A szén-dioxid globális kibocsátásának (emissziójának) nagymértékű növekedése jelentős hatással van a légköri szén-dioxid koncentrációra. Ha az elmúlt 2000 év adatait nézzük, láthatjuk, hogy a koncentráció egészen a 18. századig igen stabil volt, 270–285 ppm közötti. Egyes kutatók összefüggést látnak a között, hogy az emberiség elmúlt pár ezer éves fejlődésének a története elválaszthatatlan attól, hogy ilyen stabil éghajlati viszonyok között fejlődhetett. Az ipari forradalom óta azonban jelentős koncentráció-növekedés következett be.
Ugyanakkor nem a szén-dioxid az egyetlen aggodalomra okot adó üvegházhatású gáz – a dinitrogén-oxid (N2O) és a metán (CH4) kibocsátásai is gyorsan növekedtek, köszönhetően a mezőgazdasági, energia és ipari forrásaiknak. A szén-dioxidhoz hasonlóan mindkét gáz légköri koncentrációja is gyorsan emelkedik.
Hatással volt-e az utóbbi években a szén-dioxid globális kibocsátásában tapasztalható stabilizáció a légköri koncentrációra? Bár úgy tűnik, hogy a globális kibocsátások terén előrelépés történik, a légköri koncentrációk tovább emelkednek, a szén-dioxid mennyisége tovább halmozódik a légkörben. A globális légköri koncentráció átlépte a 400 ppm-et – melyet az elmúlt három millió év legmagasabb szintjének tekintettek – és napjainkban megközelíti a 410 ppm-et. A légköri CO2-koncentráció stabilizálásához kibocsátásunknak nemcsak stabilizálódnia, hanem jelentősen csökkennie is kell.
Miért nem jár automatikusan együtt a kibocsátás stabilizálódása a koncentrációéval? Ez a szén-dioxid hosszú tartózkodási idejével magyarázható. A tartózkodási idő azt fejezi ki, hogy az adott gáz molekulája várhatóan mennyi idő alatt kerül ki a légkörből (ebben az esetben a globális szénkörforgás) természetes folyamatainak köszönhetően. A légköri szén-dioxidra ezen folyamatok sokszínűsége miatt egyetlen tartózkodási idő nehezen definiálható, a jellemző tartomány 150–220 év.
Szén nemcsak a légkörben van jelen, hanem a világegyetem egyik leggyakoribb elemeként szinte mindenhol: szervezetünkben, táplálékunkban, de civilizációnk (otthonunk, gazdaságunk, infrastruktúránk) is rá épül. Legnagyobb mennyiségben a kőzetekben tárolódik, ennél kisebb mennyiségben található az óceánban, a légkörben, a növényekben, a talajban, illetve a fosszilis tüzelőanyagokban. Az egyes tározók között kicserélődés megy végbe (ezt nevezzük szénciklusnak), mely lassú (évmilliók) és gyors (néhány év) komponensekkel rendelkezik. Bármilyen változás valamelyik tározó széntartalmában változásokat okoz a többi tározóban is. Hosszú távon a szénciklus egyensúlyban van, mely megakadályozza, hogy az összes szén a légkörbe kerüljön (mint a Vénuszon, mely légkörének 96,4%-át CO2 alkotja) vagy teljes egészében a kőzetekben tárolódjon.
A lassú (geokémiai) szénciklusban kémiai reakciók és lemezmozgások következtében (pl. kőzetek mállása során felszínre kerülő szerves szén oxidációja, szerves szén eltemetődése, kőzetképződés, vulkáni tevékenység) a szén 100-200 millió év alatt vándorol a kőzetek, talaj, óceán és légkör között. A lassú szénciklusnak van egy valamivel gyorsabb komponense is: az óceán. A felszínen, a levegő és a víz találkozásánál a szén-dioxid gáz folyamatosan beoldódik az óceánba, de ki is kerül onnan: az óceán felszíni rétege és a légkör között gyorsan beáll az egyensúly. A gáz bekerülve az óceánba, savasítja azt. A lefelé irányuló transzport sebessége korlátozott, a többlet szén felvételéhez évszázadokra van szükség.
A gyors szénciklus a bioszférához, a fotoszintézis folyamatához kötődik. A fotoszintézis révén szén épül be a szárazföldi bioszférába. Ennek egy része légzés vagy bomlás következtében visszakerül a légkörbe, más része beépül a növényekbe, és a talaj humusztartalmát gazdagítja. A gyors szénciklus olyan szorosan kapcsolódik a növények életciklusához, hogy a növekedési időszak megfigyelhető a légköri szén-dioxid éven belüli változásában. Az északi félgömb telén, amikor kevés növény növekszik, a légköri szén-dioxid koncentráció növekedésnek indul, tavasszal, amikor a vegetációs időszakkal a növekedés beindul, a koncentráció újból csökkenni kezd – olyan, mint ha a Föld lélegezne.
A globális szénciklusba az emberiség több ponton is beavatkozott, az egyik ilyen a földhasználat megváltoztatása. Erdők kiirtásakor eltávolítjuk azt a biomasszát, amely szén-dioxidot vonna ki a légkörből. Noha helyettesítjük más növényekkel, legelőkkel, szántókkal, azok kevesebb szén-dioxidot kötnek meg. A fosszilis tüzelőanyagok (szén, olaj, földgáz) elégetésével pedig azt a szenet eresztjük nagyon rövid idő alatt a légkörbe, amely évmilliók alatt halmozódott fel. A többlet szénnek valahova mennie kell – mintegy 55%-át felveszi a biomassza és az óceán, de a többi a légkörben maradt. Ennek a szén-dioxid üvegházhatású gáz mivolta miatt pedig nagy jelentősége van.
Honnan tudjuk, hogy honnan származik a levegőben lévő többlet szén-dioxid?
Az emberi (antropogén) kibocsátásból származó többlet szén mennyiségét az izotópok arányának vizsgálata segít meghatározni. Ennek egyik módja, hogy a biomasszában és a légköri szén-dioxidban megmérjük a 14C /12C arányt. Mivel tudjuk, hogy radioaktív szénizotóp a felső légkörben folyamatosan keletkezik, rövid felezési ideje miatt azonban a fosszilis tüzelőanyagokból teljesen hiányzik, a fosszilis szén hozzájárulásának hányada megbecsülhető. Nem ez az egyetlen eszközünk: a fosszilis eredetű szén sorsa a légköri oxigénkoncentráció (pontosabban az O2/N2 arány) mérése alapján is nyomon követhető, mivel a légköri szén-dioxid-többlet nagyrészt széntartalmú anyagok elégetésével keletkezik, melynek nyomán a légköri oxigénkoncentráció kismértékben csökken.
További olvasnivalók a témában:
A szén biogeokémiai körforgása
A magyarországi légköri széndioxid-mérések harminc éve
Global Carbon Budget 2018
The Carbon Cycle
