ЖЕНЕВА, 24 окт - РИА Новости, Елизавета Исакова. Усредненная концентрация углекислого газа в атмосфере Земли выросла до рекордной отметки в 2015-2016 годах, достигнув существенного значения в 400 частей на миллион, говорится в ежегодном Бюллетене Всемирной метеорологической организации (ВМО) по парниковым газам, опубликованном в понедельник.
Чубайс: нанотехнологии могут снизить мировые выбросы парниковых газов Для снижения эмиссии парниковых газов не обязательно заниматься только энергоэффективностью, заявил председатель правления госкомпании Роснано Анатолий Чубайс.Согласно данным ВМО, уровни CO2 ранее достигали пороговой отметки в 400 частей на миллион в определенные месяцы года и в определенных точках планеты, однако никогда прежде этот уровень не наблюдался в глобальном среднем масштабе за целый год. По прогнозам станции мониторинга парниковых газов на Мауна-Лоа (Гавайи), концентрации CO2 останутся на уровне выше 400 частей на миллион в течение всего 2016 года, и не опустятся ниже этой отметки в течение жизни многих поколений.
Причиной такого скачка СО2 метеорологи называют мощное явление Эль-Ниньо, которое послужило толчком для развития засух в тропических регионах и уменьшению способности лесов, растительности и океанов поглощать углекислый газ. Эти поглотители в настоящее время вбирают в себя примерно половину выбросов CO2, однако существует риск их насыщения, что приведет к увеличению доли выбрасываемой двуокиси углерода, которая остается в атмосфере.
Помимо сокращения потенциала растительности поглощать CO2, Эль-Ниньо также привел к увеличению объема выбросов углекислого газа в результате лесных пожаров. Объем выбросов CO2 в экваториальной Азии, где в августе-сентябре 2015 года в Индонезии наблюдались масштабные лесные пожары, был более чем вдвое выше средних значений за 1997-2015 годы.
"Без решения проблемы выбросов CO2 мы не сможем решить проблему изменения климата и удержать повышение температуры на уровне ниже 2 °С в сравнении со значениями доиндустриального периода. В этой связи крайне важно, чтобы Парижское соглашение действительно вступило в силу со значительным опережением графика 4 ноября, а также чтобы мы ускорили его осуществление", — заявил генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас, комментируя данные, опубликованные в бюллетене ВМО.
На двуокись углерода приходится около 65 % от общего объема радиационного воздействия долгоживущих парниковых газов. Уровень концентрации СО2 в доиндустриальный уровень составлял 278 частей на миллион. Рост среднегодовых концентраций CO2 в 2015 году составил 144 % от доиндустриальных уровней, достигнув отметки в 400 частей на миллион. Прирост CO2 с 2014 года по 2015 года был больше, чем в среднем за предыдущие 10 лет.
Вторым наиболее важным долгоживущим парниковым газом является метан. На него приходится примерно 17 % вклада в радиационное воздействие. В настоящее время его концентрация составляет 256 % от доиндустриального уровня. Концентрация в атмосфере третьего парникового газа — закиси азота - в прошлом году составила около 328 частей на миллиард, что является 121 % от доиндустриальных уровней. Закись азота также играет важную роль в разрушении стратосферного озонового слоя, который защищает нас от пагубного воздействия ультрафиолетовых солнечных лучей.
Датчики углекислого газа являются составной частью системы автоматизации здания и управляют, как правило, принудительной вентиляцией и кондиционированием. Настройка мощности приточно-вытяжной вентиляции ранее должна была осуществляться в соответствии с установленными нормативами, которые ориентировались на максимальные расчетные показатели, к примеру, на необходимую кратность воздухообмена в зависимости от типа и объема здания.
Адаптивная система вентиляции, управляемая датчиками CO2, потребляет на 30 – 50% меньше электроэнергии в сравнении с постоянно работающей принудительной системой вентиляции. Ведь в течение для требуемый объем подаваемого и удаляемого воздуха может быть намного меньше расчетных показателей. При этом адаптивная система вентиляции, оснащенная датчиками CO2, своевременно выполняет воздухообмен в помещении, когда это требуется, создавая комфортные и безопасные условия для жизни и труда.
Чем опасен для человека углекислый газ
Предельно допустимая норма содержания CO2 в воздухе составляет всего 700 ppm. Если этот порог превышен в 2,5 раза, у людей, дышащих загрязненным углекислым газом воздухом, появляются головные боли и чувство усталости. Уже через 6 часов работы в таких условиях сильно снижается концентрация внимания и работоспособность. При этом содержание CO2 в плохо проветриваемом помещении, где находится большое количество человек, увеличивается в арифметической прогрессии за считанные минуты. К примеру, когда в небольшом переговорном кабинете (около 20 кв. м), собирается около 20 человек, концентрация углекислого газа в течение часа вырастет до 10000 ppm, если не будет выполняться подача свежего воздуха.
Повышенная концентрация CO2 негативно влияет на состояние здоровья человека не только днем, но и ночью, даже несмотря на то, что все процессы в организме замедляются. Ученые из Нидерландов установили, что для здорового сна будет важнее качество воздуха, а не продолжительность сна. Длительное вдыхание воздуха с повышенным содержанием углекислоты приводит к ухудшению иммунитета, развитию острых и хронических заболеваний верхних дыхательных путей, сердечно-сосудистой системы, крови и др.
| Уровень CO2 (ppm) в атмосферном воздухе | Качество воздуха и его влияние на человека |
| 400-600 ppm | рекомендованное качество воздуха для спален, детских и образовательных учреждений; |
| 600-1000 ppm | появляются жалобы на качество воздуха; у больных астмой учащается количество приступов; |
| 1000-2000 ppm | ощутимый дискомфорт испытывает 1 из 3-х человек; у всех наблюдается потеря концентрации внимания на 30%, падение пульса и кровяного давления; |
| 2000 ppm | 4 из 5 человек быстро утомляются, 2 из 3-х человек теряют способность сосредоточиться; мигрень в течение дня у 97%; |
| 5000 - 10000 ppm | одышка, учащенное сердцебиение, чувство жара во всем теле, мигрень, ощутимое снижение умственной и нервной активности; |
| 35000- 40000 ppm | потеря сознания, удушье, остановка дыхания |
| Кратковременное воздействие (в течение одного дня) | Длительное воздействие (регулярно, от нескольких недель и месяцев до нескольких лет) |
|
|
В каких случаях необходимы датчики углекислого газа
Датчики CO2 позволяют запускать вентиляцию, в том числе и аварийную, и другие системы инженерных коммуникаций.
Сфера применения:
- адаптация работы принудительной приточно-вытяжной вентиляции в соответствии с показателями концентрации углекислоты в воздухе в общественных, промышленных и жилых зданиях, особенно в изолированных помещениях (туннелях, подземных гаражах, моторных и испытательных стендов и др);
- запуск аварийной сигнализации в общественных и промышленных сооружениях;
- снижение потребляемой мощности системами вентиляции и кондиционирования;
- контроль качества отработанного воздуха на промышленных предприятиях для своевременного устранения неисправностей.
Представляем вашему вниманию линейку датчиков CO2 от FuehlerSysteme:
Точность диагностики концентрации CO2 составляет 100 ppm (промилей). Возможна настройка трех различных интервалов пороговых значений: 0 – 2000/5000/10000 ppm.
Устройства способны работать при температуре от -20 до +50 градусов по Цельсию. Рабочий диапазон относительной влажности – от 0 до 98%, при условии, что воздух не конденсирован и не содержит большого процента химических веществ.
Имеется возможность как двухпроводного, так и трехпроводного подключения. Сигнал на выходе составляет 0 – 10 вольт или от 4 – 20 миллиампер. Предусмотрена ручная настройка нулевой точки. Производится автоматическая калибровка через каждые семь дней. Выход в рабочий режим происходит только после самодиагностики и запуска термостата.
Тип сенсорного устройства – инфракрасный нерассеянный (NDIR) измерительный элемент.
Виды датчиков углекислого газа FuehlerSysteme:
Наружные
Канальные
Комнатные
Датчики CO2 и температуры
Также разработана линейка датчиков углекислого газа, дополнительной опцией которых является возможность замера температуры в диапазоне от 0 до +50°C. Датчики CO2 и температуры представлены в трех конфигурациях - канальные, комнатные, наружные.
Они позволяют выполнять запуск аварийной сигнализации, вентиляции, отопления или термостата в автоматическом режиме во всех типах помещений. Итоговый сигнал может подаваться по двум критериям, что актуально для производств, где необходимо не только отслеживать концентрацию углекислоты, но и строго соблюдать температурный режим.
Представленное оборудование соответствует европейским нормам: CE, EAC, RoHS.
Датчики углекислого газа способны улучшить качество жизни людей и создать комфортные условия труда, предотвратив влияние вредных концентраций углекислого газа на организм. Они незаменимы и на производстве, когда выполняется контроль отработанного воздуха. Датчики CO2 могут быть интегированы в систему кондиционирования или подлючены к иному виду термостата, если оснащены дополнительной опцией замера температуры. Это позволит выполнять более строгий контроль за производственными процессами. Кроме того, датчики углекислого газа позволяют существенно снизить расходы на обслуживание принудительной системы вентиляции, уменьшив количество потребляемой ей электроэнергии. Это делает этот прибор незаменимой составляющей в современных автоматизированных системах инженерных коммуникаций.
Как известно, причиной многих проблем с самочувствием и синдрома хронической усталости может быть переизбыток углекислого газа (CO2) в воздухе помещения (). Спасает от этого проветривание и вентиляция. Для того, чтобы понимать, насколько хорошо проветривается моя квартира, я купил прибор, измеряющий уровень углекислого газа в воздухе - CO2-монитор. Я взял модель с даталогером, это очень удобно для того, чтобы смотреть, как меняется уровень CO2 в течение суток.
За последние 50 лет концентрация углекислого газа а атмосфере земли . Концентрация CO2 почти не зависит от места на земле - воздух хорошо перемешивается. Как это не удивительно, содержание CO2 в городском воздухе и в лесу отличается всего на 10 ppm. Считается, что концентрация до 700 ppm для человека не заметна и никак не влияет на его здоровье и самочувствие.
Человек при дыхании выделяет много углекислого газа, поэтому в закрытом помещении концентрация CO2 очень быстро вырастает до 2000 ppm и выше.
Существует два метода определения концентрации углекислого газа в воздухе - электрохимический (solid electrolyte) и метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии (). Электрохимический метод менее точен и датчики, работающие на его основе, недолговечны.
Производителей датчиков NDIR похоже всего два. Более известный - шведский SenseAir Сейчас SenseAir выпускает датчики K30. Датчики предыдущего поколения SensAir K22 сняты с производства, однако их сделали много и теперь продают относительно дёшево, что позволяет производить измерители CO2 по цене от $100.
Именно таким датчиком, SensAir K22 и оснащён прибор . По неизвестным причинам когда этот прибор продают под оригинальным называнием он стоит аж $390, однако хитрый продавец GainExpress на Aliexpress и Ebay продаёт этот же прибор под названием «CO98 3-in1 CO2 Carbon Dioxide Desktop Datalogger Monitor Indoor Air Quality Temperature Relative Humidity RH 0~9999ppm Clock» за . Там-то я его и купил.
Аналогичный прибор без даталогера и с менее точным датчиком влажности у того же продавца стоит .
В комплекте - прибор, блок питания, кабель USB, диск с программой, инструкция, сертификат калибровки.
Прибор показывает уровень CO2 в ppm, температуру и влажность с высокой точностью, время и дату. Кроме того показывается оценочное состояние уровня углекислого газа - Good, Normal или Poor. При желании по достижении уровня Poor прибор может начать пищать и показывать значок вентилятора - пора проветривать.
В этом приборе используется точный ёмкостной датчик влажности (±3%RH at 25°C, 10~90% RH, ±5%RH at 25°C, <10% & >90% RH). В более дешёвых измерителях CO2 стоят датчики попроще, дающие большую ошибку на низких уровнях влажности.
Прибор умеет показывать минимальные и максимальные значения всех трёх измеряемых параметров. В режиме даталогинга задаётся частота измерений (от 1 секунды до 5 часов). При долгом нажатии кнопки Log начинается запись значений в память. Во время записи мигает светодиод и основной дисплей (значение ppm постоянно сменяется надписью rec). Из-за этого мигания неудобно постоянно оставлять прибор в режиме логинга. заканчивается запись по долгому нажатию Esc. Каждая новая запись стирает предыдущую.
После окончания записи данные можно передать в компьютер. Для этого сзади у прибора есть маленький круглый разъём, а в комплекте идёт кабель USB.
Программа считывает данные с прибора и рисует вот такие графики.
Можно включить отображение температуры и влажности, но тогда на экране будет вот такая мешанина.
Датчик NDIR требует периодической калибровки, поэтому прибор автоматически калибруется раз в 7 дней. Минимальное значение CO2 принимается за 400 ppm (при этом за один раз калибровка может сдвигать показания не более, чем на 50 ppm). Для правильной работы прибора необходимо как минимум раз в неделю хорошо проветривать помещение (3-4 часа с открытым окном без людей в помещении). Этого достаточно, чтобы уровень CO2 в помещении стал таким же, как на улице и прибор правильно откалибровался.
Прибор питается только от сети. Это связано с тем, что датчик NDIR потребляет довольно много. Прибор постоянно потребляет 30 mA, раз в секунду происходит импульс потребления 200 mA. Напряжение питания - 5 вольт. Я воспользовался повербанком для того, чтобы временно использовать прибор в качестве портативного, измеряя уровни CO2 в разных помещениях.
Наличие этого прибора не только позволяет оценивать уровень CO2, но и очень стимулирует правильное и частое проветривание - смотришь на «страшные» показания прибора и тут же бежишь открывать окно.
Несмотря на то, что прибор недёшев я заказал второй другой модели, чтобы в каждой комнате было по CO2-метру. Когда придёт, расскажу и о нём.
Планирую купить +70 Добавить в избранное Обзор понравился +39 +86Исследования и уровень углекислого газа в помещениях.
В последние годы появились точные инфракрасные сенсоры для замера уровня углекислого газа в помещениях. Они входят в состав газоанализаторов и показывают концентрацию углекислого газа в режиме реального времени, поэтому их удобно ставить в жилых и общественных помещениях, школах и детских садах. Однако для того, чтобы от этих измерений была польза, нужны четкие нормы по уровню углекислого газа в помещениях. А их у нас пока нет. В странах Европы, США и Канаде, как правило, нормой считается 1000 ppm (0,1%). Да, в ближайшее время мы будем измерять уровень углекислого газа в минских квартирах и улицах.
Квартиры.
Повальное увлечение пластиковыми окнами, совершенно безрукие или неработающие вентиляционные системы усугубляют ситуацию. Я измерял в своей квартире: при плотно закрытых окнах и двери помещение объемом 16 кв. метров, уровень углекислого газа в помещении достигает 1500 ppm за полтора часа. Часто люди не обращают внимание на вытяжные вентиляционные отверстия в кухне и туалете. Некоторые даже замуровывают их при ремонте. Иногда сетка на вентиляционных отверстий настолько засорена, что практически останавливает работу вентиляции. Эти факторы способствуют ухудшению качества воздуха в квартире. Представьте, что вы и еще несколько человек находятся в одном небольшом замкнутом пространстве, активно двигаются, готовят кушать и т.д. Через какое-то время, если воздух не обновляется, в этом пространстве становится очень тяжело находиться, в воздухе сконцентрировано много загрязняющих веществ, в том числе углекислого газа
Спальня.
Для хорошего качества сна и здоровья человека необходимо, чтобы уровень СО2 в спальнях и детских комнатах был не выше 0,08%. Ученые Технологического Университета Делф (Delft University of Technology), Нидерланды, считают, что для сна важнее качественный воздух в спальне, чем продолжительность сна. Высокий уровень СО2 в спальнях может также усиливать храп.
Углекислый газ в помещении, оборудованном кондиционером.
Кондиционер дает поток холодного воздуха, перепада температур при выходе на улицу, бактерий, комфортно живущих в прохладе. Но, кроме этого, для экономии электроэнергии, при работе кондиционера закрывают все окна. При этом концентрация углекислого газа быстро достигает значительной величины и получается прохладный, но содержащий избыток углекислого газа воздух.
Школы.
Ещё более тревожные данные принесло масштабное международное исследование, проведённое по инициативе Европейского респираторного общества в школах Франции, Италии, Дании, Швеции и Норвегии. Оно показало, что в учебных заведениях, где концентрация CO2 в классах превышала 1000 ppm, подверженность учащихся заболеваниям респираторных органов повышалась в 2—3,5 раза. Правда, здесь необходимо сделать уточнение. Тем не менее исследователи проблемы пришли к заключению, что безопасный уровень CO2 в помещении не должен превышать 1000 ppm.
А в школах Департамент здравоохранения США рекомендует поддерживать уровень углекислого газа не выше 600 ppm. Кроме того, существует ещё одна норма: воздух в помещениях по содержанию CO2 не должен отличаться от наружного более чем на 350 ppm. Теоретически обеспечить такое соотношение должны системы вентиляции и кондиционирования.
Во многих школах проводится мониторинг качества воздуха по уровню углекислого газа. Конечно, не всегда и не везде этот уровень соответствует норме. Но в этом случае администрация школ обязана принять меры, чтобы улучшить положение. В Финляндии, например, школу, в классах которой обнаружен повышенный уровень углекислого газа, могут даже закрыть до тех пор, пока не будет налажена вентиляция.
Офисы.
В 2007 году доктор медицинских наук Ю. Д. Губернский (Институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сытина РАМН) и кандидат технических наук Е. О. Шилькрот (ОАО «ЦНИИПромзданий) провели исследования воздушной среды в московских офисах и на улицах Москвы. При том что измерения проводились далеко не в самые неблагополучные с точки зрения метеорологической обстановки дни, уровень углекислого газа на улицах составлял 1000 ppm. А в офисах концентрация CO2 достигала 2000 ppm и даже выше.
Часто переделывают под офис помещения без правильно работающей вентиляции, в этом случае проблемы гарантированы. Особенно это касается маленьких переговорок, в которые набиваются по 20 человек. Если в переговорку на 20 квадратов сядут 20 человек — то за час концентрация углекислого газа вырастет уже до 10"000 ppm углекислого газа в помещении — а это уже уровень, при котором мозги перестают работать. Поэтому в маленьких переговорках без постоянно дующей вентиляции со свежим воздухом (не кондиционер!) допустимое время нахождения 5-10 человек без снижения когнитивных способностей — не более 10-20 минут.
Для вентиляции на больших объектах — модно реализовывать управление мощностью измеряя концентрацию CO2 в отработанном воздухе — чтобы автоматически зря воздух не гонять, когда все из офиса ушли (на подогрев/охлаждение-то уходят огромные мощности).
Фитнес-залы.
Занимаясь в фитнес- или тренажерных залах вы также можете столкнуться с проблемой повышенного уровня углекислого газа, и вместо пользы нанесете вред своему организму. Это особенно актуально потому, что при физических нагрузках уровень концентрации углекислоты в крови и так повышается, и в плохо проветриваемом помещении человек почувствует признаки гиперкапнии (избыток углекислого газа).
Вызванные гиперкапнией испарину, головную боль, головокружение и одышку списывают на физическое утомление и воспринимают чуть ли не как доказательство своей двигательной активности. На самом деле, это может говорить о переизбытке углекислого газа в артериальной крови. Длительная гиперкапния характеризуется расширением сосудов миокарда и головного мозга, может привести к росту кислотности крови, вторичному спазму кровеносных сосудов, замедлению сердечных сокращений.
Что делать? Об этом я напишу в следующей статье.
Воздух состоит, как известно, из молекулярного азота (78%), молекулярного кислорода (21%), аргона (1%), небольшого количества паров воды и еще ряда веществ, содержание которых измеряется сотыми и тысячными долями процента. Среди них и углекислый газ, или, как его предпочитают называть ученые, - диоксид углерода (CO 2). Для удобства содержание CO 2 в воздухе оценивают не в процентах (сотых долях), а в миллионных долях, которые обозначают латинскими буквами ppm (part per million - частиц на миллион). Содержание углекислого газа в атмосфере Земли за всю историю ее существования колебалось в довольно широких пределах (см.: 300 миллионов лет назад углекислого газа в атмосфере было гораздо больше, чем сейчас). Сейчас его концентрация оценивается в 380–390 ppm (или 0,038–0,039%), хотя еще 50 лет назад она составляла всего 310–320 ppm. Основная причина роста содержания углекислого газа в атмосфере за последнее столетие - выбросы его при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа), а также сведение лесов.
Само существование жизни на Земле теснейшим образом связано с наличием в атмосфере углекислого газа. Во-первых, углекислый газ, наряду с парами воды и метаном, создает парниковый эффект - обеспечивает сохранение тепла, которое излучает нагретая солнечными лучами земля. Если бы в атмосфере не было парниковых газов, то средняя годовая температура воздуха у поверхности Земли была бы не +15°C, как сейчас, а –23°C.
Во-вторых, углекислый газ - это источник углерода для всех зеленых растений, планктонных микроскопических водорослей и цианобактерий. Используя энергию солнечного света, все эти организмы в ходе фотосинтеза производят из углекислого газа и воды органическое вещество, а в качестве побочного продукта выделяют кислород. Суть процесса фотосинтеза отражается простым уравнением:
CO 2 + H 2 O + энергия → (CH 2 O) + O 2 ,
где (CH 2 O) - обобщенная формула органического вещества.
Однако если в ходе фотосинтеза углекислый газ связывается (соответственно, изымается из атмосферы), то в ходе другого процесса - дыхания - он снова выделяется:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O + энергия .
В современной биосфере подавляющее большинство организмов получают необходимую им энергию именно в процессе аэробного дыхания - окисления органического вещества кислородом. Таким образом, жизнедеятельность множества организмов сама по себе оказывается важным источником углекислого газа. Наибольший вклад вносит дыхание грибов и бактерий, разлагающих отмершее вещество растительных тканей, а также дыхание самих растений (в первую очередь корней).
Сейчас ученые научились очень точно измерять концентрацию углекислого газа в воздухе. В самых разных точках Земного шара, от Аляски до Южного полюса существуют специальные станции, на которых в течение круглого года ведутся наблюдения за всеми изменениями содержания CO 2 . Собранные данные позволили построить трёхмерный график, показывающий зависимость количества углекислого газа в воздухе сразу от двух параметров - географической широты расположения станции и времени года (см. рис. 1).
Задача
Рассмотрите внимательно приведенный выше график сезонных изменений содержания углекислого газа в атмосфере на разных широтах. Обратите внимание на то, что для Северного полушария, особенно - области высоких его широт, характерны необычайно сильные колебания в содержании CO 2 . Максимальные значения отмечаются весной - в апреле–мае, а минимальные - осенью, в сентябре–октябре. В Южном полушарии подъемы и спады количества CO 2 также наблюдаются, но в противофазе тому, что происходит в Северном полушарии, а главное - с совсем незначительной амплитудой.
Задание.
Попробуйте объяснить полученную картину. Из-за чего так сильно колеблется содержание углекислого газа в течение года и почему в Северном полушарии размах колебаний значительно больше, чем в Южном?
Если вам трудно разобраться в трёхмерном графике, приведенным выше, посмотрите еще на один (рис. 2). Он ориентирован по-другому: Южное полушарие ближе к вам, а Северное - дальше. Это другие годы, но характер сезонных изменений на разных широтах тот же самый: в Южном полушарии они выражены очень слабо, в Северном - сильно.
Подсказка 1
В качестве подсказки советую взять глобус (лучше даже сломанный, отвалившийся от подставки) и посмотреть на него внимательно со стороны Северного полюса и со стороны Южного. Ниже приведена соответствующая пара рисунков (рис. 3). Вам нужно понять, чем различаются Северное и Южное полушария и как эти различия могут сказаться на процессах поглощения и выделения углекислого газа.
Подсказка 2
Посмотрите на график сезонных изменений содержания углекислого газа, полученный за последние годы на астрофизической обсерватории Мауна-Лоа на острове Гавайи (рис. 4). Хотя это всего 20° с. ш., колебания концентрации CO 2 выражены очень четко. Самая высокая концентрация отмечается в мае, самая низкая - в сентябре-октябре.
Решение
Наверное вы обратили внимание на то, что Северное полушарие - преимущественно континентальное (бо льшую часть его занимает суша), а Южное - океаническое (в центре - покрытая льдом Антарктида, а вокруг - огромное пространство океана). Можно предположить далее, что суша и океан различаются по интенсивности процессов связывания и выделения углекислого газа. Из графика сезонных изменений концентрации CO 2 , полученным на Мауна-Лоа (рис. 4), следует, что в летние месяцы в Северном полушарии количество этого газа сильно снижается (минимум достигается осенью), а в зимние месяцы растет и достигает максимума к весне. Теперь нетрудно догадаться, что уменьшение содержания углекислого газа летом происходит благодаря деятельности растений, а именно - фотосинтезу, в ходе которого CO 2 потребляется. Рост растений, увеличение массы листьев, стеблей и корней происходит за счет углерода, который был поглощен ими из воздуха в форме углекислого газа.
Если за изъятие углекислого газа из атмосферы отвечает фотосинтез, то за его поступление - дыхание всех организмов, в первую очередь бактерий и грибов, разлагающих органическое вещество отмерших растений. Дыхание происходит и весной, и летом, и осенью, а с небольшой интенсивностью - и зимой, по крайней мере в тех местах, где сохраняются положительные температуры. Период вегетации (активного роста растений) в умеренных и высоких широтах ограничен концом весны - началом лета. Но именно тогда количество углекислого газа, связываемого быстро растущими растениями, существенно превосходит количество его, выделяемое в процессе дыхания всех организмов. Поэтому мы и наблюдаем в это время снижение концентрации углекислого газа в воздухе. Затем фотосинтез резко ослабевает, а дыхание всех организмов продолжается, что и приводит к накоплению CO 2 . Еще один дополнительный источник углекислого газа, работающий круглогодично, - это сжигание человеком ископаемого топлива.
Здесь читатель вправе заметить, что процессы фотосинтеза и дыхания имеют место не только на суше, но и в океане. Почему же над океаном мы не наблюдаем столь значительных изменений в содержании CO 2 в воздухе? Ведь наиболее активный фотосинтез происходит в море также весной и в начале лета, когда становится тепло, а главное - светло, и когда в воде содержится еще достаточно много элементов минерального питания (азота и фосфора в доступной форме). На самом деле сезонные колебания концентрации углекислого газа в Южном, океаническом, полушарии также существуют, но протекают они, естественно, в противофазе тому, что происходит в Северном. Удивительно, почему у них такая небольшая амплитуда. Здесь могут работать несколько механизмов.
Во-первых, океан (даже его верхние слои) обладает огромной теплоемкостью, что сглаживает сезонные колебания температуры в сравнении с происходящим на суше. Во-вторых, в воде углекислый газ хорошо растворяется (в холодной лучше, чем в теплой) - то есть существует физико-химический механизм связывания CO 2 ; правда, поверхностные слои океана могут и отдавать CO 2 атмосфере в случае низкого его там парциального давления. В-третьих, и это, пожалуй, самое главное - величина чистой первичной продукции, то есть количество органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза автотрофными организмами, в расчете на единицу площади для суши примерно в 2,5 раза выше, чем для океана. Фитопланктон не может обеспечить изъятие из окружающей среды такого количества CO 2 , которое изымает наземная растительность умеренных и северных широт. Колебания в содержании углекислого газа, обнаруживаемые обсерваторией на Мауна-Лоа, определяются прежде всего сезонностью в развитии растительности Евразии и Северной Америки.
Послесловие
Вообще-то, воздушная среда в сравнении с водной очень подвижна. Невольно возникает вопрос: почему перемешивание воздушных масс не выравнивает содержание углекислого газа в атмосфере Земли? Здесь необходимо напомнить, что воздух легко и быстро перемещается в широтном направлении, но не в меридиональном. Поэтому на Гавайских островах можно наблюдать результаты сезонного развития растительности на удаленных материках. Но в направлении «север - юг» мы видим сохранение серьезных различий в содержании CO 2 на разных широтах. Мешает меридиональному переносу ячеистая структура воздушной циркуляции. Воздух в районе экватора нагревается сильнее всего, поэтому он поднимается там вверх, расширяясь, движется к северу и югу, постепенно охлаждается и опускается в обоих полушариях к земле примерно на 30°. Потом этот охлажденный воздух движется у поверхности земли к экватору и замыкает круговорот. Таким образом формируются ячейки Гадлея , названные по имени описавшего их английского ученого XVIII века Джорджа Гадлея (George Hadley). Движение воздушных масс в каждой из этих ячеек заставляет двигаться соседние воздушные массы вниз, а затем к северу и югу (в зависимости от полушария). Это уже ячейки Феррела , названные в честь американского метеоролога XIX века Уильяма Феррела (William Ferrel). Наличие подобной ячеистой структуры циркуляции сильно препятствуют перемешиванию воздушных масс в меридиональном направлении, но не создает препятствий для движения по широте.
