Wysokie stężenie dwutlenku węgla ogranicza sprawność intelektualną człowieka.
Czy zdarzyło ci się znaleźć na wykładzie lub spotkaniu w sali konferencyjnej, na którym byłeś zmęczony, oczy się zamykały i żadną siłą nie mogłeś się skupić? To wcale nie musiała być wina nudnego tematu czy kiepskiego wykładowcy, jest to stan typowy dla zbyt wysokiej koncentracji dwutlenku węgla w powietrzu w zatłoczonej i słabo wentylowanej sali konferencyjnej lub klasie.
Ludzie wydychają dwutlenek węgla i jeśli pomieszczenie jest małe i słabo wentylowane, a osób wiele, stężenie CO2 w powietrzu rośnie. Kiedy wdychamy takie powietrze, zawarty w nim dwutlenek węgla rozpuszcza się we krwi i reagując z wodą tworzy kwas węglowy [H2CO2]. Ten zaś rozkłada się na jony wodorowy [H+] i wodorowęglanowy [HCO3–]. Wzrost ilości jonów wodorowych prowadzi z kolei do zakwaszania się krwi i zaburzenia równowagi elektrolitów, a w rezultacie do pogorszenia naszego samopoczucia i spadku wydajności intelektualnej. Stajemy się zmęczeni, otępiali i mniej skłonni do wysiłku intelektualnego i fizycznego.
Próg dobrego samopoczucia
Problemom związanym ze zbyt małą wentylacją mają zapobiegać normy wentylacji w budynkach. Za próg bezpieczeństwa podczas 8 godzinnego dnia pracy przyjmuje się stężenie CO2 równe 5000 ppm (cząsteczek CO2 na milion cząsteczek powietrza, 5000 ppm=0,5%). Jest to jednak próg bezpieczeństwa, a nie komfortu i wpływu na zdrowie. Narzekania na jakość powietrza z reguły pojawiają się w sytuacji w której stężenie CO2 przekracza 600-800 ppm, a nasilają powyżej 1000 ppm. Według różnych standardów międzynarodowych zalecane stężenie CO2 dla bardzo dobrej jakości powietrza to poniżej 600 ppm, dla dobrej jakości powietrza jest rzędu 600-1000 ppm, a akceptowalne 1000-1400 ppm (EN 13779, CDC, IDPH, IAQUK, OSHA, EngineeringToolBox), przy czym stężenie CO2 przekraczające 1000 ppm często interpretuje się (np. OSHA) jako powód konieczności poprawy wentylacji w budynku.
Dwutlenek węgla a zdolności rozwiązywania złożonych problemów
Badania pokazują, że o ile przy podwyższonym stężeniu dwutlenku węgla możemy skutecznie wykonywać proste czynności, o tyle nasza zdolność rozwiązywania złożonych problemów, myślenia strategicznego i inicjatywy szybko spadają.
W 2013 roku badacze z Uniwersytetu Berkeley (Fisk i in., 2013, opis eksperymentu) przeprowadzili eksperyment, którego uczestnicy brali udział w teście decyzyjnym – komputerowej grze symulującej zarządzanie organizacją przechodzącą serię problemów i kryzysów. Test składał się z trzech części, trwających po 2,5 godziny, przeprowadzanych w losowej kolejności w identycznych warunkach – poza stężeniem CO2, które w różnych częściach było ustawiane na 600 ppm, 1000 ppm i 2500 ppm.
Okazało się, że już przy oddychaniu powietrzem o stężeniu CO2 równym 1000 ppm obserwuje się mierzalny spadek zdolności intelektualnych. Przy stężeniu CO2 na poziomie 2500 ppm inicjatywa i myślenie strategiczne uczestników obniżały się do poziomu dysfunkcjonalnego. Podobnie spadały też zdolności wykorzystywania dostępnych informacji i szerokość spojrzenia na problem.
Rysunek 1. Wpływ wzrostu stężenia CO2 na zdolności decyzyjne ludzi. Źródło.
Świat jak źle wentylowane biuro
W zasadzie to nic dziwnego, że powyżej stężenia 600-800 ppm obserwujemy spadek naszych zdolności intelektualnych. Wyewoluowaliśmy w klimacie, w którym stężenie CO2 w atmosferze od czasów Australopiteków wahało się w przedziale 180-300 ppm.
Obecnie, spalając węgiel, ropę i gaz, emitujemy CO2 do atmosfery i tym samym podnosimy jego stężenie, aktualnie do wartości około 400 ppm. Tak dużej ilości dwutlenku węgla jak obecnie nie było w atmosferze od kilku (IPCC), a może nawet kilkunastu milionów lat (Tripati 2009 [pełna wersja]). Dalsze utrzymywanie trwającego od dziesięcioleci trendu spalania coraz większej ilości paliw kopalnych doprowadzi do wzrostu stężenia CO2 w atmosferze do końca stulecia do poziomu 1000 ppm, a później nawet 2500 ppm lub więcej.
Rysunek 2. Emisje CO2 (a) i atmosferyczne stężenie CO2 (b) w różnych scenariuszach emisji. Źródło Zickfeld i in. 2013.
Jeszcze za życia wielu z nas koncentracja CO2 w atmosferze osiągnie poziom tak wysoki, jakiego nie było od dziesiątek milionów lat. Znane nam gatunki ssaków, ptaków, a także my sami – Homo Sapiens – nigdy nie mieliśmy do czynienia z tak wysokimi stężeniami CO2.
Człowiek coraz mniej rozumny
Wiele wskazuje na to, że wkrótce do „typowych” konsekwencji emisji dwutlenku węgla, takich jak ocieplenie klimatu, czy zakwaszanie oceanów dołączą objawy upośledzanie wyższych funkcji myślowych człowieka. I stanie się to w sytuacji narastania skomplikowanych problemów cywilizacyjnych, wymagającej zdolności analizowania złożonych informacji, inicjatywy i planowania strategicznego.
Proces spadku inteligencji, choć w tak długiej skali czasowej trudny do zauważenia u jednostek, może mieć ogromny wpływ na całość populacji. Obrazuje to poniższy rysunek, pokazujący wpływ obniżenia IQ o 5 punktów. Przy wzroście stężenia CO2 powyżej 1000 ppm można by oczekiwać znacznie większego spadku inteligencji ludzi.
Rysunek 3. Porównanie normalnego rozkładu IQ w populacji oraz populacji, w której IQ jest obniżone o 5 punktów. Źródło PSR.
Średni współczynnik IQ wynosi 100, a 95% osób ma IQ w przedziale od 70 (osoby o niższej inteligencji są uważane za upośledzone intelektualnie) do 130 (osoby o wyższej inteligencji są uważane za utalentowane intelektualnie). Obniżenie IQ o 5 punktów, ze średniej 100 do 95 – co wydawałoby się niewielką zmianą – spowoduje wzrost ilości osób upośledzonych o blisko 40%, a także spadek osób szczególnie utalentowanych o ponad 60%. Potrzebujemy naszej inteligencji. Powinniśmy ją chronić. Podobnie może być z naszą wydolnością fizyczną – będzie to widoczne na zawodach, na których (pomimo całego wspomagania chemicznego zawodników), bicie rekordów będzie się stawać coraz trudniejsze.
Obecne normy szkodliwych stężeń CO2 dotyczą budynków, a więc miejsc, w których przebywamy przez jakiś czas, po czym wychodzimy na świeże powietrze. Oddychając nim, mamy okazję przywrócić w naszym organizmie właściwy poziom kwasowości krwi. Jednak po wzroście atmosferycznego stężenia CO2 będziemy wystawieni na nie nieustannie (a w budynkach na jeszcze wyższe).
Nawet najbardziej radykalne realistyczne scenariusze ograniczania emisji mówią o osiągnięciu koncentracji CO2 w atmosferze na poziomie 550 ppm, czyli powyżej tego progu. Większość scenariuszy ograniczania emisji zakłada osiągnięcie stężeń CO2 rzędu 750-900 ppm, co z uwzględnieniem wyższych stężeń CO2 w budynkach wystawiłoby nas na permanentne przebywanie w warunkach, które dziś uważane są za szkodliwe dla zdrowia nawet przez mało wymagające normy wentylacji. Dalsze nieograniczone spalanie węgla, ropy i gazu i osiągnięcie stężeń CO2 na „świeżym powietrzu” powyżej 2000 ppm oznaczałoby, że na wiele stuleci stalibyśmy się gatunkiem znacznie mniej rozumnym.
Niektórzy znajdują pocieszenie w fakcie, że w warunkach wyższych stężeń CO2 roślinom będzie żyło się lepiej. Cóż, my nie jesteśmy roślinami, choć trzeba przyznać, że przy tak wysokich koncentracjach CO2, jakie osiągniemy, jeśli osoby głoszące dalsze nieograniczone spalanie kopalnych postawią na swoim, intelektualnie zdecydowanie do roślinek się zbliżymy.
Marcin Popkiewicz
