Wprowadzenie
Dwutlenek węgla składa się z jednego atomu węgla (C) podwójnie związanego z dwoma atomami tlenu (O) w celu wytworzenia związku molekularnego O=C=O, o symbolu chemicznym CO2. Nie ma on koloru ani zapachu, ale dwutlenek węgla ma lekko kwaśny smak. Ten kwaśny smak występuje w napojach gazowanych, ponieważ dwutlenek węgla nadaje takim cieczom musujący smak. W normalnych temperaturach i ciśnieniach występujących na Ziemi, dwutlenek węgla jest gazem, ale można go również znaleźć w stanie ciekłym i stałym.
Naukowcy dowiedzieli się, że dwutlenek węgla występuje w atmosferze ziemskiej w proporcji około 300 do 400 części na milion (ppm). Jednakże, w miarę badania globalnego klimatu, wzrost stężenia dwutlenku węgla został zauważony przez naukowców w tempie około 0,4% rocznie. Ten wzrost stężenia jest ważny dla badania zmian klimatycznych, ponieważ naukowcy twierdzą, że część tego wzrostu jest spowodowana spalaniem paliw kopalnych i roślinności, takich jak drewno, ropa naftowa i węgiel.
Tło historyczne i podstawy naukowe
Flamandzki chemik Johannes van Helmont (1580-1644) zaobserwował, że masa końcowa była mniejsza niż masa początkowa, gdy węgiel drzewny spalał się w zamkniętym pojemniku. Van Helmont
wysunął przypuszczenie, że różnica polegała na usunięciu niewidocznej substancji (ostatecznie zidentyfikowanej jako dwutlenek węgla).
Później szkocki chemik Joseph Black (1728-1799) wytworzył nieznaną substancję zwaną „stałym powietrzem”, kiedy rozłożył kredę i wapień. Black jest powszechnie uważany za pierwszego naukowca, który odkrył dwutlenek węgla.
SŁOWA, KTÓRE WARTO WIEDZIEĆ
BIOSFERA: Suma wszystkich form życia na Ziemi i interakcji między tymi formami życia.
CYKL WĘGLOWY: Wszystkie części (zbiorniki) i strumienie węgla. Cykl jest zwykle postrzegany jako cztery główne zbiorniki węgla połączone drogami wymiany. Zbiorniki te to atmosfera, biosfera lądowa (zwykle obejmuje systemy słodkowodne), oceany i osady (obejmuje paliwa kopalne). Roczne przemieszczanie się węgla, wymiana węgla między zbiornikami, zachodzi w wyniku różnych procesów chemicznych, fizycznych, geologicznych i biologicznych. Ocean zawiera największą pulę węgla w pobliżu powierzchni Ziemi, ale większość tej puli nie jest zaangażowana w szybką wymianę z atmosferą.
PALIWA KOPALNE: Paliwa powstałe w wyniku procesów biologicznych i przekształcone w stałe lub płynne minerały w czasie geologicznym. Paliwa kopalne obejmują węgiel, ropę naftową i gaz ziemny. Paliwa kopalne są nieodnawialne w skali czasowej ludzkiej cywilizacji, ponieważ ich naturalne uzupełnianie zajęłoby wiele milionów lat.
GAZ ZIELONY: Gazowy składnik atmosfery przyczyniający się do efektu cieplarnianego. Gazy cieplarniane są przezroczyste dla pewnych długości fal energii promieniowania słonecznego, pozwalając im wnikać głęboko w atmosferę lub aż do powierzchni Ziemi. Gazy cieplarniane i chmury zapobiegają ucieczce części promieniowania podczerwonego, zatrzymując ciepło w pobliżu powierzchni Ziemi, gdzie ogrzewa ono dolną warstwę atmosfery. Zmiana tej naturalnej bariery gazów atmosferycznych może podnieść lub obniżyć średnią globalną temperaturę Ziemi.
REWOLUCJA PRZEMYSŁOWA: Okres, rozpoczynający się mniej więcej w połowie XVIII wieku, podczas którego ludzie zaczęli używać silników parowych jako głównego źródła energii.
FOTOSYNTEZA: Proces, w którym rośliny zielone wykorzystują światło do syntezy związków organicznych z dwutlenku węgla i wody. W procesie tym uwalniane są tlen i woda. Zwiększony poziom dwutlenku węgla może zwiększyć fotosyntezę netto w niektórych roślinach. Rośliny tworzą bardzo ważny rezerwuar dwutlenku węgla.
REPRESPIRACJA: Proces, w którym zwierzęta zużywają zmagazynowaną żywność (poprzez spalanie z tlenem) do produkcji energii.
W dodatku szwedzki chemik Svante Arrhenius (1859-1927) był pierwszym naukowcem, który opublikował pracę na temat emisji dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych. Arrhenius opublikował pracę „On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground” w 1896 r.
Impacts and Issues
Dwutlenek węgla odgrywa ważną rolę w cyklu węglowym, który obejmuje wymianę dwutlenku węgla między biosferą (istotami żywymi), geosferą (masami lądowymi), hydrosferą (ciałami wodnymi) i atmosferą (powietrzem).
W ramach fotosyntezy, rośliny zielone przekształcają dwutlenek węgla i wodę w pożywienie, takie jak tlen i glukoza. I odwrotnie, rośliny i zwierzęta uwalniają dwutlenek węgla w procesie zwanym oddychaniem.
Jednakże ludzie wpływają na ilość dwutlenku węgla uwalnianego do atmosfery poprzez swoje sztucznie wytworzone działania, takie jak spalanie paliw kopalnych, wycinanie lasów i używanie pojazdów napędzanych paliwami. Z powodu takiej działalności stężenie dwutlenku węgla w atmosferze stale wzrasta od około 1850 roku, czyli od początku drugiej rewolucji przemysłowej. Zmian Klimatu (IPCC), w latach 1970-2004 wzrost emisji CO2 wyniósł około 80%.
W KONTEKŚCIE: KAPTUROWANIE I PRZECHOWYWANIE CO2
„CCS w podziemnych formacjach geologicznych to nowa technologia, która może wnieść istotny wkład w łagodzenie skutków zmian klimatu do 2030 roku. Rozwój techniczny, gospodarczy i regulacyjny będzie miał wpływ na rzeczywisty wkład.”
ŹRÓDŁO:Metz, B., et al. „IPCC, 2007: Summary for Policymakers.” In: Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change New York: Cambridge University Press. 2007.
Problem środowiskowy zwany globalnym ociepleniem jest zmartwieniem dla ludzi z powodu zauważonego wzrostu gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla. Naukowcy badają ten efekt cieplarniany, aby sprawdzić, czy topnienie lodowców i gór lodowych, zwiększona aktywność sztormów i cieplejsze niż normalnie temperatury są spowodowane przesadnym efektem cieplarnianym. Do 2050 roku, IPCC przewiduje, że dwutlenek węgla w atmosferze może osiągnąć 450 do 550 ppm.
Zobacz też: Carbon Cycle; Carbon Dioxide Concentrations; Climate Change; Greenhouse Effect; Greenhouse Gases; Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).
BIBLIOGRAFIA
Książki
Gunter, Valerie Jan. Volatile Places: A Sociology of Communities and Environmental Controversies. Thousand Oaks, CA: Pine Forge Press, 2007.
Mackenzie, Fred T. Carbon in the Geobiosphere: Earth’s Outer Shell. Dordrecht, Holandia: Springer, 2006.
National Academy of Engineering, National Research Council of the National Academies. The Carbon Dioxide Dilemma: Promising Technologies and Policies. Washington, DC: National Academies Press, 2003.
Web Sites
„Contributions of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovermental Panel on Climate Change.” Intergovermental Panel on Climate Change, 4 maja 2007. < http://www.ipcc.h/SPM040507.pdf> (dostęp 5 listopada 2007 r.).
.