V. Rész - A globális felmelegedés - Károsanyag kibocsátás és kémiai folyamatok

Gázkibocsátás és gázelnyelés 

Az üvegházhatást okozó gázok mennyiségének aránya. A függőleges tengely a sugárzási kényszerben mért változásokat mutatja.

A Napról hozzávetőleg 126 ezer TW energia érkezik a Földre, és a Föld is ennyit sugároz vissza a világűrbe. Az emberiség (világgazdaság) teljes primer energiafelhasználása 2000-ben 10,2 milliárd tonna olajegyenérték volt, ami 13,6 TW-nak felel meg, vagyis az emberi energiafelszabadítás a Föld teljes energiaforgalmának alig egytízezred része. Ebből világos, hogy a globális felmelegedés oka nem lehet csupán az erőművekben felszabadított energia. A sugárzási viszonyok változása mellett a légkörben megnőtt az üvegházgázok mennyisége. Ezt tartják a globális felmelegedés emberi okai közül a legfontosabbnak.

Az üvegházhatás lényege, hogy az üvegházgázok a légkörbe belépő, és zömmel a látható fény tartományába eső napsugarakat nem nyelik el, a földfelszínről visszavert, nagyobb hullámhosszú infravörös sugárzás egy részét viszont igen. Ez a hőenergia az alsó légrétegekben marad. Ahogy nő az üvegházgázok koncentrációja, úgy egyre kevesebb hő távozik a világűrbe, az alsó légkör és a földfelszín pedig egyre inkább felmelegszik. A legfontosabb üvegházgázok: a szén-dioxid (CO₂), a metán (CH₄), a dinitrogén-oxid (N₂O), a kén-hexafluorid (SF₆), a halogénezett szénhidrogének (CFC-k), és az alsólégköri (troposzferikus) ózon.

A kék görbe mutatja, hogy 417 000 év alatt soha nem lépte túl a légkör szén-dioxid-koncentrációja a 300 ppm értéket, azonban mint a piros görbén látszik, 1800-tól napjaink meredeken növekedett 380 ppm-ig. 

A légköri szén-dioxid-koncentrációt ábrázoló Keeling-görbe. A kisebbik grafikonon a szén-dioxid-koncentráció éves változása van feltüntetve. A mérések a Mauna Loa hegyen (Hawaii) készültek.

Szén-dioxid. Meteorológiai vizsgálatokból tudjuk, hogy a légkör szén-dioxid koncentrációja a 21. századelején 383 ppmv (térfogat-milliomod).^[37] A geológusok kimutatták, hogy ez több, mint bármikor az előző 417 ezer évben. Bár a természet körfolyamataiban hozzávetőleg harmincszor annyi szén-dioxid keletkezik, mint az ember tevékenységéből, az ember által okozott szén-dioxid emisszió eléri a 20 milliárd köbmétert.

Ennek nagy része elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok (kőolaj, földgáz, fekete- és barna kőszén, lignit) elégetése révén keletkezik. A kibocsátás további 15-20%-a a földterületek hasznosításában bekövetkező változásoknak, köztük az erdőirtásnak és fakitermelésnek tulajdonítható.^[40] Kisebb mennyiségű szén-dioxid szabadul fel a cement gyártása során. Ugyancsak növeli a szén-dioxid szintjét a légiforgalom, ez példáulNémetországban 1980 és 1993 között megháromszorozódott. 1993-ban egyedül a német légiforgalom 19 millió tonna szén-dioxidot juttatott a légkörbe, ami a teljes német közlekedés szén-dioxid kibocsátásának 10%-át tette ki.

Az emberi tevékenység során légkörbe kerülő szén-dioxid-mennyiségnek csak a fele marad ott, a többi részben oldódik az óceánokban, részben a szárazföldi bioszférába kerül. A vegetáció, főként az északi félgömb mérsékelt égövi kontinentális területein, napjainkban nincs egyensúlyban a légkörrel, mert nettó szén-dioxid nyelőként viselkedik.

A szén-dioxid a természetes módon a légkörbe kerülő üvegházhatású gázok 9–26%-át jelenti, az emberi tevékenység miatti összes üvegházgáz-kibocsátásnak viszont mintegy 80%-át adja. Az IPCC 2001. évi helyzetjelentése szerint a világ szén-dioxid emissziójának – a főbb fogyasztói szektorok szerinti – megoszlása a következő: ipar: 43%, lakóépületek: 21%, egyéb épületek: 10%, közlekedés: 22%, mezőgazdaság: 4%.

Elsőként Charles Keeling klimatológus mérte meg a légköri szén-dioxid-koncentrációt a hawaii Mauna Loa hegy csúcsán az 1950-es években. Az eredményeket grafikonon ábrázolta, amit ma Keeling-görbének neveznek. A mérések 1958 és 2000 között folytak. A grafikonon megfigyelhető az ún. fűrészfog-effektus, aminek az északi félteke erdeiben zajló évszakos változás az oka. Az erdők ugyanis minden tavasszal hatalmas mennyiségű szén-dioxidot vonnak ki az atmoszférából, ami a Keeling-görbén a koncentráció visszaesésében jelenik meg. Az ősz beköszöntével növekszik a szén-dioxid koncentráció, ami a lebomlással jár együtt. A Keeling-görbe azonban másra is rámutat: minden ősz végén kicsivel több szén-dioxid marad a légkörben, mint amennyi előtte volt. Charles Keeling úgy vélte, hogy ez a folytonos emelkedés egyértelműen a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének a következménye.

A szén-dioxid által előidézett üvegházhatás okát sokáig nem ismerték fel a klímakutatók. A szén-dioxid a 12 mikrométernél hosszabb hullámhosszú elektromágneses sugárzást képes elnyelni, és ebben a hullámhossz-tartományban a teljes abszorpcióhoz már igen kis mennyiségű gáz jelenléte is elegendő. A laboratóriumi kísérletekben a koncentráció növelésével úgy tűnt, hogy nincs valódi különbség az elnyelt hőmennyiségre vonatkozóan.^[41] Ilyen eredmények mellett valószínűtlennek tartották, hogy a légkör összetételének kicsiny hányadát kitevő szén-dioxid hatással van a hőmérséklet növekedésére. A szén-dioxidot nem tekintették a klímaváltozásért egyedül felelősnek, hanem az általa megnövekedett vízpára általi pozitív visszacsatolási folyamatot tekintették a globális felmelegedés okának. Csak sokkal később ismerték fel a kutatók, hogy nagyon alacsony hőmérsékleten – mint például a sarkvidékeken vagy a magasabb légrétegekben – a hő vezetése éppen abban a hullámhossz-tartományban sokkal intenzívebb, ahol a szén-dioxid működése hatékonyabb.

A földfelszíni (felső ábra) és asztratoszférabeli (alsó ábra) metánkoncentrációkét számítógépes modellben

Metán. A metán döntő része a légkörben zajló kémiai folyamatok során először szén-monoxiddá, majd szén-dioxiddá alakul. Az így keletkező szén-dioxid mennyisége azonban elhanyagolható az egyéb emissziókhoz képest. A metán kis részét a talajban lévő mikroorganizmusok megkötik. E két folyamat azonban nem képes ellensúlyozni a természetes és mesterséges forrásokból eredő mennyiséget, ezért a metán légköri koncentrációja napjainkban folyamatosan emelkedik. 2007-ben a légköri metán mennyiségének 60%-át az ember állítja elő.

Leginkább hulladéklerakókból kerül a metán a levegőbe, de a szennyvízkezelés, a fosszilis tüzelőanyagok égetése, a rizstermesztés, az állattenyésztés (a hígtrágya valamint a kérődzők bendőjében lévő erjesztőbaktériumok jelentős metántermelők. Egy szarvasmarha napi 100 liter metánt böfög ki emésztési folyamata során. A szennyvízkezelés és bizonyos ipari tevékenységek (szénbányászat, szivárgó földgázvezetékek) is hozzájárulnak a kibocsátáshoz. Az emberi eredetű metánforrások egymás közötti arányai a következők: energiaipar: 18%, rizstermesztés: 28%, állattenyésztés: 22%, biomassza tüzelése: 20%, hulladékdepóniák: 12%. Az élő növényzet is termel bizonyos mennyiségű metánt. Egyes becslések szerint a szárazföldi növények esetében ez elérheti az évi 60-240 millió tonnát is, ami az éves légköri metántermelés 10-30%-át teszi ki. Ennek mintegy kétharmadát a trópusi területek adják, mivel ott képződik a legnagyobb mennyiségű biomassza. Az élő növényzet metántermelésénél lényegesen nagyobb az olvadó tundraövezet mocsári és tőzegláp-területeinek – eddig a permafroszt miatt minimális – jelentősen megnövekedett kibocsátása. Az olvadó területeken a metán mellett jelentős mennyiségű szén-dioxid is megjelenik, ezért olyan pozitív visszacsatolási folyamat alakulhat ki, amelynek egyik eleme a felmelegedést segítő gázok megnövekedése, aminek hatására újabb területek olvadhatnak meg, jelentősen növelve ezzel az üvegházhatású gázok légköri koncentrációját. Ilyen folyamat játszódhat le például a szibériai örök fagytőzeg-mocsarak megolvadásakor, aminek során akár 70 000 millió tonna metán is a légkörbe kerülhet. A metánkibocsátás csökkentésére tett első lépések egyike, hogy a mezőgazdaságban megkezdődött a depónia és a biogáz nagyarányú hasznosítása.

Dinitrogén-oxid. A dinitrogén-oxid (N₂O) légköri koncentrációja még a metánénál is alacsonyabb, de mivel hatékonyan nyeli el a földfelszín infravörös sugárzását, szintén fontos üvegházgáz. Legnagyobb mértékben természetes forrásból, a denitrifikációból származik. Ezt a forrást az ember felerősítette a légköri nitrogént megkötő haszonnövények termesztésénél használt nitrogéntartalmú műtrágya alkalmazásával. A műtrágyagyártáson kívül fontos dinitrogén-oxid források még a műanyagipar, a salétromsavgyártás, valamint a fosszilis tüzelőanyagok és mezőgazdasági hulladékok égetése. Bár a légkör magasabb részébe kerülő dinitrogén-oxid elbomlik azultraibolya sugarak hatására, a folyamat nem képes egyensúlyozni a jelenlegi évi 16 millió tonnás emissziót.

A CFC-12 és a CFC-11 gázok légköri koncentrációja. A függőleges tengelyen a CFC-gáz légköri koncentrációja van feltüntetve ppbv-egységben.

Halogénezett szénhidrogének (CFC-k). Ezek közé a vegyületek közé tartoznak például a CHF₃ és a CF₃CH₂F. Ezeket a gázokat az 1930-as években kezdték gyártani, többek között hűtő és légkondicionáló berendezésekhez. Később oldószerként az elektronikai iparban, habosítóanyagként és aeroszolos spray-k hajtógázaként hasznosították őket. Felmelegedést okozó hatásuk több ezerszerese a szén-dioxidénak. Széles körű használatuk magyarázata, hogy nincsenek hatással az emberi egészségre, mert ezek a gázok közömbösek, nem lépnek reakcióba semmilyen természetes vegyülettel. Ez az oka, hogy hosszú ideig tartózkodnak a légkörben: annak ellenére, hogy már kivonták a forgalomból ezeket a gázokat, még évezredekig ott lesznek a levegőben.

Kén-hexafluorid. A kén-hexafluorid (SF₆) a polifluoroalkil (PFC) és a részlegesen fluorozott szénhidrogének (HFC) – melyek a klór-fluor-karbon vegyületeket (CFC) hivatottak helyettesíteni – gyártása során keletkezik.

Ózon. Az ózon nem csak az ultraibolya tartományban képes elnyelni a fotonokat, hanem az infravörösben is. Következésképpen fontos üvegházhatású gázként viselkedhet. Közvetlen forrásai nincsenek, a sztratoszférában kémiai folyamatok során keletkezik oxigénbőlultraibolya sugárzás hatására. Míg az alacsonyabb légrétegekben (troposzféra) a nitrogén-monoxid, nitrogén-dioxid, szén-monoxid és a reaktív szénhidrogének napfény hatására bekövetkező kémiai folyamatokban képződik. Ezeket a gázokat indirekt üvegházhatású gázoknak is nevezik.

Az emberi eredetű üvegházhatású gázok légköri koncentrációja az 1990-es évekre elérte a valaha mért legmagasabb értéket, elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok égetése, a mezőgazdasági tevékenységek, valamint a földhasználat átalakulása miatt. Az IPCC becslése szerint a levegőbe juttatott üvegházgázok 20%-a mezőgazdasági tevékenységek során szabadul fel, elsősorban a trágyázásnak, szarvasmarha-tenyésztésnek és rizstermelésnek tulajdonítható. További 14%-ért a földek hasznosításában bekövetkező változások a felelősek, például a növényzet kiirtása és elégetése. Ezek a változások legtöbbször új területek művelésbe vonásával járnak együtt.

Nagy bizonyossággal állítható, hogy a mesterséges eredetű gázok melegítenek. Az aeroszolok közvetlen hatása ugyan ellentétes, de ez a hatás kisebb mértékű az üvegházhatású gázok fűtő hatásánál.

Emberi eredetű aeroszolforrások. Az éghajlatot befolyásoló emberi hatások körébe tartoznak az emberi eredetű aeroszolok (por, korom, szulfátok) is, amelyek a napsugárzás egy részét visszaverik, illetve a magasabb légrétegekben elnyelik, ezáltal csökkentik a földfelszínre érkező sugárzásmennyiséget, s ily módon az üvegházhatással ellentétes hatást váltanak ki. Az emberi eredetű, elsősorban szulfát-aeroszolok ugyanakkor megváltoztathatják a felhőzet szerkezeti és sugárzás-átviteli jellemzőit is, ami közvetett módon ugyancsak klímaváltozáshoz vezet. A légköri aeroszoltartalmat a térfogati koncentráció, a kémiai összetétel, a részecskék alakja és méret szerinti eloszlása együttesen határozza meg. A légkör aeroszoltartalma elsősorban az iparosodott területeken és azok tágabb környezetéhen magas, így ezeken a területeken gyengítik a legerősebben az üvegházgázok okozta felmelegedést. Az aeroszoloknak azonban melegítő hatása is lehet, mivel egy részük elnyeli az infravörös sugarakat. Az aeroszolok légkörbe kerülésével közvetlenül összefüggő, direkt hatás (sugárzásszórás és -elnyelés) összességében hűtő hatású.

Természetes aeroszolforrások

A természetes aeroszolok nagy része elsődleges forrásokból, tehát közvetlenül jut a légkörbe. A sókristályok főleg az óceánokból származnak. A kontinenseken a sivatagokban a legtöbb az aeroszol – sivatagok a szárazföldek közel egyharmadát borítják. A bioaeroszolok közül a legjelentősebbek a pollenek, a spórák és a baktériumok. Az elsődleges aeroszolrészecskék közös jellemzője, hogy viszonylag nagyok (> 1 mikrométer).

A természetes aeroszolok kisebb része másodlagos forrásokból, azaz közvetetten kerül a légkörbe. Ezek magában a légkörben keletkeznek gázokból vagy illékony vegyületekből kémiai reakciók és a gázrészecskék átalakulása (kondenzáció) eredményeként. A legjelentősebb közülük a szulfátion, amely óceáni környezetben képződik az egyes algafajok által kibocsátott dimetil-szulfid fotokémiaioxidálódásával. A szervetlen aeroszolok közé tartozik még a természetes eredetű nitrogén-monoxidból ugyancsak kondenzálódással keletkező nitrátion.

 

Állattartás 

Az állattartás a korábbi becsléseknél többel járul hozzá a klímaváltozáshoz.

Az ENSZ Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Szervezetének 2006-os számítása alapján a hús- és tejtermék célú állattartás a globális felmelegedés 18%-áért felelős. Azonban egyre világosabbá válik a tudósok előtt, hogy az állattartó ágazat ennél jelentősebb szerepet játszik.

Dr. Rajendra Pachaurinak, az ENSZ Éghajlatváltozási Kormányközi Testülete (IPCC) elnökének megjegyzése egy 2008 szeptemberben tartott előadás során a húsfogyasztás csökkentésének szerepéről a globális felmelegedés megfékezésében: „Mióta kitudódott, hogy ma itt előadást fogok tartani, számos e-mailt kaptam olyan emberektől, akiket tisztelek, amelyekben az áll, hogy a 18%-os adat alulbecslés; alacsony érték, és a valóságos adat sokkal magasabb.

 

Esőerdők irtása 

 

Tarvágásos erdőirtás Tanzániában

Az esőerdőket jelenleg óriási mértékben irtják, ami az üvegházhatás egyik fő okozója. Az őserdők égetéses irtása során az égéssel szén-dioxidtömeg jut a levegőbe. Amikor az erdőket kivágják és fölégetik, az elraktározott szén CO₂ formájában kerül vissza a levegőbe. Az utóbbi 10-15 év során átlagosan évente 1 milliárd tonnával kerül több szén-dioxid a légkörbe. Az erdőirtás miatt keletkezett szén-dioxid mennyiségét a légkör teljes szén-dioxid mennyiségének egyharmadára becsülik. Az esőerdő fái a csapadékképzésben is fontos szerepet játszanak, ugyanis a gyökereiken keresztül magukba szívott talajvizet folyamatosan párologtatják, és az ebből keletkező esőfelhők az egész Földön szétterülnek, például még Észak-Európa fölé is eljutnak. Az esőerdők irtásával a nekik köszönhető csapadék- és felhőképződés is elvész a Föld számára, ami tovább növeli az üvegházhatást.

Amazonasi esõerdõ 55%-a elpusztulhat 2030-ra a mezõgazdaság, az állatarás növekedése, erdõtüzek, a szárazság és a fakitermelés jelenlegi üteme alapján. Az erdõk eltûnése miatt az Amazonas-medencébõl 55-97 milliárd tonna szén-dioxid juthat a légkörbe. A felsõ érték esetén ez több mint a világ kétévi üvegházhatású gáz kibocsátása.

Brazília az USA után a második legnagyobb szójatermelõ a világon. A legnépesebb latin-amerikai országban a szarvasmarha-tenyésztés is robbanásszerûen bõvül. Hatalmas erdõterületeket égetnek fel nap mint nap, hogy ültetvényekké vagy marhalegelõkké alakítsák õket. A letarolt erdõterületet általában elõször marhalegelõnek használják, majd szójával vetik be.

Az erdõégetés adja az ország összes üvegházhatású gáz kibocsátásának háromnegyedét - derült ki a közelmúltban egy a brazil kormány által sokáig visszatartott jelentésbõl. Ezzel a dél-amerikai állam a világ legnagyobb légszennyezõinek sorába lépett. Kétszer annyi szén-dioxidot bocsátanak ki, mint az Amazonas-medence területén található összes többi ország - Peru, Bolívia, Kolumbia, Ecuador - együttvéve. Az éghajlatváltozás következtében tapasztalható csapadékcsökkenés és rendkívüli szárazságok miatt pedig egyre gyakoribbak az erdõtüzek, tovább növelve az erdõpusztulást.

Csak 2007 augusztusa és decembere között 3,2 ezer négyzetkilométer tûnt el a Föld tüdejének tartott õserdõbõl - állítja Gilberto Camara, az Amazonas kiterjedését mûholdak segítségével mérõ brazil Nemzeti Ûrkutatási Hivatal (INPE) vezetõje.

A fakitermelés, felégetés miatt a régió éghajlata egyre szárazabb, növekszik a hõmérséklet, és csökken a csapadékmennyiség. Az amazóniai esõerdõk klímaváltozásának, a terület feletti vízgõzmennyiség csökkenésének, és a felhõképzõdés megváltozásának globális hatásai vannak.

Az erdõirtás a fakitermelés, a mezõgazdasági területek növelése, az urbanizáció növekedése miatt világszerte gyorsul. A trópusi esõerdõk égetése nemcsak az adott területen vezet ökológiai katasztrófához, hanem a felszabaduló szén-dioxid nagyban hozzájárul a globális felmelegedési válsághoz.

A világméretû ökológiai katasztrófa elkerülése érdekében le kellene állítani a további erdõirtást. 

 

Ózonkoncentráció csökkenése 

Az ózonkoncentráció csökkenése közvetett hatással van a globális felmelegedésre. Az ózonmennyiség csökkenése ugyanis pozitív visszacsatolásokat eredményez a következő folyamatok segítségével:
1. A légkör alsóbb rétegeinek melegedésével párhuzamosan a sztratoszférában lehűlés megy végbe. Amikor a napfény nélküli sarki teleken a hőmérséklet a legmélyebbre süllyed, a száraz sztratoszférában a vízpárából felhők képződnek. Ezekben a felhőkben felhalmozódnak a CFC-gázokból származó klórvegyületek. Az ilyen vegyületekből tavasszal, a napsugárzás hatására felszabaduló instabil klóratomok a sarki nyár ideje alatt folyamatosan bontják az ózonmolekulákat. Ugyanígy a halonokból és a metil-bromidból származó bróm is romboló hatást fejthet ki.
2. Az ózonkoncentráció csökkenése miatt az UV-sugarak nagyobb intenzitással jutnak a troposzférába, ennek hatására olyan, a tengerfelszín közelében élő mikroszkopikus egysejtű növények pusztulása következhet be, amelyek az óceáni tápláléklánc alapját képezik. A tengerek planktonja így kevesebb szén-dioxidot tud kivonni a légkörből, (emellett megbomlik a tengeri tápláléklánc).

Az ózonkoncentráció csökkenéséért a légkörbe kerülő atomos klór, fluor és bróm a felelősek. Ezek az elemek főként a klórt és fluort tartalmazó gyorsan elpárolgó szénvegyületekkel, fluorkarbonokkal (CFC és HFC) kerülnek a levegőbe. A vegyületek a sztratoszférába feljutva az ultraibolya sugarak hatására elbomlanak, így felszabadulnak belőlük az ózonrétegre veszélyes elemek, amelyek gyorsítják az ózonbomlását.

Az ózonkoncentráció azonban természetes úton is folyton változik, és a jelenlegi antarktiszi „ózonlyuk” koncentrációja még mindig magasabb, mint a 19. század bármely pillanatának ózonkoncentrációja.

Légköri kémiai folyamatok 

A légkörben zajló kémiai folyamatokban kitüntetett szerepe van a hidroxilgyöknek, ami szinte valamennyi anyag oxidációs folyamatában részt vesz: oxidálja a metánt, a szén-monoxidot szén-dioxiddá alakítja. Emiatt a szén-monoxid-kibocsátás növekedésével lassul a metán oxidációja, légköri felhalmozódása pedig felgyorsul. A szén-monoxid-emisszió csökkenése kedvező hatást gyakorol a metánkoncentráció alakulására. A hidroxilgyök az előbbieken kívül még számos reakcióban részt vesz, így a folyamatok vizsgálata csak bonyolult matematikai modellezéssel lehetséges.