2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что поглощает углекислый газ

Выделение растениями углекислого газа и поглощение кислорода — процесс дыхания

Экологическая обстановка в мире давно уже перестала радовать земные экосистемы. Множество заводов, без которых человечеству просто не обойтись, выбрасывают ежегодно в атмосферу около 10 миллиардов тон углекислого газа. Многие относятся к этому скептически, утверждая, что количество диоксида углерода не меняется в экосистеме Земли.

На деле, проблема не столько в превышении количества CO2, сколько в нарушении обмена веществ в экосистеме Земли. До начала промышленной деятельности человека углекислый газ, при взаимодействии с водой выпадал в осадок в виде карбонатов, потом переходил в почву, откуда служил для многих растений и водорослей удобрениями. Но это процесс, растянутый на десятки и сотни лет. Человечество же использует запасы миллионов лет в сокращенные сроки, перерабатывая твердые формы углерода в виде нефти и угля. При сжигании этих ископаемых в механизмах и на заводах происходит выброс диоксида углерода в воздух.

Единственный выход это воспользоваться другим механизмом и размножить флору. Фотосинтез — это естественный механизм, предусмотренный природой для переработки CO2. Сегодня эта система нужна, как никогда ранее. Производство диоксида углерода растет и соизмеримо выбросам должно расти количество лесов, джунглей, парков и искусственных насаждений. Растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород.

Дневное дыхание растений

Дневное дыхание связано с двумя процессами: непосредственно дыханием и фотосинтезом. Процесс дыхания, как и у человека, связан с окислением органических соединений и выделением диоксида углерода, воды и энергии. Вместо человеческих легких выступает вся поверхность растения. Химическая формула, описывающая реакции в процессе дыхания растений:

Любое дерево способно дышать всей поверхностью, даже поверхностью плодов. Но наиболее активно процесс дыхания происходит через устья листа, откуда и попадает по межклеточному пространству большая часть необходимых газов.

Если речь идет о дневном времени суток, то дыхание не столь заметно, как ночью. Поскольку работа растения направлена большей частью на постоянное запасание энергии в виде органических соединений (глюкозы). Попадающий в листья газ, при содействии воды и энергии солнечного света в хлоропластах превращается в глюкозу, которую организм запасает для дальнейшего использования. Собственно дыхание и является этим дальнейшим использованием.

Запасенная глюкоза, с помощью воды и кислорода разлагается на молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), углекислый газ и водород. АТФ – это твердая энергия. Биологический аккумулятор клеток, который обеспечивает энергетическими запасами все живое на планете. Позднее эти запасы будут использованы в жизнедеятельности каждой молекулы организма.

Кажется, что образуется замкнутый круг: фотосинтез происходит с образованием глюкозы и кислорода, но что толку, если потом в результате дыхания растений выделяется диоксид углерода и АТФ. А энергию растения расходуют лично на себя, ничего не оставляя другим. Но весь вопрос в количестве. Далеко не весь кислород, который образуется во время фотосинтеза, поглощается организмом во время дыхания. Растения производят в разы больше, чем поглощают. Может этим они и отличаются от человека. А все энергетические запасы растений рано или поздно переходят в запасы животных или человека. Так растения отдают все свои накопления ради существования экосистемы Земли.

В среднем 1 гектар лесов ежегодно выделяет 4 тонны кислорода и потребляет 5 тонн углекислого газа. Человек в день выдыхает до 1 килограмма диоксида углерода, в год — 365 кг. Следовательно, 1 гектар леса поглощает углекислоту, которую выдыхают 13 человек.

С увеличением процента содержания углекислого газа в атмосфере теоретически можно ускорить рост зеленых насаждений на Земле. Многие исследования показывают, что в условиях теплиц СО2 можно использовать как «воздушное удобрение», ведь иногда при дыхании кислородом растениями поглощается еще и углекислый газ. Но так происходит это только в условиях экспериментов. На открытых пространствах начавшийся рост активизирует насекомых, которые не позволяют лесам и джунглям разрастись. А культурные растения от таких добавок превращаются в легкую добычу для вредителей. Поэтому, чтобы не говорили скептики, нарушение обмена углеродом это плохо.

Ночное дыхание растений

Процесс дыхания растений мало чем отличается от дыхания животных и человека. Есть и ночное дыхание. Это явление было открыто Отто Варбургом в начале XX века. Ночью света нет, а значит нет и энергии для фотосинтеза. Растения перестают вырабатывать O2, но не могут перестать дышать. Кислород поглощается, а углекислый газ все так же продолжает выделяться.

Белки, жиры и углеводы, запасенные в процессе жизнедеятельности днем, благодаря циклу Кресса превращаются в углекислый газ, молекулы АТФ и водород.

АТФ расходуются на дальнейшие нужды, углекислый газ уходит в атмосферу по устьицам, а вот водород окисляется до воды. Растение не может позволить себе сбрасывать водород в атмосферу, поскольку легко может погибнуть от этого, поэтому происходит частичный выброс паров воды. Большая часть организма растения – вода. Она нужна во всех процессах, включая дневное и ночное дыхание. Окисленный водород будет использован вновь в следующих реакциях.

Именно из-за ночного дыхания не рекомендуется ставить цветы в спальнях. Это понижает содержание кислорода в комнате. Что никак не скажется на цветах, но будет чувствительно для человека.

Для дыхания растений существует пороговое значение содержания кислорода. При увеличении содержания О2 в воздухе до 5-8 процентов – интенсивность дыхания у растений скачкообразно растет. Но после это рост практически прекращается. Сейчас кислорода в воздухе около 21 процента. А значит, растениям еще долго не нужно будет о нем беспокоиться.

В природе есть еще одно интересное явление, названное САМ — фотосинтезом. Это явление характерно для пустынных цветов и растений. В вечной погоне за сохранением водных ресурсов, эти растения приспособились к проведению фотосинтеза в ночь.

Водоросли и CO2

Под водорослями понимают все растения, находящиеся под водой и не имеющие корня. Интенсивнее всего, из водорослей, поглощает углекислоту одноклеточные водоросли — фитопланктон. В основном все водоросли дышат растворенным в воде кислородом, за исключением нескольких видов, осуществляющих бескислородный фотосинтез. Те в качестве акцептора электронов при дыхании используют элементную серу.

Фитопланктон обитает в верхних слоях воды, поскольку ему требуется большое количество солнечной энергии для фотосинтеза. При наличии в воде растворенного углекислого газа фитопланктон осуществляет фотосинтезирующий процесс, побочным продуктом которого является кислород. Большим отличием этих водорослей от наземных растений является количество производимого кислорода. За один цикл фотосинтеза фитопланктон производит кислорода в 3-4 раза больше собственного веса. Неудивительно, что при таких показателях 70 процентов атмосферного кислорода произведено в воде.

Фотосинтез

О фотосинтезе уже шла речь в этой статье. Стоит рассмотреть его более подробно. Как уже говорилось ранее, фотосинтез происходит в хлоропластах. За две фазы происходит процесс образования новой молекулы глюкозы, которая после используется в химических процессах растения.

Во время световой фазы используется энергия солнца. Под ее действием вода отдает электрон и распадается на положительно заряженные частицы водорода (Н) и радикалы гидроксида (ОН). После этого оставшиеся частицы ОН образуют воду и кислород, который сразу же удаляется в атмосферу. В хлоропласте остались электроны и положительно заряженные частицы водорода. Эти частицы накапливаются на различных сторонах мембраны тилакоида (одной из частей хлоропластов), из-за разницы концентраций протоны из большей концентрации стремятся проникнуть через мембрану к протонам с меньшей концентрацией. Когда разность потенциалов между ними достигнет 200 миллиВольт, произойдет разряд и молекула АТФ зарядится, а никотинамидадениндинуклеотидфосфат (сокращенно НАДФ) восстановится до НАДФ*Н. Эти два компонента и будут необходимы в темновой фазе фотосинтеза.

В теневой фазе АТФ является аккумулятором, а НАДФ курьером, который доставляет в другую часть хлоропласта протон Н. К тому же растению нужен будет СО2, который послужит основой для будущей молекулы глюкозы. В итоге химических реакций из молекул СО2 и водорода, с помощью энергии из АТФ получается глюкоза С6Н12О6, которая и является первым питательным веществом во всех пищевых цепочках Земли.

Заключение

Хлоропласты — устройство для сбора солнечной энергии возрастом 3 миллиарда лет. Эта микроскопическая солнечная батарея дает жизнь лесам, полям, планктону морей, а также животным включая нас с вами.

Биосфера, работающая на солнечной энергии, собирает и обрабатывает в 6 раз больше энергии, чем вся человеческая цивилизация. Сейчас мы понимаем, как фотосинтез работает на химическом уровне. Мы способны повторить этот процесс лабораторных условиях, но у нас это получается хуже, чем у растений. Неудивительно, ведь природа занималась этим миллиарды лет, а мы только что начали. Но если бы мы смогли раскрыть тайны фотосинтеза, все источники энергии, от которых мы зависим сегодня — уголь, нефть, природный газ ушли в прошлое. Фотосинтез — идеальная экологическая энергия, она не загрязняет воздух, не даёт выбросов углерода. Искусственный фотосинтез в достаточно больших масштабах позволил бы снизить парниковый эффект, ведущий к опасному изменению климата …

Поглощают ли на самом деле растения углекислый газ из атмосферы?

Современная теория фотосинтеза, когда растения добывают углерод из атмосферы, которого в ней 0,01%, говорит о том, что на планете нет ни одного ученого, ни одного инженера, и вообще ни одного мыслящего человека.

Растения играют очень важную роль в жизни человека, поэтому остановимся на теории фотосинтеза подробнее. Теория фотосинтеза полностью противоречит практике.

Я упаковал комнатное растение в прозрачный полиэтиленовый пакет. От баллона с углекислым газом провел трубочку и настроил небольшой расход углекислого газа в пакет с растением. Другое такое же комнатное растение росло, как обычно.


Растение в Углекислотной атмосфере

В течение двух месяцев я не обнаружил никакой разницы в развитии опытного и контрольного растений. Тогда было принято решение ускорить изучение влияния атмосферы на жизнь растений, а именно, попытаться «задушить» растение, лишив его листья контакта с углекислым газом и кислородом. Для этого я заменил баллон с углекислым газом на баллон с азотом.


Растение в Азотной атмосфере

Продул пакет азотом и настроил небольшой расход азота через пакет с растением на улицу. Растение, лишенное веществ, необходимых для жизнедеятельности, должно было быстро погибнуть, однако оно продолжало нормально жить и развиваться. Видимо, растения не знакомы с теорией фотосинтеза.

Когда закончился азот, я накрыл растение пятилитровой стеклянной банкой с целью перекрыть доступ атмосферного углекислого газа к листьям.


Растение в “изолированной” атмосфере

В среднем на 1м2 листовой площади растение накапливает за 1 час 1-2г. сухого вещества или 0,45-0,9г. углерода (45%). Один кубометр воздуха содержит 0,15г. углерода (0,01%). Листовая площадь подопытного цветка составляет

1/16 м2. Такому растению каждый час необходимо получать количество углерода, находящегося в 250 литрах воздуха, а поскольку объем банки всего 5 литров, то минуты жизни цветка были сочтены. Однако, как Вы уже догадались, цветок нормально развивается в банке, не обращая внимания на отсутствие углекислого газа.

Попытка «утопить» растение так же закончилась неудачей.


Растение погруженное в воду

Несколько дней растение благополучно росло на свету, погруженное в воду, при этом было видно, как выделяются пузырьки газа. Затем его вытащили из воды, и несколько дней оно было на воздухе, потом снова погрузили в воду и так несколько раз. В результате такого купания растение не «захлебнулось», а наоборот, стало выглядеть лучше, чем до опыта.

Читать еще:  Можно ли заряжать автомобильный аккумулятор дома

Одновременно с опытами я выяснял, что написано в научной литературе по фотосинтезу. И обнаружил поразительные факты:

1. Понятия «воздушное питание растений» и «дыхание растений» существуют только в теоретической научной литературе и в учебниках. В практическом сельскохозяйственном производстве таких понятий нет. Так же как нет технологий, операций, мероприятий, техники и приспособлений, обеспечивающих воздушное питание и дыхание растений.

2. Ни в каком языке мира не существует слов, обозначающих углеродное, углекислотное или кислородное голодание растений. Не описано ни одного случая угнетения или гибели растений из-за отсутствия углекислого газа или кислорода.

3. Не проводились и не проводятся опыты, доказывающие или опровергающие теорию воздушного питания и дыхания растений.

4. Описания фотосинтеза содержат ложные утверждения. Например, ученые пишут «…воздух проходит через устьица и поднимается в верхнюю часть листа…». В действительности этого нет. Днем листья выделяют кислород и углекислый газ, ночью – углекислый газ. Азот не выделяется из листьев ни днем, ни ночью. Растения не усваивают азот из воздуха, он поступает к растениям только из почвы. То есть воздух, который на 80% состоит из азота, не попадает внутрь листьев, иначе из листьев выделялся бы азот. Кроме того, листья находятся под постоянным давлением выше атмосферного, в том числе их губчатая часть, таким способом растения поддерживают форму листьев и их место в кроне. Поэтому, чтобы воздух попал в верхнюю часть листа, там нужно создать разряжение, для этого нужны органы дыхания и мышцы. Ничего этого листья не имеют.

Воздушного питания и дыхания растений не существует. Одной теории фотосинтеза достаточно для утверждения, что наука – это мракобесие, “опиум для народа”. Жители Вселенной (не инопланетяне) строят познание мира на других принципах, по другой схеме, чем наша наука.

Примеры научных глупостей неистощимы, наука целиком состоит из глупостей, и эта ситуация совершенно объективная. Человек не может познать мир, настолько «хитро» он устроен.

Что такое CO2

Что такое диоксид углерода

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе: естественные источники

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

  • Дыхание животных и растений.
    Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
  • Вулканическая деятельность.
    Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
  • Разложение органических веществ.
    Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Искусственные источники углекислого газа

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

  • промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
  • автомобильный транспорт.

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

Углекислый газ в организме человека

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.

Углекислый газ и мы: чем опасен СO2

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.

Океаны с трудом справляются с поглощением антропогенного углекислого газа из атмосферы

Углекислый газ постоянно поступает в атмосферу и выводится из нее разными способами. Океаны (наряду с лесами) — одни из важнейших нейтрализаторов СО2, поглощающие значительную его часть. При этом увеличивается кислотность воды, что негативно влияет на жизнедеятельность морских организмов, а также истощаются запасы минерального карбоната кальция, необходимого для нейтрализации СО2. Ученые из США и Канады построили модель, описывающую эти процессы, чтобы узнать, насколько силен антропогенный вклад в закисление океанов. По их оценкам, сразу в нескольких зонах Атлантического, Индийского и Тихого океанов этот вклад составляет от 40 до 100%, а максимальная глубина, на которой еще происходят реакции нейтрализации, уменьшилась на 300 метров.

Рис. 1. Фотография нормального (не окисленного) морского дна, покрытого белоснежными карбонатными осадками. Фото с сайта pekatron.gallery.ru

Пассивное поглощение поверхностью океана углекислого газа (СО2) — это естественный процесс, постоянно происходящий в земной атмосфере. Волны перемешивают верхние слои воды, и за счет этого океан, как губка, впитывает из атмосферы излишки углекислоты, которая нейтрализуется по мере погружения в придонные слои. Однако если в воды океана попадает слишком много углекислого газа, это нарушает кислотно-щелочной баланс океанских вод: их кислотность увеличивается (то есть снижается показатель pH). В таком случае ученые говорят о закислении океана. В последние десятилетия этот процесс стал особенно активным, что связано главным образом с деятельностью человека (и является одним из антропогенных факторов климатических изменений).

Читать еще:  Расчет эвольвенты зубчатого колеса

Антропогенные выбросы СО2 — основная причина потепления климата

Среднегодовая температура по планете повышается год от года. Это видно как на основе прямых наблюдений (наземные и судовые наблюдения, наблюдения на роботизированных буях и глайдерах на поверхности и в толще океана, на поверхности льда, аэрологические наблюдения в толще атмосферы, спутниковые наблюдения, наблюдения с помощью радаров и некоторые другие виды наблюдений), так и по данным численного моделирования. Все имеющиеся данные раз в 5–6 лет обобщаются в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата. При этом рост температур, не связанный ни с какими природными причинами (энергия Солнца, вулканические извержения, естественные циклы климатических изменений), начался на рубеже 1950–1960-х годов (рис. A).

Рис. A. а) — график изменения глобальных температур; красным показаны данные моделирования с учетом антропогенного фактора; черным —реальные наблюдения. b) — изменение глобальных температур без учета антропогенного фактора (синяя кривая), черным показаны реальные наблюдения). Графики из доклада Climate Change 2007: The Physical Science Basis

С этого же времени наблюдается активный рост содержания СО2 в атмосфере (рис. B, слева). То, что этот рост не укладывается ни в какие природные циклы, видно из графика, приведенного справа на рис. B. Именно антропогенные выбросы СО2 считаются на сегодняшний день главной причиной глобального потепления.

Рис. B. Слева — концентрация углекислого газа в атмосфере по данным прямых наблюдений на станции Мауна-Лоа (Гавайи). Из графика видно, что концентрация СО2 в атмосфере за время наблюдений выросла с 315 ppm (частиц на миллион) в 1958 году до 407–408 ppm в 2018 году. Справа — Концентрация углекислого газа в атмосфере по данным палеореконструкций на основе анализа ледяного керна (до 1958 года) и прямых наблюдений на станции Мауна-Лоа. Видно, что современная концентрация СО2 в атмосфере существенно выше естественных колебаний с учетом всех природных циклов. Графики с сайта scripps.ucsd.edu

Если в верхних слоях океана перемешивание воды происходит весьма активно, то на глубине этот процесс идет значительно медленнее. Поэтому, чтобы захваченная из атмосферы углекислота достигла дна океана, требуются сотни (а для больших глубин — и тысячи) лет. Достигнув дна, она вступает в реакцию, которая в геохимии называется «карбонатной компенсацией»:

В процессе этой реакции поступающий в океан CO2 (в том числе и антропогенный) переходит в растворимые ионы бикарбоната HCO3− и таким образом нейтрализуется. Но чтобы эта реакция происходила непрерывно, на дне должно быть достаточное количество минерального карбоната кальция (CaCO3), который при этой реакции растворяется. Присутствует он там главным образом в виде кальцита, которым сложены обломки раковин и кораллов, устилающих дно океана.

На большой глубине карбонат кальция в минеральной форме отлагаться не может, так как с увеличением давления увеличиваются и растворимость кальцита, и скорость реакции карбонатной компенсации. Образование раковин и кораллов происходит в верхних слоях океана, пересыщенных CaCO3. После смерти организмов кальцитовые раковины и оболочки опускаются (или сносятся течениями) на глубину, где на глубине ниже линии насыщения кальцита (calcite saturation depth, CSD, см.: Лизоклин), начинается их растворение в ходе реакции карбонатной компенсации. Глубина, где темпы образования кальцитовых раковин и кораллов примерно уравновешиваются реакцией растворения, называется глубиной компенсации кальцита (calcite compensation depth, CCD) или глубиной карбонатной компенсации. Ниже линии CCD кальцит в донных отложениях отсутствует.

По мере роста закисления верхних слоев океана, граница CCD начинает перемещаться все выше, и в самом крайнем случае может достичь поверхности. Тогда отложение кальцита (а значит и образование раковин морских организмов и кораллов) полностью прекратится. Такой период уже был в геологической истории во время так называемого палеоцен-эоценового термического максимума (примерно 56 млн лет назад): средняя температура воды Мирового океана тогда была лишь на 1,5°С выше современных значений, а все закончилось глобальной экологической катастрофой. В океанических осадочных породах этот период оставил след в виде слоя коричневой «грязи» (в то время как донные отложения обычно белоснежно-белые, так как сложены главным образом карбонатным материалом) с белыми вкраплениями окаменелых скелетов вымерших планктонных организмов, моллюсков, ракообразных и рыб. Согласно данным, приведенным в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change), за последние 100 лет антропогенное воздействие уменьшило pH океана на 0,1 единицы (что в десять раз превышает скорость закисления океана, происходившего 56 млн лет назад), а 2100 году pH Мирового океана упадет еще на 0,2 единицы.

Насколько сегодняшняя ситуация является на самом деле критической, и насколько антропогенное воздействие затронуло систему глубокого морского дна, отвечающую за нейтрализацию атмосферного CO2, решили выяснить ученые из США и Канады. Для этого они построили цифровую модель современного положения границы CCD в разных частях Мирового океана (рис. 2).

Рис. 2. Результат моделирования глубины границы CCD в разных частях современного океана. Серым показаны участки, где граница CCD проходит ниже уровня дна океана. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Полностью сохраняют свою функцию в плане компенсации атмосферного CO2 участки, отмеченные на рис. 2 серым цветом. Для всех остальных участков компенсаторная способность ограничена, особенно сильно — для участков, отмеченных желтым и оранжевым (граница ССD здесь расположена в интервале глубин 3,5–4,5 км от поверхности).

При построении модели использовались данные по содержаниям химических веществ на различных глубинах, придонным течениям и концентрации CaCO3 в глубоководных отложениях. Оценки скорости океанических придонных течений были получены на основе модели океана высокого разрешения (D. S. Trossman et al., 2016. Impact of topographic internal lee wave drag on an eddying global ocean model), разработанной под руководством Дэвида Троссмана и Брайана Арбика — соавторов обсуждаемой статьи. Не имея достаточного количества данных о содержаниях CaCO3 в донных осадках дна всего океана, исследователи создали в лаборатории микросреду, воспроизводящую глубинные донные течения, температуру и химический состав морской воды, а также состав осадков. Эти эксперименты помогли им понять, что управляет растворением кальцита в морских отложениях, и позволили определить скорость его растворения в зависимости от различных переменных окружающей среды.

Чтобы понять, как менялась со временем глубина расположения границ CSD и CCD, и какую роль в этом играл именно антропогенный СО2, авторы на основе моделирования построили карту темпов растворения придонного кальцита в доиндустриальную эпоху и в наше время, и сравнили их между собой (рис. 3).

Рис. 3. Географическое распределение темпов растворения кальцита (в моль/м2 в год) на глубине ниже 300 м и влияние антропогенного фактора. Показаны доиндустриальный (А) и современный (В) темпы растворения кальцита, а также разница между ними (С). Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Результаты моделирования показали, что деятельность человека уже сегодня существенно влияет на химические процессы в океане. По подсчетам авторов во многих регионах Мирового океана вклад антропогенного СО2 в смещение границ CSD и CCD и, соответственно, снижение компенсаторной способности глубинных реакций, составляет более 40%, а на северо-западе Атлантики достигает 100%. В этих местах глубина компенсации кальцита поднялась в постиндустриальный период приблизительно на 300 м. Повышенное растворение CaCO3 также было выявлено на юге Атлантики, Индийского и Тихого океанов, где из-за активных глубинных течений глубинные воды больше подвержены перемешиванию по сравнению с придонными водами других частей Мирового океана, и, следовательно, эти воды богаты антропогенным СО2. Здесь происходит активное некомпенсированное растворение карбонатных минералов. В течение ближайших десятков-сотен лет огромные площади морского дна в этих районах утратят свой белоснежно-белый вид, обусловленный массой накопившихся на дне карбонатных осадков, и станут грязно-бурыми. Как говорят авторы, «антропоцен наступит и на дне океана».

Авторы считают, что то, что они видят сегодня, является лишь началом масштабного процесса окисления морского дна, причиной которого является рост в атмосфере Земли антропогенного CO2. Большая часть его еще не достигла морского дна, а природная компенсаторная система океана уже начала давать сбой, так как углекислый газ сегодня выбрасывается в атмосферу гораздо более быстрыми темпами, чем он нейтрализуется в океане.

Источник: Olivier Sulpis, Bernard P. Boudreau, Alfonso Mucci, Chris Jenkins, David S. Trossman, Brian K. Arbic, Robert M. Key. Current CaCO3 dissolution at the seafloor caused by anthropogenic CO2 // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. DOI: 10.1073/pnas.1804250115.

Что растения поглощают из воздуха и из почвы?

Все живые организмы для существования должны питаться, в том числе и растение. Оно дышит, растет, удаляет ненужные вещества, размножается. Живой организм — это биосистема. Но что поглощают растения из почвы и воздуха?

Воздушное питание

Растения поглощают из воздуха требуемые элементы. Но самым главным процессом, который позволяет образовывать органические вещества, является фотосинтез. Для этого используется солнечная энергия, которая взаимодействует с хлорофиллом, содержащимся в зеленых листьях. Происходит химическая реакция. Растения поглощают углекислый газ и воду для синтеза углеводов. Впоследствии выделяется кислород, который необходим для жизнедеятельности многих существ на Земле.

Далее в растениях образуются сложные углеводы и органические связи. Минеральные соединения азота способствуют синтезу белков, аминокислот. Для этого используется энергия, которая появляется из-за связей АТФ при фотосинтезе.

Для фотосинтеза большинство углекислота растения поглощают из воздуха, а 5 % получают через корни. С помощью листьев усваивается и сера, и азот. Но большая часть этих элементов поступает из почвы.

Корневое питание

Много требуемых для существования элементов растения поглощают из почвы. Азот и зональные элементы поступают благодаря катионам и анионам. Лишь бобовые растения имеют способность усваивать атмосферный азот на молекулярной основе. Существует ряд элементов, которые поглощают растительные живые организмы:

Поглотительная способность корневой системы растений

Различные растения отличаются по мощности корневой системы. Корень растет у самого кончика, который защищает корневой чехлик. От него на расстоянии 1-3 мм растут корневые волоски. С их помощью осуществляется движение воды от корня до части растения, которое растет над землей. Кроме того, с их помощью поглощаются и другие элементы.

Корневые волоски — это тонкие выросты наружных клеток. Их очень много, может быть сотни, а то и тысячи. От этого зависит поглотительная способность растения.

Поглощение питательных веществ

Благодаря минеральному питанию по растениям передвигаются необходимые элементы. В почве образовываются питательные соли, они растворяются, распадаются на ионы. При дыхании зеленое растение поглощает их через корни, выделяет при этом углерод. После этого происходят обменные процессы. Это первый этап питания, с помощью которого поверхность корня насыщается питательными солями.

Передвижение и превращение солей

После того как корни получили питательные соли, происходит их передвижение и превращение в необходимые вещества. При этом выделяется энергия. Таким образом создаются необходимые условия для дыхания корней. Если аэрация почвы хорошая, то происходит должное обеспечение кислородом. Влияет на жизнедеятельность растения и соответствующая температура, наличие ядов в почве.

Все минеральные и органические вещества, которые образовались, двигаются к листьям.

Таким образом, поступление ионов веществ к растению проходит в 3 этапа:

  • изменение ионов из твердой формы, передвижение к поверхности корней;
  • проникновение в корни;
  • движение их в органы растения, которые находятся над землей.
Читать еще:  Саипа 165 ресанта характеристики

Углекислый газ и растения

При дыхании зеленое растение поглощает углекислый газ, из которого получает углерод. Этот элемент просто необходим ему для существования.

Кроме воздуха, углекислый газ содержится в почве. Поэтому многие садоводы удобряют грунт специальными органическими и минеральными растворами.

Еще одним источником этого жизненно необходимого элемента являются живые существа. Они выделяют его при дыхании. Из-за этого его количество увеличивается в воздухе, а растения благодаря этому развиваются, плодоносят.

Кстати, в теплицах содержится небольшое количество углекислого газа, поэтому ставятся бочки, куда заливается раствор птичьего помета или бродящего коровяка. От этого содержание требуемого элемента увеличивается. А в открытом грунте используются удобрения.

Роль почвы в жизни растений

Почва — это верхний слой планеты. С ее помощью растения развиваются и дают плоды. Она появляется от взаимодействия живых организмов с горными породами и веществами, что появляются от их разрушения. Почва содержит минеральные частицы, минеральные соли, органические вещества и воздух. Из-за того, что раскладываются отмершие остатки живых организмов, появляется органическая почва. Ее называют гумусом.

Рост и развитие растений зависит от количества воды в почве. Зеленые жители планеты поглощают это вещество в растворенном виде. Из-за этого некоторые растения не выживают в засушливой местности. Но и обильная влага может уничтожить их, от этого происходит загнивание, корни отмирают.

Воздух тоже имеет большое значение в жизнедеятельности растения. В почве его наличие обязательно. И вода, и воздух лучше проникают в разрыхленную поверхность грунта. Поэтому на огородах несколько раз в году разрыхляют почву. От этого посев лучше развивается и плодоносит.

Роль питания

Растения поглощают из воздуха необходимые элементы, чтобы обеспечить такие процессы:

  • жизнедеятельность;
  • рост органов;
  • запас веществ;
  • появление плодов и семян.

От недостатка требуемых элементов растение медленнее развивается. При резком дефиците продуктов питания рост растительного организма прекращается. Но избыток любых элементов также способен нанести вред.

Зачастую люди, которые выращивают урожай, создают необходимые условия почвы с помощью удобрений (это обеспечивает хороший рост и развитие растений). Также регулируют воздушное питание.

Многих интересует, какое растение поглощает кислород. Их на самом деле огромное множество. Благодаря солнечному свету происходит фотосинтез, поглощается углекислый газ, а вот в темноте растения дышат кислородом.

Охрана почв

Люди разрушающим образом влияют на природу, уничтожают леса, строят водохранилища, снижают плодородие почв неверным орошением. В результате этого растения не могут существовать, потому что соли в больших количествах нарушают их развитие.

Из-за засоления и других явлений земли, местности, которые могли приносить плоды, уменьшаются. А вот пустыни увеличивают свои площади. За последние 20 лет их стало больше на 100 млн гектаров. Если так будет продолжаться, то со временем на планете земли не смогут быть использованы для сельского хозяйства.

Для того, чтобы сохранить почву, требуется предпринимать меры по предотвращению засоления. Нужно обрабатывать землю без вреда для нее, правильно ее удобрять, не стоит применять ядохимикаты. Для борьбы с вредителями существуют аналоги, которые не вредят биологической среде.

Для сохранности верхнего слоя почвы от ветра нужно делать полезащитные лесополосы. Они позволят влаге удерживаться на полях.

Спектр излучения, поглощаемый растениями

Какой спектр излучения поглощают растения? Благодаря растительным организмам происходит фотосинтез, выделяется энергия, необходимая для их существования. При этом используется солнечное освещение. Поглощает его хлорофилл в красном и синем участках спектра.

Кроме фотосинтеза, в растении происходят и другие процессы. На них влияет свет разных участков спектра. Быстрое и медленное развитие растения зависит от чередования темного или светлого времени суток. Красные участки спектра влияют за развитие корней, цветение, появление и созревание плодов. Поэтому в теплицы помещают натриевые лампы, которые излучают красную зону спектра. А вот синяя область влияет на рост листьев и самого растения. Если этого участка будет недостаточно, то саженец будет тянуться вверх в поисках нужного света.

Поэтому человеку, который выращивает растения, следует устанавливать лампы, которые излучают красные и синие цвета. Разные производители специально для садоводства выпускают такие освещающие приборы.

Итак, для развития, роста, плодотворности растению нужно питание. Оно осуществляет его с помощью почвы и воздуха. От недостатка какого-то элемента, неподходящих условий развитие растения будет замедляться.

Что поглощает углекислый газ

Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Биологические

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.

Применение

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (

65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.

Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада. Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород который в свою очередь и входит в заимодействие с жидким металом окисляя его. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в качестве хладагента в ледниках и морозильных установках.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO2 в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.

Концентрация

  • Подземное животное голый землекоп отличается терпимостью к большим (смертельным для других животных) концентрациям углекислого газа. [1]

Примечания

  1. А. Шиндер. Животное, не чувствующее боли. 2000-Аспекты-Проблемы № 26(420), 27 июня-3 июля 2008

См. также

Ссылки

Климат, КлиматологияИзменение климатаПалеоклиматология • Эль-Ниньо • Геохимический цикл углерода • Протерозойское оледенение, Ледниковый период, Малый ледниковый период • Термальный максимум (Позднепалеоценовый термальный максимум, Последний ледниковый максимум) • ЛедникиГлобальное потеплениеВырубка лесов • Противодействие изменению климата • Глобальная климатическая модель • Глобальное похолодание • Глобальное затемнение • Озоновая дыра • Парниковый эффект • Диоксид углерода • Парниковые газы • Межправительственная группа экспертов по изменению климата • Рамочная конвенция ООН об изменении климата (Киотский протокол) • Пик нефти • Возобновляемая энергия • Температурный тренд • Повышение уровня моря • Копенгагенский консенус

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Диоксид углерода» в других словарях:

ДИОКСИД УГЛЕРОДА — (син. углекислый газ, Д.у.) СО2, продукт окисления соединений, содержащих углерод. Д.у. образуется при дыхании организмов и при сжигании топлива, содержащего углерод, а также при извержении вулканов и выветривании карбонатных горных пород. При… … Экологический словарь

Диоксид углерода — (двуокись углерода, углекислый газ CO2) бесцветный газ, имеющий кисловатый запах; тяжелее воздуха; продукт полного сгорания углерода. В промышленности получают обжигом известняка при 900 1300°C. Применяют в производстве соды, сахара, пива,… … Российская энциклопедия по охране труда

диоксид углерода — (Е290) – бесцветный газ с кисловатым вкусом. Для промышленных нужд получают при обработке известняка кислотой. Используется для производства газированных напитков и в системах охлаждения холодильников. Жидкой углекислотой заправляют огнетушители … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

диоксид углерода — — [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN carbon diox >Справочник технического переводчика

Диоксид углерода — двуокись углерода, угольный ангидрид, углекислый газ, СO2 бесцветный газ, плотность 1,98 кг/м3. При 20° С в 1 л H20 растворяется 0,88 л СO2. При 78,5° С превращается в белое снегообразное вещество (сухой лед). Жидкий СO2 получают при давлении 6… … Энциклопедический словарь по металлургии

ДИОКСИД УГЛЕРОДА — двуокись углерода, угольный ангидрид, углекислый газ, СO2 бесцветный газ, плотность 1,98 кг/м3. При 20° С в 1 л Н2O растворяется 0,88 л СО2. При 78,5° С превращается в белое снегообразное вещество (сухой лед). Жидкий СO2 получают при… … Металлургический словарь

диоксид углерода из карбонатов угля — Ндп. углекислота карбонатов Диоксид углерода, выделяющийся из карбонатов, содержащихся в минеральной массе угля, при обработке кислотами в установленных стандартом условиях. [ГОСТ 17070 87] Недопустимые, нерекомендуемые углекислота карбонатов… … Справочник технического переводчика

диоксид углерода в сверхкритическом состоянии — Состояние, при котором углекислый газ взаимодействует с молекулами воды [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN supercritical carbon diox >Справочник технического переводчика

Диоксид углерода из карбонатов угля — 92. Диоксид углерода из карбонатов угля Ндп. Углекислота карбонатов D. Karbonat Kohlendioxyd Е. Carbon diox >Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector