Основные поглотители и источники углекислого газа в атмосфере нашей планеты. Кто выбрасывает в атмосферу больше углекислого газа – человек или природа? Что такое диоксид углерода

Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Из-за вредных выбросов в мире к концу 2017 году будет произведен 41 миллиард тонн углекислого газа

В 2017 году прогнозируется первый за четыре года рост мировых выбросов углекислого газа. Главной причиной ученые считают интенсивное потребление угля в Китае, который переживает бурный экономический рост.

Ученые пока не могут сказать определенно, будет ли это повышение количества выбросов разовым, или с 2017 года начнется новая фаза роста.

По словам ученых, планета должна пройти пик до 2020 года, чтобы снизить риск глобального потепления в ближайшем столетии.

Организация Global Carbon Project с 2006 года анализирует и публикует данные о динамике выбросов углекислого газа.

Количество выбросов росло примерно на 3% в год, но затем с 2014 по 2016 год либо снижалось, либо оставалось на том же уровне.

Согласно последним данным, в 2017 году деятельность человека привела к тому, что выбросы по всему миру увеличились на 2%.

Пока нет данных о точном количестве выбросов, но все исследователи сходятся на том, что их количество растет.

"Уровень выбросов CO2 по всему миру демонстрирует уверенный рост после трех лет стабильности. Это очень печально", - говорит руководитель исследовательской группы, профессор Корин Ле Квере из Университета Восточной Англии.

"Деятельность человека приводит к тому, что к концу 2017 году будет произведен 41 миллиард тонн углекислого газа. У нас почти не остается времени, чтобы удерживать ежегодное глобальное потепление на уровне двух градусов Цельсия, не говоря уже о полутора градусах", - продолжает она.

Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Активное использование угля привело к тому, что количество углекислого газа в атмосфере впервые за четыре года начало расти

Важнейшую роль в текущем повышении играет Китай. На его долю приходится 28% мировых выбросов. Из-за интенсивного использования угля уровень выбросов в стране вырос на 3,5% в 2017 году.

Еще одна причина заключается в том, что в китайских реках падает уровень воды. Из-за этого снижается количество энергии, которые вырабатывают гидроэлектростанции. Чтобы ликвидировать разницу, страна замещает недостаток энергии за счет использования газа и угля.

Выбросы, которые производит США, продолжают снижаться, но не так интенсивно, как ожидалось изначально.

Из-за повышения цен на природный газ и электричество их потребление упало или было частично заменено возобновляемыми источниками энергии.

Потребление угля в США также выросло в этом году, но незначительно - всего на полпроцента.

По прогнозам, выбросы, которые производит Индия, в этом году вырастут на 2%. Это существенно ниже, чем за последнее десятилетие, в течение которого средний рост ежегодно составлял около 6%.

Тем не менее, эксперты уверены, что это может оказаться временным колебанием, вызванным несколькими факторами, затрудняющими использование нефти и цемента в стране.

Пора действовать

В Европе снижение также идет медленнее, чем прогнозировалось. В 2017 году падение составило только 0,2% при среднем показателе 2,2% за десять лет.

По словам профессора Ле Квере, самой острой темой по всему миру остается использование газа и нефти.

"Потребление угля то повышается, то снижается, при этом в использовании газа и нефти нет заметных изменений. И это достаточно тревожно", - объясняет она.

Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Ученые призывают не дожидаться вступления в силу Парижского соглашения, а менять в первую очередь национальную политику в области климата

Доклад ее исследовательской группы был представлен на Конференции ООН в Бонне, где обсуждаются будущие положения Парижского соглашения.

Ученые, которые работали над исследованием, утверждают, что необходимо действовать быстрее.

"Огромное количество дипломатов пытаются выработать новые правила. Но все это довольно бессмысленно, пока они не отправятся в свои страны и не предпримут решительные меры в климатической политике. Это самое слабое место сейчас", - говорит доктор Глен Питерс из Центра международных климатических исследований в Норвегии.

"Страны должны активнее развивать климатическую политику, но все, напротив, движется назад", - продолжает он.

Доклад, скорее всего, вызовет еще большее напряжение между развивающимися и развитыми странами.

Все больше недовольства вызывает тот факт, что основное внимание уделяется мерам, которые будут приняты в рамках Парижского соглашения в будущем. До этого момента не предусмотрено практически ничего.

Развивающиеся страны ожидают, что их развитие партнеры ужесточат ограничения выбросов углекислого газа в течение следующих трех лет.

"Климат не позволит нам ждать до 2020 года, когда Парижское соглашение вступит в силу", - говорит представитель Никарагуа Пол Оквист.

"Изменения климата происходят прямо сейчас, и важно, чтобы сокращение выбросов стало главной темой обсуждения на этом саммите", - заключает он.

Вызвала в комментариях ожесточенный спор на тему, является ли человеческая цивилизация основным источником парниковых газов на планете. Уважаемый dims12 привел интересную ссылку , где говорится, что вулканы выбрасывают в 100-500 раз меньше углекислого газа, чем современная цивилизация:

В ответ на это, уважаемый vladimir000 привел свой . В результате него он получил, что выбросы СО2 человеческой цивилизацией гораздо меньше: около 600 миллионов тонн:

Что-то у вас порядок цифр странный. Поиск дает суммарную мощность всех электростанций Земли 2*10^12 ватт, то есть, предположив, что все они работают на ископаемом топливе круглый год, получаем примерно 2*10^16 ватт-час годового потребления, то есть 6*10^15 КДжоулей.

Опять же, поиск дает удельную теплоту сгорания первые десятки тысяч КДжоулей на килограмм ископаемого топлива. Примем для простоты 10000, и примем, что все переработанное топливо улетает в трубу без остатка.

Тогда, чтобы полностью покрыть потребности человечества в энергии, получается, достаточно сжигать 6*10^15 / 10^4 килограмм углерода в год, то есть 6*10^8 тонн. 600 мегатонн в год. Учитывая, что существуют еще атомные, гидро и прочие возобновляемые станции, не вижу за счет чего, итоговое потребление увеличится в 500 раз.

Разница получилась огромная - 500 раз. Но при этом я не совсем понял, откуда получилась эта 500-кратная разница. Если разделить 29 миллиардов тонн на 600 миллионов тонн, то будет разница в 50 раз. С другой стороны, эта разница, вероятно, связана с не 100% КПД электростанцией, и с тем фактом, что ископаемое топливо потребляют не только электростанции, но и для транспорта, обогрева жилищ или производства цемента.

Поэтому можно точнее произвести этот расчет. Для этого просто используем следующую цитату : "при сжигании угля в размере одной тонны условного топлива потребляется 2,3 тонны кислорода и выбрасывается 2,76 тонны углекислого газа, а при сжигании природного газа выбрасывается 1,62 тонны углекислого газа, а потребляется все те же 2,35 тонны кислорода ".

Сколько сейчас человечество потребляет условного топлива в год? Такая статистика приводится в отчетах компании BP . Около 13 миллиардов тонн условного топлива. Тем самым человечество выбрасывает в атмосферу порядка 26 миллиардов тонн углекислого газа. Более того, в тех же данных приводится подробная статистика по выбросам СО2 за каждый год. Из неё следует, что эти выбросы постоянно растут:

В тоже время, только половина этих выбросов попадает в атмосферу. Другая половина

Мировые выбросы углекислого газа в прошлом году достигли рекордных значений. Как говорится в докладе Международного энергетического агентства (МЭА), в 2018-м они составили 33 млрд тонн.

“В связи с повышением спроса на энергоресурсы в 2018 году глобальные выбросы CO2, связанные с энергетикой, выросли на 1,7% по сравнению с прошлым годом до исторического максимума в 33,1 Гт CO2, – отмечают авторы исследования. – 85% увеличения выбросов пришлось на Китай, Индию и США, в то время как в Германии, Японии, Мексике, Франции и Великобритании они сократились”.

Значительный рост спроса на энергоресурсы стал “для многих неожиданностью” и еще более затруднил достижение странами целей, связанных с глобальным климатом, заявил в этой связи глава МЭА Фатих Бироль.

“Мы наблюдаем необычайный рост мирового спроса на энергоресурсы, который увеличивается самыми быстрыми темпами в нынешнем десятилетии”, – приводит слова Бирола газета The Financial Times. В то же время, по его мнению, вряд ли можно ожидать таких же темпов роста спроса на энергоресурсы в 2019 году.

Однако выбросы CO2 – это только часть проблемы. Согласно более раннему докладу МЭА, добыча нефти и газа, несмотря на принимаемые нефтекомпаниями активные меры, дает очень значимую часть мировых выбросов метана.

В частности, на деятельность, связанную с добычей, транспортировкой, переработкой и потреблением углеводородов приходится 13% эмиссии метана во всем мире. Утечки происходят на всех этапах производственного цикла, причем мировые нефтегазовые компании пока не в состоянии точно измерить объем этих утечек.

В целом же на деятельность человека приходится 60% глобальной эмиссии метана, остальные 40% – естественной просачивание газа из глубинных слоев почвы, болотные выбросы, продукты жизнедеятельности животных и гниение погибшей растительности.

Любопытно, однако, что американское аэрокосмическое агентство NASA оценивает ситуацию иначе. В начале прошлого года агентство обнародовало результаты нового исследования, согласно которому серьезный рост концентрации метана в атмосфере в последние годы нельзя списывать на скотоводство и испарения растущих «мерзлотных» болот.

Более половины эмиссии этого парникового газа – на совести мировой топливной индустрии. В итоговом докладе, опубликованном в журнале Nature Communications отмечается, что средний объем ежегодных выбросов метана составляет сейчас от 12 до 19 млн тонн в год.

Ранее такой разброс объяснялся колебаниями численности крупного рогатого скота, особенно, коров – одного из основных эмитентов метана, и также постепенным таянием вечной мерзлоты, приводящим к образованию больших болот, насыщенных этим газом.

Однако спутниковые исследования NASA показали, что выбросы метана от производства и использования углеводородов и угля повышаются быстрее, чем ранее считали. Так, например, эмиссия нефтедобывающей промышленности канадской Альберты оказалась на 25-50% выше, чем более ранние оценки.

Закончился 2018 год и по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований в начале 2019 года средний уровень углекислого газа в атмосфере земли находится на уровне 409 ppm.

На графике показана среднесуточная концентрация CO 2 в четырех базовых обсерваториях Отдела глобального мониторинга; Барроу, Аляска (синим цветом ), Мауна-Лоа, Гавайи (красным цветом ), Американское Самоа (зеленым цветом ) и Южный полюс Антарктиды (желтым цветом ). Толстая черная линия представляет среднее значение сглаженных, не сезонных кривых для каждой записи. Эта линия тренда является очень хорошей оценкой глобальных средних уровней CO 2 . Тренд графика является восходящим, а это значит, что в 2019 году мы увидим новую вершину значений концентрации диоксида углерода на планете.

Итоги 2018 по диоксиду углерода

Сайт Global Carbon Budget (Глобальный углеродный бюджет) сделал инфографики оборота CO 2 в атмосфере земли на конец 2018 года.

Согласно предоставленной информации глобальные выбросы CO 2 в 2018 году составили порядка 37,1 Гигатонн диоксида углерода. Это приблизительно на 2,7% больше чем в прошлом году. Есть небольшая вариативность значений от 1,8% до 3,7%, связанна она со сложными подсчетами глобального оборота углекислоты в атмосфере земли.

Какие страны выбрасывают больше всего CO 2 ?

Стоит заметить существенную тенденцию к увеличению выбросов, начиная с 1960 года. Более детально были рассмотрены . Мы же с вами рассмотрим список основных стран — поставщиков этого газа в воздух нашей планеты.

В 1960 году, как и следовало ожидать, лидирующие позиции занимали США, Россия и Германия. Здесь есть небольшой нюанс – указана только Россия без стран, которые входили в состав СНГ, например Украина и Казахстан. Далее на 4 месте шел Китай, потом страны Европы, Востока и т.д. Количество выбросов в 1960 год составило порядка 9411 Мегатонн (9,4 Гт)

В 2017 году ситуация кардинально поменялась, в лидеры вырвался Китай со своей промышленностью.

Китай – это дешевая рабочая сила. Многие корпорации осуществили перевод своих производственных мощностей в эту страну, дополнительно решив проблему налогов на выбросы. Да и сам Китай за последнее время очень сильно поднялся в плане производства и торговли с другими странами.

2 и 3 места занимают США и Индия соответственно. Последняя страна догнала почти Китай по количеству населения, также дешевая рабочая сила привлекает туда инвесторов со своим производством. 4 место занимает Россия, после нее Япония, затем Германия и т.д. Количество выбросов возросло до 36153 Мегатонн (36,1 Гт).

Куда девается CO 2 , когда попадает в атмосферу?

Ответ сам по себе очевиден читателю этого сайта, он остается в атмосфере земли и накапливается в ней,

Выбросы от сжигания угля, газа и нефти составляют приблизительно 34 Гт CO 2 в год. Прибавляем сюда лесные пожары, вырубку лесов и создание пастбищ, получаем еще 5 Гт CO 2 . Очень странно смотреть теперь на вулканические выбросы, которые составляют всего лишь 500 Мт (0,5Гт) диоксида углерода, в расчетах мы их не учитываем из-за непостоянства. За годовой период растения на суше поглощают 12 Гт, океан же немного меньше – 9 Гт. Еще 700 Мегатонн уходит на углеродные циклы над водой и сушей, в итоге получаем прибавку в углекислом газе на +17,3 Гт в год. Тенденция идет к увеличению, никто не собирается заключать договоры на ограничение выбросов газа.

Заключение

В заключение предлагаю посмотреть на видео, как менялось значение диоксида углерода в течение 800.000 лет, сначала авторы из NOAA сделали записи по приборам. При обратной обмотке графика для определения содержания углекислоты в воздухе использовались данные, полученные из кернов-образцов льда, взятых в Антарктике.

Газировка, вулкан, Венера, рефрижератор – что между ними общего? Углекислый газ. Мы собрали для Вас самую интересную информацию об одном из самых важных химических соединений на Земле.

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 . 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.

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 – 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 , 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 , 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 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 , который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.