Kémiai összetétel

A Föld légköre a vulkánkitörések során felszabaduló gázok következtében keletkezett. Az óceánok és a bioszféra megjelenésével a vízzel, növényekkel, állatokkal és ezek bomlástermékeivel a talajban és a mocsarakban történő gázcsere következtében jött létre.

Jelenleg a Föld légköre főleg gázokból és különféle szennyeződésekből áll (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek).

A légkört alkotó gázok koncentrációja a víz (H 2 O) és a szén-dioxid (CO 2) kivételével szinte állandó.

A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz még SO 2-t, NH 3-t, CO-t, ózont, szénhidrogéneket, HCl-t, HF-t, Hg-gőzt, I 2 -t, valamint NO-t és sok más gázt. A troposzféra folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskét (aeroszolt) tartalmaz.

Szén-dioxid a Föld légkörében 2011-ben 392 ppm, azaz 0,0392% mennyiségben képviselteti magát. A szén-dioxid szerepe ( CO 2 -dioxid vagy szén-dioxid) a bioszféra életében elsősorban a fotoszintézis folyamatának fenntartásából áll, amelyet a növények hajtanak végre. A levegőben lévő szén-dioxid üvegházhatású gázként befolyásolja a bolygó hőcseréjét a környező térrel, számos frekvencián hatékonyan blokkolja a visszasugárzott hőt, így részt vesz a bolygó klímájának alakításában.

Mivel az emberiség aktívan használja a fosszilis tüzelőanyagokat üzemanyagként, ennek a gáznak a koncentrációja a légkörben gyorsan növekszik. A szén-dioxid-koncentrációra gyakorolt ​​első antropogén hatást a 19. század közepe óta figyelték meg. Azóta növekedési üteme nőtt, és a 2000-es évek végén 2,20 ± 0,01 ppm/év, azaz évi 1,7%-os ütemben fordult elő. Külön tanulmányok szerint a légkör jelenlegi CO 2 szintje az elmúlt 800 ezer év, és valószínűleg az elmúlt 20 millió év legmagasabb szintje.

Szerep az üvegházhatásban

A levegőben lévő viszonylag alacsony koncentrációja ellenére a CO 2 a föld atmoszférájának fontos összetevője, mert elnyeli és újra kibocsátja az infravörös sugárzást különböző hullámhosszokon, beleértve a 4,26 μm-es hullámhosszt (rezgésmód - a molekula aszimmetrikus nyújtása) és a 14,99 hullámhosszúságot. μm (hajlítási ingadozások). Ez a folyamat megszünteti vagy csökkenti a Földről az űrbe irányuló sugárzást ezeken a hullámhosszokon, ami üvegházhatást eredményez. A légköri CO 2 koncentrációjának jelenlegi változása az abszorpciós sávokban tükröződik, ahol a Föld reemissziós spektrumára gyakorolt ​​jelenlegi hatása csak részleges abszorpcióhoz vezet.

A szén-dioxid üvegházhatású tulajdonságai mellett az is fontos, hogy a levegőhöz képest nehezebb gáz. Mivel a levegő átlagos relatív moláris tömege 28,98 g/mol, a CO 2 móltömege pedig 44,01 g/mol, a szén-dioxid arányának növekedése a levegő sűrűségének növekedéséhez, és ennek megfelelően a légsűrűség változásához vezet. nyomásprofilja magasságtól függően. Az üvegházhatás fizikai természetéből adódóan a légkör tulajdonságainak ilyen változása az átlagos felszíni hőmérséklet növekedéséhez vezet.

Összességében a koncentráció növekedése az iparosodás előtti 280 ppm-ről a modern 392 ppm-es szintre további 1,8 watt felszabadulásnak felel meg a bolygó felszínének négyzetméterenként. Ez a gáz a hosszú távú éghajlatváltozás egyedülálló tulajdonságával is rendelkezik, amely az azt okozó kibocsátás megszűnésével nagyjából ezer évig is állandó marad. Más üvegházhatású gázok, mint például a metán és a dinitrogén-oxid, rövidebb ideig szabadon vannak a légkörben.

A szén-dioxid forrásai

A légkör természetes szén-dioxid-forrásai a vulkánkitörések, a levegőben lévő szerves anyagok égése, valamint az állatvilág képviselőinek (aerob szervezetek) légzése. A szén-dioxidot egyes mikroorganizmusok is termelik az erjedési folyamat, a sejtlégzés és a levegőben lévő szerves maradványok bomlási folyamata során. A CO 2 légkörbe történő kibocsátásának antropogén forrásai a következők: fosszilis tüzelőanyagok elégetése hőtermelés, villamos energia, valamint emberek és áruk szállítása céljából. Egyes ipari tevékenységek, mint például a cementgyártás és a gázok fáklyázással történő ártalmatlanítása jelentős CO 2 -kibocsátáshoz vezetnek.

A növények a keletkező szén-dioxidot a fotoszintézis során szénhidrátokká alakítják, ami a napsugárzás energiáját hasznosító pigment klorofillon keresztül megy végbe. A keletkező gáz, az oxigén a Föld légkörébe kerül, és a heterotróf szervezetek és más növények légzésre használják fel, így alakul ki a szénkörforgás.

Antropogén kibocsátások

Az ipari tevékenységek eredményeként a légkörbe történő szén-dioxid-kibocsátás. tevékenysége 1800-2004 között

A 19. század közepén az ipari forradalom beköszöntével fokozatosan nőtt az antropogén szén-dioxid légkörbe történő kibocsátása, ami a szénciklus egyensúlyának felborulásához és a CO 2-koncentráció növekedéséhez vezetett. Jelenleg az emberiség által termelt szén-dioxid mintegy 57%-át a növények és az óceánok távolítják el a légkörből. A légkörben lévő CO 2 mennyiségének növekedésének az összes kibocsátott CO 2 -hoz viszonyított aránya körülbelül 45% állandó érték, és rövid távú ingadozásokon és ingadozásokon megy keresztül, öt éves időtartammal.

A fosszilis tüzelőanyagok, például a szén, az olaj és a földgáz elégetése az antropogén CO 2 -kibocsátás fő oka, az erdőirtás pedig a második vezető ok. 2008-ban a fosszilis tüzelőanyagok elégetésével 8,67 milliárd tonna szén került a légkörbe (31,8 milliárd tonna CO2), szemben az 1990-es évi 6,14 milliárd tonna szén-dioxid-kibocsátással. Az erdők földhasználatra váltása 1,2 milliárd tonna szén elégetésével egyenértékű növekedést eredményezett a légkörben 2008-ban (1,64 milliárd tonna 1990-ben). A 18 év alatti kumulatív növekedés az éves természetes CO 2 ciklus 3%-a, ami elegendő ahhoz, hogy a rendszert kibillentsék az egyensúlyból, és a CO 2 szintje gyorsan emelkedjen. Ennek eredményeként a szén-dioxid fokozatosan felhalmozódott a légkörben, és 2009-ben koncentrációja 39%-kal volt magasabb, mint az iparosodás előtti szint.

Így annak ellenére, hogy (2011-től) az összes antropogén CO2-kibocsátás nem haladja meg a természetes éves ciklusának 8%-át, koncentrációnövekedés tapasztalható nemcsak az antropogén kibocsátások szintjének, hanem a szén-dioxid-kibocsátás folyamatos növekedésének is köszönhetően. kibocsátási szintje az idő múlásával.

1 Az ember és az éghajlat.

2 Bevezetés.

Az energiafogyasztás, a gazdasági aktivitás és a jövedelem kapcsolata légkörben.

Energiafogyasztás és szén-dioxid kibocsátás.

3 Szén a természetben.

Szén izotópok.

4 Szén a légkörben.

Légköri szén-dioxid.

Szén a talajban.

5 A légkör szén-dioxid-koncentrációjának előrejelzései a jövőre nézve. Főbb következtetések.

6 Bibliográfia.

Bevezetés.

Az emberi tevékenység már elérte azt a fejlettségi szintet, amelyen a természetre gyakorolt ​​hatása globálissá válik. A természeti rendszerek – a légkör, a szárazföld, az óceán –, valamint a bolygó élete összességében ki vannak téve ezeknek a hatásoknak. Ismeretes, hogy az elmúlt évszázad során a légkör egyes gázkomponenseinek, például a szén-dioxid (), a dinitrogén-oxid (), a metán () és a troposzférikus ózon () tartalma megnőtt. Ezenkívül más gázok is bekerültek a légkörbe, amelyek nem a globális ökoszisztéma természetes összetevői. A főbbek a klórozott-fluorozott szénhidrogének. Ezek a nyomgázok elnyelik és kibocsátják a sugárzást, ezért képesek befolyásolni a Föld klímáját. Mindezeket a gázokat együtt üvegházhatású gázoknak nevezhetjük.

Nem a közelmúltban merült fel az a gondolat, hogy az éghajlat megváltozhat a szén-dioxid légkörbe kerülése következtében. Arrhenius rámutatott, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetése növelheti a légköri koncentrációt, és ezáltal megváltoztathatja a Föld sugárzási egyensúlyát. Ma már nagyjából tudjuk, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetése és a földhasználat megváltozása (erdőirtás és mezőgazdasági terjeszkedés) következtében mennyi került a légkörbe, és a légköri koncentrációk megfigyelt növekedését az emberi tevékenység számlájára írhatjuk.

Az éghajlatra gyakorolt ​​hatás mechanizmusa az úgynevezett üvegházhatás. Míg a rövidhullámú napsugárzás számára átlátszó, ez a gáz elnyeli a földfelszínről távozó hosszúhullámú sugárzást, és az elnyelt energiát minden irányba kisugározza. E hatás eredményeként a légköri koncentráció növekedése a Föld felszínének és az alsó légkör felmelegedéséhez vezet. A légköri koncentrációk folyamatos emelkedése a globális éghajlat változásához vezethet, ezért a szén-dioxid jövőbeli koncentrációjának előrejelzése fontos feladat.

A szén-dioxid kibocsátása a légkörbe

ipari eredményeként

kibocsátások.

A kibocsátás fő antropogén forrása mindenféle széntartalmú tüzelőanyag elégetése. Napjainkban a gazdasági fejlődés általában az iparosodás fokozódásával jár együtt. Történelmileg a gazdasági növekedés az energiaforrások elérhetőségétől és az elégetett fosszilis tüzelőanyagok mennyiségétől függött. A legtöbb ország gazdasági és energiafejlesztési adatai az 1860-1973 közötti időszakra vonatkozóan. Nemcsak a gazdasági növekedést jelzik, hanem az energiafelhasználás növekedését is. Az egyik azonban nem következik a másikból. 1973 óta sok országban csökkentek a fajlagos energiaköltségek, miközben a valós energiaárak emelkedtek. Az Egyesült Államokban az ipari energiafelhasználásról nemrég készült tanulmány kimutatta, hogy 1920 óta folyamatosan csökkent a primerenergia-ráfordítás aránya a megtermelt áruk gazdasági egyenértékéhez viszonyítva. A hatékonyabb energiafelhasználás az ipari technológia, a járművek és az épülettervezés fejlesztésével érhető el. Emellett számos iparosodott országban elmozdulások történtek a gazdaság szerkezetében, ami a nyersanyag- és feldolgozóipar fejlesztéséről a végtermékeket előállító iparágak terjeszkedésére való átmenetben nyilvánult meg.

Az egészségügyi, oktatási és rekreációs igények kielégítéséhez jelenleg szükséges egy főre jutó energiafogyasztás minimális szintje régiónként és országonként jelentősen eltér. Sok fejlődő országban a jó minőségű üzemanyagok egy főre jutó fogyasztásának jelentős növekedése elengedhetetlen a magasabb életszínvonal eléréséhez. Ma már valószínűnek tűnik, hogy a folyamatos gazdasági növekedés és a kívánt életszínvonal elérése nincs összefüggésben az egy főre jutó energiafogyasztással, de ezt a folyamatot még nem vizsgálták kellőképpen.

Feltételezhető, hogy a következő évszázad közepe előtt a legtöbb ország gazdasága képes lesz alkalmazkodni a megnövekedett energiaárakhoz a munkaerő- és egyéb erőforrásigény csökkentésével, valamint az információfeldolgozás és -továbbítás sebességének növelésével. , vagy esetleg az árutermelés és a szolgáltatásnyújtás közötti gazdasági egyensúly szerkezetének megváltoztatása. Így az energiafejlesztési stratégia megválasztása a szén vagy a nukleáris üzemanyag energiarendszerben való felhasználásának egy vagy másik részével közvetlenül meghatározza az ipari kibocsátás mértékét.

Energiafogyasztás és kibocsátás

szén-dioxid.

Az energiát nem energiatermelés céljából állítják elő. Az ipari országokban a megtermelt energia nagy része az iparból, a közlekedésből, valamint az épületek fűtéséből és hűtéséből származik. Számos közelmúltbeli tanulmány kimutatta, hogy az iparosodott országok energiafogyasztásának jelenlegi szintje jelentősen csökkenthető energiatakarékos technológiák alkalmazásával. Kiszámították, hogy ha az Egyesült Államok a fogyasztási cikkek és szolgáltatások előállítása során a legkevésbé energiaigényes technológiákra tér át azonos termelési mennyiség mellett, akkor a légkörbe kerülő mennyiség 25%-kal csökkenne. Ennek eredményeként a globális kibocsátás 7%-kal csökkenne. Hasonló hatás mutatkozna meg más ipari országokban is. A légkörbe való kibocsátás mértékének további csökkentése érhető el a gazdaság szerkezetének megváltoztatásával, a hatékonyabb árutermelési módok bevezetésével és a lakossági szolgáltatások javításával.

Szén a természetben.

A számos kémiai elem között, amelyek nélkül az élet létezése a Földön lehetetlen, a szén a fő.A szerves anyagok kémiai átalakulásai a szénatom azon képességével függnek össze, hogy hosszú kovalens láncokat és gyűrűket képezzen. A biogeokémiai szénciklus természetesen nagyon összetett, hiszen nemcsak a Föld összes életformájának működését foglalja magában, hanem a szervetlen anyagok átvitelét is a különböző széntárolók között és azokon belül egyaránt. A fő széntárolók a légkör, a kontinentális biomassza, beleértve a talajt, a hidroszféra a tengeri élőlényekkel és a litoszféra. Az elmúlt két évszázad során az atmoszféra-bioszféra-hidroszféra rendszerben a szénáramlás változásai következtek be, amelyek intenzitása megközelítőleg egy nagyságrenddel nagyobb, mint ezen elem átvitelének geológiai folyamatainak intenzitása. Emiatt a rendszeren belüli kölcsönhatások elemzésére kell szorítkozni, beleértve a talajokat is.

Alapvető kémiai vegyületek és reakciók.

Több mint egymillió szénvegyületet ismerünk, amelyek közül több ezer vesz részt a biológiai folyamatokban. A szénatomok kilenc lehetséges oxidációs állapot egyikében lehetnek: +IV-től -IV-ig. A leggyakoribb jelenség a teljes oxidáció, azaz. +IV, az ilyen vegyületek példái közé tartozik és. A légkörben lévő szén több mint 99%-a szén-dioxid formájában található. Az óceánokban lévő szén körülbelül 97% -a oldott formában (), a litoszférában pedig ásványi anyagok formájában létezik. A +II oxidációs állapotra példa a légkör kis gázkomponense, amely elég gyorsan oxidálódik. Az elemi szén kis mennyiségben van jelen a légkörben grafit és gyémánt, a talajban pedig szén formájában. A szén fotoszintézis útján történő asszimilációja redukált szén képződését eredményezi, amely jelen van a biótában, a talajban lévő elhalt szerves anyagokban, az üledék felső rétegeiben nagy mélységben eltemetett szén, olaj és gáz formájában, ill. a litoszféra diszpergált aluloxidált szén formájában. Néhány aluloxidált szenet tartalmazó gáznemű vegyület, különösen a metán, az anyagok anaerob folyamatokban történő redukciója során kerül a légkörbe. Bár a bakteriális bomlás során több különböző gáznemű vegyület keletkezik, ezek gyorsan oxidálódnak, és a rendszerbe jutásnak tekinthetők. Kivétel a metán, mivel az is hozzájárul az üvegházhatáshoz. Az óceánok jelentős mennyiségű oldott szerves szénvegyületet tartalmaznak, amelyek oxidációs folyamatai még nem ismertek.

Szén izotópok.

A természetben hét szénizotóp ismert, amelyek közül három jelentős szerepet játszik. Közülük kettő - és - stabil, egy pedig radioaktív, felezési ideje 5730 év. A különféle szénizotópok tanulmányozásának szükségessége abból adódik, hogy a szénvegyületek átviteli sebessége és a kémiai reakciók egyensúlyi feltételei attól függenek, hogy ezek a vegyületek milyen szénizotópokat tartalmaznak. Emiatt a természetben a stabil szénizotópok eltérő eloszlása ​​figyelhető meg. Az izotóp eloszlása ​​egyrészt attól függ, hogy a légkörben neutronokat és nitrogénatomokat érintő magreakciókban keletkezik, másrészt a radioaktív bomlástól.

Szén a légkörben.

A légköri tartalom gondos mérését Killing 1957-ben kezdte meg a Mauna Loa Obszervatóriumban. A légköri tartalom rendszeres mérését számos más állomáson is végzik. A megfigyelések elemzéséből arra a következtetésre juthatunk, hogy a koncentráció éves változása elsősorban a fotoszintézis ciklusának szezonális változásaiból és a szárazföldi növények pusztulásából adódik; ugyancsak befolyásolja, bár kisebb mértékben, az óceán felszíni hőmérsékletének éves változása, amelytől függ a tengervízben való oldhatóság. A harmadik és valószínűleg legkevésbé fontos tényező az óceánban zajló fotoszintézis éves üteme. Az adott év átlagos légköri tartalma valamivel magasabb az északi féltekén, mivel az antropogén input forrásai túlnyomórészt az északi féltekén találhatók. Ezen túlmenően a tartalom kismértékű évenkénti változásai is megfigyelhetők, amelyeket valószínűleg a légkör általános keringésének jellemzői határoznak meg. A légköri koncentrációk változására vonatkozó rendelkezésre álló adatok közül az elmúlt 25 évben megfigyelt rendszeres légköri koncentráció-növekedésre vonatkozó adatok a legfontosabbak. A légköri szén-dioxid korábbi mérései (a múlt század közepétől kezdődően) általában nem voltak kellően teljesek. A levegőmintákat a szükséges körültekintés nélkül vették, és az eredmények bizonytalanságát nem értékelték. A jégmagokból származó légbuborékok összetételének elemzésével sikerült adatokat nyerni az 1750-től 1960-ig tartó időszakra. Azt is megállapították, hogy a gleccserek levegőzárványainak elemzésével meghatározott 50-es évek légköri koncentrációi jó összhangban vannak a Mauna Loa Obszervatórium adataival. Az 1750-1800 közötti koncentráció 280 millió körülinek bizonyult, majd lassan növekedni kezdett és 1984-re 3431 millió volt.

Szén a talajban.

Különféle becslések szerint a teljes széntartalom kb

G.S. A meglévő becslések fő bizonytalansága a bolygó tőzeglápjainak területeire és széntartalmára vonatkozó információk elégtelen teljességéből adódik.

A hideg éghajlatú talajok lassabb szénbomlása magasabb talajszénkoncentrációt (felületre vetítve) eredményez a boreális erdőkben és a közepes szélességi körök lágyszárú közösségeiben a trópusi ökoszisztémákhoz képest. A talajtározóba évente bekerülő törmelékből azonban csak kis mennyiség (néhány százalék vagy még kevesebb) marad bennük sokáig. A legtöbb elhalt szerves anyag néhány éven belül oxidálódik. A csernozjomokban az alomszén körülbelül 98%-a körülbelül 5 hónapig fordul elő, az alomszén 2%-a pedig átlagosan 500-1000 évig marad a talajban. A talajképződési folyamatnak ez a jellegzetessége abban is megmutatkozik, hogy a középső szélességi körök talajainak radioizotópos módszerrel meghatározott kora több száz évtől ezer évig terjed. A természetes növényzet által elfoglalt területek mezőgazdasági területté való átalakulása során azonban teljesen más a szervesanyag-lebontás sebessége. Például felmerült, hogy az észak-amerikai mezőgazdaságban használt talajokban lévő szerves szén 50%-a elveszhetett oxidáció következtében, mivel ezeket a talajokat a múlt század előtt vagy elején kezdték kiaknázni.

A széntartalom változásai

kontinentális ökoszisztémák.

Az elmúlt 200 évben jelentős változások mentek végbe a kontinentális ökoszisztémákban a növekvő antropogén nyomás következtében. Amikor az erdők és a lágyszárú közösségek által elfoglalt földterületet mezőgazdasági területté alakítják, a szerves anyagok, pl. a növények élő anyagai és a talajok elhalt szerves anyagai oxidálódnak és formában kerülnek a légkörbe. Az elemi szén egy része faszénként (erdőmaradványként) is eltemethető a talajban, és így eltávolítható a szénkörforgás gyors keringéséből. A különböző ökoszisztéma-összetevők széntartalma változó, mivel a szerves anyagok visszanyerése és elpusztulása a földrajzi szélességtől és a növényzet típusától függ.

Számos tanulmányt végeztek a kontinentális ökoszisztémák szénkészletében bekövetkezett változások becslésével kapcsolatos jelenlegi bizonytalanságok feloldására. E vizsgálatok alapján megállapítható, hogy a légkörbe való kibocsátás 1860 és 1980 között g. C és hogy 1980-ban a biotikus szén-emisszió egyenlő volt g C/év. Ezen túlmenően a növekvő légköri koncentrációk és a szennyező anyagok, például és, kibocsátása befolyásolhatja a fotoszintézis intenzitását és a szerves anyagok pusztulását a kontinentális ökoszisztémákban. Nyilvánvalóan a fotoszintézis intenzitása növekszik a koncentráció növekedésével a légkörben. Ez a növekedés valószínűleg a mezőgazdasági növényekre korlátozódik, és a természetes kontinentális ökoszisztémákban a vízfelhasználás hatékonyságának javulása megnövekedett szervesanyag-termeléshez vezethet.

A szén-dioxid koncentráció előrejelzése

gáz a légkörben a jövőben.

Főbb következtetések.

Az elmúlt évtizedek során számos olyan modell született a globális szénciklusról, amelyeket nem tűnik helyénvalónak ebben a munkában figyelembe venni, mivel meglehetősen összetettek és terjedelmesek. Tekintsük csak röviden főbb következtetéseiket. A jövőbeni légköri szintek előrejelzésére használt különféle forgatókönyvek hasonló eredményeket hoztak. Az alábbiakban megpróbáljuk összefoglalni jelenlegi ismereteinket és feltételezéseinket a légköri koncentrációk antropogén változásaival kapcsolatban.

· 1860 és 1984 között került a légkörbe g) A fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatt a kibocsátás mértéke jelenleg (1984-től) g C/év.

· Ugyanebben az időszakban az erdőirtás és a földhasználat megváltozása miatti légköri kibocsátás mértéke g. C, ennek a bevitelnek az intenzitása jelenleg egyenlő g C/év.

· A múlt század közepe óta a légkör koncentrációja az 1984-es legfeljebb egymillióról nőtt.

· A globális szénciklus alapvető jellemzői jól ismertek. Lehetővé vált olyan kvantitatív modellek létrehozása, amelyek alapul szolgálhatnak a légköri koncentrációk növekedésének előrejelzéséhez bizonyos kibocsátási forgatókönyvek segítségével.

· A kibocsátási forgatókönyvekből származó valószínű jövőbeni koncentrációváltozások előrejelzéseinek bizonytalanságai lényegesen kisebbek, mint maguk a kibocsátási forgatókönyvek bizonytalanságai.

· Ha a légköri kibocsátások intenzitása a következő négy évtizedben állandó marad, vagy nagyon lassan (évente legfeljebb 0,5%-kal) növekszik, és a távolabbi jövőben is nagyon lassan növekszik, akkor a 21. század végére a légköri koncentráció körülbelül 440 ppm legyen, azaz legfeljebb 60%-kal magasabb, mint az iparosodás előtti szint.

· Ha a következő négy évtizedben a kibocsátások intenzitása átlagosan évi 1-2%-kal nő, i.e. Ahogyan 1973-tól napjainkig nőtt, és a távolabbi jövőben növekedési üteme lelassul, úgy a 21. század végére a légkör tartalma megduplázódik az iparosodás előtti szinthez képest.

Szóda, vulkán, Vénusz, hűtőszekrény – mi a közös bennük? Szén-dioxid. Összegyűjtöttük Önnek a legérdekesebb információkat a Föld egyik legfontosabb kémiai vegyületéről.

Mi a szén-dioxid

A szén-dioxid főleg gáz halmazállapotban ismert, azaz. szén-dioxidként, egyszerű kémiai képlettel CO2. Ebben a formában normál körülmények között létezik - légköri nyomáson és „rendes” hőmérsékleten. De megnövekedett nyomáson, 5850 kPa felett (mint például a nyomás körülbelül 600 méteres tengermélységben), ez a gáz folyadékká alakul. Erősen lehűtve (mínusz 78,5°C) pedig kikristályosodik, és úgynevezett szárazjéggé válik, amelyet a kereskedelemben széles körben használnak fagyasztott élelmiszerek hűtőszekrényben való tárolására.

Folyékony szén-dioxidot és szárazjeget állítanak elő és használnak fel az emberi tevékenységekben, de ezek a formák instabilok és könnyen szétesnek.

A szén-dioxid azonban mindenütt jelen van: az állatok és növények légzése során szabadul fel, és fontos része a légkör és az óceán kémiai összetételének.

A szén-dioxid tulajdonságai

A szén-dioxid CO2 színtelen és szagtalan. Normál körülmények között nincs íze. Ha azonban nagy koncentrációban lélegez be szén-dioxidot, savanyú ízt érezhet a szájában, amit a nyálkahártyákon és a nyálban feloldódó szén-dioxid okoz, és gyenge szénsavoldatot képez.

Egyébként a szén-dioxid vízben való oldódási képességét használják szénsavas víz előállítására. A limonádé buborékok ugyanaz a szén-dioxid. Az első készüléket a víz CO2-vel való telítésére 1770-ben találták fel, és már 1783-ban a vállalkozó szellemű svájci Jacob Schweppes megkezdte a szóda ipari gyártását (a Schweppes márka még mindig létezik).

A szén-dioxid másfélszer nehezebb a levegőnél, ezért hajlamos az alsó rétegeiben „leülepedni”, ha a helyiség rosszul szellőzik. Ismert a „kutyabarlang” effektus, ahol a CO2 közvetlenül a talajból szabadul fel, és körülbelül fél méteres magasságban halmozódik fel. Egy ilyen barlangba belépő felnőtt a növekedés csúcsán nem érzi a szén-dioxid feleslegét, de a kutyák közvetlenül egy vastag szén-dioxid rétegben találják magukat, és megmérgeződnek.

A CO2 nem támogatja az égést, ezért használják tűzoltó készülékekben és tűzoltó rendszerekben. Az égő gyertya állítólagos üres pohár tartalmával (de valójában szén-dioxiddal) történő eloltás trükkje éppen a szén-dioxid ezen tulajdonságán alapul.

Szén-dioxid a természetben: természetes források

A természetben a szén-dioxid különböző forrásokból képződik:

• Állatok és növények légzése.
  Minden iskolás tudja, hogy a növények a levegőből felszívják a szén-dioxidot, és felhasználják a fotoszintézis folyamataiban. Egyes háziasszonyok rengeteg szobanövény segítségével próbálják pótolni a hiányosságokat. A növények azonban nem csak felszívják, hanem fény hiányában szén-dioxidot is bocsátanak ki – ez a légzési folyamat része. Ezért nem jó ötlet egy dzsungel egy rosszul szellőző hálószobában: a CO2-szint még jobban meg fog emelkedni éjszaka.
• Vulkáni tevékenység.
  A szén-dioxid a vulkáni gázok része. A magas vulkáni aktivitású területeken a CO2 közvetlenül a talajból szabadulhat fel – a mofeteknek nevezett repedésekből és repedésekből. A mofettal rendelkező völgyekben a szén-dioxid koncentrációja olyan magas, hogy sok kis állat elpusztul, amikor odaér.
• Szerves anyagok bomlása.
  A szerves anyagok égése és bomlása során szén-dioxid keletkezik. Jelentős természetes szén-dioxid-kibocsátás kíséri az erdőtüzeket.

A szén-dioxid a természetben szénvegyületek formájában „tárolódik” ásványi anyagokban: szén, olaj, tőzeg, mészkő. Hatalmas CO2-tartalékok találhatók oldott formában a világ óceánjaiban.

A nyitott tározóból a szén-dioxid kibocsátása limnológiai katasztrófához vezethet, mint például 1984-ben és 1986-ban. a kameruni Manoun és Nyos tavakban. Mindkét tó vulkáni kráterek helyén keletkezett - mára kihaltak, de a mélyben a vulkáni magma még szén-dioxidot bocsát ki, ami a tavak vizébe emelkedik és feloldódik bennük. Számos éghajlati és geológiai folyamat eredményeként a vizekben a szén-dioxid koncentrációja meghaladta a kritikus értéket. Hatalmas mennyiségű szén-dioxid került a légkörbe, amely lavinaként vonult le a hegyoldalakon. Körülbelül 1800 ember vált limnológiai katasztrófák áldozatává a kameruni tavakon.

Mesterséges szén-dioxid források

A szén-dioxid fő antropogén forrásai a következők:

• égési folyamatokhoz kapcsolódó ipari kibocsátások;
• autószállítás.

Hiába növekszik a környezetbarát közlekedés részaránya a világon, a világ lakosságának túlnyomó többségének nem lesz egyhamar lehetősége (vagy kedve) új autóra váltani.

Az ipari célú aktív erdőirtás a levegő szén-dioxid-CO2 koncentrációjának növekedéséhez is vezet.

A CO2 az anyagcsere (a glükóz és zsírok lebontása) egyik végterméke. A szövetekben kiválasztódik, és a hemoglobin segítségével a tüdőbe kerül, amelyen keresztül kilélegzik. Az ember által kilélegzett levegő körülbelül 4,5% szén-dioxidot (45 000 ppm) tartalmaz - 60-110-szer többet, mint a belélegzett levegőben.

A szén-dioxid nagy szerepet játszik a véráramlás és a légzés szabályozásában. A vér CO2-szintjének emelkedése a hajszálerek kitágulását okozza, így több vér jut át, ami oxigént juttat a szövetekbe, és eltávolítja a szén-dioxidot.

A légzőrendszert a szén-dioxid emelkedése is serkenti, nem pedig az oxigénhiány, mint amilyennek látszik. Valójában az oxigénhiányt a szervezet hosszú ideig nem érzi, és nagyon valószínű, hogy a ritka levegőben az ember elveszíti eszméletét, mielőtt levegőhiányt érezne. A CO2 stimuláló tulajdonságát a mesterséges lélegeztető készülékekben használják: ahol a szén-dioxidot oxigénnel keverik, hogy „beindítsák” a légzőrendszert.

A szén-dioxid és mi: miért veszélyes a CO2?

A szén-dioxid ugyanúgy szükséges az emberi szervezet számára, mint az oxigén. De akárcsak az oxigénnél, a szén-dioxid-többlet is károsítja a közérzetünket.

A levegőben lévő magas CO2 koncentráció a szervezet mérgezéséhez vezet, és hypercapnia állapotot okoz. Hypercapnia esetén az ember légzési nehézséget, hányingert, fejfájást tapasztal, és akár eszméletét is elveszítheti. Ha a szén-dioxid-tartalom nem csökken, akkor oxigén éhezés következik be. A helyzet az, hogy mind a szén-dioxid, mind az oxigén ugyanazon a „szállításon” - a hemoglobinon - mozog a szervezetben. Normális esetben együtt „utaznak”, a hemoglobinmolekula különböző helyeihez tapadva. Azonban a szén-dioxid megnövekedett koncentrációja a vérben csökkenti az oxigén hemoglobinhoz való kötődési képességét. Csökken az oxigén mennyisége a vérben, és hipoxia lép fel.

Ilyen egészségtelen következmények a szervezetre nézve akkor jelentkeznek, ha 5000 ppm-nél nagyobb CO2-tartalmú levegőt lélegzünk be (ez lehet például a bányák levegője). Az igazat megvallva, a hétköznapi életben gyakorlatilag soha nem találkozunk ilyen levegővel. A szén-dioxid jóval alacsonyabb koncentrációja azonban nem a legjobb hatással van az egészségre.

Egyes megállapítások szerint már 1000 ppm CO2 is fáradtságot és fejfájást okoz az alanyok felénél. Sokan még korábban kezdik érezni a fülledtséget és a kényelmetlenséget. A szén-dioxid-koncentráció további 1500-2500 ppm-re történő kritikus növekedésével az agy „lusta” kezdeményezni, feldolgozni az információkat és döntéseket hozni.

És ha az 5000 ppm-es szint szinte lehetetlen a mindennapi életben, akkor az 1000, sőt a 2500 ppm is könnyen része lehet a modern ember valóságának. A mi vizsgálataink azt mutatták, hogy a ritkán szellőztetett iskolai osztálytermekben a CO2-szint az idő nagy részében 1500 ppm felett marad, és néha 2000 ppm fölé is ugorhat. Minden okunk megvan azt hinni, hogy sok irodában, sőt lakásban is hasonló a helyzet.

A fiziológusok a 800 ppm-et az emberi jólét szempontjából biztonságos szén-dioxid-szintnek tartják.

Egy másik tanulmány összefüggést talált a CO2-szint és az oxidatív stressz között: minél magasabb a szén-dioxid szint, annál jobban szenvedünk az oxidatív stressztől, ami károsítja szervezetünk sejtjeit.

Szén-dioxid a Föld légkörében

Bolygónk légkörében mindössze 0,04% CO2 van (ez körülbelül 400 ppm), újabban pedig még kevesebb: a szén-dioxid csak 2016 őszén lépte át a 400 ppm-es határt. A tudósok az iparosodásnak tulajdonítják a légkör CO2-szintjének emelkedését: a 18. század közepén, az ipari forradalom előestéjén ez még csak körülbelül 270 ppm volt.

Úgy tűnik, hogy a Föld egy jelentős küszöböt lépte át a globális felmelegedés közepette.

Szeptemberben jellemzően minimális a szén-dioxid (CO2) szint a légkörben. Ez a koncentráció az a viszonyítási alap, amelyhez képest mérik az üvegházhatású gázok szintjének ingadozásait a következő év során. A CO2-szint azonban idén szeptemberben továbbra is magas, 400 ppm körül van, és sok tudós úgy véli, hogy az üvegházhatású gázok koncentrációja életünk során nem fog e küszöb alá csökkenni.

A Föld az ipari forradalom óta folyamatosan felhalmozza a CO2-t a légkörben, de a 400 ppm-es szint olyan új normális jelenséget hoz létre, amely bolygónkon évmilliók óta nem volt látható.

„Utoljára körülbelül három és fél millió évvel ezelőtt tartalmazott bolygónk légköre 400 ppm CO2-t, és az akkori éghajlat egészen más volt, mint ma” – mondta a Christiannak a Tengerészeti és Légkörtudományi Iskola docense. Science Monitor e-mailben. jelenségek a New York-i Állami Egyetemen, Stony Brook, David Black.

"Különösen az Északi-sarkvidéken (a 60. szélességi körtől északra) volt lényegesen melegebb, mint ma, és a bolygó tengerszintje 5-27 méterrel magasabb, mint ma" - jegyezte meg Black.

„Évek milliói kellett ahhoz, hogy a légkör elérje a 400 ppm CO2-t. És ahhoz, hogy 280 ppm-re csökkenjen (ez a szám az ipari forradalom előestéjén volt), még több millió évbe telt. Nagyon riasztó az éghajlatkutatók számára, hogy az emberek néhány évszázad alatt azt csinálták, amit a természet több millió év alatt, és ezeknek a változásoknak a többsége az elmúlt 50-60 évben következett be.”

A globális CO2-koncentráció évek óta időszakosan 400 ppm fölé emelkedik; de a nyári tenyészidőszakban a légkörben lévő szén-dioxid jelentős része fotoszintézissel felszívódik, ezért a CO2 szintje az év nagy részében ez alatt van.

Kontextus

Üvegházhatású őrület

Wprost 2015.12.15

A világ rosszul van felkészülve a globális felmelegedésre

The Globe And Mail 2016.05.09

Klímakatasztrófa Európában

Dagbladet 2016.02.05

Ideje foglalkozni az éghajlattal

Project Syndicate 2016.04.26

Mérgező éghajlat

Die Welt 2016.01.18
De az emberi tevékenység (elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok elégetése) miatt több CO2 kerül a légkörbe, és az éves minimum egyre közelebb került a 400 ppm-hez. A tudósok attól tartanak, hogy a bolygó idén elérte azt a pontot, ahonnan nincs visszatérés.

„Lehetséges, hogy 2016 októberében a havi ráta alacsonyabb volt, mint szeptemberben, 400 ppm alá? Gyakorlatilag egyiket sem” – írta a program igazgatója az Oceanográfiai Intézettől. Scripps Ralph Keeling.

Korábban is előfordultak olyan esetek, amikor a CO2-szint a korábbi szeptemberi szint alá csökkent, de ezek rendkívül ritkák. A tudósok szerint még ha holnaptól teljesen megszűnik a világ szén-dioxid-kibocsátása a légkörbe, annak koncentrációja több évig 400 ppm felett marad.

„Legjobb esetben is (ebben a forgatókönyvben) stabilizálódásra számíthatunk a közeljövőben, és ezért a CO2-szint nem valószínű, hogy sokat fog változni. De körülbelül 10 éven belül hanyatlásnak indul, mondta Gavin Schmidt, a NASA klímakutatója a Climate Centralnak. "Véleményem szerint nem fogunk többet látni 400 ppm alatti havi értékeket."

Míg a növekvő CO2-koncentráció a légkörben aggodalomra ad okot, meg kell jegyezni, hogy maga a 400 ppm-es határ inkább irányadó, semmint kemény mutató, amely éghajlati apokalipszist jelez a világban.

„Az emberek szeretik a kerekített számokat” – mondja Damon Matthews, a montreali Concordia Egyetem ökológiaprofesszora. "Az is nagyon szimbolikus, hogy a CO2-kibocsátás növekedésével párhuzamosan a globális hőmérséklet egy fokkal az iparosodás előtti szinthez képest emelkedett."

Természetesen ezek a mutatók többnyire szimbolikusak, de valós szemléltetése a Föld éghajlatának pályájának.

„A CO2-koncentráció némileg visszafordítható, mivel a növények elnyelik a szén-dioxidot” – mondja Dr. Matthews. "De az ilyen változásokból származó hőmérséklet emberi erőfeszítések nélkül visszafordíthatatlan."

A szén-dioxid, az üvegházhatású gáz nemcsak a globális felmelegedéshez járul hozzá, hanem a savasodás révén negatívan befolyásolja a világ óceánjainak egészségét is. Amikor a szén-dioxid nagy mennyiségben feloldódik a vízben, egy része szén-dioxiddá alakul, amely reakcióba lép a vízmolekulákkal, és hidrogénionokat termel, ami növeli az óceáni környezet savasságát. Ez viszont a korallok kifehéredéséhez vezet, és megzavarja a kis szervezetek életciklusát, ami negatívan hat a táplálékláncban lejjebb lévő nagyobb szervezetekre is.

A 400 ppm-es küszöbről szóló hír akkor érkezik, amikor a világ vezetői lépéseket tesznek a Párizsi Klímaegyezmény ratifikálása felé, amelynek célja a szén-dioxid-kibocsátás módszeres csökkentése világszerte 2020-tól.

A megállapodást ratifikáló országokra sok munka vár.

„A légkör CO2-szintjének több évszázados skálán történő csökkentése érdekében nemcsak nem szén-dioxid-alapú energiaforrásokat kell használnunk és fejlesztenünk; fizikai, kémiai és biológiai módszereket is alkalmaznunk kell a CO2 légkörből való eltávolítására” – mondja Black. "Létezik technológia a légköri CO2 eltávolítására, de ez még nem alkalmazható a fennálló probléma mértékére."

A légkör összetétele és szerkezete.

A légkör a Föld gáznemű héja. A légkör függőleges kiterjedése több mint három Föld sugara (az átlagos sugár 6371 km), tömege pedig 5,157x10 15 tonna, ami megközelítőleg a Föld tömegének egy milliomod része.

A légkör függőleges irányú rétegekre osztása a következőkön alapul:

a légköri levegő összetétele,

Fizikai-kémiai folyamatok;

Hőmérséklet-eloszlás magasság szerint;

A légkör kölcsönhatása az alatta lévő felülettel.

Bolygónk légköre különféle gázok, köztük vízgőz, valamint bizonyos mennyiségű aeroszol mechanikai keveréke. A száraz levegő összetétele az alsó 100 km-ben szinte állandó marad. A tiszta és száraz, vízgőztől, portól és egyéb szennyeződésektől mentes levegő gázok, főként nitrogén (a levegő térfogatának 78%-a) és oxigén (21%) keveréke. Valamivel kevesebb, mint egy százalék az argon, és sok más gáz is található nagyon kis mennyiségben – xenon, kripton, szén-dioxid, hidrogén, hélium stb. (1.1. táblázat).

A nitrogén, az oxigén és a légköri levegő egyéb komponensei mindig gáz halmazállapotúak a légkörben, mivel a kritikus hőmérsékletek, vagyis az a hőmérséklet, amelyen folyékony halmazállapotúak lehetnek, sokkal alacsonyabbak, mint a légkör felszínén megfigyelhető hőmérsékletek. a Föld. A kivétel a szén-dioxid. A folyékony állapotba való átmenethez azonban a hőmérséklet mellett a telítettségi állapot elérése is szükséges. A légkörben kevés a szén-dioxid (0,03%), és egyedi molekulák formájában található meg, egyenletesen elosztva más légköri gázok molekulái között. Az elmúlt 60-70 évben tartalma 10-12%-kal nőtt emberi tevékenység hatására.

A változásra leginkább a vízgőz tartalma a legérzékenyebb, melynek koncentrációja a Föld felszínén magas hőmérsékleten elérheti a 4%-ot. A magasság növekedésével és a hőmérséklet csökkenésével a vízgőz tartalma élesen csökken (1,5-2,0 km magasságban - felére és 10-15-ször az egyenlítőtől a sarkig).

A szilárd szennyeződések tömege az elmúlt 70 évben az északi félteke légkörében körülbelül másfélszeresére nőtt.

A levegő gázösszetételének állandóságát az alsó légréteg intenzív keverése biztosítja.

A száraz levegő alsó rétegeinek gázösszetétele (vízgőz nélkül)

A légköri levegő főbb gázainak szerepe, jelentősége

OXIGÉN (RÓL RŐL) létfontosságú a bolygó szinte minden lakója számára. Ez egy aktív gáz. Részt vesz a kémiai reakciókban más légköri gázokkal. Az oxigén aktívan elnyeli a sugárzó energiát, különösen a nagyon rövid, 2,4 mikronnál kisebb hullámhosszakat. A nap ultraibolya sugárzásának hatása alatt (X< 03 µm), az oxigénmolekula atomokra bomlik. Az atomi oxigén egy oxigénmolekulával kombinálva új anyagot képez - háromatomos oxigént vagy ózon(Óz). Az ózon főleg nagy magasságban található. Ott övé bolygó szerepe rendkívül előnyös. A Föld felszínén villámkisülések során ózon képződik.

A légkörben lévő összes többi gáztól eltérően, amelyek íztelenek és szagtalanok, az ózonnak jellegzetes szaga van. Görögről lefordítva az „ózon” szó jelentése „szúrós szagú”. Zivatar után ez az illat kellemes, frissesség illataként érzékelhető. Nagy mennyiségben az ózon mérgező anyag. Azokban a városokban, ahol nagy az autók száma, és ezért nagy a gépjárműgáz-kibocsátás, tiszta vagy részben felhős időben a napfény hatására ózon képződik. A várost sárga-kék felhő borítja, romlik a látási viszonyok. Ez fotokémiai szmog.

A NITROGÉN (N2) semleges gáz, nem lép reakcióba más légköri gázokkal, és nem vesz részt a sugárzási energia elnyelésében.

500 km-es magasságig a légkör főként oxigénből és nitrogénből áll. Sőt, ha a nitrogén dominál a légkör alsó rétegében, akkor nagy magasságban több oxigén van, mint nitrogén.

Az ARGON (Ar) semleges gáz, nem reagál, és nem vesz részt a sugárzási energia elnyelésében vagy kibocsátásában. Hasonlóképpen - xenon, kripton és sok más gáz. Az argon nehéz anyag, nagyon kevés van belőle a légkör magas rétegeiben.

A SZÉN-DIOXID (CO2) a légkörben átlagosan 0,03%. Ez a gáz nagyon szükséges a növények számára, és aktívan felszívják őket. Ennek tényleges mennyisége a levegőben kissé változhat. Ipari területeken mennyisége 0,05%-ra emelkedhet. Vidéken, erdők és mezők felett kevesebb van belőle. Az Antarktisz felett körülbelül 0,02% a szén-dioxid, azaz majdnem Uz kevesebb, mint a légkör átlagos mennyisége. Ugyanennyi és még kevesebb a tenger felett - 0,01-0,02%, mivel a szén-dioxidot intenzíven elnyeli a víz.

A közvetlenül a földfelszínnel szomszédos levegőrétegben a szén-dioxid mennyisége is napi ingadozást tapasztal.

Éjszaka több van, nappal kevesebb. Ez azzal magyarázható, hogy a nappali órákban a szén-dioxidot a növények elnyelik, de éjszaka nem. A bolygó növényei egész évben mintegy 550 milliárd tonna oxigént vesznek el a légkörből, és mintegy 400 milliárd tonna oxigént juttatnak vissza.

A szén-dioxid teljesen átlátszó a nap rövidhullámú sugarai számára, de intenzíven nyeli el a Föld termikus infravörös sugárzását. Ehhez kapcsolódik az üvegházhatás problémája, amelyről időszakonként fellángolnak a viták a tudományos sajtó, és főként a tömegtájékoztatás oldalain.

A HÉLIUM (He) egy nagyon könnyű gáz. A tórium és az urán radioaktív bomlása következtében a földkéregből kerül a légkörbe. A hélium a világűrbe kerül. A hélium csökkenésének sebessége megegyezik a Föld beleiből való bejutásának sebességével. 600 km-es magasságtól 16 000 km-ig légkörünk főként héliumból áll. Vernadsky szerint ez a „Föld hélium koronája”. A hélium nem lép reakcióba más légköri gázokkal, és nem vesz részt a sugárzó hőátadásban.

A HIDROGÉN (Hg) még könnyebb gáz. Nagyon kevés van belőle a Föld felszínének közelében. A légkör felső rétegeibe emelkedik. A termoszférában és az exoszférában az atomos hidrogén válik a domináns komponenssé. A hidrogén bolygónk legfelső, legkülső héja. 16 000 km felett a légkör felső határáig, azaz 30-40 ezer km magasságig a hidrogén dominál. Így légkörünk kémiai összetétele a magassággal megközelíti az Univerzum kémiai összetételét, amelyben a hidrogén és a hélium a leggyakoribb elemek. A felső légkör legkülső, rendkívül ritka részén a hidrogén és a hélium távozik a légkörből. Az egyes atomjaik kellően nagy sebességgel rendelkeznek ehhez.