1.5.1 A vízgőz
Földünk légkörének állandó összetevői (nitrogén, oxigén, nemesgázok) között állandóan, de változó mennyiségben van jelen a vízpára. Valamennyi légköri gázösszetevő között ennek a legnagyobb a térbeli és időbeli változékonysága.
Rendkívül száraz a levegő a hideg sarki régiók fölött, ugyanakkor az óceánok fölött vagy a nagy trópusi esőfelhőkben százszázalékos páratartalom alakulhat ki. Az éghajlatot alakító légköri összetevők között a vízgőz a legfontosabb üvegházhatású gáz, jelenléte mintegy 26 fokkal járul hozzá a földfelszín átlaghőmérsékletéhez. Ennek egy
11
része (mintegy 21 °C) közvetlen az üvegházhatásból származik, a maradék a párák és felhők hővisszatartó hatásának következménye. A vízgőz másfelől hűti is a Földet: a felhők teteje visszaveri a Napból érkező fénysugarakat, ezzel csökkenti a melegítőhatást, illetve hó és jég formájában a felszínt védi a napsugárzás elnyelődésétől, szintén hűtőhatást eredményezve. A víz az egyetlen kémiai elem, mely mindhárom halmazállapotában (szilárd, folyékony, gáznemű) is előfordul a Földön.
1.5.2 A szén-dioxid
A szén-dioxid a légkör természetes összetevője, amelyhez az utóbbi két évszázadban jelentős mennyiségű emberi eredetű többlet járult. Antarktiszi és grönlandi mélyjégminták tanúsága szerint (a jégbe zárult levegőbuborékok megőrizték keletkezési koruk légkörének összetételét) a légkör szén-dioxid-tartalma az elmúlt több mint félmillió évben 190 és 290 ppm között ingadozott (ppm: milliomod térfogatrész; 1 ppm egyenlő egy részecskével a millió részecske között az adott térfogatban).
Így tartott ez egészen a 19. század közepéig, amikor is – már jó tízezer éve – a felső határ közelében tartózkodott. A század végén – a korabeli mérések szerint – már 0,03% (300 ppm) volt a koncentrációja. Azóta – a széntüzelés, az olaj- és gázégetés és a fák kivágása miatt – gyors emelkedésnek indult, s mára meghaladta a 380 ppm-et. A mai világméretű kibocsátási trendeket figyelembe véve, számítások szerint 2015-re eléri a 450, 2050-re az 500-560 ppm-et.
Az emberiség 2010-es adatok alapján évente mintegy 33,5 milliárd tonna1 szén-dioxidot juttat a levegőbe. Ez akár elhanyagolhatónak is tűnhet a szén természetes körforgásához képest. Az óceánok és a légkör közötti szén-dioxid-forgalom évente mintegy 100 milliárd tonna (a szén-dioxid a vízben jól oldódó gáz, így a tengerek felszíne és a fölötte tartózkodó levegő között egyensúly alakul ki a gáz cseréje révén); a növényzet is hasonló nagyságrendben vesz fel, illetve bocsát ki szén-dioxidot. Hosszabb távon a „Nagy Földi Termosztát” – az önszabályozó kölcsönhatások révén – az emelkedésre csökkenéssel, a csökkenésre emelkedéssel válaszol, így a koncentrációk lassú hullámzással, meghatározott korlátok között ingadoznak.
1 CDIAC: Record High 2010 Global Carbon Dioxide Emissions from Fossil-Fuel Combustion and Cement Manufacture Posted on CDIAC Site
12
Ehhez az évezredes időtávon érvényesülő közelítő egyensúlyhoz képest a relatíve kicsi, de évről évre megjelenő emberi kibocsátás hozzáadódik, s a többlet a légkörben összeadódik. Igaz tehát, hogy az emberi behatás a múlt században csupán 1, ma körülbelül 10 százaléka a természetes forgalomnak, de a CO2 koncentráció az összegződés miatt ez tíz év alatt ma már húsz százalékkal nőtt! Ennek felét a természetes nyelők képesek eltüntetni, a másik fele azonban megmarad, és fölhalmozódik. Éppen ez a ma ismeretes fölhalmozódási ráta teszi lehetővé a fenti jóslatot, mely szerint a légköri koncentráció megkétszereződik (kb. 560 ppm) a század közepére.
1.5.3 A metán
A metán légköri koncentrációja 1850-ig 0,7 ppm körül volt, ez mára 1,7-re nőtt, jelenlegi növekedési üteme 0,015 ppm/év.
Természetes forrásai az óceánok, valamint a nedves-mocsaras ökoszisztémák oxigénhiányos bomlási folyamatai (összesen kb. 150 millió tonna/év).
Fő civilizációs eredetű forrásai a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, a földgáznak a kitermelés során történő szabad eltávozása, a kőolaj és termékeinek párolgása, a szarvasmarhák bendőjében az emésztés, a rizsföldek, a szerves hulladékok bomlása és a biomassza-égetés.
Mai legnagyobb forrása a globális felmelegedés következtében gyorsan olvadó sarkvidéki örökké fagyott rétegek felolvadása és a megfagyott növényi szerves anyagok bomlása. Mindezekből összesen kb. 370 millió tonna/év kibocsátás származik. Összesen kb. 35 millió tonnával gyarapszik légköri mennyisége évente. (E becslések hibaszázaléka magas, 30–50% között van.) A metán üvegházhatása 1 molekulára vetítve 21-szerese a szén-dioxidénak.
1.5.4 A dinitrogén-oxid
A dinitrogén-oxid a fosszilis tüzelőanyagok és a biomassza elégetése, ipari folyamatok és a műtrágyázás során kerül a légkörbe, míg természetes forrásai a tengervíz és a talaj. Koncentrációja az iparosodás előtti korhoz képest kb.
17 százalékkal emelkedett. A globális felmelegedéshez való hozzájárulása azonban molekulánként a szén-dioxidénak 314-szerese.
13
(Jegyezzük meg: a dinitrogén-oxid tiszta formájában az orvosi gyakorlatban százötven éve használt műtéti altatógáz. Oxigénnel keveredve „kéjgázt” alkot, mely régóta ismert fájdalomcsillapító, nagyobb mennyiségben euforikus állapotot,
„nevetőgörcsöt” okoz. Amúgy sokan naponta használják: a folyékony tejszínhabos palack hajtógáza. Ezen kívül még a sportautók világában is ismert, mint a gyorsulást erősítő adalékanyag, az úgynevezett „nitró”.)
1.5.5 A halogénezett („fluorozott”) szénhidrogének
Ezek olyan, a természetben elő nem forduló vegyületek, amelyek teljes egészéükben az emberiség ipari tevékenysége következtében kerülnek a levegőbe.
Kozmetikai és egyéb spray-k hajtógázaiként, műanyagipari habképző anyagként (polisztirol, polifoam, hungarocell), hűtőszekrények, autók és épületek klímaberendezéseinek hűtőközegeként gyártják őket. Telített változataik CFC gázokként is ismertek.
Ezek mindegyike rendkívül stabil vegyület, némelyikük várható légköri tartózkodási ideje az 5000–100.000 éves időtartományba esik. A szorosan vett klímaváltozási problémán kívül hozzájuk fűződik még az ózonréteg lebontásának, az ózonlyuk kialakításának problémája is.
Az ózon háromatomos oxigén, mely a felső légkörben a Nap UV sugárzásának hatására szétbomló kétatomos oxigénmolekulából keletkezik egy oxigénatom csatlakozásával. Molekulája igen labilis és reakciókész. Az UV sugarak bontják is.
Mennyisége az állandó keletkezés és lebomlás folyamatában évek százmillióin át egy egyensúlyi érték körül ingadozott.
Az ózonréteget károsító anyagok kibocsátását korlátozó Bécsi Egyezményben és az azt kiegészítő Montreali Jegyzőkönyvben szabályozták a CFC-gázok termelését. Az ipar ezért elkezdett olyan, a telített (kemény) freonokat helyettesítő és kiváltó anyagokat keresni, amelyek nem reagálnak az ózonnal, s számos helyen átálltak a HCFC-k (hidrogénezett freonok) és perfluoro-karbonok (PFC-k) gyártására. Ezek üvegházhatása azonban gyakran igen jelentős, némelyiküké eléri egy CO2-molekula relatív hatásának tíz-százezerszeresét. Valamennyi üvegházhatású gáz közül ezek a legerősebbek (a legnagyobb melegítőhatással rendelkeznek). Szintén rendkívül hosszú légköri tartózkodásúak. Ha Neander-völgyi eleink használták volna őket, annak negyede még
14
ma is a légkörben lenne. Ha ugyanezt a cro-magnoni ember teszi, a mennyiség fele még ma is a levegőben volna.
Külön meg kell még említeni a kén-hexafluoridot, mely a félvezetők gyártásakor, valamint magnézium- és alumíniumgyártás melléktermékeként keletkezik.
Elektromos szigetelőanyagként is használatos. A levegőben mérhető mennyisége igen csekély, de relatív üvegházhatása igen erős.
1.5.6 Az ózon
Az ózon két, egymástól viszonylag jól elkülönülő térrészben található a légkörben: döntő többsége (mintegy 90%-a) a sztratoszférában (kb. 25 km-es magasságban), maradék 10%-a pedig a troposzférában (a légkör alsó 10-12 km-es rétegében). Az emberi beavatkozás következtében mindkét réteg sérül, és sajnos mindkettő kedvezőtlen irányban. A sztratoszferikus ózonréteg a kemény (telített) CFC-gázok hatására fogy (s így, mint az előző pontban láttuk, jobban leengedi a Föld felszínére a rákkeltő UV sugárzást – „ózonlyuk”-probléma), a troposzferikus ózon mennyisége pedig növekszik, amivel hozzájárul az üvegházhatás erősödéséhez.
1.5.7 Az aeroszolok
Az aeroszolok kicsiny légköri részecskék, melyek mérete, koncentrációja és kémiai összetétele igen különböző. Némelyek közvetlenül jutnak a légkörbe, mások a már ott lévőkből keletkeznek. Mintegy 90 százalékuk természetes úton jut a levegőbe:
vulkáni kilövellésekből, óceáni sócseppekből, a talaj eróziójából. Az emberi eredetűek főképp a tüzelőanyag- és biomassza-égetésből, különféle gyári füstökből és a közlekedésből származnak. Ide tartoznak a legkülönfélébb füstök, porszemcsék, a hamu, jellemző vegyületeik a kén-dioxid, a kénsav (a savas esők fő felelősei), az ammónia és hasonlók.
Az aeroszolok árnyékoló hatást fejtenek ki, azaz visszaverik a Nap sugárzását, így az üvegházhatással ellentétes, hűtőhatást fejtenek ki. Az üvegházgázoktól eltérően azonban az esővel kimosódnak a légkörből, tehát viszonylag rövid a légköri tartózkodási idejük. Így a vulkánkitörésekkel és a különféle ipari kibocsátásokkal hiába növekszik meg újra és újra a koncentrációjuk, átlagosan 10 nap alatt, de a legnagyobb tömegű szennyezések esetén is legfeljebb egy év után kitisztulnak a levegőből.
15
Az aeroszolok emberi kibocsátása jelenleg mintegy egyötödével csökkenti az üvegházhatású gázok pozitív járulékát. Azonban – a szűrőknek és egyéb technológiai fejlesztéseknek hála – ipari eredetű forrásaik várhatóan csökkenni fognak a jövőben, míg az üvegházgázok koncentrációja rohamosan nő, ezért az éghajlatváltozást csökkentő relatív potenciáljuk egyre kisebb.
1.5.8 Tartózkodási idők
A hélium egymilliárd éves, a nitrogén és az oxigén egymillió éves, a különféle fluortartalmú gázok némelyike százezer éves körforgással kerül be, illetve ki a légkörből. A szén-dioxid 50-150 év alatt, a metán négy év alatt szívódik fel, míg egy vízmolekula tipikusan 10 nap alatt megfordul a légkör és a földi vízkészletek között.
Ilyen nagyságrendű a különféle lebegő porszemcsék, kémiai szennyeződések, aeroszolok légköri tartózkodási ideje is.