Причины роста концентрации углекислого газа. Уровень СО2 в мире: мы дошли до точки невозврата
Есть прописные истины, знакомые любому человеку практически с рождения. Зимой холодно, а летом тепло. При дыхании потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Когда в помещении скапливается много углекислого газа, то становится душно, а чтобы в помещении стало находиться комфортнее - его нужно проветрить. Но при этом большинство людей склонно недооценивать влияние повышенной концентрации CO2 на здоровье и качество жизни. Об этом я и хочу поговорить в данной статье, а также показать, как влияет кондиционер на процесс очистки воздуха. И заодно представить обзор детектора уровня CO2, который помогает держать качество воздуха в помещении под контролем.
1 Что нужно знать о CO2
2 Техническая информация
3 Внешний вид и принцип действия
4 Измерения
5 Домашняя автоматизация
6 Выводы
1. Что нужно знать о CO2
CO2 или углекислый газ - неотъемлемая часть любой воздушной смеси, содержание которого измеряется в миллионных долях (ppm - parts per million). Условно нормальный уровень CO2 в свежем уличном воздухе принято считать за 400ppm. Эта цифра непостоянна и зависит от конкретной локации - так, в экологически чистом районе с отсутствием промышленности и малой плотностью заселенности содержание углекислого газа в атмосфере может быть ниже среднего значения, а в густонаселенном мегаполисе, да еще с промышленными предприятиями практически наверняка будет выше среднего.
Воздух в помещении считается качественным, если содержание CO2 в нем колеблется в пределах 800ppm. При достижении концентрации углекислого газа 1000ppm у многих людей уже появляется ощущение духоты и вялости, а 1400ppm - предел нормы по рекомендациям Сан-Пина.
Опасным уровнем является 30000ppm - при достижении такой концентрации CO2 у человека учащается пульс, возникает ощущение тошноты и прочие симптомы кислородного голодания. Хорошая новость заключается в том, что «надышать» такую концентрацию углекислого газа практически невозможно в офисных и жилых помещениях даже очень низкого качества. Тем не менее, даже небольшие превышения допустимой концентрации CO2 способны существенно влиять на качество жизни. Уже при 1000ppm снижается концентрация внимания, появляется ощущение вялости, мозг начинает хуже обрабатывать информацию. При концентрации CO2 выше 1400ppm в офисе становится трудно концентрироваться на работе, а дома появятся проблемы со сном. Содержание СО2 зависит, в большей степени, от количества людей, находящихся в закрытом помещении.
«Управлять можно только тем, что можно измерить», писал основоположник современной теории управления Питер Друкер. И первый шаг к управлению микроклиматом помещения заключается в начале отслеживания его объективных показателей.
В этом-то нам и поможет от компании Даджет.
2. Техническая информация
Название модели: Детектор СО2 (Mini Monitor СО2)
Диапазон измерения CO2: 0 - 3000 ppm
Диапазон измерения температуры: 0 - 50
Точность измерений: ±10% ppm, ±1,5°C
Вывод информации: ЖК-дисплей, светодиодные индикаторы
Потребление тока: до 200мА
Дополнительные функции: звуковой сигнал превышения концентрации CO2
3. Внешний вид и принцип действия
Детектор CO2 поставляется в картонной коробке, содержащей сведения о производителе и краткую памятку по влиянию повышенных концентраций углекислого газа на самочувствие человека.
Внутри находится сам прибор, инструкция на русском языке и USB-кабель. У детектора нет встроенного аккумулятора, поэтому работать он может только от внешнего источника питания: USB-порта компьютера или обычного зарядного устройства для смартфона.
Само устройство крупным планом. На передней панели находится экран и три индикационных светодиода, отображающих усреднённо результаты измерений: при концентрации CO2 ниже 800ppm светится зеленый светодиод, при 800-1200ppm - желтый, выше 1200ppm - красный. Значения интервалов действия индикаторов можно изменить в настройках.
Вообще, светодиодная индикация оказалась очень информативной вещью. Не нужно подходить к прибору и всматриваться в текущие значения показателей. Издалека видно, что если индикатор переключился с зеленого на желтый, то помещение можно уже и проветрить, а если он покраснел - проветривание желательно начать уже прямо сейчас.
На правом боку находится microUSB-порт и отверстие, через которое происходит забор воздуха для анализа.
Сзади отверстия для вентиляции, наклейка с технической информацией и две кнопки, которыми осуществляется настройка.
Сердцем устройства является датчик углекислого газа ZGm053UK, работающий по технологии NDIR (non-dispersive infrared radiation, недисперсионное инфракрасное излучение): в световодную трубку заходит поток воздуха и попадает под излучение инфракрасной лампы, а на другом конце трубки стоит инфракрасный детектор с соответствующим фильтром. Чем больше в воздушной смеси содержится CO2 - тем сильнее ослабевает инфракрасное свечение, что и позволяет датчику определить текущую концентрацию CO2.
Себестоимость NDIR-сенсоров выше, чем у аналогов с другим принципом работы (электрохимическим или электроакустическим), но при этом они имеют длительный срок службы и обеспечивают более точные результаты.
4. Измерения
Теперь испытаем детектор в работе. Место проведения измерений - Челябинск, двухкомнатная квартира в относительно тихом районе, окна выходят во двор.
Опыт №1. Знакомство с прибором
Первым делом я измерил концентрацию углекислого газа на улице, разместив детектор у открытого окна на 4 этаже.
Измерения показали 440ppm. Нормальный уровень содержания CO2 в атмосфере, напоминаю, составляет 400ppm. Ну что же, с поправкой на безветренную погоду и проживание в промышленном мегаполисе с традиционно проблемной экологией, 440ppm можно считать нормальным результатом.
Теперь измерим уровень CO2 в самой квартире, предварительно хорошо ее проветрив все комнаты.
Получилось 550ppm. Это отличный результат, воздух почти как на улице.
Но, забегая наперед, скажу: поддерживать такое качество воздуха на постоянной основе в квартире, не оснащенной продвинутыми системами вентиляции, практически невозможно.
Опыт №2. Длительные измерения
По ходу обзора я еще не упоминал, что детектор не только отображает моментальные значения концентрации CO2, но и способен работать в связке с компьютером.
Если установить специальную программу, то устройство будет фиксировать уровень концентрации CO2 и температуры в помещении с привязкой ко времени и строить график на основании этих показателей.
Дальнейшие измерения будем проводить при помощи этой программы.
Ночь с закрытыми окном и дверью. К утру концентрация CO2 в комнате подскакивает практически до 2000ppm.
Открываем створку окна на проветривание и смотрим на график. Примерно за 40 минут концентрация углекислого газа снижается с 2000ppm до здорового уровня 700ppm.
Вечер. Затихает естественный шум и становятся особенно слышны голоса отдыхающих во дворе компаний. Они мешают, поэтому закрываю окно.
За час концентрация CO2 повышается почти что вдвое, с 700ppm до 1300ppm.
Опыт №3. Суточный мониторинг
Теперь посмотрим, как меняется концентрация CO2 в помещении в течение одного полного дня.
Исходные данные: все та же двухкомнатная квартира, в которой одновременно находятся от одного до трех человек. Окно на кухне практически всегда открыто, окна и балконная дверь в комнатах открываются и закрываются в течение дня, межкомнатные двери закрываются на ночь.
Хорошо проветриваю комнату перед сном, закрываю окно и ложусь спать.
К полуночи концентрация CO2 уже превышена, но до пяти часов утра сохраняется на уровне, который с натяжкой можно назвать удовлетворительным. На временном промежутке с пяти до девяти утра концентрация CO2 повышается до 2000ppm. Кстати, это вполне коррелирует с личными ощущениями при сне с закрытым окном. Где-то в 5 утра я просыпаюсь в достаточно бодром состоянии, но поскольку еще слишком рано - остаюсь в кровати досыпать до звонка будильника. По звонку будильника в 7 утра просыпаюсь с тяжелой головой и в подавленном настроении, как будто и не спал всю ночь - к этому времени организм уже успевает надышаться «плохим» воздухом, что сказывается на самочувствии.
С 9 до 10 часов - проветривание. Открыты окна во всех комнатах, концентрация CO2 спадает с 2000ppm до 600ppm.
С 10 до 15 часов - окна в комнатах закрыты, на кухне открыта форточка. В квартире 1 человек. Концентрация CO2 в норме.
С 15 до 18 часов - открыты форточки во всех комнатах. В квартире 2 человека. Концентрация CO2 всё еще в норме.
С 18 до 21 часа - открыты форточки во всех комнатах. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 начинает нарастать, форточки уже не спасают.
С 21 до 22-30 часов - проветривание с открытыми окнами. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 приходит в норму, но начинает повышаться сразу же, стоит закрыть окна и оставить одни форточки для проветривания.
А теперь рассмотрим другой день с другим распорядком.
Ночью в комнате открыта форточка, концентрация CO2 немного превышена, но все же не растет до совсем диких величин.
С 8 до 14 часов - в квартире никого нет, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты окна. Концентрация CO2 спадает до уровня уличного воздуха.
С 14 до 18 часов - в квартире 2 человека, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты форточки. Концентрация CO2 уже не как на улице, но в пределах нормы.
С 18 часов и до утра - в квартире 3 человека, межкомнатные двери закрыты, форточки открыты. Концентрация CO2 немного превышена, но стабильна.
Вывод: если жить одному в двухкомнатной квартире, то о качестве воздуха можно практически не беспокоиться. Достаточно лишь иногда проветривать помещение. А вот при двух-трех обитателях на том же количестве квадратных метров для поддержания концентрации углекислого газа в нормальных пределах придется осуществлять проветривание практически круглосуточно.
Опыт №4. CO2 и кондиционер
Теперь посмотрим, что происходит в комнате при использовании кондиционера.
Исходные данные: проветренное помещение, но на улице жарко, а соответственно и в помещении тоже.
Закрываю окна чтобы воздух не уходил, включаю кондиционер.
В результате, за час работы кондиционера температура в комнате упала на несколько градусов, а концентрация CO2 возросла.
Подвох в том, что если не выходить из помещения на свежий воздух, то субъективно воздух в нем воспринимается как свежий и качественный просто за счет своей прохлады. И только цифры на приборе показывают реальную картину.
Кондиционирование не заменяет проветривания, поэтому сидя целый день в уютной и прохладной комнате можно незаметно для себя «надышать» концентрацию CO2 в 2000ppm, а то и больше. Особенно это актуально для офисов, где в одном небольшом помещении находятся сразу несколько человек. Широко распространено заблуждение, что раз для кондиционера монтируется отдельный воздуховод прямо на улицу, то кондиционер забирает уличный воздух, охлаждает его внутри себя и выпускает в помещение. На самом же деле воздуховод служит для выброса горячего воздуха из помещения на улицу, то есть работает как вытяжка. Причём такие кондиционеры встречаются далеко не везде. Обычная сплит система «гоняет» воздух в помещении по кругу, а по трубкам поступает охлаждённых хладагент.
Пользуясь кондиционером следует помнить о необходимости насыщать помещение свежим воздухом.
5. Домашняя автоматизация
В завершение обзора хочу отметить, что сфера применения детектора CO2 не ограничивается одним лишь проведением измерений и построением графиком на компьютере.
Это устройство можно использовать в проектах домашней автоматизации, причём сделать это можно двумя различными способами.
Первый способ - подключение силового реле к одному из индикационных светодиодов.
Принцип действия очевиден: при повышении концентрации CO2 в воздухе зеленый индикатор сменяется на желтый, при этом автоматически замыкается электронный ключ в реле, что в свою очередь включает подключенное к реле устройство (например, вентилятор приточной системы).
Второй способ - программный.
Поскольку детектор поддерживает передачу данных с датчика на компьютер по USB-протоколу, его можно внедрить в любую самодельную систему «умного дома», считывая показатели с датчика на головное устройство. А уже с головного устройства, на основании получаемых показателей, управлять другой подключенной к системе электроникой.
6. Выводы
Было интересно увидеть реальное состояние воздуха в своей квартире. С использованием стало наглядно видно, что имеющаяся пассивная вентиляция малоэффективна, и если в теплое время еще можно держать окна открытыми практически круглосуточно (хотя и летом это не всегда удобно из-за уличного шума), то зимой это неосуществимо по причине быстрого остывания помещений. Появился повод задуматься о модернизации домашней вентиляции, да и о поддержании здорового микроклимата в помещении в целом. Кроме того, в ассортименте магазина имеется , обладающий более крупным дисплеем и позволяющий измерять помимо концентрации CO2 и температуры еще и относительную влажность воздуха. Скидка 10% предоставляется по промокоду GT-CO2 в течение 14 дней.
В одной из следующих статей будет описано, как подружить детектор СО2 с микрокомпьютером Raspberry Pi. Добавить метки
В сентябре 2016 года концентрация углекислого газа в атмосфере Земли преодолела психологически значимую отметку в 400 ppm (долей на миллион). Это делает сомнительными планы развитых стран по недопущению повышения температуры на Земле более чем на 2 градуса.
Глобальное потепление — это повышение средней температуры климатической системы Земли. За период с 1906 по 2005 год средняя температура воздуха возле поверхности планеты выросла на 0,74 градуса, причем темпы роста температуры во второй половине столетия примерно в два раза выше, чем за период в целом. За все время наблюдений самым жарким считается 2015 год, когда все температурные показатели на 0,13 градуса превысили показатели 2014 года — предыдущего рекордсмена. В различных частях земного шара температуры меняются по-разному. С 1979 года температура над сушей выросла вдвое больше, чем над океаном. Объясняется это тем, что температура воздуха над океаном растет медленнее из-за его большой теплоемкости.
Движение углекислого газа в атмосфере
Основной причиной глобального потепления считается деятельность человека. Косвенными методами исследования было показано, что до 1850 года на протяжении одной или двух тысяч лет температура оставалась относительно стабильной, правда с некоторыми региональными флуктуациями.
Таким образом, начало климатических изменений практически совпадает с началом промышленной революции в большинстве западных стран. Основной причиной на сегодняшний день считаются выбросы парниковых газов. Дело в том, что часть энергии, которую планета Земля получает от Солнца, переизлучается обратно в космическое пространство в виде теплового излучения.
Парниковые газы затрудняют этот процесс, частично поглощая тепло и удерживая его в атмосфере.
Добавление в атмосферу парниковых газов ведет к еще большему разогреву атмосферы и росту температуры у поверхности планеты. Основные парниковые газы в атмосфере Земли — это углекислый газ (СО 2) и метан (СН 4). В результате промышленной деятельности человечества в воздухе растет концентрация именно этих газов, что приводит к ежегодному росту температуры.
Поскольку потепление климата угрожает буквально всему человечеству, в мире неоднократно принимаются попытки взять этот процесс под контроль. До 2012 года основным мировым соглашением о противодействии глобальному потеплению был Киотский протокол.
Он охватывал более 160 стран мира и покрывал 55% мировых выбросов парниковых газов. Однако после окончания первого этапа Киотского протокола страны-участники не смогли договориться о дальнейших действиях. Отчасти составлению второго этапа договора помешало то, что многие участники избегают применения бюджетного подхода для определения своих обязательств в отношении эмиссии СО 2 . Эмиссионный бюджет СО 2 — количество выбросов за определенный период времени, который рассчитывается из температуры, которую участники не должны превысить.
Согласно решениям, принятым в Дурбане, никакое обязывающее климатическое соглашение не будет действовать до 2020 года, несмотря на необходимость срочно предпринять усилия по сокращению эмиссии газа и снизить выбросы. Исследования показывают, что в настоящее время единственной возможностью обеспечить «разумную вероятность» ограничения потепления величиной 2 градуса (характеризующей опасное изменение климата) будет ограничение экономик развитых стран и их переход к стратегии антироста.
И вот в сентябре 2016 года, по данным обсерватории Мауна-Лоа, был преодолен очередной психологический барьер эмиссии парникового газа СО 2 — 400 ppm (долей на миллион). Нужно сказать, что эта величина многократно превышалась и раньше,
но сентябрь традиционно считается месяцем с самой низкой концентрацией СО 2 в Северном полушарии.
Объясняется это тем, что зеленая растительность успевает за лето поглотить некоторое количество парникового газа из атмосферы, прежде чем листья с деревьев опадут и часть СО 2 вернется обратно. Поэтому если психологически важный порог в 400 ppm был превышен именно в сентябре, то, скорее всего, ежемесячные показатели уже никогда не будут ниже этого значения.
«Возможно ли, что в октябре этого года концентрация снизится по сравнению с сентябрем? Полностью исключено,
— поясняет в своем блоге Ральф Килинг, сотрудник Скриппсовского института океанографии Сан-Диего. — Кратковременные падения уровня концентрации возможны, но усредненные за месяц величины теперь всегда будут превышать 400 ppm».
Также Килинг отмечает, что тропические циклоны могут снизить уровень концентрации СО 2 на короткое время. С ним соглашается и Гэвин Шмидт, главный климатолог NASA: «В лучшем случае можно ожидать некий баланс, и уровень СО 2 не будет расти слишком быстро. Но, по моему мнению, СО 2 уже никогда не упадет ниже 400 ppm».
Согласно прогнозу, к 2099 году концентрация СО 2 на Земле будет равняться 900 ppm, что составит порядка 0,1% от всей атмосферы нашей планеты. В результате средняя дневная температура в таких городах, как Иерусалим, Нью-Йорк, Лос-Анджелес и Мумбаи, будет близка к +45°C. В Лондоне, Париже и Москве летом температура будет превышать +30°C.
Правообладатель иллюстрации AFP
Средний уровень содержания углекислого газа в атмосфере нашей планеты в 2015 году впервые за время наблюдений достиг критической отметки в 400 долей на миллион, сообщила Всемирная метеорологическая организация.
Критический уровень содержания диоксида углерода зафиксировала станция мониторинга воздуха, расположенная на Гавайях.
Как предполагают эксперты, содержание углекислого газа в атмосфере не опустится ниже 400 долей на миллион в течение всего 2016 года, а возможно, что и в ближайшие десятилетия.
Что это означает для нас с вами?
Ведущий программы "Пятый этаж" Александр Баранов обсуждает тему с директором программы "Климат и энергетика" Всемирного фонда дикой природы Алексе ем Кокорин ым и старшим научным сотрудником Института экологии растений и животных уральского отделения Российской академии наук Евгени ем Зиновьев ым .
А лександр Б аранов: 400 частей на миллион для простого человека, который не разбирается в климатических вопросах, но зато учил арифметику в школе, это очень мало. Так же мало, как 200, 100 или 500. Особенно, когда речь идет о газе без цвета и запаха. Почему вдруг так переполошились ученые?
А лексей Кокорин: CO2 - это один из газов, создающих парниковый эффект, второй после водяного пара, и главный газ, на концентрацию которого в атмосфере оказывает влияние человек.
И то, что человек не оказывает влияние на содержание водяного пара, не сильно облегчает дело, потому что влияние на содержание CO2 велико, и изотопным анализом доказано, что этот CO2 именно от сжигания топлива. Это много.
Число очень маленькое, но это на 30% больше, чем 50-60 лет назад. А до этого уровень был постоянен в течение долгого времени, имеются данные прямых измерений.
А.Б. : Ученые сейчас согласны с тем, что CO2 влияет на изменение климата, а не наоборот? Какое-то время назад некоторые ученые говорили, что на рост выброса углекислого газа влияет нагревание океана. А человек, по сравнению с океаном, выбрасывает намного меньше CO2 в атмосферу. Каков сейчас консенсус по этому поводу?
А.К. : Консенсус практически полный. Я упомянул изотопный анализ, потому что в прошлом, и это тоже доказано, сначала менялась температура, а потом концентрация CO2.
Это было в переходный период между ледниковыми периодами и в других случаях. Корреляция шла в такой последовательности. Здесь корреляция идет в другой последовательности. Но главное, есть доказательства изотопного анализа. Тут консенсус есть.
Е вгений З иновьев: Я не климатолог, я палеонтолог. У нас в институте мы наблюдаем на севере, в Арктике, повышение как содержания CO2, и это показано нашими коллегами дендрохронологами, так и сопутствующие изменения - это наступление границы леса. У нас проводится мониторинг ландшафтов северной части Западно-Сибирской равнины и Полярного и приполярного Урала, и на протяжении последних сорока лет северная граница леса смещается к северу.
Это еще не достигает границ, которые были в климатический оптимум голоцена, когда древесная растительность достигала среднего Ямала, но процесс идет в том направлении и опосредованно связан с потеплением климата. Древесные растения занимают постепенно территории, от которых они когда-то отступили.
То потепление, которое мы сейчас наблюдаем - не самое значительное, сейчас не самый теплый климат. Я могу сравнивать с недавним геологическим прошлым - последние 130-140 тысяч лет. Этот период называется Микулинское межледниковье, и тогда растения и теплолюбивые животные продвигались к северу гораздо дальше, чем сейчас.
В наше время, по объективным данным, пока еще такие уровни не достигнуты. Но то потепление было очень кратковременным, всего около 5 тысяч лет. Потом оно сменилось похолоданием, потом опять потеплением, и потом наступил длительный холодный период, зырянское оледенение, которое тоже делилось на более теплые и более холодные эпохи. Тогда начал формироваться скандинавский ледниковый щит.
А.Б. : То есть в ы говорите о похолодании в Средневековый период?
Е.З. : Это вы говорите про исторические времена, а я имею в виду более ранние границы. Это поздний плейстоцен.
А.Б. : А какие выводы из этого делать нам, неспециалистам? Противники теории глобального потепления, вызванного человеческой деятельностью, говорят, что мы просто находимся в периоде определенного цикла и с этим связаны различные колебания концентрации CO2.
Углекислый газ - пища для растений. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, выделяют в атмосферу кислород, и чем выше содержание углекислого газа, тем активнее растения начинают его потреблять и тем быстрее они растут.
Е.З. : Развития древесной растительности не наблюдается, наоборот. В Северной Америке, южной Европе леса горят, лесная растительность деградирует, идет аридизация, осушение климата. Легкие планеты сокращаются.
А.Б. : А почему это происходит? По идее, они должны расширяться?
Е.З. : Климат - многовекторная система, могут быть разные факторы, которые мы не всегда можем учитывать. Существует точка зрения, что начнут таять ледники, что связано с потеплением климата, а это происходит.
Деградирует и Гренландский ледниковый щит, и в Арктике то высвободившееся большое количество пресной воды может изменить направление движения Гольфстрима. Тогда эта печка для Европы перестанет обогревать север Европы, и там снова начнется образование ледников. Это будет очень плохо.
Резкое потепление может дать толчок резкому похолоданию. Ледниковая шапка аккумулирует воду, начинается иссушение климата. Исчезают сплошные леса, образуются редкостойные леса. Климат становится сухой, холодный, континентальный, и он таким становится не только в Сибири, но и в Европе тоже.
Все очень сложно и взаимосвязано. Я не стал бы это упрощать, надо учитывать и современный фактор - увеличение выбросов CO2, связанное с промышленной деятельностью человека, с наличием большого количества производств, машин и так далее - с этим не поспоришь. Особенно в крупных мегаполисах, где сосредоточены большие производства.
Но другой вопрос, какие последствия это будет иметь. Человечество привыкло жить в определенных комфортных условиях. Если начнется увеличение или уменьшение уровня мирового океана, то начнутся катастрофы. Их может спровоцировать антропогенное воздействие. Человечество не настолько мало, чтобы не влиять на природную обстановку. Оно стало геологическим фактором, а не только биологическим, оно меняет более фундаментальные вещи в биосфере, в земной коре.
А.Б. : Допустим, человечество сможет сократить выброс CO2. Но это лишь один из факторов , и не самый большой. Может ли это что-то изменить, привести к какому-то резкому улучшению ситуации?
А.К. : Очень важно, с точки зрения физики атмосферы и океана, понимать, что происходит. Происходят два процесса: это процесс естественной изменчивости климата - солнце, самое наглядное, сложные периодические процессы в океане, Атлантическом, Тихом.
Есть и более изученные вещи - перетоки тепла из атмосферы в океан и обратно, которые носят цикличный характер. Эти циклические процессы накладываются на постоянное воздействие, которое носит линейный характер.
За XXI век ожидается повышение температуры в лучшем случае на два градуса, но реально - на три или три с половиной. И при этом циклически будут происходит похолодания и потепления, причем потепления - гораздо быстрее. И совершенно не очевидно, что увеличение числа опасных гидрологических явлений при понижении температуры станет меньше.
А.Б. : Это очень сложно понять человеку, который не занимается этой проблемой и в основном смотрит научно-популярные передачи, где эти вопросы примитивизируются, упрощаются, но простые аргументы действуют на сознание простого человека, который смотрит на это со стороны.
Когда ему дают график изменения температуры в XX веке и говорят: смотрите, пока человек особенно не влиял на атмосферу, температура поднималась, а когда он начал влиять, когда индустриализация была более мощной после 1940 до 1970 года, когда ситуация должна была ухудшиться, мы наблюдали похолодание.
На основе таких графиков люди говорят, что человек на самом деле не влияет, есть какие-то более мощные факторы, не зависящие от нас. Поэтому разговоры про роль человека в глобальном потеплении - миф, за которым стоят те, кому это выгодно.
Е.З. : Начитает срабатывать кумулятивный эффект, воздействие человека идет по нарастающей. На каком-то этапе оно может не проявляться, но потом, по мере увеличения концентрации CO2, парниковых газов, оно рано или поздно проявляется фактически по всему земному шару. Как в развитых районах, так и на севере, в Арктике.
Антропогенный фактор накладывается на факторы астрономические, связанные с орбитой движения Земли, цикличность сильно проявляется и так далее. И когда все друг на друга накладывается, могут произойти совершенно непредсказуемые события.
И антропогенное воздействие будет все увеличиваться, даже если будут введены ограничения на производство и так далее. Очень много выпускается автомобилей, которые загрязняют атмосферу очень сильно. И другие факторы. Они никуда не уйдут.
А травяная и древесная растительность не увеличивается, а, наоборот, происходит деградация лесного покрова.
А.Б. : Но мы видели и сообщения другого рода, что в Бразилии вдруг начали расти леса Амазонки.
Е.З. : Это есть, но вы посмотрите, что в Америке творится? На юго-западе, в Калифорнии? Там массовые лесные пожары. Нужно время, чтобы после пожара лес восстановился. После пожара несколько лет проходит, прежде чем лес начинает подрастать. А где сухо, он просто перестает расти. Лес превращается в степь, пустыню и так далее.
А.Б. : Это серьезные факторы, но для обыденного сознания трудно это совместить с его собственной деятельностью. Можно придерживаться теории, что деятельность человека - это последняя капля, которая может перевесить экологический баланс на фоне более серьезных факторов. Но когда говорят, что есть такой фактор, как пятна на Солнце, активизация Солнца, который представляет собой мощный источник энергии, по сравнению с которым вся наша деятельность - мелочь, даже сравнивать невозможно.
То же показывают графики - когда Солнце активно, температура повышается, а когда менее активно - понижается, все это коррелируется. Потом говорят, что все зависит от того, по какой орбите Земля движется. Если орбита эллиптическая - становится холоднее. И когда все это человеку говорят, он думает: ну что по сравнению с такими космическими явлениями наши несчастные выбросы в атмосферу. Как можно убедить человека, что мы своими действиями можем этот баланс нарушить?
Е.З. : Надо как-то убеждать, потому что это действительно фактор не последний. Например, леса горят и без человека - сухие грозы и так далее. Но человеческая деятельность этому способствует. Каждый должен начинать с себя. Люди должны понимать, что от них многое зависит.
Один человек может сказать: я буду делать, что считаю нужным, все равно от меня ничего не зависит. Но людей - миллионы, и если каждый так будет считать, от этого лучше не будет. Косность человеческого мышления существует, к сожалению.
А.Б. : Как убедить человека, что его машина, на которой он проедет лишние пять километров, тоже влияет на климат, даже на фоне того, что Земля на эллиптической орбите, а не на какой-то другой?
А.К. : Российские климатологи, и не только российские, задумывались, как это наглядно показать. Вероятные реакции Солнца лет через 15-20 с высокой вероятностью снизят температуру на земном шаре примерно на 0,25 градуса. А антропогенное воздействие - как минимум на два градуса. Так же было и в 30-40 годы ХХ века.
И еще характерная вещь такая: прогреваются и стратосфера, и тропосфера. То есть у вас как бы пленка парниковая, и, если греется над пленкой и под пленкой, значит - лампочка стала греть сильнее. А если под пленкой греется, а над пленкой холодает - значит, пленка стала толще. Вот как-то так наглядно можно попытаться объяснить.
А.Б. : Вы допускаете вероятность, что мы действительно находимся между двумя ледниковыми периодами и что-то произойдет, и начнется похолодание на Земле?
Е.З. : Ваш вопрос говорит о том, что мы с коллегой говорим плохо. Безусловно, мы находимся между двумя ледниковыми периодами, тем, который закончился примерно 300 тыс лет назад, и тем, который начнется через несколько тысяч лет - может быть 20, может быть, 100. Об этом мой коллега как климатолог знает лучше. Но это будет абсолютно точно. Мы говорим об иных временных масштабах. В этих масштабах влияние человека на глобальное потепление не может рассматриваться, это сотни тысяч лет.
А.Б. : То есть мы можем до этого похолодания не дожить?
Е.З. : К сожалению, точно не доживем до глобального похолодания, даже из наших правнуков никто не доживет. Будут ли периоды похолодания в течение XXI века? Да, наверное будут. Мы живем в эпоху наложения различных вариаций, в том числе солнечных, на глобальный тренд.
_____________________________________________________________
Загрузить подкаст передачи "Пятый этаж" можно .
Химический состав
Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H 2 O) и углекислого газа (CO 2).
Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO 2 , NH 3 , СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I 2 , а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).
Углекислый газ в атмосфере Земли , по состоянию на 2011 год, представлен в количестве 392 ppm или 0,0392 %. Роль углекислого газа (CO 2 , двуокись или диоксид углерода ) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании процесса фотосинтеза, который осуществляется растениями. Являясь парниковым газом, двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое 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. Впервые антропогенное влияние на концентрацию двуокиси углерода отмечается с середины XIX века. Начиная с этого времени, темп её роста увеличивался и в конце 2000-х происходил со скоростью 2,20±0,01 ppm/год или 1,7 % за год. Согласно отдельным исследованиям, современный уровень CO 2 в атмосфере является максимальным за последние 800 тыс. лет и, возможно, за последние 20 млн лет.
Роль в парниковом эффекте
Несмотря на относительно небольшую концентрацию в воздухе, CO 2 является важной компонентой земной атмосферы, поскольку он поглощает и переизлучает инфракрасное излучение на различных длинах волн, включая длину волны 4,26 мкм (вибрационный режим - асимметричное растяжение молекулы) и 14,99 мкм (изгибные колебания). Данный процесс исключает или снижает излучение Земли в космос на этих длинах волн, что приводит к парниковому эффекту. Текущее изменение концентрации атмосферного CO 2 сказывается в полосах поглощения, где его современное влияние на спектр переизлучения Земли приводит только к частичному поглощению.
Кроме парниковых свойств двуокиси углерода, также имеет значение тот факт, что она является более тяжелым газом по сравнению с воздухом. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль, а молярная масса CO 2 - 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.
В целом, увеличение концентрации с доиндустриального уровня 280 ppm до современного 392 ppm эквивалентно дополнительному выделению 1,8 Вт на каждый квадратный метр поверхности планеты. Данный газ также обладает уникальным свойством долговременного воздействия на климат, которое после прекращения вызвавшей его эмиссии остается в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Другие парниковые газы, такие как метан и оксид азота, существуют в свободном состоянии в атмосфере на протяжении более короткого времени.
Источники углекислого газа
К естественным источникам двуокиси 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 перегнивания органических останков в воздухе. К антропогенным источникам эмиссии CO 2 в атмосферу относятся: сжигание ископаемых энергоносителей для получения тепла, производства электроэнергии, транспортировки людей и грузов. К значительному выделению CO 2 приводят некоторые виды промышленной активности, такие, например, как производство цемента и утилизация газов путем 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.
Антропогенная эмиссия
Эмиссия углерода в атмосферу в результате пром. активности в 1800 – 2004 гг.
С наступлением промышленной революции в середине XIX века происходило поступательное увеличение антропогенных выбросов двуокиси углерода в атмосферу, что привело к нарушению баланса углеродного цикла и росту концентрации CO 2 . В настоящее время около 57 % производимого человечеством углекислого газа удаляется из атмосферы растениями и океанами. Соотношение увеличения количества CO 2 в атмосфере ко всему выделенному CO 2 составляет постоянную величину порядка 45 % и претерпевает короткопериодические колебания и колебания с периодом в пять лет.
Сжигание ископаемых топлив, таких как уголь, нефть и природный газ, является основной причиной эмиссии антропогенного CO 2 , 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 CO 2), в то время как в 1990 году годовая эмиссия углерода составляла 6,14 млрд тонн. Сводка лесов под землепользование привела к увеличению содержания атмосферной двуокиси углерода эквивалентную сжиганию 1,2 млрд тонн угля в 2008 году (1,64 млрд тонн в 1990). Суммарное увеличение за 18 лет составляет 3 % от ежегодного естественного цикла CO 2 , что достаточно для выведения системы из равновесия и для ускоренного роста уровня CO 2 . Как результат, двуокись углерода постепенно аккумулировалась в атмосфере и в 2009 году её концентрация на 39 % превосходила доиндустриальное значение.
Таким образом, несмотря на то, что (по состоянию на 2011 год) суммарное антропогенное выделение CO 2 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.
Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов. В его составе имеются постоянные компоненты атмосферы (кислород, азот, углекислый газ), инертные газы (аргон, гелий, неон, криптон, водород, ксенон, радон), небольшие количества озона, закиси азота, метана, йода, водяных паров, а также в переменных количествах различные примеси природного происхождения и загрязнения, образующиеся в результате производственной деятельности человека.
Кислород (О2) самая важная для человека часть воздуха. Он необходим для осуществления окислительных процессов в организме. В атмосферном воздухе содержание кислорода равно 20,95 %, в выдыхаемом человеком воздухе - 15,4-16 %. Снижение его в атмосферном воздухе до 13-15 % приводит к нарушению физиологических функций, а до 7-8 % - к смертельному исходу.
Азот (N) - является основной составной частью атмосферного воздуха. Вдыхаемый и выдыхаемый человеком воздух содержит примерно одно и то же количество азота - 78,97-79,2 %. Биологическая роль азота заключается, главным образом, в том, что он является разбавителем кислорода, поскольку в чистом кислороде жизнь невозможна. При увеличении содержания азота до 93 % наступает смерть.
Диоксид углерода (углекислый газ), СО2 - является физиологическим регулятором дыхания. Содержание в чистом воздухе составляет 0,03 %, в выдыхаемом человеком - 3 %.
Снижение концентрации СО2 во вдыхаемом воздухе не представляет опасности, т.к. необходимый уровень его в крови поддерживается регуляторными механизмами за счет выделения при обменных процессах.
Повышение содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 0,2 % вызывает у человека нарушение самочувствия, при 3-4 % наблюдается возбужденное состояние, головная боль, шум в ушах, сердцебиение, замедление пульса, а при 8 % возникает тяжелое отравление, потеря сознания и наступает смерть.
За последнее время концентрация диоксида углерода в воздухе промышленных городов увеличивается в результате интенсивного загрязнения воздуха продуктами сгорания топлива. Повышение в атмосферном воздухе СО2 приводит к появлению в городах токсических туманов и «парниковому эффекту», связанному с задержкой углекислотой теплового излучения земли.
Повышение содержания СО2 сверх установленной нормы свидетельствует об общем ухудшении санитарного состояния воздуха, т.к наряду с диоксидом углерода могут накапливаются другие токсические вещества, может ухудшается ионизационный режим, возрастать запыленность и микробная загрязненность.
Озон (О3). Основное его количество отмечается на уровне 20-30 км от поверхности Земли. В приземных слоях атмосферы содержится ничтожно малое количество озона - не более 0,000001 мг/л. Озон защищает живые организмы земли от губительного действия коротковолновой ультрафиолетовой радиации и одновременно поглощает длинноволновую инфракрасную радиацию, исходящую от Земли, предохраняя ее от чрезмерного охлаждения. Озон обладает окислительными способностями, поэтому в загрязненном воздухе городов его концентрация ниже, чем в сельской местности. В связи с этим озон считался показателем чистоты воздуха. Однако в последнее время установлено, что озон образуется в результате фотохимических реакций при формировании смога, поэтому обнаружение озона в атмосферном воздухе крупных городов считают показателем его загрязнения.
Инертные газы - не имеют выраженного гигиенического и физиологического значения.
Хозяйственно-производственная деятельность человека является источником загрязнения воздуха различными газообразными примесями и взвешенными частицами. Повышенное содержание вредных веществ в атмосфере и в воздухе помещений неблагоприятно сказывается на организме человека. В связи с этим важнейшей гигиенической задачей является нормирование их допустимого содержания в воздухе.
Санитарно-гигиеническое состояние воздуха принято оценивать по предельно допустимым концентрациям (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны - это концентрация, которая при ежедневной 8-часовой работе, но не более 41 час в неделю, в продолжение всего рабочего стажа не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья настоящего и последующих поколений. Устанавливают ПДК среднесуточную и максимально разовую (действие до 30 мин в воздухе рабочей зоны). ПДК для одного и того же вещества может быть различной в зависимости от длительности его воздействия на человека.
На пищевых предприятиях основными причинами загрязнение воздуха вредными веществами являются нарушения технологического процесса и аварийные ситуации (канализации, вентиляции и др.).
Гигиеническую опасность в воздухе помещений представляют оксид углерода, аммиак, сероводород, сернистый газ, пыль и др., а также загрязнение воздуха микроорганизмами.
Оксид углерода (СО) - газ без запаха и цвета, попадает в воздух как продукт неполного сгорания жидкого и твердого топлива. Он вызывает острое отравление при концентрации в воздухе 220-500 мг/м3 и хроническое отравление - при постоянном вдыхании концентрации 20-30 мг/м3. Среднесуточная ПДК оксида углерода в атмосферном воздухе - 1 мг/м3, в воздухе рабочей зоны - от 20 до 200 мг/м3 (в зависимости от длительности работы).
Диоксид серы (S02) - наиболее часто встречающаяся примесь атмосферного воздуха, поскольку сера содержится в различных видах топлива. Этот газ обладает общетоксическим действием и вызывает заболевания дыхательных путей. Раздражающее действие газа обнаруживается при концентрации его в воздухе свыше 20 мг/м3. В атмосферном воздухе среднесуточная ПДК диоксида серы - 0,05 мг/м3, в воздухе рабочей зоны - 10 мг/м3.
Сероводород (H2S) - обычно попадает в атмосферный воздух с отходами химических, нефтеперерабатывающих и металлургических заводов, а также образуется и может загрязнять воздух помещений в результате гниения пищевых отходов и белковых продуктов. Сероводород обладает общетоксическим действием и вызывает неприятные ощущения у человека при концентрации 0,04-0,12 мг/м3, а концентрация более 1000 мг/м3 может стать смертельной. В атмосферном воздухе среднесуточная ПДК сероводорода - 0,008 мг/м3, в воздухе рабочей зоны - до 10 мг/м3.
Аммиак (NH3) - накапливается в воздухе закрытых помещений при гниении белковых продуктов, неисправности холодильных установок с аммиачным охлаждением, при авариях канализационных сооружений и др. Токсичен для организма.
Акролеин - продукт разложения жира при тепловой обработке, способен вызывать в производственных условиях аллергические заболевания. ПДК в рабочей зоне - 0,2 мг/м3.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - отмечена их связь с развитием злокачественных новообразований. Наиболее распространенным и наиболее активным из них является 3-4-бенз(а)пирен, который выделяется при сжигании топлива: каменного угля, нефти, бензина, газа. Максимальное количество 3-4-бенз(а)пирена выделяется при сжигании каменного угля, минимальное - при сжигании газа. На пищевых предприятиях источником загрязнения воздуха ПАУ может являться длительное использование перегретого жира. Среднесуточная ПДК циклических ароматических углеводородов в атмосферном воздухе не должна превышать 0,001 мг/м3.
Механические примеси - пыль, частицы почвы, дыма, золы, сажи. Запыленность возрастает при недостаточном озеленении территории, неблагоустроенных подъездных путях, нарушении сбора и вывоза отходов производства, а также при нарушении санитарного режима уборки помещений (сухая или нерегулярная влажная уборка и др.). Кроме того, запыленность помещений увеличивается при нарушениях в устройстве и эксплуатации вентиляции, планировочных решениях (например, при недостаточной изоляции кладовой овощей от производственных цехов и др.).
Воздействие пыли на человека зависит от размеров пылевых частиц и их удельного веса. Наиболее опасны для человека пылинки размером менее 1 мкм в диаметре, т.к. они легко проникают в легкие и могут стать причиной их хронического заболевания (пневмокониоз). Пыль, содержащая примеси ядовитых химических соединений, оказывает на организм токсическое действие.
ПДК сажи и копоти жестко нормируется, ввиду содержания канцерогенных углеводородов (ПАУ): среднесуточная ПДК сажи - 0,05 мг/м3.
В кондитерских цехах большой мощности возможна запыленность воздуха сахарной и мучной пылью. Пыль мучная в виде аэрозолей способна вызывать раздражение дыхательных путей, а также аллергические заболевания. ПДК мучной пыли в рабочей зоне не должна превышать 6 мг/м3. В этих пределах (2-6 мг/м3) регламентируются предельно допустимые концентрации и других видов растительной пыли, содержащей не более 0,2 % соединений кремния.
