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.
В сентябре 2016 года концентрация углекислого газа в атмосфере Земли преодолела психологически значимую отметку в 400 ppm (долей на миллион). Это делает сомнительными планы развитых стран по недопущению повышения температуры на Земле более чем на 2 градуса.
Глобальное потепление — это повышение средней температуры климатической системы Земли. За период с 1906 по 2005 год средняя температура воздуха возле поверхности планеты выросла на 0,74 градуса, причем темпы роста температуры во второй половине столетия примерно в два раза выше, чем за период в целом. За все время наблюдений самым жарким считается 2015 год, когда все температурные показатели на 0,13 градуса превысили показатели 2014 года — предыдущего рекордсмена. В различных частях земного шара температуры меняются по-разному. С 1979 года температура над сушей выросла вдвое больше, чем над океаном. Объясняется это тем, что температура воздуха над океаном растет медленнее из-за его большой теплоемкости.
Движение углекислого газа в атмосфере
Основной причиной глобального потепления считается деятельность человека. Косвенными методами исследования было показано, что до 1850 года на протяжении одной или двух тысяч лет температура оставалась относительно стабильной, правда с некоторыми региональными флуктуациями.
Таким образом, начало климатических изменений практически совпадает с началом промышленной революции в большинстве западных стран. Основной причиной на сегодняшний день считаются выбросы парниковых газов. Дело в том, что часть энергии, которую планета Земля получает от Солнца, переизлучается обратно в космическое пространство в виде теплового излучения.
Парниковые газы затрудняют этот процесс, частично поглощая тепло и удерживая его в атмосфере.
Добавление в атмосферу парниковых газов ведет к еще большему разогреву атмосферы и росту температуры у поверхности планеты. Основные парниковые газы в атмосфере Земли — это углекислый газ (СО 2) и метан (СН 4). В результате промышленной деятельности человечества в воздухе растет концентрация именно этих газов, что приводит к ежегодному росту температуры.
Поскольку потепление климата угрожает буквально всему человечеству, в мире неоднократно принимаются попытки взять этот процесс под контроль. До 2012 года основным мировым соглашением о противодействии глобальному потеплению был Киотский протокол.
Он охватывал более 160 стран мира и покрывал 55% мировых выбросов парниковых газов. Однако после окончания первого этапа Киотского протокола страны-участники не смогли договориться о дальнейших действиях. Отчасти составлению второго этапа договора помешало то, что многие участники избегают применения бюджетного подхода для определения своих обязательств в отношении эмиссии СО 2 . Эмиссионный бюджет СО 2 — количество выбросов за определенный период времени, который рассчитывается из температуры, которую участники не должны превысить.
Согласно решениям, принятым в Дурбане, никакое обязывающее климатическое соглашение не будет действовать до 2020 года, несмотря на необходимость срочно предпринять усилия по сокращению эмиссии газа и снизить выбросы. Исследования показывают, что в настоящее время единственной возможностью обеспечить «разумную вероятность» ограничения потепления величиной 2 градуса (характеризующей опасное изменение климата) будет ограничение экономик развитых стран и их переход к стратегии антироста.
И вот в сентябре 2016 года, по данным обсерватории Мауна-Лоа, был преодолен очередной психологический барьер эмиссии парникового газа СО 2 — 400 ppm (долей на миллион). Нужно сказать, что эта величина многократно превышалась и раньше,
но сентябрь традиционно считается месяцем с самой низкой концентрацией СО 2 в Северном полушарии.
Объясняется это тем, что зеленая растительность успевает за лето поглотить некоторое количество парникового газа из атмосферы, прежде чем листья с деревьев опадут и часть СО 2 вернется обратно. Поэтому если психологически важный порог в 400 ppm был превышен именно в сентябре, то, скорее всего, ежемесячные показатели уже никогда не будут ниже этого значения.
«Возможно ли, что в октябре этого года концентрация снизится по сравнению с сентябрем? Полностью исключено,
— поясняет в своем блоге Ральф Килинг, сотрудник Скриппсовского института океанографии Сан-Диего. — Кратковременные падения уровня концентрации возможны, но усредненные за месяц величины теперь всегда будут превышать 400 ppm».
Также Килинг отмечает, что тропические циклоны могут снизить уровень концентрации СО 2 на короткое время. С ним соглашается и Гэвин Шмидт, главный климатолог : «В лучшем случае можно ожидать некий баланс, и уровень СО 2 не будет расти слишком быстро. Но, по моему мнению, СО 2 уже никогда не упадет ниже 400 ppm».
Согласно прогнозу, к 2099 году концентрация СО 2 на Земле будет равняться 900 ppm, что составит порядка 0,1% от всей атмосферы нашей планеты. В результате средняя дневная температура в таких городах, как Иерусалим, Нью-Йорк, Лос-Анджелес и Мумбаи, будет близка к +45°C. В Лондоне, Париже и Москве летом температура будет превышать +30°C.
Датчики углекислого газа являются составной частью системы автоматизации здания и управляют, как правило, принудительной вентиляцией и кондиционированием. Настройка мощности приточно-вытяжной вентиляции ранее должна была осуществляться в соответствии с установленными нормативами, которые ориентировались на максимальные расчетные показатели, к примеру, на необходимую кратность воздухообмена в зависимости от типа и объема здания.
Адаптивная система вентиляции, управляемая датчиками CO2, потребляет на 30 – 50% меньше электроэнергии в сравнении с постоянно работающей принудительной системой вентиляции. Ведь в течение для требуемый объем подаваемого и удаляемого воздуха может быть намного меньше расчетных показателей. При этом адаптивная система вентиляции, оснащенная датчиками CO2, своевременно выполняет воздухообмен в помещении, когда это требуется, создавая комфортные и безопасные условия для жизни и труда.
Чем опасен для человека углекислый газ
Предельно допустимая норма содержания CO2 в воздухе составляет всего 700 ppm. Если этот порог превышен в 2,5 раза, у людей, дышащих загрязненным углекислым газом воздухом, появляются головные боли и чувство усталости. Уже через 6 часов работы в таких условиях сильно снижается концентрация внимания и работоспособность. При этом содержание CO2 в плохо проветриваемом помещении, где находится большое количество человек, увеличивается в арифметической прогрессии за считанные минуты. К примеру, когда в небольшом переговорном кабинете (около 20 кв. м), собирается около 20 человек, концентрация углекислого газа в течение часа вырастет до 10000 ppm, если не будет выполняться подача свежего воздуха.
Повышенная концентрация CO2 негативно влияет на состояние здоровья человека не только днем, но и ночью, даже несмотря на то, что все процессы в организме замедляются. Ученые из Нидерландов установили, что для здорового сна будет важнее качество воздуха, а не продолжительность сна. Длительное вдыхание воздуха с повышенным содержанием углекислоты приводит к ухудшению иммунитета, развитию острых и хронических заболеваний верхних дыхательных путей, сердечно-сосудистой системы, крови и др.
| Уровень CO2 (ppm) в атмосферном воздухе | Качество воздуха и его влияние на человека |
| 400-600 ppm | рекомендованное качество воздуха для спален, детских и образовательных учреждений; |
| 600-1000 ppm | появляются жалобы на качество воздуха; у больных астмой учащается количество приступов; |
| 1000-2000 ppm | ощутимый дискомфорт испытывает 1 из 3-х человек; у всех наблюдается потеря концентрации внимания на 30%, падение пульса и кровяного давления; |
| 2000 ppm | 4 из 5 человек быстро утомляются, 2 из 3-х человек теряют способность сосредоточиться; мигрень в течение дня у 97%; |
| 5000 - 10000 ppm | одышка, учащенное сердцебиение, чувство жара во всем теле, мигрень, ощутимое снижение умственной и нервной активности; |
| 35000- 40000 ppm | потеря сознания, удушье, остановка дыхания |
| Кратковременное воздействие (в течение одного дня) | Длительное воздействие (регулярно, от нескольких недель и месяцев до нескольких лет) |
|
|
В каких случаях необходимы датчики углекислого газа
Датчики CO2 позволяют запускать вентиляцию, в том числе и аварийную, и другие системы инженерных коммуникаций.
Сфера применения:
- адаптация работы принудительной приточно-вытяжной вентиляции в соответствии с показателями концентрации углекислоты в воздухе в общественных, промышленных и жилых зданиях, особенно в изолированных помещениях (туннелях, подземных гаражах, моторных и испытательных стендов и др);
- запуск аварийной сигнализации в общественных и промышленных сооружениях;
- снижение потребляемой мощности системами вентиляции и кондиционирования;
- контроль качества отработанного воздуха на промышленных предприятиях для своевременного устранения неисправностей.
Представляем вашему вниманию линейку датчиков CO2 от FuehlerSysteme:
Точность диагностики концентрации CO2 составляет 100 ppm (промилей). Возможна настройка трех различных интервалов пороговых значений: 0 – 2000/5000/10000 ppm.
Устройства способны работать при температуре от -20 до +50 градусов по Цельсию. Рабочий диапазон относительной влажности – от 0 до 98%, при условии, что воздух не конденсирован и не содержит большого процента химических веществ.
Имеется возможность как двухпроводного, так и трехпроводного подключения. Сигнал на выходе составляет 0 – 10 вольт или от 4 – 20 миллиампер. Предусмотрена ручная настройка нулевой точки. Производится автоматическая калибровка через каждые семь дней. Выход в рабочий режим происходит только после самодиагностики и запуска термостата.
Тип сенсорного устройства – инфракрасный нерассеянный (NDIR) измерительный элемент.
Виды датчиков углекислого газа FuehlerSysteme:
Наружные
Канальные
Комнатные
Датчики CO2 и температуры
Также разработана линейка датчиков углекислого газа, дополнительной опцией которых является возможность замера температуры в диапазоне от 0 до +50°C. Датчики CO2 и температуры представлены в трех конфигурациях - канальные, комнатные, наружные.
Они позволяют выполнять запуск аварийной сигнализации, вентиляции, отопления или термостата в автоматическом режиме во всех типах помещений. Итоговый сигнал может подаваться по двум критериям, что актуально для производств, где необходимо не только отслеживать концентрацию углекислоты, но и строго соблюдать температурный режим.
Представленное оборудование соответствует европейским нормам: CE, EAC, RoHS.
Датчики углекислого газа способны улучшить качество жизни людей и создать комфортные условия труда, предотвратив влияние вредных концентраций углекислого газа на организм. Они незаменимы и на производстве, когда выполняется контроль отработанного воздуха. Датчики CO2 могут быть интегированы в систему кондиционирования или подлючены к иному виду термостата, если оснащены дополнительной опцией замера температуры. Это позволит выполнять более строгий контроль за производственными процессами. Кроме того, датчики углекислого газа позволяют существенно снизить расходы на обслуживание принудительной системы вентиляции, уменьшив количество потребляемой ей электроэнергии. Это делает этот прибор незаменимой составляющей в современных автоматизированных системах инженерных коммуникаций.
Заполнение пассажирами салона транспорта может быстро привести к опасному увеличению концентрации углекислого газа в воздухе. Переизбыток CO₂ может вызвать сонливость, физическую усталость и снижение концентрации внимания. Эта проблема актуальна для вагонов поездов, салонов автобусов, самолётов и многих других видов транспорта. Для её решения существуют специальные сенсоры климат-контроля, которые могут отслеживать концентрацию CO₂ в воздухе. Собранные сенсором данные могут помочь увеличить эффективность системы кондиционирования воздуха, что, в свою очередь, позволит снизить энергопотребление транспортного средства.
Зачем измерять уровень CO₂ в салоне?
Автобус, вагон метро, самолёт - конструкции этих транспортных средств становятся всё более герметичными. И чем больше в салоне пассажиров, тем выше там концентрация углекислого газа. В сравнении с пустым салоном, уровень CO₂ в переполненном может быстро достичь критических значений. А это означает, что необходима система вентиляции.
Высокая концентрация углекислого газа в воздухе может вызывать ощутимую усталость и серьёзные нарушения концентрации внимания, что может быть крайне опасно для водителя. Так же, отсутствие вентиляции в салоне увеличивает вероятность распространения вирусных и бактериальных инфекций.
На данный момент в большинстве транспортных систем охлаждения используется фреон или аммиак. Но с каждым годом доля систем, работающих на CO₂, растёт, в связи с экологичностью и негорючестью этого газа. Поэтому сенсоры CO₂ актуальны и для отслеживания утечек систем охлаждения.
Из-за особенностей конструкции транспортных средств к используемым в них датчикам CO 2 могут предъявляться специальные требования. Из-за дефицита свободного пространства, габариты всех элементов систем вентиляции, в том числе и датчиков давления, должны быть достаточно небольшими. Также в случае поезда или автомобиля окружающая среда может быть недостаточно чистой, поэтому датчик CO 2 должен обладать повышенным классом защиты, не допускающим попадания внутрь корпуса пыли. Данным условиям прекрасно удовлетворяет датчик , обладающий миниатюрными габаритами, а также имеющий класс защиты IP50.
Как работает система климат-контроля? (Как это работает?)
Концентрация углекислого газа в пустом транспортном средстве - около 400 ppm, что является нормальной уличным показателем. Как упоминалось ранее, показатель концентрации CO₂ в салоне растёт вместе с количеством пассажиров. Оптимальным решением в таком случае будет использование адаптивных систем вентиляции. Сенсоры системы будут непрерывно измерять и оценивать содержание углекислого газа, благодаря чему вентиляционный комплекс сможет поддерживать требуемый уровень свежести воздуха.
Экономия средств
Согласно исследованиям инженеров SenseAir, использование адаптивных систем вентиляции поможет сохранить до 10% топлива, даже в режиме максимального охлаждения. Применение таких систем экологично и экономично.
Так же, правильная вентиляция уменьшает риск многих заболеваний среди персонала и пассажиров транспортного средства, что исключает сопутствующие болезням издержки.
Чистый воздух в салоне значительно уменьшает количество транспортных происшествий, связанных с сонливостью и сниженной концентрацией внимания водителя. Вероятность возникновения соответствующих издержек также уменьшается.
Ключевые преимущества
- Атмосфера салона, благоприятная для здоровья
- Энергосбережение
- Экологичность
- Уменьшение рисков транспортных происшествий
Ещё в прошлом веке были проведены различные исследования по влиянию CO 2 на организм человека. В 60-ых годах учёная О.В.Елисеева в своей диссертации привела детальное исследование, как влияет углекислый газ в концентрациях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на организм человека и пришла к выводу, что кратковременное вдыхание здоровыми людьми двуокиси углерода в этих концентрациях вызывает отчетливые сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и значительные ухудшения электрической активности головного мозга. Согласно ее рекомендациям, содержание CO 2 в воздухе жилых и общественных зданий не должно превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание CO 2 должно быть около 0,05% (500 ррm).
Специалисты знают, что существует прямая связь между концентрацией CO 2 и ощущением духоты. Это ощущение возникает у здорового человека уже на уровне 0,08% (т. е. 800 ррm). Хотя в современных офисах очень часто бывает 2000 ррm и более. И человек может не ощущать опасного воздействия CO 2 . Когда речь идёт о больном человеке, то порог его чувствительности ещё увеличивается.
Зависимость физиологических проявлений от содержания CO2 в воздухе приведена в таблице:
| Уровень CO 2 , ррm | Физиологические проявления у человека |
| Атмосферный воздух 380-400 | Идеально для здоровья и хорошего самочувствия. |
| 400-600 | Нормальное количество. Рекомендовано для детских комнат, спален, офисных помещений, школ и детских садов. |
| 600-1000 | Появляются жалобы на качество воздуха. У людей, страдающих астмой, могут учащаться приступы. |
| Выше 1000 | Общий дискомфорт, слабость, головная боль, концентрация внимания падает на треть, растёт число ошибок в работе. Может привести к негативным изменениям в крови, также могут появиться проблемы с дыхательной и кровеносной системами. |
| Выше 2000 | Количество ошибок в работе сильно возрастает, 70% сотрудников не могут сосредоточиться на работе. |
Основные изменения при вдыхании повышенных концентраций углекислого газа (гиперкапнии) происходят в центральной нервной системе, и носят они при этом фазный характер: сначала повышение, а затем снижение возбудимости нервных образований. Ухудшение условнорефлекторной деятельности наблюдается при концентрациях, близких к 2% – понижается возбудимость дыхательного центра мозга, уменьшается вентиляторная функция лёгких, нарушается гомеостаз (равновесие внутренней среды) организма путем либо повреждения клеток, либо путем раздражения рецепторов неадекватным уровнем определенного вещества. А при содержании углекислого газа до 5% происходит значительное снижение амплитуды вызванных потенциалов головного мозга, десинхронизация ритмов спонтанной электроэнцефалограммы с дальнейшим угнетением электрической активности мозга.
Что именно происходит при повышении концентрации CO 2 в воздухе, который попадает в организм? Увеличивается парциальное давление CO 2 в альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (CO 2 + Н 2 O = Н 2 СО 3), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НССО3-. Кровь закисляется, что по-научному называется газовым ацидозом . Чем выше концентрация CO 2 в воздухе, которым мы дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.
Сотрудник медицинской научно-исследовательской лаборатории военно-морского подводного флота США Карл Шафер исследовал, как влияют различные концентрации углекислого газа на морских свинок. Грызунов восемь недель содержали при 0,5% CO 2 (кислород был в норме – 21%), после чего у них наблюдалась значительная кальцификация почек. Она отмечалась даже после длительного воздействия на морских свинок меньших концентраций – 0,3% CO 2 (3000 ррm). Но это еще не все. Шафер и его коллеги нашли у свинок через восемь недель воздействия 1%-го CO 2 деминерализацию костей , а также структурные изменения в легких. Исследователи расценили эти заболевания как адаптацию организма к хроническому воздействию повышенного уровня CO 2 .
Отличительной особенностью долгосрочной гиперкапнии (повышенное CO 2) являются длительные отрицательные последствия. Несмотря на нормализацию атмосферного дыхания, в организме человека продолжительное время наблюдаются изменения биохимического состава крови, снижение иммунологического статуса, устойчивости к физическим нагрузкам и другим внешним воздействиям.
Вывод – во избежание негативных последствий, содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе нужно обязательно контролировать. Для этой цели отлично подходит современный и надежный прибор –