Jak ovlivňuje dýchání člověka, živočichů a rostlin koncentrace CO₂ v atmosféře?

O oxidu uhličitém jsme většinou slyšeli poprvé na základní škole. Z přírodopisu si zřejmě pamatujeme, že vzniká při hoření a při dýchání. V souvislosti s klimatickou změnou se o CO₂ mluví jako o skleníkovém plynu a řeší se snižování emisí CO₂. Kolik oxidu uhličitého člověk vydechne za den? Jak moc tedy přispívá 7 miliard lidí svým dýcháním k růstu koncentrací CO₂? A jaký vliv má dýchání ostatních živočichů a rostlin?

Vliv lidského dýchání

Při klidném dýchání projde plícemi průměrného člověka asi 5–8 litrů vzduchu za minutu. Zatímco koncentrace CO₂ ve vdechovaném vzduchu je 0,04 %, ve vydechovaném je to stokrát více, tedy asi 4–5 %. Hrubými výpočty tak můžeme odhadnout, že člověk dýcháním vyprodukuje okolo 900 g oxidu uhličitého za den, tedy asi 300 kg za rok. V uzavřené místnosti dokáže člověk dýcháním zvýšit koncentraci CO₂ až na 2000 ppm, tedy na 0,2 %. Nicméně, možná překvapivě, v dlouhodobém měřítku lidské dýchání nepřispívá ke zvyšování koncentrací CO₂ v atmosféře, protože cyklus uhlíku je při dýchání uzavřený. Co to znamená?

Aby člověk mohl vydechovat oxid uhličitý, musí ke vdechovanému kyslíku přidávat uhlík a tak se uhlík „ztrácí“ z lidského těla. To samozřejmě nejde dlouho, po nějaké době by v lidském těle žádný uhlík nezbyl. Člověk a ostatní živočichové dostávají do svého těla uhlík skrze potravu ve formě sacharidů, tuků a bílkovin – ty všechny obsahují uhlíkové řetězce. Veškerý uhlík, který pak živočichové vydechují ve formě CO₂, se do jejich těl dostal z rostlin. Jak? Ze vzduchu, fotosyntézou (viz níže). CO₂, který živočichové vydechují, předtím ze vzduchu odčerpaly rostliny, které tito živočichové snědli. Člověk ani žádní další živočichové svým dýcháním nedokáže do atmosféry přidat oxid uhličitý, který předtím z atmosféry neodčerpaly rostliny. Naopak rostliny koncentrace CO₂ ovlivňují docela významně, jak během dne, tak během roku.

Dýchání a fotosyntéza rostlin

Ve dne, kdy svítí slunce, probíhá v listech fotosyntéza a rostliny z oxidu uhličitého a vody vyrábí kyslík a sacharidy. Kyslík vypouští do atmosféry a sacharidy si nechávají v buňkách jako zdroj energie nebo jako stavební materiál pro další části rostliny. Naopak v noci probíhá takzvané buněčné dýchání – proces se obrátí a rostliny kyslík spotřebovávají a vydechují oxid uhličitý.¹

CO₂ + H₂O ⟷ O₂ + sacharidy.

Je důležité si uvědomit, že list salátu nebo kmen starého dubu jsou tvořeny převážně uhlíkem, který rostlina navázala ze vzduchu. Jinak řečeno, rostliny dokáží oxid uhličitý z atmosféry odebírat a ukládat jej do svých těl. Jak se to projevuje na koncentracích CO₂ v atmosféře?

Změny koncentrací mezi dnem a nocí

Rozdíl mezi dnem a nocí, tedy fotosyntézou a buněčným dýcháním, se projevuje na místních koncentracích CO₂, které by měly ve dne klesat a v noci růst. Skutečnost je o trošku složitější, jak poznal při svých prvních měřeních Charles Keeling v roce 1956. V článku Story of atmospheric CO₂ measurements jsou popsány problémy, se kterými tehdy v Kalifornii potýkal:

…vzduch během slunných odpolední měl koncentrace CO₂ blízké 310 ppm, ale během nocí ukazovaly měření překvapivě různé hodnoty. Pro vysvětlení bylo potřeba vzít v úvahu dynamiku atmosféry. Během jasných dní slunce ohřívalo vzduch poblíž povrchu, který stoupal a tím se dobře promíchával s vyššími vrstvami atmosféry, což způsobovalo téměř konstantní výsledky měření blízké 310 ppm. Během nocí, zejména když nefoukal vítr, se blízko zemského povrchu vytvářela vrstva chladnějšího a stabilního vzduchu, ve které se během noci hromadil oxid uhličitý, který produkovaly rostliny při dýchání. Aby mohl měřit koncentrace bez těchto vlivů přesunul Charles Keeling svá měření doprostřed Tichého oceánu, na vrchol hory Mauna Loa na Havaji, 3400 metrů nad mořem. (volný výtah z článku)

Při měření na odlehlých místech, jako třeba na Havaji nebo v Antarktidě, nejsou koncentrace ovlivňovány okolními lesy nebo továrnami a měřené hodnoty odpovídají takzvaným koncentracím pozadí (background concentration).

Změny koncentrace v průběhu roku

Další kolísání koncentrací způsobují rostliny během roku. Na jaře a v létě, kdy je dostatek slunečního svitu, převažuje fotosyntéza a rostliny zabudovávají oxid uhličitý ze vzduchu do svých listů a kmenů. Na podzim a v zimě je slunečního svitu méně, převažuje dýchání a rostliny oxid uhličitý do atmosféru uvolňují. K tomu přispívá také třeba rozklad listů, které opadavé stromy na podzim shazují. Protože mnohem více lesů je na severní polokouli, celosvětové koncentrace klesají od května do září, tedy v době, kdy je léto na severní polokouli a od října do dubna znovu rostou. Toto kolísání koncentrací je výrazně větší na severní polokouli (až 20 ppm na severu Aljašky), směrem k rovníku se snižuje (na Havaji okolo 6 ppm) a na jižním pólu je téměř nulové, jak podrobně ukazuje analýza NOAA, případně animovaná grafika NOAA.

Poznámky