تمت مناقشة مشكلة زيادة ثاني أكسيد الكربون في الهواء الداخلي أكثر فأكثر في العشرين عامًا الماضية. دراسات جديدة تظهر ويتم نشر بيانات جديدة. هل تتوافق قوانين البناء الخاصة بالمباني التي نعيش ونعمل عليها؟

ترتبط رفاهية وأداء الشخص ارتباطًا وثيقًا بنوعية الهواء حيث يعمل ويستريح. ويمكن تحديد جودة الهواء بتركيز ثاني أكسيد الكربون CO2.

لماذا بالضبط ثاني أكسيد الكربون؟

• هذا الغاز موجود في كل مكان حيث يوجد الناس.
• يعتمد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغرفة بشكل مباشر على عمليات حياة الإنسان - لأننا نخرجه.
• إن تجاوز مستوى ثاني أكسيد الكربون ضار بحالة جسم الإنسان ، لذلك يجب مراقبته.
• تشير الزيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون بوضوح إلى وجود مشاكل في التهوية.
• وكلما كانت التهوية أسوأ ، تزداد تركيز الملوثات في الهواء. لذلك ، فإن زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغرفة هي علامة على تدهور جودة الهواء.

في السنوات الأخيرة ، كانت هناك مقترحات في المجتمعات المهنية للأطباء ومصممي المباني لمراجعة طريقة تحديد جودة الهواء وتوسيع قائمة المواد المقاسة. ولكن حتى الآن ، لم يتم العثور على شيء أكثر وضوحًا من التغيير في مستويات ثاني أكسيد الكربون.

كيف تعرف أن مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغرفة مقبول؟ يقدم الخبراء قوائم المعايير ، وستكون مختلفة بالنسبة للمباني ذات الأغراض المختلفة.

معايير ثاني أكسيد الكربون في المباني السكنية

يتخذ مصممو الشقق المتعددة والمنازل الخاصة أساسًا يسمى GOST 30494-2011 باسم "المباني السكنية والعامة. معلمات المناخ الداخلي. تعتبر هذه الوثيقة أن المستوى الأمثل لثاني أكسيد الكربون لصحة الإنسان هو 800 - 1000 جزء في المليون. علامة 1400 جزء في المليون هي الحد الأقصى لمحتوى ثاني أكسيد الكربون المسموح به في الغرفة. إذا كانت أعلى ، فإن جودة الهواء تعتبر منخفضة.

ومع ذلك ، لم يتم التعرف بالفعل على 1000 جزء في المليون على أنها متغير من القاعدة من خلال عدد من الدراسات حول اعتماد حالة الجسم على مستوى ثاني أكسيد الكربون. تشير بياناتهم إلى أنه عند حوالي 1000 جزء في المليون ، يشعر أكثر من نصف الأشخاص بتدهور في المناخ المحلي: زيادة في معدل ضربات القلب ، والصداع ، والتعب ، وبالطبع "لا شيء يتنفسه".

يعتبر علماء الفسيولوجيا أن المستوى الطبيعي لثاني أكسيد الكربون هو 600 - 800 جزء في المليون.

على الرغم من أن بعض الشكاوى المعزولة من الانسداد ممكنة في التركيز المشار إليه.

اتضح أن معايير البناء لمستويات ثاني أكسيد الكربون تتعارض مع استنتاجات علماء الفسيولوجيا. في السنوات الأخيرة على وجه التحديد ، من هذا الأخير ، تم إجراء المكالمات بصوت عالٍ أكثر فأكثر لتحديث الحدود المسموح بها ، ولكن حتى الآن لم تتجاوز الأمور المكالمات. كلما انخفض معيار ثاني أكسيد الكربون الذي يسترشد به البناة ، كان أرخص. وأولئك الذين يضطرون إلى حل مشكلة تهوية الشقة بأنفسهم يجب أن يدفعوا ثمن ذلك.

لوائح ثاني أكسيد الكربون في المدارس

كلما زاد ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، زادت صعوبة التركيز والتعامل مع عبء الدراسة. مع العلم بذلك ، توصي السلطات الأمريكية المدارس بالحفاظ على مستويات ثاني أكسيد الكربون أقل من 600 جزء في المليون. في روسيا ، العلامة أعلى قليلاً: تعتبر GOST التي سبق ذكرها أن 800 جزء في المليون أو أقل هي الأفضل لمؤسسات الأطفال. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، ليس المستوى الأمريكي فحسب ، بل أيضًا المستوى الروسي الموصى به هو حلم أزرق لمعظم المدارس.

أظهر أحدنا أن أكثر من نصف وقت التدريب ، فإن كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء تتجاوز 1500 جزء في المليون ، وفي بعض الأحيان تقترب من 2500 جزء في المليون! في مثل هذه الظروف ، من المستحيل التركيز ، وتقل القدرة على إدراك المعلومات بشكل كبير. الأعراض الأخرى المحتملة لارتفاع ثاني أكسيد الكربون هي فرط التنفس ، والتعرق ، والتهاب العين ، واحتقان الأنف ، وصعوبة التنفس.

لماذا يحدث ذلك؟ نادرًا ما يتم تهوية الفصول الدراسية ، لأن النافذة المفتوحة تعني برودة الأطفال والضوضاء الصادرة عن الشارع. حتى لو كان مبنى المدرسة مجهزًا بتهوية مركزية قوية ، فعادة ما يكون صاخبًا أو قديمًا. لكن النوافذ في معظم المدارس حديثة - بلاستيكية ومحكمة الإغلاق ومحكمة الإغلاق. مع وجود فئة من 25 شخصًا في غرفة مساحتها 50-60 مترًا مربعًا مع نافذة مغلقة ، يقفز ثاني أكسيد الكربون في الهواء بمقدار 800 جزء في المليون في نصف ساعة فقط.

معايير ثاني أكسيد الكربون في المكاتب

في المكاتب ، تُلاحظ نفس المشاكل كما في المدارس: زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون تجعل من الصعب التركيز. تتكاثر الأخطاء والإنتاجية آخذة في الانخفاض.

معايير محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء للمكاتب هي نفسها بشكل عام للشقق والمنازل: 800 - 1400 جزء في المليون تعتبر مقبولة. ومع ذلك ، كما اكتشفنا بالفعل ، فإن 1000 جزء في المليون تسبب إزعاجًا لكل شخص ثانٍ.

لسوء الحظ ، لا يتم حل المشكلة في العديد من المكاتب بأي شكل من الأشكال. في مكان ما لا يعرفون شيئًا عنه ببساطة ، في مكان ما تتجاهله الإدارة عمدًا ، وفي مكان ما يحاولون حله بمساعدة مكيف الهواء. نفاثة من الهواء البارد تخلق حقًا وهمًا قصير المدى بالراحة ، لكن ثاني أكسيد الكربون لا يختفي في أي مكان ويستمر في فعل "الفعل القذر".

قد يكون أيضًا أن مساحة المكتب قد تم بناؤها وفقًا لجميع المعايير ، ولكن يتم تشغيلها مع الانتهاكات. على سبيل المثال ، كثافة الموظفين عالية جدًا. وفقًا لأنظمة البناء ، يجب أن يمتلك الفرد مساحة تتراوح من 4 إلى 6.5 متر مربع. إذا كان هناك المزيد من الموظفين ، فإن ثاني أكسيد الكربون في الهواء يتراكم بشكل أسرع.

الاستنتاجات والمخرجات

مشكلة التهوية أكثر حدة في الشقق ومباني المكاتب ومؤسسات الأطفال.
هناك سببان لهذا:

1. التناقض بين قوانين البناء والتوصيات الصحية والصحية.
الأول يقول: لا يزيد عن 1400 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون ، والأخير يحذر: هذا كثير جدًا.

تركيز ثاني أكسيد الكربون (جزء في المليون)	معايير البناء (حسب GOST 30494-2011)	التأثير على الجسم (حسب الدراسات الصحية والصحية)
أقل من 800	هواء عالي الجودة	صحة وحيوية مثالية
800 – 1 000	هواء متوسط ​​الجودة	عند مستوى 1000 جزء في المليون ، تشعر كل ثانية بالاختناق والخمول وانخفاض التركيز والصداع
1 000 - 1 400	الحد الأدنى للقاعدة المقبولة	الخمول ، مشاكل الانتباه ومعالجة المعلومات ، التنفس الثقيل ، مشاكل البلعوم الأنفي
فوق 1400	هواء منخفض الجودة	التعب الشديد ، قلة المبادرة ، عدم القدرة على التركيز ، جفاف الأغشية المخاطية ، صعوبة النوم

2. عدم الالتزام بالمعايير أثناء تشييد المبنى أو إعادة إعماره أو تشغيله.
أبسط مثال على ذلك هو تركيب النوافذ البلاستيكية التي لا تسمح بمرور الهواء الخارجي وبالتالي تفاقم الموقف مع تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغرفة.

ثاني أكسيد الكربون (CO2).

ربما يكون ثاني أكسيد الكربون هو الأهم من بين جميع غازات الدفيئة التي يطلقها البشر في الغلاف الجوي ، أولاً لأنه يسبب تأثيرًا قويًا لظاهرة الاحتباس الحراري ، وثانيًا ، لأن الكثير من هذا الغاز ينتج عن طريق البشر.

يعد ثاني أكسيد الكربون مكونًا "طبيعيًا" جدًا من الغلاف الجوي - وهو أمر طبيعي لدرجة أننا بدأنا مؤخرًا فقط في التفكير في ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ باعتباره أحد الملوثات. يمكن أن يكون ثاني أكسيد الكربون شيئًا مفيدًا. ومع ذلك ، فإن السؤال الرئيسي هو في أي نقطة يصبح ثاني أكسيد الكربون أكثر من اللازم؟ أو بعبارة أخرى ، ما هي الكميات التي يبدأ تأثيرها الضار على البيئة؟

ما يبدو طبيعيًا من وجهة نظر الإنسان اليوم قد يختلف اختلافًا كبيرًا عما كان طبيعيًا للأرض في عملية تطورها التطوري. إن تاريخ البشرية ليس سوى شريحة رقيقة جدًا (لا تزيد عن بضعة ملايين من السنين) على طبقة جيولوجية عمرها أكثر من 4.6 مليار سنة.

يخشى بعض دعاة حماية البيئة من أن يؤدي ثاني أكسيد الكربون إلى تغيرات كارثية في المناخ ، مثل تلك الموصوفة في كتاب بيل ماكيبين "نهاية الطبيعة".

على الأرجح ، سيطر ثاني أكسيد الكربون على الغلاف الجوي المبكر للأرض. تبلغ نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي حوالي 0.03 في المائة فقط اليوم ، وتشير أكثر التوقعات تشاؤمًا إلى ارتفاعه إلى 0.09 في المائة بحلول عام 2100. منذ ما يقرب من 4.5 مليار سنة ، يعتقد بعض العلماء أن ثاني أكسيد الكربون يشكل 80 في المائة من تكوين الغلاف الجوي للأرض ، وينخفض ​​ببطء في البداية إلى 30 إلى 20 في المائة على مدى 2.5 مليار سنة مقبلة. كان الأكسجين الحر غير موجود فعليًا في الغلاف الجوي المبكر وكان سامًا لأشكال الحياة اللاهوائية التي كانت موجودة في ذلك الوقت.

كان وجود الإنسان ، كما نعلم اليوم ، في ظروف زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، أمرًا مستحيلًا بكل بساطة. لحسن الحظ بالنسبة للإنسان والحيوان ، تمت إزالة معظم ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي في وقت متأخر من تاريخ الأرض ، عندما طور سكان البحر ، الأشكال المبكرة من الطحالب ، القدرة على التمثيل الضوئي. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تستخدم النباتات طاقة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكر وأكسجين. في النهاية ، ماتت الطحالب وغيرها من أشكال الحياة الأكثر تقدمًا التي ظهرت أثناء عملية التطور (العوالق والنباتات والأشجار) ، مما أدى إلى عزل معظم الكربون في معادن الكربون المختلفة (الصخر الزيتي والفحم والزيت) في قشرة الأرض. ما تبقى في الغلاف الجوي هو الأكسجين الذي نتنفسه الآن.

يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي من مصادر مختلفة - معظمها طبيعي. لكن كمية ثاني أكسيد الكربون تبقى عادةً عند نفس المستوى تقريبًا ، لأن هناك آليات تزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي (الشكل 5 يعطي مخططًا مبسطًا لدوران ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي).

تتمثل إحدى الآليات الطبيعية الرئيسية لدوران ثاني أكسيد الكربون في تبادل الغازات بين الغلاف الجوي وسطح المحيطات. هذا التبادل هو عملية تغذية راجعة دقيقة للغاية ومتوازنة. كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة فيه هائلة حقًا. يقيس العلماء هذه الكميات بالجيجا طن (Ggt - بلايين الأطنان المترية) من الكربون للراحة.

يذوب ثاني أكسيد الكربون بسهولة في الماء (العملية التي تنتج المياه الغازية). كما يتم إطلاقه بسهولة من الماء (في المياه الغازية ، نرى هذا على أنه فوران). يذوب ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي باستمرار في الماء على سطح المحيطات ويتم إطلاقه مرة أخرى في الغلاف الجوي. يتم تفسير هذه الظاهرة بالكامل تقريبًا من خلال العمليات الفيزيائية والكيميائية. يطلق سطح محيطات العالم سنويًا 90 جيجا طن من الكربون ، ويمتص 92 جيجا طن من الكربون. عندما يقارن العلماء هاتين العمليتين ، اتضح أن سطح محيطات العالم ، في الواقع ، هو عبارة عن حوض لثاني أكسيد الكربون ، أي أنه يمتص كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون مما يطلقه مرة أخرى في الغلاف الجوي.

يظل حجم تدفقات ثاني أكسيد الكربون في دورة الغلاف الجوي / المحيط هو العامل الأكثر أهمية لأن التغييرات الصغيرة في التوازن الحالي يمكن أن يكون لها تأثيرات غير متوقعة على العمليات الطبيعية الأخرى.

تلعب العمليات البيولوجية دورًا مهمًا بنفس القدر في دوران ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ثاني أكسيد الكربون ضروري لعملية التمثيل الضوئي. النباتات "تتنفس" ثاني أكسيد الكربون ، وتمتص حوالي 102 جيجا طن من الكربون سنويًا. ومع ذلك ، فإن النباتات والحيوانات والكائنات الأخرى تنبعث منها أيضًا ثاني أكسيد الكربون. تفسر عملية التمثيل الغذائي أحد أسباب تكوين ثاني أكسيد الكربون - التنفس. عند التنفس ، تحرق الكائنات الحية الأكسجين الذي تتنفسه. يستنشق البشر والحيوانات البرية الأخرى ، على سبيل المثال ، الأكسجين للحفاظ على الحياة وزفير ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي على شكل فضلات. وفقًا للحسابات ، فإن جميع الكائنات الحية على الأرض تزفر سنويًا حوالي 50 جيجا طن من الكربون.

عندما تموت النباتات والحيوانات ، يتم دمج مركبات الكربون العضوية الموجودة فيها في التربة أو الطمي في المستنقعات. تقوم الطبيعة بتكوين سماد هذه المنتجات من الحياة الذابلة مثل البستاني ، وتقسمها إلى الأجزاء المكونة لها من خلال التحولات الكيميائية المختلفة وعمل الكائنات الحية الدقيقة. وفقًا للعلماء ، خلال عملية الاضمحلال ، يعود حوالي 50 جيجا طن من الكربون إلى الغلاف الجوي.

وبالتالي ، فإن 102 جيجا طن من الكربون المأخوذ من الغلاف الجوي سنويًا يتم موازنته بنسبة 100٪ تقريبًا بواسطة 102 جيجا طن من الكربون الذي يدخل الغلاف الجوي سنويًا أثناء تنفس وتعفن الحيوانات والنباتات. من الضروري أن تكون مدركًا تمامًا لحجم تدفقات الكربون في الطبيعة ، لأن الانحرافات الطفيفة في التوازن الحالي يمكن أن يكون لها عواقب بعيدة المدى.

بالمقارنة مع دورة الغلاف الجوي والمحيطات والدورة البيولوجية ، يبدو للوهلة الأولى أن كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة في الغلاف الجوي نتيجة للنشاط البشري ضئيلة للغاية. عند حرق الفحم والنفط والغاز الطبيعي ، يطلق الشخص ما يقرب من 5.7 جيجا طن من الكربون في الغلاف الجوي (وفقًا للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ). عند قطع الغابات وحرقها يضيف الناس 2 جيجا طن أخرى. وتجدر الإشارة إلى أن هناك تقديرات مختلفة لكمية الكربون المنبعثة في الغلاف الجوي نتيجة لإزالة الغابات.

تلعب هذه الكميات دورًا بلا شك لأن دورات الكربون الطبيعية (الغلاف الجوي / المحيط والدورة البيولوجية) كانت في توازن معدّل جيدًا لفترة طويلة. على الأقل ، تم الحفاظ على التوازن في الفترة الزمنية التي حدث فيها أصل البشرية وتطورها. يبدو أن الأنشطة البشرية الصناعية والزراعية قد أدت إلى انحراف كبير في توازن الكربون.

أظهرت دراسات علمية مختلفة زيادة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال القرون القليلة الماضية. خلال هذا الوقت ، نما عدد سكان العالم بشكل كبير ، وبدأت الصناعة في استخدام المحرك البخاري ، وانتشرت مركبات الاحتراق الداخلي في جميع أنحاء الكوكب ، وقام المزارعون المهاجرون بتطهير مناطق شاسعة من أمريكا وأستراليا وآسيا من الغطاء النباتي.

خلال نفس الوقت ، زادت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من 280 جزءًا في المليون (ppmv) قبل الصناعة (1750) إلى حوالي 353 جزء في المليون ، أي حوالي 25 بالمائة. قد تكون هذه الكمية كافية لإحداث تغييرات كبيرة إذا كان المناخ بالفعل حساسًا لغازات الدفيئة بالقدر الذي يقترحه العلماء. تظهر القياسات في مرصد مانوا لوا في هاواي ، بعيدًا عن مصادر التلوث الصناعي ، ارتفاعًا مطردًا في تركيزات ثاني أكسيد الكربون بين عامي 1958 و 1990 (الشكل 6). ومع ذلك ، في العامين الماضيين ، لم يلاحظ أي زيادة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون.

العلاقة الوثيقة بين تركيزات ثاني أكسيد الكربون والمتوسط ​​التقديري لدرجات الحرارة العالمية مذهلة (الشكل 7)! ومع ذلك ، ما إذا كانت هذه العلاقة عشوائية لا تزال لغزا. من السهل أن نميل إلى عزو التقلبات في درجات الحرارة إلى التقلبات في تركيزات ثاني أكسيد الكربون. ولكن يمكن أيضًا عكس العلاقة - فالتغيير في درجة الحرارة يمكن أن يتسبب في تغيير تركيزات ثاني أكسيد الكربون.

التركيب الكيميائي

نشأ الغلاف الجوي للأرض نتيجة إطلاق الغازات أثناء الانفجارات البركانية. مع ظهور المحيطات والمحيط الحيوي ، تشكلت أيضًا بسبب تبادل الغازات مع الماء والنباتات والحيوانات ومنتجاتها المتحللة في التربة والمستنقعات.

في الوقت الحاضر ، يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل أساسي من غازات وشوائب مختلفة (الغبار ، قطرات الماء ، بلورات الجليد ، أملاح البحر ، منتجات الاحتراق).

يكاد يكون تركيز الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ثابتًا ، باستثناء الماء (H 2 O) وثاني أكسيد الكربون (CO 2).

بالإضافة إلى الغازات الموضحة في الجدول ، يحتوي الغلاف الجوي على SO 2 ، NH 3 ، CO ، الأوزون ، الهيدروكربونات ، HCl ، HF ، بخار Hg ، I 2 ، وكذلك NO والعديد من الغازات الأخرى بكميات صغيرة. يوجد في طبقة التروبوسفير باستمرار كمية كبيرة من الجسيمات الصلبة والسائلة العالقة (الهباء الجوي).

ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض، اعتبارًا من عام 2011 ، يتم تقديمها بمبلغ 392 جزء في المليون أو 0.0392٪. دور ثاني أكسيد الكربون ( ثاني أكسيد الكربون ، ثاني أكسيدأو نشبع) في حياة المحيط الحيوي تتكون في المقام الأول من الحفاظ على عملية التمثيل الضوئي ، التي تقوم بها النباتات. لكونه من غازات الدفيئة ، فإن ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء يؤثر على التبادل الحراري للكوكب مع الفضاء المحيط به ، مما يمنع بشكل فعال إعادة إشعاع الحرارة على عدد من الترددات ، وبالتالي يساهم في تكوين مناخ الكوكب.

فيما يتعلق بالاستخدام النشط من قبل البشر لناقلات الطاقة الأحفورية كوقود ، هناك زيادة سريعة في تركيز هذا الغاز في الغلاف الجوي. لأول مرة ، لوحظ التأثير البشري على تركيز ثاني أكسيد الكربون منذ منتصف القرن التاسع عشر. منذ ذلك الوقت ، كان معدل نموها يتزايد وفي أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، حدث بمعدل 2.20 ± 0.01 جزء في المليون / سنة ، أو 1.7٪ سنويًا. وفقًا لدراسات منفصلة ، فإن المستوى الحالي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو الأعلى في 800 ألف سنة الماضية ، وربما في العشرين مليون سنة الماضية.

دور في ظاهرة الاحتباس الحراري

على الرغم من تركيزه المنخفض نسبيًا في الهواء ، يعد ثاني أكسيد الكربون مكونًا مهمًا في الغلاف الجوي للأرض لأنه يمتص ويعيد إشعاع الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية مختلفة ، بما في ذلك 4.26 ميكرومتر (الوضع الاهتزازي - التمدد غير المتماثل للجزيء) و 14.99 ميكرومتر (تقلبات الانحناء) ). هذه العملية تستبعد أو تقلل من إشعاع الأرض في الفضاء بهذه الأطوال الموجية ، مما يؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري. يؤثر التغيير الحالي في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على نطاقات الامتصاص ، حيث يؤدي تأثيره الحالي على طيف إعادة انبعاث الأرض إلى امتصاص جزئي فقط.

بالإضافة إلى خصائص الدفيئة لثاني أكسيد الكربون ، فإن حقيقة أنه غاز أثقل من الهواء مهمة أيضًا. نظرًا لأن متوسط ​​الكتلة المولية النسبية للهواء هو 28.98 جم / مول ، والكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون هي 44.01 جم / مول ، فإن الزيادة في نسبة ثاني أكسيد الكربون تؤدي إلى زيادة كثافة الهواء ، وبالتالي إلى تغيير في ملف تعريف الضغط الخاص به يعتمد على الارتفاع. بسبب الطبيعة الفيزيائية لتأثير الدفيئة ، فإن مثل هذا التغيير في خصائص الغلاف الجوي يؤدي إلى زيادة متوسط ​​درجة حرارة السطح.

بشكل عام ، زيادة التركيز من مستوى ما قبل الصناعة البالغ 280 جزء في المليون إلى 392 جزء في المليون حديث يعادل إطلاقًا إضافيًا قدره 1.8 واط لكل متر مربع من سطح الكوكب. يتمتع هذا الغاز أيضًا بخاصية فريدة تتمثل في تأثيره طويل المدى على المناخ ، والذي يظل ثابتًا إلى حد كبير بعد الانبعاث الذي تسبب فيه لمدة تصل إلى ألف عام. توجد غازات دفيئة أخرى ، مثل الميثان وأكسيد النيتروز ، خالية في الغلاف الجوي لفترة زمنية أقصر.

مصادر ثاني أكسيد الكربون

تشمل المصادر الطبيعية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الانفجارات البركانية ، واحتراق المواد العضوية في الهواء ، وتنفس ممثلي عالم الحيوان (الكائنات الهوائية). أيضًا ، ينتج ثاني أكسيد الكربون عن طريق بعض الكائنات الحية الدقيقة نتيجة لعملية التخمير والتنفس الخلوي وعملية تحلل البقايا العضوية في الهواء. تشمل المصادر البشرية المنشأ لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي: احتراق الوقود الأحفوري لتوليد الحرارة وتوليد الكهرباء ونقل الأشخاص والسلع. تؤدي بعض الأنشطة الصناعية ، مثل إنتاج الأسمنت واستخدام الغازات عن طريق الحرق ، إلى انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.

تقوم النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون الذي تحصل عليه إلى كربوهيدرات أثناء عملية التمثيل الضوئي ، والتي تتم من خلال صبغة الكلوروفيل ، والتي تستخدم طاقة الإشعاع الشمسي. يتم إطلاق الغاز الناتج ، الأكسجين ، في الغلاف الجوي للأرض ويستخدم للتنفس بواسطة الكائنات غيرية التغذية والنباتات الأخرى ، وبالتالي تشكل دورة الكربون.

انبعاث من صنع الإنسان

انبعاث الكربون في الغلاف الجوي نتيجة الحفلة الراقصة. عام 1800 - 2004

مع ظهور الثورة الصناعية في منتصف القرن التاسع عشر ، كانت هناك زيادة مطردة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى اختلال في دورة الكربون وزيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون. حاليًا ، تتم إزالة حوالي 57٪ من ثاني أكسيد الكربون الذي تنتجه البشرية من الغلاف الجوي عن طريق النباتات والمحيطات. نسبة الزيادة في كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة هي قيمة ثابتة تبلغ حوالي 45٪ وتخضع لتقلبات وتقلبات قصيرة الأجل خلال فترة خمس سنوات.

يعد حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي السبب الرئيسي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ ، وإزالة الغابات هو السبب الرئيسي الثاني. في عام 2008 ، أطلق حرق الوقود الأحفوري 8.67 مليار طن من الكربون (31.8 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون) في الغلاف الجوي ، بينما في عام 1990 كان انبعاث الكربون السنوي 6.14 مليار طن. أدى جرد الغابات لاستخدام الأراضي إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بما يعادل حرق 1.2 مليار طن من الفحم في عام 2008 (1.64 مليار طن في عام 1990). الزيادة التراكمية على مدار 18 عامًا هي 3٪ من الدورة السنوية لثاني أكسيد الكربون الطبيعي ، وهو ما يكفي لإخراج النظام من التوازن والتسبب في زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون بسرعة. نتيجة لذلك ، تراكم ثاني أكسيد الكربون تدريجياً في الغلاف الجوي وفي عام 2009 كان تركيزه أعلى بنسبة 39٪ من قيمة ما قبل الصناعة.

وهكذا ، على الرغم من حقيقة (اعتبارًا من عام 2011) أن إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ لا يتجاوز 8٪ من دورته السنوية الطبيعية ، إلا أن هناك زيادة في التركيز ليس فقط بسبب مستوى الانبعاثات البشرية ، ولكن أيضًا بسبب الثابت زيادة مستوى الانبعاثات بمرور الوقت.

لقد وصل النشاط البشري بالفعل إلى هذا النطاق بحيث وصل المحتوى الكلي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض إلى الحد الأقصى للقيم المسموح بها. النظم الطبيعية - الأرض والغلاف الجوي والمحيطات - تخضع لتأثير مدمر.

حقائق مهمة

على سبيل المثال ، تشمل هذه المركبات الفلورو كلورو هيدروكربونات. هذه الشوائب الغازية تنبعث وتمتص الإشعاع الشمسي الذي يؤثر على مناخ الكوكب. بشكل جماعي ، يُطلق على ثاني أكسيد الكربون ، والمركبات الغازية الأخرى التي ينتهي بها المطاف في الغلاف الجوي ، غازات الاحتباس الحراري.

مرجع التاريخ

وحذر من أن زيادة حجم الوقود المحروق يمكن أن يؤدي إلى انتهاك توازن إشعاع الأرض.

الحقائق الحديثة

اليوم ، يدخل المزيد من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي عند حرق الوقود ، وأيضًا بسبب التغيرات التي تحدث في الطبيعة بسبب إزالة الغابات وزيادة الأراضي الزراعية.

آلية تأثير ثاني أكسيد الكربون على الحياة الفطرية

تؤدي زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري. إذا كان أول أكسيد الكربون (IV) شفافًا أثناء الإشعاع الشمسي قصير الموجة ، فإنه يمتص إشعاع الموجة الطويلة ، ويشع الطاقة في جميع الاتجاهات. نتيجة لذلك ، يزداد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل كبير ، وتسخن سطح الأرض ، وتصبح الطبقات السفلية من الغلاف الجوي ساخنة. مع زيادة لاحقة في كمية ثاني أكسيد الكربون ، فإن تغير المناخ العالمي ممكن.

لهذا السبب من المهم التنبؤ بالكمية الإجمالية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض.

مصادر الإطلاق في الغلاف الجوي

من بينها الانبعاثات الصناعية. يتزايد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب الانبعاثات البشرية. يعتمد النمو الاقتصادي بشكل مباشر على كمية الموارد الطبيعية المحروقة ، حيث أن العديد من الصناعات هي مؤسسات كثيفة الاستخدام للطاقة.

تشير نتائج الدراسات الإحصائية إلى أنه منذ نهاية القرن الماضي في العديد من البلدان كان هناك انخفاض في تكاليف الطاقة المحددة مع زيادة كبيرة في أسعار الكهرباء.

يتم تحقيق استخدامه الفعال من خلال تحديث العملية التكنولوجية ، والمركبات ، واستخدام التقنيات الجديدة في بناء ورش الإنتاج. انتقلت بعض الدول الصناعية المتقدمة من تطوير صناعات المعالجة والمواد الخام إلى تطوير تلك المجالات التي تعمل في تصنيع المنتج النهائي.

في المناطق الحضرية الكبيرة ذات القاعدة الصناعية الجادة ، تكون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أعلى بكثير ، نظرًا لأن ثاني أكسيد الكربون غالبًا ما يكون منتجًا ثانويًا للصناعات التي تلبي أنشطتها احتياجات التعليم والطب.

في البلدان النامية ، تعتبر الزيادة الكبيرة في استخدام الوقود عالي الجودة لكل فرد من السكان عاملاً رئيسياً في الانتقال إلى مستوى معيشي أعلى. الفكرة المطروحة هي أن استمرار النمو الاقتصادي وتحسين مستويات المعيشة ممكنان دون زيادة كمية الوقود المحروق.

اعتمادًا على المنطقة ، يتراوح محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من 10 إلى 35٪.

العلاقة بين استهلاك الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون

لنبدأ بحقيقة أن الطاقة لا تنتج فقط من أجل الحصول عليها. في البلدان الصناعية المتقدمة ، يستخدم معظمه في الصناعة ، للتدفئة والتبريد للمباني ، وللنقل. أظهرت الدراسات التي أجرتها مراكز الأبحاث الكبرى أن استخدام تقنيات توفير الطاقة يمكن أن يؤدي إلى انخفاض كبير في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض.

على سبيل المثال ، تمكن العلماء من حساب أنه إذا تحولت الولايات المتحدة إلى تقنيات أقل استهلاكًا للطاقة في إنتاج السلع الاستهلاكية ، فإن هذا من شأنه أن يقلل من كمية ثاني أكسيد الكربون التي تدخل الغلاف الجوي بنسبة 25٪. على المستوى العالمي ، سيقلل ذلك من مشكلة ظاهرة الاحتباس الحراري بنسبة 7٪.

الكربون في الطبيعة

عند تحليل مشكلة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض ، نلاحظ أن الكربون ، وهو جزء منه ، ضروري لوجود الكائنات الحية. تؤدي قدرتها على تكوين سلاسل كربونية معقدة (روابط تساهمية) إلى ظهور جزيئات البروتين الضرورية للحياة. تعد دورة الكربون الحيوي عملية معقدة ، حيث إنها لا تتضمن فقط عمل الكائنات الحية ، ولكن أيضًا نقل المركبات غير العضوية بين خزانات الكربون المختلفة ، وكذلك داخلها.

وتشمل هذه الغلاف الجوي ، والكتلة القارية ، بما في ذلك التربة ، وكذلك الغلاف المائي والغلاف الصخري. على مدى القرنين الماضيين ، لوحظت تغييرات في تدفقات الكربون في نظام الغلاف الحيوي والغلاف الجوي والغلاف المائي ، والتي في شدتها تتجاوز بشكل كبير معدل العمليات الجيولوجية لنقل هذا العنصر. هذا هو السبب في أنه من الضروري أن نحصر أنفسنا في النظر في العلاقات داخل النظام ، بما في ذلك التربة.

بدأت الدراسات الجادة المتعلقة بتحديد المحتوى الكمي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض من منتصف القرن الماضي. كان Killing الرائد في مثل هذه الحسابات ، والذي يعمل في مرصد Mauna Loa الشهير.

أظهر تحليل الملاحظات أن التغيرات في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تتأثر بدورة التمثيل الضوئي ، وتدمير النباتات على الأرض ، فضلاً عن التغير السنوي في درجات الحرارة في المحيطات. خلال التجارب ، كان من الممكن معرفة أن المحتوى الكمي لثاني أكسيد الكربون في نصف الكرة الشمالي أعلى بكثير. اقترح العلماء أن هذا يرجع إلى حقيقة أن معظم الدخل البشري يقع في هذا النصف من الكرة الأرضية.

بالنسبة للتحليل ، تم أخذها بدون طرق خاصة ؛ بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم أخذ الأخطاء النسبية والمطلقة للحسابات في الاعتبار. بفضل تحليل فقاعات الهواء الموجودة في النوى الجليدية ، تمكن الباحثون من إنشاء بيانات حول محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض في حدود 1750-1960.

خاتمة

على مدى القرون الماضية ، كانت هناك تغييرات كبيرة في النظم البيئية القارية ، والسبب هو الزيادة في التأثير البشري المنشأ. مع زيادة المحتوى الكمي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكبنا ، يزداد تأثير الاحتباس الحراري ، مما يؤثر سلبًا على وجود الكائنات الحية. هذا هو السبب في أنه من المهم التحول إلى تقنيات توفير الطاقة التي تسمح بتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.