Természettudományi Közlöny, XVIII. kötet, 198-ik füzet, 1886. februárius


SZTERÉNYI HUGÓ

A levegô szénsaváról

A levegô szénsava felette fontos szerepet játszik a természet háztartásában, még pedig mind a szerves, mind a szervetlen világban. A szerves világnak úgyszólván tárházát képezi, mert az a roppant mennyiségû szén, a mi szerves vegyületek alakjában az állatok és növények testét alkotja, a mi fûtô és világító anyagainkban van felhalmozva, a levegô szénsavából ered. A szervetlen világban mint igen fontos geológiai tényezô szerepel a szénsav; kôzeteket pusztít és alkot; a talajképzésre lényegesen befoly; az ásványi tápláló anyagok felszívódását elôkészíti és az ásványvilágban az anyag czirkuláczióját létesíti, mintegy életet kölcsönözve ez által az élettelennek is. Mindenképpen nagyszerû és jelentôs a levegô szénsavának hatása a szerves és a szervetlen világra, s ha az ember mélyebben beletekint a végbemenô jelenségekbe, jó képet alkothat magának arról, hogy a természet kis eszközökkel mily sokat és nagyot mûvelhet...

A tudományos világnak biztos tudomása arról, hogy a levegôben szénsav is foglaltatik, 1774 óta van, a mikor Bergmann svéd természettudós azt egész határozottsággal felfedezte. Egész határozottsággal mondom, mert elôtte sejtették ugyan a szénsav jelenlétét a levegôben, de biztos tényként állítani nem merték, nem lévén képesek azt kísérletileg kimutatni. Második foglalkozott e kérdéssel 1778-ban H. B. de Saussure, ki már azt is tudta, hogy a szénsav nemcsak a szárazföld fölötti levegôben van mindig jelen, hanem található a tengeri levegôben, valamint a Montblanc örökös haván túl is...

A levegô szénsavának legelsô mennyileges meghatározását Humboldt 1791-ben, Fourcroy pedig 1801-ben kísérlették meg.

A meghatározást általában akként végzik, hogy bizonyos megmért térfogatú levegôt oly anyagokkal hoznak össze (mész-, barit-víz, káliumhidroxid, nátronmész stb.), a melyek a levegô szénsavát gyorsan és tökéletesen elnyelik s az ekkor beálló térfogatkisebbedés vagy pedig az elnyelô anyagok súlyszaporodásának pontos megmérése adja a szénsavtartalom mennyileges értékét...

Megbízható adataink a levegô szénsavtartalmáról csak azóta vannak, a mióta Pettenkofer M. Münchenben megállapította az egyszerûség és pontosság tekintetében egyaránt kiváló módszerét, melyet az újabb vizsgálók kevés kivétellel mind követnek. 1858-ban vetette ô meg alapját e módszerének; 1862-ben lényegesen javította, késôbb pedig ô maga, valamint mások egyes finomításokat tettek rajta...

Az elsô, ki a Pettenkofer-féle szénsavmeghatározási methodussal végezte terjedelmes vizsgálatait, Smith A. angol búvár volt, a ki 1864-ben Manchesterben (3.69) és Londonban (3.49) (Themse fölött: 3.43; parkokban 3.01; utczákon 3.80), valamint több hegy tetején (3.32) és alján (3.41) vizsgálta a levegô szénsavtartalmát és a zárjelbe foglalt átlagos eredményekre jutott...

Nálunk dr. Fodor József egyetemi tanár foglalkozik már évek óta szénsavmeghatározásokkal és kísérleteinek eredményeit "Egészségtani kutatások" stb. czímû nagybecsû munkájában tette közzé. Már 1874-ben végzett Kolozsvárott szénsavmeghatározásokat és 7 elemzésének átlaga 3.80 volt. 1877. márczius hó óta Budapesten végez rendszeres és állandó légköri szénsavelemzéseket és kísérleteit kiterjesztette mindazon természeti okok kutatására is, a melyek a szénsavtartalom ingadozására befolyással vannak...

Végig tekintve a chronológiai sorrendben összeállított búvárlatokon, összehasonlítva a közölt adatokat s mérlegelve mindazokat az eredményeket, miket az egyes búvárok azon körülményekre nézve találtak, melyek a levegô szénsavtartalmára befolyhatnak, a levegô szénsavtartalmának kérdésérôl ez idô szerint a következô képet alkothatjuk magunknak.

Meglehetôs biztonsággal állítható, hogy 10 000 térfogatrész szabad légköri levegôben a szénsavmennyiség átlag 3 rész, vagyis, specziális példával illusztrálva, 10 liter levegôben van 3 köbcentiméter, azaz súly szerint 6 milligramm szénsav. Vajjon ezen középértéktôl minô eltérések lehetségesek, arra nézve még mindig kevés az adat. Tény, hogy az ingadozások még más-más körülmények közt sem ily jelentékenyek, mint régebben gondolták, és ez utóbbi 20 év eredményei inkább a szénsavtartalom mennyiségének állandósága mellett, mint ellene bizonyítanak...

Az ember azt hinné, hogy városokban, nevezetesen pedig nagyobbakban, a hol a kémények ezrei tömérdek szénsavat bocsátanak szakadatlanul a levegôbe, a hol a sok lélekzô ember s állat azután meg a rothadó s korhadó anyagok tömege roppant gazdag szénsavforrás, és növényzet, mely a produkált szénsavat felhasználná, alig van, sokkal több a levegôben a szénsavtartalom, mint a vidéken. Az észleletek ezt a hiedelmet helyben nem hagyják, mert nagyobb városok (Páris, London, Genf, Manchester, Palermo stb.) levegôjének vizsgálata arra a feltûnô eredményre vezetett, hogy az, a rengeteg szénsavszaporulat daczára, nem tartalmaz sokkal több szénsavat, mint a levegô a vidéken. Ritka esetben nagyobb a különbség 0,5-nél és több mint 3,5 szénsav a legnagyobb városokban sincs, hacsak rendkívüli okok nem mûködnek közre. A légáramok, úgy látszik, roppant erôvel ragadják magukkal a szénsavat, mely diffuzió útján eloszlik a légtenger végtelen tömegébe és sokkal gyorsabban tûnik el a város zárt levegôjébôl, semhogy a vizsgáló készülékére hatást gyakorolhatna. Hogy azonban bizonyos körülmények közt az emberek s az állatok lélekzésébôl, valamint esetleg máshonnan eredô szénsavmennyiség a szomszédságban még a levegô szénsavtartalmára is gyakorolhat érzékeny hatást, azt Reiset azzal a kísérlettel bizonyította be, hogy 306 darab juhból álló nyáj közelében a levegôt verôfényes napokon ismételve jóval dúsabbnak találta szénsavban, mint ugyanazon a helyen akkor, midôn a nyáj ott egyáltalában nem, vagy pedig jóval távolabb legelt.

Az imént a városi s a vidéki levegô szénsavtartalmára vonatkozólag mondottakat tekintetbe véve, nem fog meglepni ez a különben már föntebb érintett tény, hogy a vegetácziónak közvetetlen befolyása alig van a levegô szénsavtartalmára nézve, a mennyiség a különbség a dús növényzettel borított helyek fölött elterülô levegô és más levegô szénsavtartalma közt igen csekély. Valamint a városokban a különféle forrásból eredô szénsavszaporulat nem képes a város zárt levegôjének szénsavmennyiségét jelentékenyen szaporítani, úgy nincs a vegetáció életfolyamata közben folytonosan szereplô szénsav sem a közvetlen környezetre hatással...

Két igen érdekes és fontos kérdés tárul elénk a levegô szénsavtartalma tárgyalásánál; nevezetesen, hogy melyek a levegô szénsavának forrásai és minô tényezôk szabályozzák a szénsavtartalmat a levegôben?

Hozzávetôleg kiszámították, hogy a mi, körülbelül 5 trillió kilogrammnyi légkörünkben vagy 2353 billió kilogramm szénsav foglaltatik, ebbe pedig körülbelül 642 billió kilogramm szén. Kétségkívül tetemes mennyiség, melynek valahonnan kerülnie kellett légkörünkbe, de a mely még sokkal többre rúgna, ha belôle igen nagy mennyiség folytonosan fel nem használtatnék, azaz el nem fogyna. Vajjon ez a mennyiség valamikor nem volt-e jelentékenyen több, s a levegô szénsavtartalma a földképzôdés valamelyik stádiuma óta nem csökken-e, avagy nem szaporodik-e folyvást, azt eldönteni természetesen nem lehet. Tény, hogy a földképzôdés folyamata alatt rengeteg mennyiségû szénsav használtatott el, a mirôl némi fogalmat alkothatunk magunknak, ha tekintetbe vesszük Földünk óriási kôszén, barnaszén- és túrfa-telepeit, melyek növényi maradványok lévén, szenüket a levegô szénsavából kellett venniök. De annál a szénsavmennyiségnél, mely ezek képzôdéséhez szükséges volt, még sokkal tetemesebb a szénsavnak az a mennyisége, mely Földünk roppant terjedelmû mész- és dolomit-hegyeinek, valamint sok más szénsavas kôzeteinek alkotó része és a mihez az anyag alig kerülhetett máshonnan, mint a levegô szénsavából...

A légkör mai szénsavtartalmával egyenlô súlyú szénsavmennyiség oly 89 méter vastagságú mészrétegben is van, melybe a Földet beburkolva gondolnók. Már pedig a Földön a szerves élet megjelenése óta tényleg lerakódott mész és dolomit bizonyára százszorosa ennek a tömegnek, az összes mész és dolomitmennyiség pedig, mely Földünkön található, legalább is 200-szor nagyobb, tehát kétszázszor több szénsavat foglal magában, mint légkörünk szénsavmennyisége...

Hogy azonban a szénsav e roppant halmaza egyszerre együtt lett volna valaha légkörünkben, az alig gondolható, mert a szénsavval ennyire bôvelkedô levegôben se a növények, se az állatok fejlôdése meg nem indulhatott volna, és élet oly körülmények közt lehetséges nem lett volna. Sokkal valószínûbb, hogy a szerves élet kezdete óta a levegô szénsavtartalmában való fogyatkozást folytonos szaporulat pótolta, még pedig talán oly mértékben, hogy a fogyás meg a szaporodás egymás közt mindig egyensúlyt tarthattak. A jelenleg véghezmenô jelenségek legalább erre utalnak és semmi okunk sincs elôbbi földtani korszakokban másnemû viszonyokat feltételezni, noha valószínû, hogy a fogyás meg a szaporodás mértéke korszakonként más-más lehetett.

A mi magukat a forrásokat illeti, a melyek a levegô mostani szénsavtartalmához az anyagot szolgáltatják, vagyis a honnan a folytonos pótlás történik, azok különfélék. Találhatók részint a földön, részint a föld alatt, de lehet, hogy van olyan a Földön kívül is. Sterry Hunt legalább úgy vélekedik, hogy az egész világegyetemet levegônkkel azonos atmoszféra tölti ki, a melynek kifogyhatatlan készletébôl fedeztetik diffuzió útján az egyes bolygók atmoszférájának minden vesztesége s kiegyenlítôdik minden esetleges változása...

A szénsavnak ilynemû Földön kívüli forrása sokkal hipothetikusabb, semhogy azt a Föld légkörében véghezmenô tünemények magyarázata alapjául elfogadhatnók; annál kevésbbé, mivel ismerünk szénsavforrásokat, melyek valódiságához kétség nem fér.

Legközelebb esik arra a gazdag szénsavforrásra gondolnunk, mely az emberek s az állatok anyagcseréjébôl fakad, továbbá az állati s növényi anyagok rothadása, illetôleg korhadásából, a czukortartalmú anyagok erjedésébôl és a fûtô meg a világító anyagok elégésébôl keletkezô szénsavmennyiségre. A lélekzés, a korhadás és az égés mind oly folyamatok, a melyek által az a szénmennyiség, mit a növények a levegô szénsavából leválasztanak és szerves anyagok képzésére dolgoznak fel, megint szénsavvá változik és visszaszármazik oda, a honnét került. Ilyképen a levegô megint visszakapja azt a szénsavmennyiséget, a mit belôle a növények életfolyamata elvon. Milyen nagymennyiségû szénsav kerül ezen folyamatok útján a levegôbe, annak érzékítésére szolgáljanak a következô példák.

50 ember egy óra alatt körülbelül 1 köbméter szénsavat lehel ki. Budapest lakossága (kerek számban négyszázezret véve) egy éven át több mint 50 millió köbmétert, Magyarország 16 milliónyi lakossága ugyanannyi idô alatt 2824 millió köbmétert, a Földön élô 1400 millió ember pedig körülbelül 245 280 millió köbmétert. Természetesen ennél még sokkal nagyobb az a szénsavmennyiség, a mi a Föld egész állatvilágának lélekzése közben jut a levegôbe.

1 mázsa kôszén (közepes értékben 82% széntartalmat véve) elégetésekor kerek számban 76 köbméter szénsav keletkezik. Az évi kôszénfogyasztást az egész Földön 2000 millió mázsára téve, egy éven át ezen mennyiségû kôszén körülbelül 152 000 millió köbméter, vagyis 268 832 millió kilogramm szénsavval szaporítja a levegô szénsavtartalmát...

A rothadásnál és az erjedésnél is meg volna ugyan az alap hasonló számításhoz, de hiányzik az, a mire vonatkoztatni lehetne; nincsen ugyanis módunkban fogalmat alkotni a szerves anyagok azon mennyiségérôl, mely bizonyos idô alatt e proczesszusokon keresztül megy. De hogy ily úton is roppant mennyiségû szénsav képzôdik, azt már kevésbbé nehéz elképzelni...

Óriási mennyiségekben ömlik ki, mint ismeretes, a szénsav a Föld mélyébôl oly helyeken, a hol mûködô vagy már kialudt vulkánok vannak, részint közvetlenül gázalakban, részint pedig a szénsavas források alakjában. Ilyen szénsavexhalácziókkal és szénsavas forrásokkal a Föld minden részén találkozunk; sokszor csoportosan és vidékenként oly nagy mennyiségben, hogy az élet kifejlôdésére is gátlólag hatnak...

Vulkáni mûködéskor egyéb gázokkal s gôzökkel rendesen szintén jelentékeny mennyiségû szénsav jut a levegôbe, sôt a fumarolák vízgôzét is többnyire nem csekély mennyiségû szénsav kíséri...

Mindezek elég világos bizonyítékai annak, hogy földünk mélyében van egyike a leghatalmasabb szénsavforrásoknak, amely anyagát az említett módon juttatja a felszínre, illetôleg a légkörbe. De mibôl képzôdik ez a kifogyhatatlan forrás, vagyis mi megint ennek a gazdag szénsavforrásnak a kútforrása?

Kétségkívül a fóld mélyében szüntelenül véghez menô chemiai proczesszusokban keresendô az; ezek szolgáltathatják csak azt a rendkívül nagy menynyiségû szénsavat, melynek bizonyára a vulkán mûködése létrejötténél is van némi része. A Föld mélyében óriási szénsavas kôzettömegek lehetnek, melyek folytonos átalakulásnak vannak alávetve, mi közben szénsav válik mindig szabaddá, mely útat tör magának a felszínre. E kôzetek a kovasav hatása alatt részint kovasavas vegyületekké, szilikátkôzetekké alakulnak, részint pedig más, a szénsavnál erôsebb savak hatnak reájok, módosítják összetételüket és más-más kôzetté változtatják...

A talajlég szénsavban igen gazdag; tízszerte, százszorta gazdagabb, mint a körlég. Mi természetesebb, mint az, hogy ha a talajlég bármi okból kisebb-nagyobb mennyiségben áramlik fel a talaj felszínére, itt a levegô szénsavát jelentékenyen képes növelni. A feláramlás rendesen diffuzió útján történik, de idônként erôs kitörések útján is keveredik a talajlég szénsava a légkörével...

Szénsavforrásként tekinthetô a tenger is; de minthogy a tenger ép oly mértékben a levegô szénsavtartalma szabályozójaként is szerepel, ezen tényezôk közt fog tárgyaltatni...

Az eddig említett szénsavforrások roppant nagy mennyiségû szénsavtermelése aránylag rövid idô múlva e mérges gázzal töltené be légkörünket, ha ép oly mértékben fogyasztás nem következnék be a minôben a levegô szénsavtartalma szaporodik. Hogy a fogyasztás, úgyszólván, mindig oly mértékben történik, mint a szaporodás, azt eléggé igazolja az a csekély mértékû ingadozás, mely a levegô szénsavtartalmában tapasztalható. Ha a fogyás s a szaporodás egyensúlyt nem tartana, légkörünk szénsavtartalmát majd sokkal nagyobbnak, majd sokkal csekélyebbnek, általában folytonosan merôben változónak kellene találnunk, nem pedig úgy, a mint azt az eddigi vizsgálatok konstatálták. A természet azon tényezôi tehát, a melyek a levegô szénsavát fogyasztják, egyszersmind tartalmát is szabályozzák. Ennek köszönhetô, hogy légkörünk szénsavtartalma se nem szaporodik, se nem fogy annyira, hogy mennyisége a természet háztartásában zavarólag hatna s az élet fejlôdését gátolná, illetôleg megakasztaná...

A levegô szénsavtartalmát szabályozó tényezôk közül legismertebb a növényzet. Ennek a természetben az a fontos föladat jutott, hogy a szervetlen anyagokból szerves, azaz széntartalmú vegyületeket alkosson, melyeket részben az állatvilág tápláló anyagul, részben pedig az ember is táplálékul, vagy pedig egyéb czéljaira használ. Azon szervetlen vegyületek között, melyekbôl a növény életfolyamata közben a szerves anyagokat készíti, legfontosabbak egyike a levegô szénsava. Kísérletileg bebizonyított tény, hogy a növény szaporodni nem képes, sôt lassanként enyészetnek indul, ha a légkörébôl a szénsavat mesterségesen eltávolítottuk, jóllehet egyéb körülményeken semminemû változás nem történt. Az a szénmennyiség, mely a növényzetben felhalmozódik, kizárólag a levegô szénsavából kerül oda, minélfogva a levegô szénsava a növényzetnek nélkülözhetetlen tápláló anyaga. A növények a szervezetükbe felvett szénsavat elbontják, a szenet mintegy visszatartják, testükké asszimilálják, a fel nem használt oxigént pedig kilehelik...

Hogy a növényzet milyen mennyiségû szénsavat fogyaszt, vagyis mennyit von el a légkörbôl, annak mértékéül csakis az a szénmennyiség szolgálhatna, mely egy év mindennemû termésében felhalmozódik. Ha ismerjük egy hektár erdô, fa és levéltermésének évi átlagos mennyiségét, 1 hektár szántóföld termését stb., s ha tudjuk, mennyi az aratott termékek szénmennyisége, akkor az összes szénmennyiség könnyen kiszámítható...

Az egész Föld növényzetének szénsavszükségletérôl fogalmat alkothatnánk magunknak, ha tudnók a növényzettel borított terület nagyságát. Erre nézve az adatok hiányosak; de megközelítôleg a szárazföld felületének 1/4 részét bizonyára növényzettel borítottnak lehet venni, vagyis körülbelül 10 159 875 000 hektárt. Alapul véve hazánk vegetácziós területének szénsavszükségletét, az egész szárazfóld növényzete egy éven át körülbelül 90 billió kg. szénsavat fogyaszt. Ha a levegô szénsavtartalma folytonosan nem szaporíttatnék, akkor az állandó szénsavtartalom (körülbelül 2353 billió kg.) vagy 26 év alatt fogyna el; de talán még rövidebb idö alatt, minthogy a tengeri növények fogyasztása nem jött számba...

A tenger mint hatalmas szénsavszabályozó és mint szénsavforrás is szerepel... A levegô szénsavtartalma szoros viszonyban áll a tengerben feloldott mészbikarbonáthoz. Ha a levegô szénsavtartalma csökken, akkor a tengervízben oldva lévô mészbikarbonát megfelelô mennyisége elbomlik, szénsavának fele részét a levegôbe juttatja s a mészkarbonát a tengerben lerakódik. Ha ellenben a levegô szénsavtartalma szaporodik, akkor a tengervíz szénsavat abszorbeál és megint mészbikarbonátot alkot. Ekként folyik be a tenger az egyensúly helyreállítására a szénsavszaporodás és a fogyás közt s a levegô szénsavtartalmának valódi szabályozójaként szerepel. Ezen tünemény oka abban keresendô, hogy az oldatban lévô mészbikarbonát kötött szénsava és a levegô szabad szénsava között bizonyos feszülési viszony áll fenn, mely a kettôt folytonos egyensúlyban igyekszik tartani.

Nem tartom érdektelennek felemlíteni még azt a kérdést, amit nem rég Lawes J. B. angol geológus vetett fel. Szerinte a szénsavszaporodás jelentékenyebb, mint a fogyasztás. Minthogy pedig a fölösleges szénsav a Föld szabad szenének rovására képzôdik, azt kérdezi, honnan pótolja a természet ezt a folytonos szénveszteséget. Ô ennek forrásául az oczeánok szerves szenét tekinti... Szerinte a tenger igen nagy mélységeiben is oly tetemes a szénsavtartalom, hogy egy 10001500 méter vastagságú vízréteg legalább háromszor annyi szenet tartalmaz, mint ugyanoly nagyságú felszíne fölött levô levegôoszlop szénsavmennyisége. Azt hiszi, hogy az oczeánban felhalmozott rengeteg mennyiségû szén még hosszú ideig képes lesz a Földön a szénveszteséget pótolni és így az egyensúly ebben az irányban is biztosítva van.


Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/