Szén-ciklus és üvegházhatás
(Rovat: Környezetünk védelme - 2004.05.20 23:04.)

Merre vezetjük bolygónkat?

Vastag, főként szén-dioxidból álló légkör, 100 atmoszférás felszíni légnyomás, 500 fokos pokoli hőség. Ez jellemzi a Vénuszt. Vékony, szén-dioxidból álló légkör, 0,01 atmoszférás légnyomás, általában mínusz 100 és 0 fok közötti hőmérséklet. Ez jellemzi a Marsot. 78 % nitrogén, 21 % oxigén, 1 % egyéb. 1 atmoszféra légnyomás, egyszer napozunk, máskor szánkózunk. Ez jellemzi a Földet. De meddig? Melyik irányba tart bolygónk? Hogy is változik az „egyéb” összetétele? Cikkünkben az ezzel kapcsolatos legújabb kutatásokról számolunk be.

Évmilliárdokkal ezelőtt bolygónknak vastag szén-dioxid légköre volt. Ám többek között a moszatoknak köszönhetően ezt lassan az oxigén váltotta fel. A szén-dioxid azonban nem tűnt el nyomtalan. Kőzeteinkben (a karbonátokban), fosszilis tüzelőanyagainkban a mai napig megtalálható. Ám ami év százmilliók alatt természetes úton végbement, azt az ember igyekszik néhány évszázad alatt visszafordítani. Legalábbis nagyon úgy néz ki.

A hőerőművek szenet égetnek, az autók pedig olajat. „Némileg” leegyszerűsítve ilyen módszerekkel dolgozunk azon, hogy a lehető leggyorsabban növeljük a légkör szén-dioxid tartalmát. Néhány hete épp sikerült megdönteni a „minden eddiginél több szén-dioxid”-rekordot. De persze mire valók a rekordok?! Ám emellett azért arra is figyelünk, nehogy a kibocsátott szén-dioxid esetleg visszaépülhessen. Ezért a legnagyobb oxigén-termelő, szén-dioxid-elnyelő élőlényeket megsemmisítjük, azaz továbbra is rendben folyik az esőerdők területcsökkenése, már ahol még maradt esőerdő. Mert most már annak is egyre híján vagyunk. De nem kell ezen sokat fáradnunk. Ha megfelelő szintet ér el a légkör szén-dioxid szintje, akkor ahol ma még esőerdő van, ott úgyis szavanna lesz. Legalábbis ha így folytatjuk. A szén kőzetekbe, tüzelőanyagokba, fába és más élőlényekbe épülését, onnan a légkörbe kerülését, illetve visszaáramlását szén-ciklusnak nevezzük. Ennek megértése nélkülözhetetlen a globális felmelegedés tanulmányozásához.

Ezért a tudósok a szén-ciklust vizsgálják, hogy hatékonyabban jelezhessék előre a modern ember által okozott károkat. A szén-ciklus hasonló folyamat a víz körfolyamatához, a szén az egyik formából egy másikba alakul át. A természetes szén-ciklus alatt a talajból és a növényzetből 55-55 milliárd tonna szén kerül évente a légkörbe, amelyet teljes egészében felhasznál a növényzet. A tengerekből és az óceánokból 90 milliárd tonna kerül a levegőbe, amely szintén visszaáramlik (ebből 3 milliárd tonna az üledékes kőzetekben gyűlik össze). Amennyi szén-dioxid keletkezik, annyit a növényzet fel is használ. Ezt a folyamatot az emberei tevékenység felborítja azzal, hogy az erdők égetésével és az ipari tevékenységgel 6-7 milliárd tonna szén-dioxidot juttat a levegőbe, amelyet már nem képesek lekötni a növények, így az egyéb szennyező anyagokkal együtt elősegítik a gáz fázisú üvegházhatást, melynek viszont még nem tudjuk a pontos következményeit, „csupán” azt, hogy felmelegedéshez vezet. A kutatók számítási modelleket próbálnak felállítani a szén-ciklusról, de bizonyos szén-szerkezetek, így a grafit különleges tulajdonságai felborítják a számításokat.

A szén egyes formái általában az égés során jönnek létre, például a korom és a faszén. Szén-dioxid jöhet létre az élőlények gázcseréje következtében, vagy például az erdők vagy a fosszilis tüzelőanyagok tökéletlen elégésével, elégetésével. Ezzel szemben néhány tudós azt állítja a Nature egyik számába küldött levelükben, hogy a grafit az üledékes kőzetek átalakulásakor jön létre.

A szárazföldi kőzetek mállásakor keletkező grafit az egyetlen szén-fajta, amely ellenáll egy másik formába való átalakulásnak, pl. nem egyesül az oxigénnel, így a szén-ciklus részeként nem cirkulálhat a szárazföld, a légkör és az óceánok között.

A szén az óceánokban feloldott szerves anyag alkotójaként néhány ezer évig, a fákban pár száz évig, bizonyos bogarakban pedig néhány napig találhatunk szenet (pontosabban ugyanazt a szenet), de egy formában csak legfeljebb néhány ezer évig marad meg. Ezzel szemben a kőzetekben lévő szén több milliárd évig is egy formában lehet. A tudósok feltételezése szerint, amikor a szén kiszabadul a kőzetekből, azonnal másik formába alakul át. De a grafitnál nem ez a helyzet.

Emiatt nem lehet pontosan meghatározni a grafit korát, mert az egyébként 50 ezer éves kort adó radiokarbon-vizsgálatok valószínűleg a grafit esetében nem megbízhatóak. Mivel a grafit a kőzetekből való kiválásakor nem alakul át mondjuk szén-dioxiddá, ezért a grafitban található szén-molekulák keletkezési ideje nem a kiválási idő, hanem a grafit valódi keletkezési ideje. A kőzetek korának meghatározásából viszont tudjuk, hogy ez természetesen nagyságrendekkel több az ötvenezer évnél. A kérdés adott: mikor és hogyan keletkezett a grafit? S hogy miért fontos ezt feltennünk? A kőzetekben lévő grafit mennyisége jelentősen befolyásolhatja a szén-ciklust, legalábbis ha részt vesz benne. Ha minderre választ kapunk, közelebb jutunk a globális felmelegedést okozó üvegházhatás megértéséhez, pontosíthatjuk a klímaváltozások előrejelzését.

A montreáli Concordia Egyetem kutatója, Yves Gélius a grafit szén-ciklusban betöltött szerepét már hosszú évek óta tanulmányozza. Újabb kutatásai annak magyarázatára irányulnak, vajon mi zavarhatja a grafit esetében a radiokarbonos kormeghatározást.

Munkájának egyik eredménye, hogy ahol a fosszilis grafit elkeveredett az égésszármazékokkal, vagy más organikus szénnel, ott elferdítette a radiokarbonos vizsgálatot. Habár a fosszilis grafit csak kb. 0,5 százaléka a teljes szerves szénnek, és talán 10 százaléka a teljes üledékes szénnek, széleskörű a jelenléte az üledékekben.

A kutatási eredményeknek köszönhetően új becslések születhettek. A szakemberek megbecsülték, hogy a fosszilis grafit tulajdonságaival számolva, a teljes szén-készlet mekkora hányada vesz részt a szén átalakulásában, a szén-ciklusban a Csendes-óceán egyenlítői területein. A kapott érték valahol 20 és 60 % között van.

A szén-ciklus pontos meghatározása azért fontos, hogy jobban megértsük a szén beépülésének és felszabadulásának a mértékét, és így jobban megjósolhassuk tevékenységeink hatását a környezetre. Sajnos a globális felmelegedést prognosztizáló egyre pontosabb modellek egyre lehangolóbb képet tárnak elénk bolygónk jövőjéről.

Jakabfi Tamás