Управление вентиляцией по датчику CO2. Углекислый газ в помещении Что нужно знать о CO2

Исследования и уровень углекислого газа в помещениях.

В последние годы появились точные инфракрасные сенсоры для замера уровня углекислого газа в помещениях. Они входят в состав газоанализаторов и показывают концентрацию углекислого газа в режиме реального времени, поэтому их удобно ставить в жилых и общественных помещениях, школах и детских садах. Однако для того, чтобы от этих измерений была польза, нужны четкие нормы по уровню углекислого газа в помещениях. А их у нас пока нет. В странах Европы, США и Канаде, как правило, нормой считается 1000 ppm (0,1%). Да, в ближайшее время мы будем измерять уровень углекислого газа в минских квартирах и улицах.

Часто переделывают под офис помещения без правильно работающей вентиляции, в этом случае проблемы гарантированы. Особенно это касается маленьких переговорок, в которые набиваются по 20 человек. Если в переговорку на 20 квадратов сядут 20 человек — то за час концентрация углекислого газа вырастет уже до 10"000 ppm углекислого газа в помещении — а это уже уровень, при котором мозги перестают работать. Поэтому в маленьких переговорках без постоянно дующей вентиляции со свежим воздухом (не кондиционер!) допустимое время нахождения 5-10 человек без снижения когнитивных способностей — не более 10-20 минут.

Есть прописные истины, знакомые любому человеку практически с рождения. Зимой холодно, а летом тепло. При дыхании потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Когда в помещении скапливается много углекислого газа, то становится душно, а чтобы в помещении стало находиться комфортнее - его нужно проветрить. Но при этом большинство людей склонно недооценивать влияние повышенной концентрации CO2 на здоровье и качество жизни. Об этом я и хочу поговорить в данной статье, а также показать, как влияет кондиционер на процесс очистки воздуха. И заодно представить обзор детектора уровня CO2, который помогает держать качество воздуха в помещении под контролем.

1 Что нужно знать о CO2
2 Техническая информация
3 Внешний вид и принцип действия
4 Измерения
5 Домашняя автоматизация
6 Выводы

1. Что нужно знать о CO2

CO2 или углекислый газ - неотъемлемая часть любой воздушной смеси, содержание которого измеряется в миллионных долях (ppm - parts per million). Условно нормальный уровень CO2 в свежем уличном воздухе принято считать за 400ppm. Эта цифра непостоянна и зависит от конкретной локации - так, в экологически чистом районе с отсутствием промышленности и малой плотностью заселенности содержание углекислого газа в атмосфере может быть ниже среднего значения, а в густонаселенном мегаполисе, да еще с промышленными предприятиями практически наверняка будет выше среднего.

Воздух в помещении считается качественным, если содержание CO2 в нем колеблется в пределах 800ppm. При достижении концентрации углекислого газа 1000ppm у многих людей уже появляется ощущение духоты и вялости, а 1400ppm - предел нормы по рекомендациям Сан-Пина.

Опасным уровнем является 30000ppm - при достижении такой концентрации CO2 у человека учащается пульс, возникает ощущение тошноты и прочие симптомы кислородного голодания. Хорошая новость заключается в том, что «надышать» такую концентрацию углекислого газа практически невозможно в офисных и жилых помещениях даже очень низкого качества. Тем не менее, даже небольшие превышения допустимой концентрации CO2 способны существенно влиять на качество жизни. Уже при 1000ppm снижается концентрация внимания, появляется ощущение вялости, мозг начинает хуже обрабатывать информацию. При концентрации CO2 выше 1400ppm в офисе становится трудно концентрироваться на работе, а дома появятся проблемы со сном. Содержание СО2 зависит, в большей степени, от количества людей, находящихся в закрытом помещении.

«Управлять можно только тем, что можно измерить», писал основоположник современной теории управления Питер Друкер. И первый шаг к управлению микроклиматом помещения заключается в начале отслеживания его объективных показателей.

В этом-то нам и поможет от компании Даджет.

2. Техническая информация

Название модели: Детектор СО2 (Mini Monitor СО2)
Диапазон измерения CO2: 0 - 3000 ppm
Диапазон измерения температуры: 0 - 50
Точность измерений: ±10% ppm, ±1,5°C
Вывод информации: ЖК-дисплей, светодиодные индикаторы
Потребление тока: до 200мА
Дополнительные функции: звуковой сигнал превышения концентрации CO2

3. Внешний вид и принцип действия

Детектор CO2 поставляется в картонной коробке, содержащей сведения о производителе и краткую памятку по влиянию повышенных концентраций углекислого газа на самочувствие человека.

Внутри находится сам прибор, инструкция на русском языке и USB-кабель. У детектора нет встроенного аккумулятора, поэтому работать он может только от внешнего источника питания: USB-порта компьютера или обычного зарядного устройства для смартфона.

Само устройство крупным планом. На передней панели находится экран и три индикационных светодиода, отображающих усреднённо результаты измерений: при концентрации CO2 ниже 800ppm светится зеленый светодиод, при 800-1200ppm - желтый, выше 1200ppm - красный. Значения интервалов действия индикаторов можно изменить в настройках.

Вообще, светодиодная индикация оказалась очень информативной вещью. Не нужно подходить к прибору и всматриваться в текущие значения показателей. Издалека видно, что если индикатор переключился с зеленого на желтый, то помещение можно уже и проветрить, а если он покраснел - проветривание желательно начать уже прямо сейчас.

На правом боку находится microUSB-порт и отверстие, через которое происходит забор воздуха для анализа.

Сзади отверстия для вентиляции, наклейка с технической информацией и две кнопки, которыми осуществляется настройка.

Сердцем устройства является датчик углекислого газа ZGm053UK, работающий по технологии NDIR (non-dispersive infrared radiation, недисперсионное инфракрасное излучение): в световодную трубку заходит поток воздуха и попадает под излучение инфракрасной лампы, а на другом конце трубки стоит инфракрасный детектор с соответствующим фильтром. Чем больше в воздушной смеси содержится CO2 - тем сильнее ослабевает инфракрасное свечение, что и позволяет датчику определить текущую концентрацию CO2.

Себестоимость NDIR-сенсоров выше, чем у аналогов с другим принципом работы (электрохимическим или электроакустическим), но при этом они имеют длительный срок службы и обеспечивают более точные результаты.

4. Измерения

Теперь испытаем детектор в работе. Место проведения измерений - Челябинск, двухкомнатная квартира в относительно тихом районе, окна выходят во двор.

Опыт №1. Знакомство с прибором

Первым делом я измерил концентрацию углекислого газа на улице, разместив детектор у открытого окна на 4 этаже.

Измерения показали 440ppm. Нормальный уровень содержания CO2 в атмосфере, напоминаю, составляет 400ppm. Ну что же, с поправкой на безветренную погоду и проживание в промышленном мегаполисе с традиционно проблемной экологией, 440ppm можно считать нормальным результатом.

Теперь измерим уровень CO2 в самой квартире, предварительно хорошо ее проветрив все комнаты.

Получилось 550ppm. Это отличный результат, воздух почти как на улице.

Но, забегая наперед, скажу: поддерживать такое качество воздуха на постоянной основе в квартире, не оснащенной продвинутыми системами вентиляции, практически невозможно.

Опыт №2. Длительные измерения

По ходу обзора я еще не упоминал, что детектор не только отображает моментальные значения концентрации CO2, но и способен работать в связке с компьютером.

Если установить специальную программу, то устройство будет фиксировать уровень концентрации CO2 и температуры в помещении с привязкой ко времени и строить график на основании этих показателей.

Дальнейшие измерения будем проводить при помощи этой программы.

Ночь с закрытыми окном и дверью. К утру концентрация CO2 в комнате подскакивает практически до 2000ppm.

Открываем створку окна на проветривание и смотрим на график. Примерно за 40 минут концентрация углекислого газа снижается с 2000ppm до здорового уровня 700ppm.

Вечер. Затихает естественный шум и становятся особенно слышны голоса отдыхающих во дворе компаний. Они мешают, поэтому закрываю окно.

За час концентрация CO2 повышается почти что вдвое, с 700ppm до 1300ppm.

Опыт №3. Суточный мониторинг

Теперь посмотрим, как меняется концентрация CO2 в помещении в течение одного полного дня.
Исходные данные: все та же двухкомнатная квартира, в которой одновременно находятся от одного до трех человек. Окно на кухне практически всегда открыто, окна и балконная дверь в комнатах открываются и закрываются в течение дня, межкомнатные двери закрываются на ночь.

Хорошо проветриваю комнату перед сном, закрываю окно и ложусь спать.

К полуночи концентрация CO2 уже превышена, но до пяти часов утра сохраняется на уровне, который с натяжкой можно назвать удовлетворительным. На временном промежутке с пяти до девяти утра концентрация CO2 повышается до 2000ppm. Кстати, это вполне коррелирует с личными ощущениями при сне с закрытым окном. Где-то в 5 утра я просыпаюсь в достаточно бодром состоянии, но поскольку еще слишком рано - остаюсь в кровати досыпать до звонка будильника. По звонку будильника в 7 утра просыпаюсь с тяжелой головой и в подавленном настроении, как будто и не спал всю ночь - к этому времени организм уже успевает надышаться «плохим» воздухом, что сказывается на самочувствии.

С 9 до 10 часов - проветривание. Открыты окна во всех комнатах, концентрация CO2 спадает с 2000ppm до 600ppm.

С 10 до 15 часов - окна в комнатах закрыты, на кухне открыта форточка. В квартире 1 человек. Концентрация CO2 в норме.

С 15 до 18 часов - открыты форточки во всех комнатах. В квартире 2 человека. Концентрация CO2 всё еще в норме.

С 18 до 21 часа - открыты форточки во всех комнатах. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 начинает нарастать, форточки уже не спасают.

С 21 до 22-30 часов - проветривание с открытыми окнами. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 приходит в норму, но начинает повышаться сразу же, стоит закрыть окна и оставить одни форточки для проветривания.

А теперь рассмотрим другой день с другим распорядком.

Ночью в комнате открыта форточка, концентрация CO2 немного превышена, но все же не растет до совсем диких величин.

С 8 до 14 часов - в квартире никого нет, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты окна. Концентрация CO2 спадает до уровня уличного воздуха.

С 14 до 18 часов - в квартире 2 человека, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты форточки. Концентрация CO2 уже не как на улице, но в пределах нормы.

С 18 часов и до утра - в квартире 3 человека, межкомнатные двери закрыты, форточки открыты. Концентрация CO2 немного превышена, но стабильна.

Вывод: если жить одному в двухкомнатной квартире, то о качестве воздуха можно практически не беспокоиться. Достаточно лишь иногда проветривать помещение. А вот при двух-трех обитателях на том же количестве квадратных метров для поддержания концентрации углекислого газа в нормальных пределах придется осуществлять проветривание практически круглосуточно.

Опыт №4. CO2 и кондиционер

Теперь посмотрим, что происходит в комнате при использовании кондиционера.
Исходные данные: проветренное помещение, но на улице жарко, а соответственно и в помещении тоже.

Закрываю окна чтобы воздух не уходил, включаю кондиционер.

В результате, за час работы кондиционера температура в комнате упала на несколько градусов, а концентрация CO2 возросла.

Подвох в том, что если не выходить из помещения на свежий воздух, то субъективно воздух в нем воспринимается как свежий и качественный просто за счет своей прохлады. И только цифры на приборе показывают реальную картину.

Кондиционирование не заменяет проветривания, поэтому сидя целый день в уютной и прохладной комнате можно незаметно для себя «надышать» концентрацию CO2 в 2000ppm, а то и больше. Особенно это актуально для офисов, где в одном небольшом помещении находятся сразу несколько человек. Широко распространено заблуждение, что раз для кондиционера монтируется отдельный воздуховод прямо на улицу, то кондиционер забирает уличный воздух, охлаждает его внутри себя и выпускает в помещение. На самом же деле воздуховод служит для выброса горячего воздуха из помещения на улицу, то есть работает как вытяжка. Причём такие кондиционеры встречаются далеко не везде. Обычная сплит система «гоняет» воздух в помещении по кругу, а по трубкам поступает охлаждённых хладагент.

Пользуясь кондиционером следует помнить о необходимости насыщать помещение свежим воздухом.

5. Домашняя автоматизация

В завершение обзора хочу отметить, что сфера применения детектора CO2 не ограничивается одним лишь проведением измерений и построением графиком на компьютере.

Это устройство можно использовать в проектах домашней автоматизации, причём сделать это можно двумя различными способами.

Первый способ - подключение силового реле к одному из индикационных светодиодов.

Принцип действия очевиден: при повышении концентрации CO2 в воздухе зеленый индикатор сменяется на желтый, при этом автоматически замыкается электронный ключ в реле, что в свою очередь включает подключенное к реле устройство (например, вентилятор приточной системы).

Второй способ - программный.

Поскольку детектор поддерживает передачу данных с датчика на компьютер по USB-протоколу, его можно внедрить в любую самодельную систему «умного дома», считывая показатели с датчика на головное устройство. А уже с головного устройства, на основании получаемых показателей, управлять другой подключенной к системе электроникой.

6. Выводы

Было интересно увидеть реальное состояние воздуха в своей квартире. С использованием стало наглядно видно, что имеющаяся пассивная вентиляция малоэффективна, и если в теплое время еще можно держать окна открытыми практически круглосуточно (хотя и летом это не всегда удобно из-за уличного шума), то зимой это неосуществимо по причине быстрого остывания помещений. Появился повод задуматься о модернизации домашней вентиляции, да и о поддержании здорового микроклимата в помещении в целом. Кроме того, в ассортименте магазина имеется , обладающий более крупным дисплеем и позволяющий измерять помимо концентрации CO2 и температуры еще и относительную влажность воздуха. Скидка 10% предоставляется по промокоду GT-CO2 в течение 14 дней.

В одной из следующих статей будет описано, как подружить детектор СО2 с микрокомпьютером Raspberry Pi. Добавить метки

Для анализа обстановки у других комнатах

Как оказалось, даже если оставить модуль в помещении без двери и с закрытым окном, как собственно в ближайшее время и происходит на моей кухне

То наличие углекислого газа будет в норме исключительно при условии, что там никого не будет.

На картинке простой пример:
1 - жена готовила до этого момента на кухне и ушла
2 - это количество СO2 после того как прошло 2 часа и на кухню никто не заходил, а окно соответсвенно было открыто, чтобы проветрить
3 - это я пришёл с работы и сидел работал на кухне до 2 часов ночи, стрелка показывает на момент когда я ушёл спать. На графике видно, что после того как я ушёл без открытого окна концентрация СO2 не смогла упасть до нормы даже спустя 6 часов!
4 - жена проснулась, зашла на кухню, быстро перекусила и убежала на работу
5 - я проснулся и аккупировал кухню
6 - на кухне огромное количество СO2 из-за рабочего, который делает полы в прихожей.....

Данная аналитика даёт основание утверждать, что даже один человек может спокойно надышать даже в комнате без двери. Вы скажете "в чём проблема проветрить?", ответ простой - да в том что надо так проветривать каждый 1-2 часа, очень удобно да? Особенно когда спишь)

Вот например как с большой концентрацией СO2 справляется Тион, это наша спальня и мы одновременно легли спать с супругой в точке 1 и соответственно тут же надвоих надышали более чем на 1000ppm, аппарат тут же это зафиксировал и начал равномерно запускать свежий воздух с улицы, чтобы значение упало до 750ppm

Таким образом расположив данные датчики по комнатам можно контролировать концентрацию СO2 по всей квартире. Анализировать статистику кстати оказалось крайне увлекательно, вот как вы думаете что за всплеск был на верхнем графике? Ответ прост - жена гладила в комнате)))

Ещё кстати важно не путать модуль и базовую станцию, визуально это конечно просто ибо они одинаковые

Но функционал различается:

Таким образом можно сэкономить 2000р и купить только модуль для второго Бризера, ну или использовать его как в моём случае чисто в виде датчика анализирующего ситуацию в помещении)

В общем я прихожу к мысли, что теперь я такой хочу не только в спальне, но и в большой комнате - нереально крутая штука) Для скептиков сразу озвучу - расход электроэнергии за год одного такого устройства составляет смешные 394 квтч (спасибо victorborisov за информацию полученную опытным путём!)

ЖЕНЕВА, 24 окт - РИА Новости, Елизавета Исакова. Усредненная концентрация углекислого газа в атмосфере Земли выросла до рекордной отметки в 2015-2016 годах, достигнув существенного значения в 400 частей на миллион, говорится в ежегодном Бюллетене Всемирной метеорологической организации (ВМО) по парниковым газам, опубликованном в понедельник.

Согласно данным ВМО, уровни CO2 ранее достигали пороговой отметки в 400 частей на миллион в определенные месяцы года и в определенных точках планеты, однако никогда прежде этот уровень не наблюдался в глобальном среднем масштабе за целый год. По прогнозам станции мониторинга парниковых газов на Мауна-Лоа (Гавайи), концентрации CO2 останутся на уровне выше 400 частей на миллион в течение всего 2016 года, и не опустятся ниже этой отметки в течение жизни многих поколений.

Причиной такого скачка СО2 метеорологи называют мощное явление Эль-Ниньо, которое послужило толчком для развития засух в тропических регионах и уменьшению способности лесов, растительности и океанов поглощать углекислый газ. Эти поглотители в настоящее время вбирают в себя примерно половину выбросов CO2, однако существует риск их насыщения, что приведет к увеличению доли выбрасываемой двуокиси углерода, которая остается в атмосфере.

Помимо сокращения потенциала растительности поглощать CO2, Эль-Ниньо также привел к увеличению объема выбросов углекислого газа в результате лесных пожаров. Объем выбросов CO2 в экваториальной Азии, где в августе-сентябре 2015 года в Индонезии наблюдались масштабные лесные пожары, был более чем вдвое выше средних значений за 1997-2015 годы.

"Без решения проблемы выбросов CO2 мы не сможем решить проблему изменения климата и удержать повышение температуры на уровне ниже 2 °С в сравнении со значениями доиндустриального периода. В этой связи крайне важно, чтобы Парижское соглашение действительно вступило в силу со значительным опережением графика 4 ноября, а также чтобы мы ускорили его осуществление", — заявил генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас, комментируя данные, опубликованные в бюллетене ВМО.

На двуокись углерода приходится около 65 % от общего объема радиационного воздействия долгоживущих парниковых газов. Уровень концентрации СО2 в доиндустриальный уровень составлял 278 частей на миллион. Рост среднегодовых концентраций CO2 в 2015 году составил 144 % от доиндустриальных уровней, достигнув отметки в 400 частей на миллион. Прирост CO2 с 2014 года по 2015 года был больше, чем в среднем за предыдущие 10 лет.

Вторым наиболее важным долгоживущим парниковым газом является метан. На него приходится примерно 17 % вклада в радиационное воздействие. В настоящее время его концентрация составляет 256 % от доиндустриального уровня. Концентрация в атмосфере третьего парникового газа — закиси азота - в прошлом году составила около 328 частей на миллиард, что является 121 % от доиндустриальных уровней. Закись азота также играет важную роль в разрушении стратосферного озонового слоя, который защищает нас от пагубного воздействия ультрафиолетовых солнечных лучей.

Воздух состоит, как известно, из молекулярного азота (78%), молекулярного кислорода (21%), аргона (1%), небольшого количества паров воды и еще ряда веществ, содержание которых измеряется сотыми и тысячными долями процента. Среди них и углекислый газ, или, как его предпочитают называть ученые, - диоксид углерода (CO 2). Для удобства содержание CO 2 в воздухе оценивают не в процентах (сотых долях), а в миллионных долях, которые обозначают латинскими буквами ppm (part per million - частиц на миллион). Содержание углекислого газа в атмосфере Земли за всю историю ее существования колебалось в довольно широких пределах (см.: 300 миллионов лет назад углекислого газа в атмосфере было гораздо больше, чем сейчас). Сейчас его концентрация оценивается в 380–390 ppm (или 0,038–0,039%), хотя еще 50 лет назад она составляла всего 310–320 ppm. Основная причина роста содержания углекислого газа в атмосфере за последнее столетие - выбросы его при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа), а также сведение лесов.

Само существование жизни на Земле теснейшим образом связано с наличием в атмосфере углекислого газа. Во-первых, углекислый газ, наряду с парами воды и метаном, создает парниковый эффект - обеспечивает сохранение тепла, которое излучает нагретая солнечными лучами земля. Если бы в атмосфере не было парниковых газов, то средняя годовая температура воздуха у поверхности Земли была бы не +15°C, как сейчас, а –23°C.

Во-вторых, углекислый газ - это источник углерода для всех зеленых растений, планктонных микроскопических водорослей и цианобактерий. Используя энергию солнечного света, все эти организмы в ходе фотосинтеза производят из углекислого газа и воды органическое вещество, а в качестве побочного продукта выделяют кислород. Суть процесса фотосинтеза отражается простым уравнением:

CO 2 + H 2 O + энергия → (CH 2 O) + O 2 ,

где (CH 2 O) - обобщенная формула органического вещества.

Однако если в ходе фотосинтеза углекислый газ связывается (соответственно, изымается из атмосферы), то в ходе другого процесса - дыхания - он снова выделяется:

(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O + энергия .

В современной биосфере подавляющее большинство организмов получают необходимую им энергию именно в процессе аэробного дыхания - окисления органического вещества кислородом. Таким образом, жизнедеятельность множества организмов сама по себе оказывается важным источником углекислого газа. Наибольший вклад вносит дыхание грибов и бактерий, разлагающих отмершее вещество растительных тканей, а также дыхание самих растений (в первую очередь корней).

Сейчас ученые научились очень точно измерять концентрацию углекислого газа в воздухе. В самых разных точках Земного шара, от Аляски до Южного полюса существуют специальные станции, на которых в течение круглого года ведутся наблюдения за всеми изменениями содержания CO 2 . Собранные данные позволили построить трёхмерный график, показывающий зависимость количества углекислого газа в воздухе сразу от двух параметров - географической широты расположения станции и времени года (см. рис. 1).

Задача

Рассмотрите внимательно приведенный выше график сезонных изменений содержания углекислого газа в атмосфере на разных широтах. Обратите внимание на то, что для Северного полушария, особенно - области высоких его широт, характерны необычайно сильные колебания в содержании CO 2 . Максимальные значения отмечаются весной - в апреле–мае, а минимальные - осенью, в сентябре–октябре. В Южном полушарии подъемы и спады количества CO 2 также наблюдаются, но в противофазе тому, что происходит в Северном полушарии, а главное - с совсем незначительной амплитудой.
Задание. Попробуйте объяснить полученную картину. Из-за чего так сильно колеблется содержание углекислого газа в течение года и почему в Северном полушарии размах колебаний значительно больше, чем в Южном?

Если вам трудно разобраться в трёхмерном графике, приведенным выше, посмотрите еще на один (рис. 2). Он ориентирован по-другому: Южное полушарие ближе к вам, а Северное - дальше. Это другие годы, но характер сезонных изменений на разных широтах тот же самый: в Южном полушарии они выражены очень слабо, в Северном - сильно.

Подсказка 1

В качестве подсказки советую взять глобус (лучше даже сломанный, отвалившийся от подставки) и посмотреть на него внимательно со стороны Северного полюса и со стороны Южного. Ниже приведена соответствующая пара рисунков (рис. 3). Вам нужно понять, чем различаются Северное и Южное полушария и как эти различия могут сказаться на процессах поглощения и выделения углекислого газа.

Подсказка 2

Посмотрите на график сезонных изменений содержания углекислого газа, полученный за последние годы на астрофизической обсерватории Мауна-Лоа на острове Гавайи (рис. 4). Хотя это всего 20° с. ш., колебания концентрации CO 2 выражены очень четко. Самая высокая концентрация отмечается в мае, самая низкая - в сентябре-октябре.

Решение

Наверное вы обратили внимание на то, что Северное полушарие - преимущественно континентальное (бо льшую часть его занимает суша), а Южное - океаническое (в центре - покрытая льдом Антарктида, а вокруг - огромное пространство океана). Можно предположить далее, что суша и океан различаются по интенсивности процессов связывания и выделения углекислого газа. Из графика сезонных изменений концентрации CO 2 , полученным на Мауна-Лоа (рис. 4), следует, что в летние месяцы в Северном полушарии количество этого газа сильно снижается (минимум достигается осенью), а в зимние месяцы растет и достигает максимума к весне. Теперь нетрудно догадаться, что уменьшение содержания углекислого газа летом происходит благодаря деятельности растений, а именно - фотосинтезу, в ходе которого CO 2 потребляется. Рост растений, увеличение массы листьев, стеблей и корней происходит за счет углерода, который был поглощен ими из воздуха в форме углекислого газа.

Если за изъятие углекислого газа из атмосферы отвечает фотосинтез, то за его поступление - дыхание всех организмов, в первую очередь бактерий и грибов, разлагающих органическое вещество отмерших растений. Дыхание происходит и весной, и летом, и осенью, а с небольшой интенсивностью - и зимой, по крайней мере в тех местах, где сохраняются положительные температуры. Период вегетации (активного роста растений) в умеренных и высоких широтах ограничен концом весны - началом лета. Но именно тогда количество углекислого газа, связываемого быстро растущими растениями, существенно превосходит количество его, выделяемое в процессе дыхания всех организмов. Поэтому мы и наблюдаем в это время снижение концентрации углекислого газа в воздухе. Затем фотосинтез резко ослабевает, а дыхание всех организмов продолжается, что и приводит к накоплению CO 2 . Еще один дополнительный источник углекислого газа, работающий круглогодично, - это сжигание человеком ископаемого топлива.

Здесь читатель вправе заметить, что процессы фотосинтеза и дыхания имеют место не только на суше, но и в океане. Почему же над океаном мы не наблюдаем столь значительных изменений в содержании CO 2 в воздухе? Ведь наиболее активный фотосинтез происходит в море также весной и в начале лета, когда становится тепло, а главное - светло, и когда в воде содержится еще достаточно много элементов минерального питания (азота и фосфора в доступной форме). На самом деле сезонные колебания концентрации углекислого газа в Южном, океаническом, полушарии также существуют, но протекают они, естественно, в противофазе тому, что происходит в Северном. Удивительно, почему у них такая небольшая амплитуда. Здесь могут работать несколько механизмов.

Во-первых, океан (даже его верхние слои) обладает огромной теплоемкостью, что сглаживает сезонные колебания температуры в сравнении с происходящим на суше. Во-вторых, в воде углекислый газ хорошо растворяется (в холодной лучше, чем в теплой) - то есть существует физико-химический механизм связывания CO 2 ; правда, поверхностные слои океана могут и отдавать CO 2 атмосфере в случае низкого его там парциального давления. В-третьих, и это, пожалуй, самое главное - величина чистой первичной продукции, то есть количество органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза автотрофными организмами, в расчете на единицу площади для суши примерно в 2,5 раза выше, чем для океана. Фитопланктон не может обеспечить изъятие из окружающей среды такого количества CO 2 , которое изымает наземная растительность умеренных и северных широт. Колебания в содержании углекислого газа, обнаруживаемые обсерваторией на Мауна-Лоа, определяются прежде всего сезонностью в развитии растительности Евразии и Северной Америки.

Послесловие

Вообще-то, воздушная среда в сравнении с водной очень подвижна. Невольно возникает вопрос: почему перемешивание воздушных масс не выравнивает содержание углекислого газа в атмосфере Земли? Здесь необходимо напомнить, что воздух легко и быстро перемещается в широтном направлении, но не в меридиональном. Поэтому на Гавайских островах можно наблюдать результаты сезонного развития растительности на удаленных материках. Но в направлении «север - юг» мы видим сохранение серьезных различий в содержании CO 2 на разных широтах. Мешает меридиональному переносу ячеистая структура воздушной циркуляции. Воздух в районе экватора нагревается сильнее всего, поэтому он поднимается там вверх, расширяясь, движется к северу и югу, постепенно охлаждается и опускается в обоих полушариях к земле примерно на 30°. Потом этот охлажденный воздух движется у поверхности земли к экватору и замыкает круговорот. Таким образом формируются ячейки Гадлея , названные по имени описавшего их английского ученого XVIII века Джорджа Гадлея (George Hadley). Движение воздушных масс в каждой из этих ячеек заставляет двигаться соседние воздушные массы вниз, а затем к северу и югу (в зависимости от полушария). Это уже ячейки Феррела , названные в честь американского метеоролога XIX века Уильяма Феррела (William Ferrel). Наличие подобной ячеистой структуры циркуляции сильно препятствуют перемешиванию воздушных масс в меридиональном направлении, но не создает препятствий для движения по широте.