Журнал природничих наук, XVIII. Том 198, Буклет 198, лютий 1886 р
Про вуглекислий газ у повітрі
Вуглекислий газ у повітрі над ним відіграє важливу роль у домогосподарстві природи, навіть в органічному та неорганічному світах. Це, так би мовити, сховище органічного світу, оскільки ця величезна кількість вуглецю у вигляді наших органічних сполук складає тіла тварин і рослин, накопичені в наших нагрівальних та освітлювальних матеріалах, і походить від вугільна кислота повітря. В неорганічному світі вуглекислий газ є дуже важливим геологічним фактором; руйнує та утворює гірські породи; суттєво впливає на грунтоутворення; він готується до засвоєння мінеральних поживних речовин і налагоджує циркуляцію речовини в мінеральному світі, тим самим даруючи життя і неживій. У будь-якому випадку, вплив вуглекислого газу в повітрі на органічний та неорганічний світ є великим і значним, і якщо глибше заглянути в явища, які можуть відбутися, можна скласти хорошу картину того, скільки і наскільки може природа культивувати за допомогою невеликих засобів.
Науковий світ добре знає, що вуглекислий газ також присутній у повітрі, починаючи з 1774 року, коли шведський натураліст Бергманн виявив його з усією рішучістю. Я кажу це з великою рішучістю, тому що присутність вуглекислоти в повітрі підозрювалась і раніше, але вони не наважились заявити про це як достовірний факт, не маючи можливості виявити це експериментально. Друге питання було вирішено в 1778 р. Х. Б. де Соссюром, який уже знав, що вуглекислий газ не тільки завжди присутній у повітрі над землею, але і в морському повітрі, а також поза успадкованим снігом Монблана.
Перше кількісне визначення вуглекислого газу в повітрі було зроблено спробами Гумбольдта в 1791 р. І Фуркруа в 1801 р.
Визначення зазвичай проводять шляхом поєднання певного вимірюваного обсягу повітря з речовинами (вапном, водою бариту, гідроксидом калію, кальцинованою вапною тощо), які швидко та ідеально поглинають вуглекислий газ повітря та зменшують зменшення об'єму або збільшення ваги точних вимірювань дає кількісне значення вмісту вуглекислоти.
Наші достовірні дані про вміст вуглекислого газу в повітрі доступні лише з тих пір, як Петтенкофер М. у Мюнхені встановив свій чудовий метод як з точки зору простоти, так і точності, якого дотримуються нові слідчі, за невеликими винятками. У 1858 р. Він заклав основу цього методу; Це було значно вдосконалено в 1862 р., А пізніше він та інші внесли в нього деякі уточнення.
Першим, хто здійснив свої великі дослідження методом визначення вуглекислоти Петтенкофера, був Сміт А., англійський дайвер, який у 1864 р. У Манчестері (3,69) та Лондоні (3,49) (над Темзе: 3,43; 3,01 у парках; 3,80 на вулицях), і більше на вершині (3.32) і внизу (3.41) гори і вивчали середні результати в дужках.
З нами д-р. Професор Йожеф Фодор вже багато років займається визначеннями вуглекислоти та результатами своїх експериментів. опублікував у своєму шанованому творі під назвою. Вже в 1874 році він проводив визначення вуглекислоти в Клуж-Напоці, і в середньому 7 аналізів становило 3,80. З березня 1877 р. Він проводив регулярні та постійні аналізи атмосферного вуглекислого газу в Будапешті і поширив свої експерименти на вивчення всіх природних причин, що впливають на коливання вмісту вуглекислоти.
Переглядаючи занурення в хронологічному порядку, порівнюючи отримані дані та враховуючи всі результати, які кожен дайвер знайшов щодо умов, які можуть вплинути на вміст вуглекислого газу в повітрі, тепер ми можемо сформувати таку картину проблеми вмісту вуглекислого газу повітря.
Можна з певною впевненістю стверджувати, що середня кількість вуглекислого газу в 10000 обсягах вільного атмосферного повітря становить 3 частини, тобто, як проілюстровано на спеціальному прикладі, 10 літрів повітря містять 3 кубічні сантиметри, тобто 6 міліграм вугільної кислоти за вагою . Чи можливі відхилення від цього середнього значення, все ще обмежено. Насправді коливання, навіть за різних обставин, не такі значні, як вважалося раніше, і результати останніх 20 років свідчать більше на користь, а не проти постійного рівня вмісту вуглекислого газу.
З огляду на те, що щойно було сказано про вміст вуглекислого газу в міському та сільському повітрі, не буде несподіванкою той факт, що рослинність має незначний прямий вплив на вміст вуглекислого газу в повітрі, різницю між повітрям та іншими райони, вкриті пишною рослинністю, вміст вуглекислого газу в повітрі дуже низький. Крім того, у містах збільшення вуглекислого газу з різних джерел не може суттєво збільшити кількість вуглекислого газу в закритому повітрі міста, тому вуглекислий газ, який постійно присутній протягом життєвого циклу рослинності, не має вплив на безпосереднє середовище.
При обговоренні вмісту вуглецю в повітрі виникають дві дуже цікаві та важливі проблеми; а саме, які джерела вуглекислого газу в повітрі та які фактори регулюють вміст вуглекислого газу в повітрі?
За підрахунками, в нашій атмосфері є близько 5 трильйонів кілограмів вуглецю, або 2353 трильйони кілограмів вуглекислого газу, і близько 642 трильйонів кілограмів вуглецю. Безсумнівно, величезна кількість, яка повинна була звідкись потрапити в нашу атмосферу, але яка б збила ще більше, якби дуже велика її кількість не використовувалася постійно, тобто вона не закінчувалася. Чи ця кількість ніколи не була значно вищою, і чи не зменшився вміст вуглекислого газу в повітрі з певної стадії землеутворення, чи вона розмножується, звичайно, неможливо визначити. Фактом є те, що ми споживали багато вуглекислого газу в процесі землеутворення, про що ми можемо трохи подумати, якщо врахувати величезні родовища вугілля, бурого вугілля та дерну на Землі, які, будучи рослинними залишками, бути взяті з вуглекислого газу в повітрі. Але навіть більше, ніж кількість вуглекислоти, необхідна для їх утворення, кількість вугільної кислоти, яка є частиною величезних просторів нашої Землі вапна і доломітових гір та багатьох інших вуглекислих порід, і до якої матерія навряд чи могла потрапити звідки завгодно, окрім повітря вугільна кислота.
Кількість вуглекислого газу, що дорівнює вмісту вуглекислого газу в атмосфері сьогодні, знаходиться в шарі вапняку товщиною 8–9 метрів, в який би була огорнута Земля. А вапно та доломіт, які фактично осіли на Землі з моменту появи органічного життя, безумовно, у сто разів перевищують цю масу, а загальна кількість вапна та доломіту на Землі принаймні в 200 разів більша, отже, вона містить у двісті разів більше вуглекислий газ, ніж наша атмосфера.
Однак важко уявити, що цей величезний набір вуглекислого газу одночасно був би в нашій атмосфері, оскільки в такому повітрі, багатому вугільною кислотою, ні рослини, ні тварини не могли почати розвиватися і життя не могло б можливо за таких умов. Набагато більш імовірно, що з початку органічного життя втрати вуглекислого газу в повітрі були замінені безперервним розмноженням, навіть, можливо, настільки, що втрата ваги та розмноження завжди знаходилися в рівновазі. Сучасні явища припускають щонайменше це, і ми не маємо підстав припускати різні умови в попередні геологічні епохи, хоча ймовірно, що швидкість втрати ваги та відтворення могла коливатися від періоду до періоду.
Що стосується самих джерел, які забезпечують речовину поточним вмістом вуглекислого газу в повітрі, тобто там, де відбувається постійне поповнення, вони різні. Вони розташовані частково на землі, частково під землею, але можуть бути і поза межами Землі. Принаймні Стеррі Хант вважає, що весь Всесвіт наповнений тією ж атмосферою, що і наше повітря, з невичерпного запасу якого всі втрати атмосфери кожної планети покриваються дифузією, а всі можливі зміни компенсуються.
Таке позаземне джерело вуглекислоти набагато гіпотетичніше, ніж його можна прийняти за основу для пояснення явищ, що відбуваються в атмосфері Землі; тим менше, що ми знаємо про джерела вугільної кислоти, справжність яких не викликає сумнівів.
Найближче, про що слід подумати, - це багате джерело вуглекислоти, яке виникає внаслідок метаболізму людей і тварин, а також кількість вуглекислого газу від гниття та розпаду тваринних і рослинних матеріалів, бродіння цукровмісних матеріалів і згоряння нагрівальних та освітлювальних матеріалів. Дихання, розпад і горіння - це всі процеси, за допомогою яких кількість вуглецю, яке рослини виводять із вугільної кислоти в повітрі і переробляє її, утворюючи органічну речовину, знову перетворюється на вугільну кислоту і повертається туди, звідки вона походить. Таким чином, повітря повертає ту кількість вуглекислоти, яку у нього віднімає життєвий цикл рослин. Наступні приклади використовуються для виявлення кількості вуглекислого газу, що виділяється в повітря за допомогою цих процесів.
50 людей за годину видихають приблизно 1 кубічний метр вуглекислого газу. Населення Будапешта (чотириста тисяч в круглих числах) становить понад 50 мільйонів кубічних метрів за рік, 16 мільйонів жителів Угорщини за той самий період становлять 2824 мільйони кубічних метрів, а 1400 мільйонів людей, що проживають на Землі, складають близько 245 280 млн куб. Звичайно, кількість вуглекислого газу, що потрапляє в повітря під час дихання всієї фауни Землі, навіть більша за цю.
При спалюванні 1 глазурі вугілля (із середнім вмістом вуглецю 82%) утворюється кругла кількість 76 кубічних метрів вуглекислого газу. Збільшивши щорічне споживання вугілля до 2000 мільйонів грамів на рік у всьому світі, ця кількість вугілля збільшить вміст вуглецю в повітрі приблизно на 152000 мільйонів кубічних метрів, або 268832 мільйони кілограмів вуглекислого газу, за один рік.
У випадку гниття та бродіння, хоча б існувала основа для подібного розрахунку, йому бракує того, що можна застосувати; адже ми не маємо уявлення про кількість органічної речовини, яка з часом проходить через ці процеси. Але той факт, що таким чином утворюється величезна кількість вугільної кислоти, менш важко уявити.
Відомо, що величезна кількість вуглекислого газу виливається з глибин Землі в місцях, де є вулкани, що функціонують або вже вимерли, частково безпосередньо у газоподібній формі, а частково у формі джерел вуглекислого газу. Такі вуглецеві видихи та газовані джерела зустрічаються у всіх частинах Землі; часто групами та у сільській місцевості у таких великих кількостях, що вони також мають гальмівний вплив на розвиток життя.
Під час вулканічної експлуатації значна кількість вугільної кислоти зазвичай викидається в повітря разом з іншими газами та парами, і навіть водяна пара фумаролів зазвичай супроводжується невеликою кількістю вуглекислоти.
Все це є цілком чітким доказом того, що в надрах нашої Землі є одне з найпотужніших джерел вугільної кислоти, яка таким чином транспортує свій матеріал на поверхню та в атмосферу. Але що робить це невичерпне джерело, тобто те, що знову є джерелом цього багатого джерела вугільної кислоти?
Безперечно, це можна знайти в хімічних процесах, що невпинно відбуваються в глибині русла; вони можуть забезпечити лише надзвичайно велику кількість вуглекислоти, яка, мабуть, зіграла свою роль у формуванні вулкана. У надрах Землі можуть бути величезні маси вуглекислих порід, які зазнають постійної трансформації, тоді як вугільна кислота завжди виділяється, пробиваючись на поверхню. Під впливом кремнієвої кислоти ці гірські породи частково перетворюються на сполуки кремнієвої кислоти, силікатні гірські породи, а частково на них впливають інші кислоти, сильніші за вугільну кислоту, змінюючи їх склад і перетворюючи їх на різні породи.
Airрунтове повітря дуже багате вугільною кислотою; вдесятеро, в сто разів багатше кругового повітря. Що є більш природним, ніж той факт, що якщо з якихось причин ґрунтове повітря більшою чи меншою мірою витікає на поверхню ґрунту, тут це може значно збільшити вуглекислий газ у повітрі. Зазвичай витік відбувається шляхом дифузії, але іноді вуглекислий газ у ґрунтовому повітрі змішується з атмосферою через сильні виверження.
Море також можна вважати джерелом вуглекислого газу; але оскільки море є цілим як регулятор вмісту вуглекислого газу в повітрі, воно обговорить серед цих факторів.
Виробництво дуже великої кількості вуглекислого газу із вищезазначених джерел вуглекислого газу наповнило б нашу атмосферу цим отруйним газом за відносно короткий час, якби не було споживання до такої міри, що вміст вуглекислого газу в повітрі зростає . Той факт, що споживання, так би мовити, завжди відбувається в тій же мірі, що і розмноження, є достатньо виправданим невеликими коливаннями вмісту вуглекислого газу в повітрі. Якби втрата ваги та розмноження не підтримувались у рівновазі, нам довелося б виявити вміст вуглекислого газу в нашій атмосфері набагато вищим, а потім набагато меншим, як правило, безперервно змінним, а не таким, як було виявлено в попередніх дослідженнях. Таким чином, фактори природи, які споживають вуглекислий газ у повітрі, також регулюють його вміст. Завдяки цьому вміст вуглекислого газу в нашій атмосфері не збільшується і не зменшується до такої міри, що його кількість заважала б домогосподарству в природі і заважала б чи заважала розвитку життя.
Рослинність - найвідоміший з факторів, що регулюють вміст вуглекислого газу в повітрі. У природі це важливе завдання - утворення органічних, тобто вуглецевмісних сполук з неорганічних речовин, які частково використовуються як поживні речовини для тваринного світу, а частково як їжа для людей або для інших цілей. Однією з найважливіших неорганічних сполук, з якої рослина виробляє органічну речовину протягом свого життєвого циклу, є вугільна кислота в повітрі. Експериментально доведений факт, що рослина не здатна розмножуватися і навіть повільно починає згасати, коли вугільна кислота штучно видаляється з її атмосфери, хоча за інших умов змін не відбулося. Кількість вуглецю, що накопичується у рослинності, походить виключно від вугільної кислоти в повітрі, тому вугільна кислота в повітрі є необхідною поживною речовиною для рослинності. Рослини розщеплюють вуглекислий газ, що поглинається їхніми тілами, затримуючи вуглець, асимілюючи його в свої тіла і викидаючи невикористаний кисень.
Скільки вуглекислого газу споживає рослина, тобто скільки виводить з атмосфери, можна виміряти лише за кількістю вуглецю, який накопичується в усіх посівах за рік. Якщо ми знаємо середньорічну врожайність одного гектара лісу, деревини та листя, врожайність 1 га орної землі тощо, і якщо ми знаємо кількість вуглецю в зібраній продукції, то загальна кількість вуглецю може бути легко розрахувати.
Якби ми знали розмір площі, покритої рослинністю, ми могли б скласти уявлення про необхідність вуглекислого газу в рослинності всієї Землі. У цьому відношенні дані є неповними; але приблизно 1/4 поверхні суші, безумовно, можна вважати покритою рослинністю, тобто близько 10 159 875 000 гектарів. Виходячи з потреб вуглекислого газу в рослинній зоні Угорщини, рослинність всієї суходолі становить близько 90 трильйонів кг за рік. споживає вуглекислий газ. Якби вміст вуглекислого газу в повітрі постійно не збільшувався, постійний вміст вуглекислого газу (близько 2353 трлн. Кг.) Був би втрачений через 26 років; але, можливо, навіть за коротший час, ніж про споживання морських водоростей не могло бути й мови.
Море також зазначено як потужний регулятор вуглецю та як джерело вуглекислого газу. Вміст вуглекислого газу в повітрі тісно пов’язаний з бікарбонатом вапна, розчиненим у морі. Коли вміст вуглекислого газу в повітрі зменшується, потрібна кількість бікарбонату вапна, розчиненого в морській воді, розкладається, виділяє половину вуглекислого газу в повітря, а карбонат вапна осідає в морі. Якщо, навпаки, вміст вугільної кислоти в повітрі збільшується, морська вода поглинає вугільну кислоту і знову утворює бікарбонат вапна. Ось так тече море, щоб відновити баланс між вуглекисленням та виснаженням, і діє як справжній регулятор вмісту вуглецю в повітрі. Причину цього явища можна знайти в тому, що існує певна залежність напруги між зв'язаною вугільною кислотою бікарбонату вапна в розчині та вільною вуглекислотою повітря, яка намагається підтримувати їх у постійному балансі.
Мені нецікаво згадувати все ж питання, яке нещодавно порушив англійський геолог Лоуз Дж. Б. За його словами, збільшення вуглекислого газу є більш значним, ніж споживання. І оскільки надлишок вуглецю утворюється за рахунок вільного вуглецю на Землі, він запитує, де природа компенсує ці постійні втрати вуглецю. Ô вважає, що джерелом цього є органічний вуглець Світового океану. За його словами, навіть у дуже глибоких морських глибинах вміст вуглекислого газу настільки високий, що шар води товщиною 1000-1500 метрів містить принаймні втричі більше вуглецю, ніж кількість вуглекислого газу в повітряній колоні вище такого ж розміру поверхні. Він вважає, що велика кількість вуглецю, накопиченого в океані, зможе компенсувати втрати вуглецю на Землі ще довгий час, і що рівновага забезпечується і в цьому напрямку.