Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 22. Колообіг карбону. Парниковий ефект
Карбон у природі
Карбон міститься у складі багатьох різних сполук (органічних і неорганічних).
Прості речовини Карбону містяться в кам’яному вугіллі, алмазах і графіті.
Найбільше атомів Карбону міститься у складних речовинах, з-поміж яких можна виділити такі основні групи:
• органічні речовини у складі біомаси (рослини, тварини, гриби тощо)
• органічні речовини у складі природного газу, торфу, нафти тощо
• органічні речовини в ґрунтах (їх зазвичай називають гумусом, він зумовлює родючість ґрунтів)
• неорганічні речовини, зокрема у складі карбонатів: соди, кальциту, мармуру, крейди тощо
Зв'язування газуватих сполук Карбону
Пригадайте
Який процес називають фотосинтезом? Пригадайте хімічне рівняння, яким можна описати фотосинтез.
З-поміж газуватих сполук Карбону найпоширенішими є вуглекислий газ і метан. У великих кількостях вуглекислий газ поглинають рослини на суходолі під час фотосинтезу. У такий спосіб газуваті сполуки Карбону («газуватий» Карбон) перетворюються на органічні речовини у складі біомаси («органічний» Карбон).
Фотосинтез
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2↑
На Землі великі обсяги води постійно контактують з повітрям, унаслідок чого вуглекислий газ розчиняється у воді. За певними оцінками, у Світовому океані розчиненого вуглекислого газу міститься в 100 разів більше, ніж газуватого в атмосфері.
Великі обсяги вуглекислого газу у Світовому океані поглинаються організмами під час фотосинтезу. Також багато вуглекислого газу перетворюється на карбонатну кислоту і споживається тваринами (молюсками, кораловими поліпами тощо), які перетворюють його на кальцій карбонат. Цей кальцій карбонат стає основою їхніх черепашок (мушлей), ендо- й екзоскелетів тощо.
Відмерлі рештки молюсків, які накопичуються на дні морів і океанів, за мільйони років перетворюються на поклади крейди, вапняку та мармуру.
Усередині черепашок деякі молюски з кальцій карбонату утворюють перли.
Виділення газуватих сполук Карбону
З-поміж газуватих сполук Карбону найбільше виділяється вуглекислого газу. Джерела вуглекислого газу можуть бути біогенними, абіогенними й антропогенними.
Біогенний вуглекислий газ виділяється у процесах:
- дихання організмів;
- гниття решток організмів і бродіння;
- окиснення гумусу киснем повітря.
Абіогенний вуглекислий газ виділяється переважно внаслідок лісових пожеж і вулканічної діяльності.
Антропогенні джерела вуглекислого газу в атмосфері:
- згоряння палива (деревини, вугілля, бензину тощо) в автівках, на теплоелектростанціях, під час опалювання помешкань тощо;
- хімічні процеси виробництва (цукру, цементу тощо);
- спалювання сміття й опалого листя.
Поміркуйте
Проаналізуйте джерела викидів вуглекислого газу за графіком. Унаслідок чого, на вашу думку, змінюються роками обсяги його викидів з різних джерел?
Окрім вуглекислого газу у великих обсягах в атмосферу потрапляє також метан.
Природними джерелами метану є такі процеси:
- анаеробне гниття в болотах;
- розкладання газогідратів унаслідок підвищення температури води Світового океану;
- життєдіяльність тварин, у яких метан утворюється в кишечнику.
Колообіг Карбону
Відомі вам процеси зв’язування та виділення сполук Карбону можна уявити як колообіг (мал. 22.1).
Мал. 22.1. Колообіг Карбону в природі
Поміркуйте
Порівняйте колообіг Карбону з колообігом Оксигену (§ 11, мал. 11.2). Чи можна стверджувати, що напрями витрат кисню збігаються з напрямами виділення вуглекислого газу?
Парниковий ефект
Ті з вас, хто був у теплиці, знають, як там тепло й волого навіть за холодної погоди зовні. Вологість повітря в теплиці зумовлена випаровуванням води ґрунтом і поверхнею рослин (листками, стеблами тощо), а підвищена температура — великим умістом водяної пари в повітрі.
Уміст водяної пари та інших газів у повітрі спричиняє парниковий ефект. Він виникає через те, що парникові гази поглинають інфрачервоне випромінювання Сонця і розігріваються (мал. 22.2). Отже, частина енергії Сонця не відбивається від поверхні Землі, а витрачається на розігрівання атмосфери. Через парниковий ефект середня температура повітря біля поверхні Землі дорівнює близько +15 °С. Без парникового ефекту вона була б від -18 до -23 °С.
Мал. 22.2. Виникнення парникового ефекту
Поміркуйте
Проаналізуйте малюнок 22.2 та визначте, яка частка від енергії Сонця утримується поверхнею Землі, а яка — атмосферою.
Проаналізуймо дані з таблиці 4 «Парникові гази»: найбільше на парниковий ефект впливає водяна пара. Також значний «внесок» у вуглекислого газу. І хоча його вміст у повітрі значно менший за водяну пару, але його парниковий фактор набагато вищий.
Таблиця 4. Парникові гази
|
Газ |
Уміст в атмосфері, об'ємна частка, % |
Парниковий фактор** |
«Внесок» у парниковий ефект, % |
|
Водяна пара |
1* |
0,1 |
36-72 |
|
Вуглекислий газ |
3,5 • 10-2 |
1 |
9-26 |
|
Метан |
1,7 • 10-4 |
30 |
4-9 |
|
Озон |
0,032-7,3 • 10-4 (залежно від висоти) |
130 |
3-7 |
|
Оксиди Нітрогену |
3,0 • 10-5 |
160 |
1-3 |
* Середнє значення, залежить від вологості повітря.
** Парниковий фактор використовують для порівняння парникового ефекту двох газів за однакової концентрації.
Ви знаєте, що вуглекислий газ потрапляє в повітря унаслідок природних процесів: виверження вулканів, життєдіяльності організмів, великих лісових пожеж (мал. 22.3, а). Але в останні століття значно посилився антропогенний фактор: дедалі більше вуглекислого газу потрапляє в повітря внаслідок людської діяльності (мал. 22.3, б). Від середини XVIII століття (від початку доіндустріальної епохи) уміст вуглекислого газу в атмосфері збільшився майже в 1,5 раза.
Мал. 22.3. Джерела вуглекислого газу в атмосфері: природні процеси (а) й антропогенна діяльність (б)
Збільшення концентрації вуглекислого газу посилює парниковий ефект, унаслідок чого підвищується середня температура повітря. А це збільшує випаровування води з океанів, що також посилює парниковий ефект. За прогнозами, сукупність усіх факторів може призвести до підвищення середньорічної температури на планеті на кілька градусів, а, отже, до танення льодовиків і підвищення рівня Світового океану.
Унаслідок глобального потепління зростає інтенсивність і кількість екстремальних погодних явищ: посух, повенів, ураганів та тропічних циклонів, які вже відбуваються в різних регіонах світу і, за прогнозами, почастішають у майбутньому.
Мал. 22.4. Природні катаклізми часто є наслідками глобального потепління
Сьогодні природозахисники й природозахисниці звертають увагу на необхідність обмеження викидів вуглекислого газу в атмосферу. У 1998-1999 роках майже всі країни світу, зокрема Україна, підписали Кіотський протокол, згідно з яким кожна країна зобов’язується або знизити обсяги викиду парникових газів, або зберегти їх на рівні 1990 року.
Для досягнення цієї мети насамперед необхідно впроваджувати енергозбережувальні технології, замінювати викопне паливо біопаливом, використовувати відновлювані джерела енергії.
Для розв’язання проблеми парникового ефекту слід також звернути увагу на збільшення вмісту метану в атмосфері. Поки що «внесок» метану в парниковий ефект не такий значний, але впродовж останніх 300 років його вміст в атмосфері невпинно зростає. Це пов’язано зі стрімким розвитком тваринництва (процеси травлення худоби) (мал. 22.5), рисівництва (процеси болотного гниття), а також збільшенням площі захоронення твердих побутових відходів (процеси анаеробного гниття).
Мал. 22.5. Велика рогата худоба є однією з причин збільшення вмісту метану в атмосфері
Робота з інформацією
275. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про перли: як вони утворюються, як їх добувають і використовують. Підготуйте ілюстровану доповідь.
276. У додаткових джерелах дізнайтеся про значення вуглекислого газу під час виробництва цементу.
277. За матеріалом додаткових джерелах занотуйте прогнози фахівців щодо кліматичних змін у майбутньому. Порівняйте результати своєї інформаційно-пошукової діяльності з результатами однокласників / однокласниць.
278. У додаткових джерелах знайдіть інформацію щодо обсягів вуглекислого газу, які потрапляють у повітря з різних антропогенних джерел. Зробіть висновок, які галузі людської діяльності слід обмежити чи модернізувати для зменшення цих обсягів.
279. Знайдіть потрібну інформацію та порівняйте внесок природних і антропогенних джерел оксидів неметалічних елементів у формування кислотних дощів.
280. За додатковими джерелами інформації порівняйте внесок у формування парникового ефекту газів, які потрапляють в атмосферу з природних і антропогенних джерел.
281. На температуру на поверхні Землі можуть впливати природні чинники, зокрема вулканічна активність. Із додаткових джерел дізнайтеся про виверження вулкана Тамбора 1815 року та його вплив на клімат на різних континентах у найближчі роки. Підготуйте доповідь.
Кальдера вулкана Тамбора на о. Сумбава, Індонезія
Розуміння явищ природи (робота в групах)
282. Оцініть правильність тверджень.
• Що більше вуглекислого газу потрапляє в атмосферу, тим більше його буде розчинятися у воді Світового океану, і навпаки, тож між цими процесами існує певна рівновага. Наведіть аргументи «за» та «проти».
• Температура в Арктиці зростає майже вдвічі швидше, ніж у середньому на планеті. Унаслідок цього швидше тануть арктичні льодовики та морський лід.
• У середньому більшість материкових регіонів нагріваються швидше, ніж океани, через різницю теплоємності води й суходолу.
• Попри наявні знання про кліматичні системи, існує ще багато невідомих чинників: приміром, не всі процеси взаємодії між атмосферою, океанами, суходолом і біосферою зрозумілі або передбачувані.
• Хоча метеорологи можуть передбачити погоду на декілька днів, кліматичні прогнози працюють за іншими принципами, у яких треба вивчати довгострокові тенденції. Погода — це лише короткостроковий прояв кліматичних тенденцій.
283. Оцініть вплив діяльності людини на колообіг Карбону: вирубування лісів, розрівняння ґрунтів для будування доріг і будівель, орання землі, вирощування сільськогосподарських культур, розведення великої рогатої худоби, заміна палива в котельній з природного газу на сміття, осушування боліт.
284. Парниковий фактор хлорофлуоровуглеводнів, які використовують як фреони, у 23 тис. разів більший, ніж у вуглекислого газу. Як ви вважаєте, чому стосовно фреонів наголошують переважно на їхній загрозі озоновому шару, а не на посиленні парникового ефекту? (Про озоновий шар ви можете пригадати з § 12.)
285. За малюнком 22.2 визначте правильність тверджень.
• Кількість енергії, що розсіюється Землею в космосі, більша, ніж потрапляє на Землю.
• Земна поверхня поглинає 4/5 енергії, що на неї потрапляє.
• У вигляді теплоти земна поверхня випромінює менше 2/3 поглиненої енергії.
• Земна поверхня випромінює енергію в ультрафіолетовому діапазоні.
• Близько 30 % сонячного випромінювання відбивається земною поверхнею та атмосферою.
286. Проаналізуйте таблицю на с. 206 і дайте відповіді на запитання.
• Який із газів виявляє найсильніший парниковий ефект?
• Який із газів найбільше впливає на температуру повітря?
• З-поміж газів з істотним умістом у повітрі (за винятком водяної пари) визначте той, що найсильніше впливає на парниковий ефект.
287. Запропонуйте захід, який ви могли би підготувати для поширення у вашій громаді інформації щодо парникового ефекту та глобального потепління. Підготуйте листівки для такого заходу.
288. Чи можна однозначно стверджувати, що єдиною причиною глобального підвищення температури повітря на Землі є вміст вуглекислого газу в атмосфері? Наведіть аргументи «за» і «проти».
