Wysokie stężenie dwutlenku węgla ogranicza sprawność intelektualną człowieka

Czy zdarzyło ci się znaleźć na wykładzie lub spotkaniu w sali konferencyjnej, na którym z czasem stawałeś się 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 [H₂CO₃]. Ten zaś rozkłada się na jony: wodorowy [H+] i wodorowęglanowy [HCO_3-]. 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, mniej skłonni do wysiłku intelektualnego i fizycznego.

Próg dobrego samopoczucia

Problemom związanym ze zbyt niskim poziomem wentylacji 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 czy nikłego wpływu na zdrowie człowieka. Narzekania na jakość powietrza z reguły pojawiają się przy stężeniu CO₂ przekraczającym 600-800 ppm, a nasilają powyżej 1000 ppm. Według różnych standardów międzynarodowych zalecane stężenie CO2 dla bardzo dobrej jakości powietrza wynosi poniżej 600 ppm, dla dobrej jakości powietrza są to wielkości rzędu 600-1000 ppm, a akceptowalne 1000-1400 ppm – przy czym stan powyżej 1000 ppm często interpretuje się 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 (w tym William Fisk) przeprowadzili eksperyment. Uczestnicy brali udział w teście decyzyjnym – komputerowej grze symulującej zarządzanie organizacją podczas serii problemów i kryzysów. Test składał się z trzech części trwających po 2,5 godziny, przeprowadzanych w losowej kolejności w identycznych warunkach – poza stężeniem CO₂. Jego poziom podczas poszczególnych części testu ustawiano 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 na poziomie 2500 ppm inicjatywa i myślenie strategiczne uczestników obniżały się do poziomu dysfunkcyjnego. Podobnie malały też zdolności wykorzystywania dostępnych informacji i kompleksowość spojrzenia na problem.

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. Tym samym podnosimy jego stężenie, które aktualnie wynosi około 400 ppm. Tak dużej ilości dwutlenku węgla jak obecnie nie było w atmosferze od kilku, a może nawet kilkunastu milionów lat. Dalsze utrzymywanie trwającego od dziesięcioleci trendu spalania coraz większej ilości paliw kopalnych doprowadzi do wzrostu stężenia CO₂ w atmosferze do poziomu 1000 ppm pod koniec stulecia, a później nawet 2500 ppm lub więcej.

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 upośledzenia wyższych funkcji myślowych człowieka. I stanie się to w sytuacji narastania skomplikowanych problemów cywilizacyjnych, wymagających 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, ukazujący wpływ obniżenia IQ przeciętnego człowieka o 5 punktów. Przy wzroście stężenia CO2 powyżej 1000 ppm można by oczekiwać znacznie większego spadku inteligencji ludzi.

Rysunek: 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 niższym ilorazie inteligencji są uważane za upośledzone intelektualnie) do 130 (osoby o wyższym ilorazie inteligencji są uważane za utalentowane intelektualnie). Obniżenie IQ o 5 punktów, ze średniej 100 do 95 – co wydawałoby się niewielką zmianą – spowoduje wzrost liczby 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, podczas których (pomimo całego wspomagania chemicznego zawodników) bicie rekordów będzie 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 jego działanie nieustannie (a w budynkach jeszcze intensywniej). Szacuje się nawet, że toksyczny wpływ dwutlenku węgla przy stałej (trwającej całe życie) ekspozycji warunkuje stężenie na poziomie zaledwie 426 ppm.

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 o wartościach rzędu 750-900 ppm, co z uwzględnieniem wyższych stężeń 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 oraz osiągnięcie stężeń CO₂ na „świeżym powietrzu” powyżej 2000 ppm oznaczałoby, że na wiele stuleci stalibyśmy się gatunkiem znacznie mniej rozumnym.

Niektórzy znajdują pocieszenie w założeniu, 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 paliw kopalnych postawią na swoim – intelektualnie zdecydowanie do roślinek się zbliżymy.

Marcin Popkiewicz, ziemianarozdrożu.pl
http://ziemianarozdrozu.pl/