/co2_measurements.html).
Красные линии и символы представляют среднемесячные значения, сосредоточено в середине каждого месяца. черные линии и символы представляют то же самое, после поправки на средний сезонный цикл. Последний определяется как скользящая средняя СЕМЬ соседних сезонных циклов с центром в корректируемом месяце, кроме первого и последние ТРИ с половиной года записи, когда сезонный цикл был усреднен за первые и последние СЕМЬ лет соответственно.
Вертикальные полосы на черных линиях на первом графике показывают неопределенность каждого среднемесячного значения на основе наблюдаемой изменчивости CO 2 в разную погоду системы, проходя мимо вершины Мауна-Лоа.Это проявляется в отклонениях повседневных средств. из плавной кривой, которая следует за сезонным циклом [Тонинг, 1989] . Мы учитываем что последовательные среднесуточные значения не являются полностью независимыми, отклонение CO 2 в большинстве дней имеет некоторое сходство с предыдущим днем. Если отсутствует месяц, он интерполируется значение отображается синим цветом.
Данные за последний год все еще являются предварительными, ожидается повторная калибровка эталонные газы и другие проверки контроля качества.Данные представлены как мольная доля сухого воздуха, определяемая как количество молекул диоксид углерода, деленный на количество всех молекул в воздухе, включая CO 2 после удаления водяного пара. Мольная доля выражается в частях на миллион (ppm). Пример: 0,000400 выражается как 400 частей на миллион.
Данные Мауна-Лоа получены на высоте 3400 м в северных субтропиках и могут не быть то же, что и для глобально усредненная концентрация CO 2 на поверхности .
Изменение климата: двуокись углерода в атмосфере
Среднее значение двуокиси углерода в атмосфере в 2019 году составило 409,8 частей на миллион ( частей на миллион, для краткости ) с диапазоном неопределенности плюс или минус 0,1 частей на миллион. Уровни углекислого газа сегодня выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.
Фактически, в последний раз такое высокое содержание CO₂ в атмосфере было более 3 миллионов лет назад, когда температура была на 2–3 ° C (3,6–5,4 ° F) выше, чем в доиндустриальную эпоху, а морская уровень был на 15–25 метров (50–80 футов) выше, чем сегодня.
Концентрация углекислого газа растет в основном из-за ископаемого топлива, которое люди сжигают для получения энергии. Ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, содержат углерод, который растения извлекали из атмосферы в процессе фотосинтеза в течение многих миллионов лет; мы возвращаем этот углерод в атмосферу всего за несколько сотен лет. По данным State of the Climate in 2019 from NOAA и Американского метеорологического общества,
С 1850 по 2018 год в результате сжигания ископаемого топлива было выброшено 440 ± 20 Пг C (1 Пг C = 10¹⁵ г C) в виде CO₂ (Friedlingstein et al.2019). Только за 2018 год глобальные выбросы от ископаемого топлива впервые в истории достигли 10 ± 0,5 Пг С / год (Friedlingstein et al.2019). Около половины CO₂, выброшенного с 1850 г., остается в атмосфере. Остальная часть частично растворилась в Мировом океане…. Хотя наземная биосфера в настоящее время также является поглотителем CO₂ из ископаемого топлива, совокупные выбросы CO₂ в результате изменений в землепользовании, таких как вырубка лесов, отменяют его поглощение землей в период 1850–2018 годов (Friedlingstein et al. 2019).
Уровень двуокиси углерода в атмосфере в 2019 году составил 409,8 ± 0,1 ppm, что стало новым рекордом. Это увеличение на 2,5 ± 0,1 частей на миллион по сравнению с 2018 годом, такое же, как увеличение в период с 2017 по 2018 год. В 1960-х годах глобальные темпы роста содержания двуокиси углерода в атмосфере составляли примерно 0,6 ± 0,1 частей на миллион в год. Однако в период с 2009 по 18 год темпы роста составляли 2,3 промилле в год. Ежегодные темпы увеличения содержания углекислого газа в атмосфере за последние 60 лет примерно в 100 раз быстрее, чем предыдущие естественные приросты, такие как те, которые произошли в конце последнего ледникового периода 11 000-17 000 лет назад.
Сожмите или растяните график в любом направлении, удерживая клавишу Shift при щелчке и перетаскивании. Ярко-красная линия (исходные данные) показывает среднемесячное содержание углекислого газа в обсерватории NOAA Мауна-Лоа на Гавайях в частях на миллион (ppm): количество молекул углекислого газа на миллион молекул сухого воздуха. В течение года значения выше зимой в Северном полушарии и ниже летом. Темно-красная линия показывает годовой тренд, рассчитанный как 12-месячное скользящее среднее.
Почему диоксид углерода имеет значение
Двуокись углерода — это парниковый газ: газ, который поглощает и излучает тепло. Согреваемые солнечным светом, поверхность земли и океана постоянно излучает тепловую инфракрасную энергию (тепло). В отличие от кислорода или азота (которые составляют большую часть нашей атмосферы), парниковые газы поглощают это тепло и постепенно выделяют его, как кирпичи в камине после того, как огонь погас. Без этого естественного парникового эффекта средняя годовая температура на Земле была бы ниже нуля, а не около 60 ° F.Но увеличение количества парниковых газов нарушило баланс энергетического баланса Земли, задерживая дополнительное тепло и повышая среднюю температуру Земли.
Углекислый газ — самый важный из долгоживущих парниковых газов Земли. Он поглощает меньше тепла на молекулу, чем парниковый газ метан или закись азота, но его больше, и он остается в атмосфере намного дольше. И хотя углекислый газ менее распространен и менее эффективен, чем водяной пар, в расчете на одну молекулу на молекулу, он поглощает длины волн тепловой энергии, которых нет у водяного пара, что означает, что он уникальным образом усиливает парниковый эффект.Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере является причиной примерно двух третей общего энергетического дисбаланса, который вызывает повышение температуры Земли.
Другая причина, по которой углекислый газ играет важную роль в системе Земля, заключается в том, что он растворяется в океане, как газировка в банке с газировкой. Он вступает в реакцию с молекулами воды, образуя углекислоту и понижая pH океана. С начала промышленной революции pH поверхностных вод океана упал с 8,21 до 8,10. Это падение pH называется закислением океана .
Падение 0,1 может показаться не таким уж большим, но шкала pH логарифмическая; снижение pH на 1 единицу означает десятикратное увеличение кислотности. Изменение на 0,1 означает увеличение кислотности примерно на 30%. Повышенная кислотность препятствует способности морских обитателей извлекать кальций из воды для создания своих раковин и скелетов.
Прошлое и будущее Углекислый газ
Естественное увеличение концентрации углекислого газа периодически приводило к повышению температуры Земли во время циклов ледникового периода на протяжении последних миллионов лет или более.Эпизоды тепла (межледниковья) начались с небольшого увеличения солнечного света из-за крошечного колебания оси вращения Земли или ее орбиты вокруг Солнца.
Это немного дополнительного солнечного света вызвало небольшое потепление. По мере того, как океаны нагреваются, они выделяют углекислый газ — как банка газировки, развалившаяся в жаркий летний день. Избыток углекислого газа в атмосфере усилил начальное потепление.
Основываясь на пузырьках воздуха, захваченных в ледяных кернах толщиной в милю (и других палеоклиматических свидетельствах), мы знаем, что во время циклов ледникового периода за последний миллион лет или около того содержание углекислого газа никогда не превышало 300 ppm.До начала промышленной революции в середине 1700-х годов среднее количество углекислого газа в мире составляло около 280 частей на миллион.
К моменту начала непрерывных наблюдений в вулканической обсерватории Мауна-Лоа в 1958 году уровень двуокиси углерода в атмосфере уже составлял 315 частей на миллион. 9 мая 2013 года среднесуточное значение двуокиси углерода, измеренное на Мауна-Лоа, впервые за всю историю наблюдений превысило 400 частей на миллион. Менее чем через два года, в 2015 году, глобальное количество впервые превысило 400 частей на миллион. Если глобальный спрос на энергию продолжит расти и будет удовлетворяться в основном за счет ископаемых видов топлива, к концу этого столетия уровень двуокиси углерода в атмосфере, по прогнозам, превысит 900 ppm.
Подробнее о диоксиде углерода
Наблюдения за двуокисью углерода NOAA
Информационный бюллетень по углеродному циклу
Выбросы двуокиси углерода по странам в динамике
Сравнение парниковых газов по их потенциалу глобального потепления
Список литературы
Collins, M., R. Knutti, J. Arblaster, J.-L. Dufresne, T. Fichefet, P. Friedlingstein, X. Gao, W.J. Gutowski, T. Johns, G. Krinner, M. Shongwe, C. Tebaldi, A.J. Уивер и М. Венер, 2013: Долгосрочное изменение климата: прогнозы, обязательства и необратимость.В: Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
X. Lan, B. D. Hall, G. Dutton, J. Mühle и J. W. Elkins. (2020). Состав атмосферы [в Состояние климата в 2018 г., Глава 2: Глобальный климат].Специальное онлайн-приложение к бюллетеню Американского метеорологического общества, том 101, № 8, август 2020 г.
Lüthi, D., M. Le Floch, B. Bereiter, T. Blunier, J.-M. Барнола, У. Зигенталер, Д. Рейно, Ж. Жузель, Х. Фишер, К. Кавамура и Т.Ф. Stocker. (2008). Рекордная концентрация углекислого газа с высоким разрешением 650 000-800 000 лет назад. Природа , Vol. 453, стр. 379-382. DOI: 10,1038 / природа06949.
Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. (2015).Введение в закисление океана. Доступ 4 октября 2017 г.
Линдси Р. (2009). Климат и энергетический бюджет Земли. Доступ 4 октября 2017 г.
Концентрация углекислого газа в помещениях с людьми
Концентрация углекислого газа в помещении может использоваться для определения качества воздуха.
Концентрация углекислого газа в комнате, заполненной людьми через некоторое время — т — может быть рассчитана как
c = (q / (n V)) [1 — (1 / e nt )] + (c 0 — c i ) (1 / e nt ) + c i (1)
, где
c = концентрация диоксида углерода в комната (м 3 / м 3 )
q = углекислый газ, подаваемый в комнату (м 3 / ч)
V = объем помещения (м 3 )
e = константа 2.718 …..
n = количество воздушных смен в час (1 / час)
t = время (час, ч)
c i = концентрация углекислого газа в приточном вентиляционном воздухе (м 3 / м 3 )
c 0 = концентрация углекислого газа в помещении в начале, т = 0 (m 3 / m 3 )
Обратите внимание, что это уравнение можно использовать для расчета концентрации любого загрязнения, если загрязняющее вещество однородно смешано с воздухом.
CO 2 Калькулятор концентрации
*) нормальная концентрация углекислого газа в наружном воздухе составляет прибл. 400 частей на миллион (0,0004 м 3 / м 3 ) .
Пример — Концентрация углекислого газа в кинотеатре
При приблизительном уровне выбросов углекислого газа на человека в кинотеатре 0,05 м 3 / ч — выброс CO 2 от 100 человек можно рассчитать примерно как 5 м 3 / час .
Если концентрация углекислого газа, когда люди входят в комнату — и во входящем воздухе — близка к нулю, концентрация загрязнения CO 2 в кинотеатре 500 м 3 через один час и один час воздушный сдвиг в час , можно рассчитать как:
c = ((5 м 3 / ч) / (1 час -1 ) (500 м 3 )) [1 — ( 1 / e ((1 л / ч) (1 ч) )] + ((0 м 3 / м 3 ) — (0.0004 м 3 / м 3 )) (1 / e (1 1 / час) (1 час) ) + (0,0004 м 3 / м 3 )
= 0,0067 м 3 / м 3 (6700 ppm)
Примечание! — с 6700 ppm (0,0067 м 3 / м 3 ) CO 2 в воздухе — можно ожидать неблагоприятных последствий для здоровья. Одной воздушной смены в час, используемой в этом примере, недостаточно.
Сравнение выбросов CO2 с уровнями CO2
Что говорит наука …
Когда выбросы CO 2 напрямую сравниваются с уровнями CO 2 , между долгосрочными тенденциями наблюдается сильная корреляция. Это независимо подтверждается изотопами углерода, которые обнаружили, что коэффициент падения C13 / C12 хорошо коррелирует с выбросами ископаемого топлива.
Чтобы напрямую сравнить выбросы CO 2 с уровнями CO 2 в атмосфере, оба набора данных можно преобразовать в гигатонны CO 2 .Данные о выбросах CO 2 обычно выражаются в гигатоннах углерода (ГтС). Одна гигатонна равна одному миллиарду тонн. Это означает, что они включили только углеродный элемент молекулы диоксида углерода. Атомная масса углерода равна 12, а атомная масса CO 2 равна 44. Следовательно, чтобы преобразовать гигатонны углерода в гигатонны углекислого газа, вы просто умножаете 44 на 12. Другими словами, 1 гигатонна углерода равняется 3,67 гигатонны диоксида углерода.
Уровень CO в атмосфере 2 выражается в объемных частях на миллион (ppm).Для преобразования из частей на миллион в гигатонны углерода таблицы преобразования Информационного аналитического центра по двуокиси углерода показывают, что 1 часть на миллион атмосферного CO 2 эквивалентна 2,13 гигатоннам углерода. Используя наше правило 44 из 12, это означает, что 1 ppm = 7,8 гигатонн углекислого газа в атмосфере.
[Обратите внимание, что преобразование отличается для гигатонн выбросов углекислого газа , потому что естественные поглотители (океан и биосфера) поглощают примерно 55% выбросов человека, поэтому «переносимая по воздуху фракция», добавляемая в атмосферу, составляет около 45%.Это означает, что 1 ppm = 17,3 гигатонны выбросов двуокиси углерода.]
Оба временных ряда могут быть построены вместе, выраженные в гигатоннах диоксида углерода:
Рисунок 1: Уровни CO 2 (Зеленая линия — Купол Лоу, Восточная Антарктика и Синяя линия — Мауна-Лоа, Гавайи) и совокупные выбросы CO 2 в гигатоннах CO 2 (Красная линия — CDIAC ) .
Итак, сложив все вместе, на Рисунке 1 показан график общего количества CO 2 в атмосфере (вверху) по сравнению с общим количеством CO 2 , выброшенных людьми в атмосферу (внизу).Выскакивают несколько особенностей. Во-первых, похожая форма изгибов (осмелюсь сказать, в форме клюшки). У нас есть корреляция, но есть ли причинно-следственная связь?
Нетрудно представить, что количество CO 2 , которое мы вводим в атмосферу, может иметь причинно-следственную связь с количеством CO 2 , остающимся в атмосфере. Тем не менее, дальнейшее подтверждение получено при анализе типов CO 2 , обнаруженных в воздухе. У атома углерода есть несколько разных изотопов (например, разное количество нейтронов).У углерода 12 6 нейтронов, у углерода 13 7 нейтронов. Растения имеют более низкое соотношение C13 / C12, чем в атмосфере. Если при повышении содержания CO в атмосфере на 2 происходит ископаемое топливо, то C13 / C12 должны падать. Действительно, это то, что происходит (Ghosh 2003), и эта тенденция коррелирует с тенденцией глобальных выбросов.
Рисунок 3: Годовые глобальные выбросы CO 2 от сжигания ископаемого топлива и производства цемента в ГтС год – 1 (черный), среднегодовые значения отношения 13C / 12C, измеренного в атмосферном CO 2 в Мауна-Лоа с 1981 по 2002 (красный).(МГЭИК AR4)
Последнее обновление: 19 февраля 2020 г., автор: John Cook. Смотреть архив
Насколько надежны измерения CO2?
Что говорит наука …
Уровни CO2 измеряются сотнями станций, разбросанных в 66 странах, и все они сообщают об одной и той же тенденции к росту.
На следующем графике показаны уровни CO2 в атмосфере за последние 10 000 лет.Он включает данные по ледяному керну для уровней CO2 до 1950 г. Для значений после 1950 г. использовались прямые измерения с Мауна-Лоа, Гавайи.
Рис. 1: Уровни CO2 (частей на миллион) за последние 10 000 лет. Синяя линия от кернов льда Тейлор Доум ( NOAA ). Зеленая линия от ледяного керна Ло Доум ( CDIAC ). Красная линия по прямым измерениям в Мауна-Лоа, Гавайи ( NOAA ).
Мауна-Лоа часто используется в качестве примера повышения уровня углекислого газа, поскольку это самый длинный непрерывный ряд прямых измерений атмосферного CO2.Причина, по которой допустимо использовать Мауна-Лоа в качестве показателя глобальных уровней CO2, заключается в том, что CO2 хорошо смешивается с атмосферой. Следовательно, тенденция изменения CO2 на Мауна-Лоа (1,64 частей на миллион в год) статистически неотличима от тенденции глобальных уровней CO2 (1,66 частей на миллион в год). Если бы глобальный CO2 использовался на рисунке 1 выше, полученная форма «хоккейной клюшки» была бы идентичной.
Рисунок 2: Глобальный атмосферный CO2 (NOAA) в сравнении с CO2 на Мауна-Лоа ( NOAA ).
Следующее видео является графическим примером того, откуда берутся наши данные об уровнях CO2.На нем показаны поверхностные измерения CO2, изменяющиеся в разных широтах с 1979 по 2006 год. График создан Энди Якобсоном из NOAA и включает глобальную карту, показывающую, откуда происходят измерения, сравнение CO2 на Мауна-Лоа с CO2 на Южном полюсе и График расширяется в конце, чтобы включить измерения керна льда до XIX века.
Спутниковые данные согласуются с наземными измерениями и представляют более полную картину глобальной концентрации CO2.На следующем видео показано глобальное распределение двуокиси углерода в средней тропосфере. Эти данные поступают от атмосферного инфракрасного зонда (AIRS) космического корабля NASA Aqua. На карту мира наложен график содержания углекислого газа, наблюдаемый в обсерватории Мауна-Лоа.
Последнее обновление: 9 июля 2010 г., автор: John Cook.
Если рост концентрации СО2 вызывает только логарифмическое повышение температуры
Если рост концентрации CO2 вызывает только логарифмическое повышение температуры — зачем волноваться?
Опубликовано 15 апреля 2014 г. автором Marcin Popkiewicz
Поскольку экспоненциальный рост концентрации CO 2 вызывает только линейное повышение температуры, люди иногда думают, что последующие выбросы приведут к еще более медленному повышению температуры.Что ж, самые стойкие мифы основаны на технически верных утверждениях — это верно и в этом случае.
Это правда, что с каждым удвоением концентрации CO 2 температура увеличивается на постоянное значение. Однако при текущем уровне содержания CO 2 в атмосфере хорошее приблизительное соотношение состоит в том, что на каждые 500 ГтC (1833 млрд тонн CO 2 ) можно ожидать повышения равновесной температуры примерно на 1 ° C. Более того, из-за продолжающегося экспоненциального роста выбросов CO 2 рост температуры также будет ускоряться.
Замедление роста температуры в зависимости от концентрации CO 2
Когда мы говорим о повышении температуры в ответ на рост концентрации парниковых газов в атмосфере, мы имеем в виду общее повышение средней температуры, которое будет продолжаться до тех пор, пока общий энергетический баланс Земли не достигнет равновесия. Как численное моделирование с использованием моделей климата, так и палеоклиматические исследования и прямые измерения показывают, что в ответ на удвоение концентрации CO 2 в атмосфере (что эквивалентно радиационному воздействию 4 Вт / м 2 ) поверхность Земли скорее всего нагреется примерно на 3 ° C.
Следовательно, мы можем ожидать повышения средней температуры на 3 ° C при изменении концентрации углекислого газа с доиндустриального уровня 280 ppm до 560 ppm. Последующее повышение температуры еще на 3 ° C потребует увеличения концентрации CO 2 с 560 до 1120 ppm.
Линейный рост температуры как функция от CO 2 выбросов
Должны ли мы поэтому сделать вывод, что скорость повышения температуры будет неуклонно снижаться? Не обязательно, и определенно нет, если текущие тенденции выбросов сохранятся в будущем.Чтобы понять ключевые взаимосвязи, давайте взглянем на связь между нашими совокупными выбросами и прогнозируемым повышением температуры, опубликованным в 5-м отчете МГЭИК.
Рис. 1: Увеличение средней температуры поверхности Земли как функция совокупных глобальных выбросов CO 2 . Средние значения, рассчитанные на основе нескольких симуляций с использованием нескольких моделей углеродного цикла, показаны до 2100 года для каждого RCP (цветные линии). Кружками отмечены десятичные средние значения, и для ясности выбранные десятичные средние значения были помечены соответствующим цветом текста (например,г., 2050 обозначает десятилетие 2040-2049 гг.). Черная линия обозначает результаты модели за исторический период (1860-2010 гг.). Заштрихованные области иллюстрируют диапазон результатов модели для различных сценариев RCP. Черная узкая линия и серая заштрихованная область показывают, соответственно, среднее значение и диапазон результатов моделирования с использованием многих моделей CMIP5, предполагающих рост концентрации CO 2 на 1% в год. Для данного значения кумулятивных выбросов CO 2 моделирование, предполагающее рост концентрации на 1% в год, показывает меньшее повышение температуры, чем моделирование, соответствующее RCP, которое включает другие воздействия, помимо CO 2 .Изменение температуры относительно базового периода 1861–1881 гг. Средние за десятилетия соединены прямыми линиями. Источник: 5-й отчет МГЭИК.
График показывает, что температура увеличивается почти линейно с ростом кумулятивных выбросов, а в случае сценария «как обычно» (красная линия RCP8.5) рост температуры фактически ускоряется от десятилетия к десятилетию (как видно с расстояния роста. между кружками, отмечающими последующие десятилетия). Как это наблюдение может согласовываться с логарифмической зависимостью между повышением температуры и концентрацией CO 2 в атмосфере?
Давайте суммируем несколько основных фактов, которые мы затем воспользуемся для воспроизведения рисунка 1:
- Не все выбросы CO 2 накапливаются в атмосфере — только около 45% наших выбросов попадает в атмосферу.
- На каждое увеличение концентрации CO 2 на промилле атмосфера должна поглощать 2,12 ГтС.
- Связь между атмосферной концентрацией CO 2 и соответствующим увеличением радиационного воздействия определяется (3-й отчет IPCC — TAR, таблица 6.2) логарифмической формулой: RF = 5,35 · ln (C / C0), где RF означает радиационное воздействие.
