Dózsa László

Éltető őselemünk: a levegő


Köznapi szóhasználatunkban a levegő gyakran valami lényegtelent vagy alig értékelhető dolgot jelent. Ezzel szemben az ókori bölcselők azt a négy őselem egyikének tartották, amely világunk anyagi felépítésében alapvető szerepet játszik. A levegő, a föld, a víz egyúttal a három halmazállapotot képviselte, a negyedik, a tűz pedig az egymásba való átalakulást előidéző, illetve kísérő energiát. Alapjában véve ezzel a földi élet egyik fontos vonására is ráismerhetünk: rögzített helyhez kötötten, folyadékfázisú folyamatok játszódnak le, melyek során légnemű anyagok képződnek, illetve elnyelődnek, s mindezeket valamilyen energia tartja állandó mozgásban. Földünk egészének életrendszere, a bioszféra pedig a Föld szilárd vagy folyékony (víz) felszínén, a felszínt beborító atmoszféra gázburka alatt működik. E két geoszféra nem csupán érintkezik egymással, hanem kapcsolatuk oly szorossá vált, hogy egymás nélkül már nem is léteznének.

A légkör eredete, szerkezete és anyagai

Gravitációs erőtérben az anyagok fajsúlyuk szerint rétegződnek. Ennek megfelelően a Föld legkönnyebb, gáznemű anyagai a Föld belsejéből kifelé áramlanak, s természetszerűleg a felszínen helyezkednek el. Ezt a folyamatot jól láthatjuk a földkéreg repedéseinél, ahonnan folyamatos gőzölgés (1. ábra) figyelhető meg (egyes időszakokban, vulkánkitöréseknél természetesen nagyságrendekkel több anyag zúdul kifelé).

1. ábra. A Föld belsejéből kigőzölgő gázok a hawaii Kilauea-kráternél

Könnyen elképzelhetjük, hogy a Föld története során ezek a gáznemű anyagok szépen lassan beborítják a teljes felszínt, s létrejön az atmoszféra (görög szó, jelentése: gőzgömb). Ez a fajsúly és anyagok szerinti rétegződés okozza, hogy a Földünket jelenleg különböző gömbhéjak, szférák építik fel. Tömegét tekintve az atmoszféra a többi szférához viszonyítva elég kicsi: mintegy 5´109 Tg (teragramm: 1012 g, másképpen: millió tonna) szemben az 1,4´1012 Tg tömegű hidroszférával és a 2,6´1013 Tg tömegű szilárd kéreggel, a litoszférával). Anyagösszetételére jellemző, hogy több mint 99 százalékát három elemi állapotú gáz: nitrogén, oxigén és argon alkotja. Az anyagok térfogategységre eső mennyisége (koncentrációja) a felszíntől felfelé haladva rohamosan (exponenciálisan) csökken, de a legalsó, mintegy 10-11 km-es rétegben a fő alkotók egymáshoz viszonyított mennyisége állandó. Ezt az alsó réteg állandó függőleges irányú cirkulációja okozza, amivel az jár együtt, hogy a hidroszférából párolgó vízgőz a magasban lecsapódik, majd az eső (jég, hó) visszahullva, mechanikusan keveri a levegőt. Ezért ezt a réteget troposzférának, "kevert" rétegnek nevezzük. E réteg felett már megfigyelhető, hogy az anyagok rétegződnek, s felfelé haladva egyre több a kisebb sűrűségű alkotórészek részaránya. A következő 11-50 km magasságú tartományban "réteges" szféra, görögül sztratoszféra helyezkedik el, majd a mezoszféra, s végül a termoszféra következik. Légkörünknek tulajdonképpen jól kijelölhető felső határa nincs is: fokozatosan megy át a "világűrbe", pontosabban a Nap atmoszférájának legkülső rétegébe.1 Itt jellemző a magas hőmérséklet, míg a mezo- a közepes helyzetre utal. Az atmoszféra ilyen rétegekre való felosztása azon alapul, hogy az egyes rétegeken belül hogyan változik a hőmérséklet a felszíntől való eltávolodás irányában (2. ábra). Érdemes megvizsgálni, hogy ez a különleges hőmérsékleti profil hogyan alakul ki, s mi ennek a szerepe a földi életben.

2. ábra. Az atmoszféra hőmérsékletének, összetételének és molekulatömegének (Mt) változása a magasság függvényében (g: gravitációs gyorsulás). Mészáros E. (1977) alapján.
 

A légkör "ápol s eltakar"

A Napban a folyamatosan lejátszódó nukleáris reakciók következtében folyamatosan iszonyú energiák szabadulnak fel. Ahhoz azonban, hogy a napfelszín hőmérséklete állandó értéken maradhasson, ennek az energiának el is kell hagynia a Napot, tehát az kisugárzódik a világűrbe. Ez az energiasugár egyrészt nagy sebességű apró részecskék, másrészt elektromágneses hullámok formájában eléri a Földet is. Az elektromágneses hullámok energiája azok hullámhosszától függ: minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb egy-egy energiacsomag értéke. A légkör felső részéhez érkező rövidhullámok találkozva a légkör részecskéivel, elnyelődve azokból elektronokat képesek lehasítani:

M+hn ® M++e-

h itt a Planck-állandó, n a sugárzás rezgésszáma (ami fordítva arányos a hullámhosszal), M pedig bármely molekula vagy atom lehet. (Az elektromos töltések jelenléte miatt a légkörben ionoszféráról is beszélnek, ami a termoszférát és a mezoszférát érinti. Erre a rétegre először a rádióhullámok terjedése, a rádiózás irányította rá a figyelmet.) Másrészt a többatomos anyagok szét is bomolhatnak. A 200 nm-nél kisebb hullámhosszú (ún. kemény ultraibolya) sugárzás pl. széthasítja a kétatomos, molekuláris oxigént:

O2+hn1 ® O+O*

O* azt jelenti, hogy az oxigénatomoknak legalább az egyike még fölös energiát is visz magával. Ezek létezését tanúsítja, hogy az úgy is megszabadulhat ettől az energiától, hogy azt kisugározza. Ez az energia már az elnyelt sugárzásénál természetesen jóval kisebb, így a kisugárzás hullámhossza 400 nm-nél nagyobb, azaz látható fényt észlelhetünk.2 Ez a sarkvidékek közelében látható sarki fény. Akár az ionok, akár az energiadús atomok energiájukat azonban zömmel szomszédos társaiknak ütközve adják át, miáltal a rendszer részecskéinek mozgási sebessége emelkedik, ami a hőmérséklet növelését jelenti. Ezért van az, hogy a termoszférában a hőmérséklet nappal 1500 °C-ra is felmegy, viszont a 200 nm-nél kisebb hullámhosszú sugárzás már nem jut az alacsonyabban fekvő rétegekbe, s ott egyre hidegebb van (mezoszféra). A sugárzás elnyelése következtében jelentősen megnő az oxigénatomok mennyisége, koncentrációjuk itt meghaladja a nitrogénét (N2). Diffúzió révén lassan lefelé haladnak, s ott egyre gyakrabban találkoznak más részecskékkel. Ha egy O-atom O2-molekulával ütközik, az oxigén háromatomos módosulata, ózon (O3) képződhet. Ehhez még szükség van arra, hogy ugyanakkor még egy harmadik részecske is ott legyen (M), ami átveheti a fölös energiát, különben a nagy energiájú oxigénatom az oxigénmolekulából kilök egy másikat, azaz a képződött ózon azonnal elbomlik.

O*+O2+M ® O3+M*

Láthatjuk, hogy jelentősebb mennyiségű ózon képződéséhez az oxigénatomokon kívül az is kell, hogy azok megfelelő gyakorisággal ütközzenek más részecskékkel. Az ütközések gyakorisága pedig erősen függ attól, hány részecske van egy térfogategységben, ami a felszíntől való magassággal változik. (Míg a termoszférában 1000 másodperc is eltelik 2 ütközés között, a Föld felszínén másodpercenként 1000-szer is ütköznek az 1 cm3-ben lévő részecskék). Ott lesz tehát a legtöbb ózon, ahol a rövidhullámú sugárzás még elegendő oxigénatomot hoz létre, viszont a levegő sűrűsége már elég nagy ahhoz, hogy a hatásos ütközések elég gyakoriak legyenek. A számítások szerint ez a réteg a sztratoszférába esik, s valóban mintegy 20-30 km-es magasságban találjuk a legnagyobb ózonkoncentrációt.

Az ózonképződés hőfelszabadulással jár, tehát lényegében a rövidhullámú sugárzás energiája kémiai közvetítéssel, az oxigénatomok reakciója révén is szállítódik lefelé. Az ózonnak azonban van egy nagyon fontos színképi tulajdonsága: elnyeli az elektromágneses sugárzás 200 nm feletti részét is, amitől egyrészt felmelegszik, másrészt bomolhat:

O3+hn2 ® O2+O*

Mindennek több fontos következménye van: 1. a sztratoszféra hőmérséklete nő; 2. az alsóbb légrétegbe csak kevés ózon kerülhet; 3. a Föld felszínére már csak 300 nm-nél hosszabb hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás érkezik. A troposzférában pedig már a levegő nem tud elnyelni ilyen sugarakat, tehát az nem melegszik fel a napsugárzástól (tiszta időben magas hegyeken tapasztalhatjuk, hogy szinte szikrázó napsütés van, a levegő mégis jéghideg). Ezt a főképpen látható fény formájában a Föld szilárd és folyékony felületére érkező sugárzást az élőlények egy része, a növények és egyes mikroszervezetek a fotoszintézisben energiaként értékesítik, mások pedig tájékozódásra használják (látás). Az élő sejteket pusztító kissé nagyobb energiájú sugarak maradéka részben hasznos anyagátalakulásokat válthat ki (ultraibolya sugarak hatására bőrünkben D-vitamin képződik), másrészt egyes szervezetek (baktériumok, penészgombák) túlzott elszaporodását gátolja. (Ezért találkozunk pl. rendelőintézetekben fertőtlenítés céljából UV-lámpákkal.) A teljes sugárzás legnagyobb része azonban a felszínben - a szárazföldeken és a tengereken - elnyelődik, miáltal az felmelegszik s hővezetés révén melegíti a legalsó légrétegeket. Ezért jöhetnek létre felfelé irányuló konvekciós áramlások a troposzférában. A felmelegedő földfelszín azonban sugároz is, de természetesen jóval nagyobb hullámhosszúságú, az infravörös (IR-) tartományba eső sugarakat bocsát ki. Ha ezek akadálytalanul áthaladnának a levegőn, s ez az energia elhagyná a Földet, bizony mindössze -20 °C körül lenne a felszíni átlaghőmérséklet. "Szerencsére" a troposzféra néhány anyaga, pl. a szén-dioxid és a vízgőz ezeket a sugarakat elnyeli, s ezért a felszíni átlaghőmérséklet a bioszféra szempontjából jóval kedvezőbb: mintegy 14 °C. Légkörünk tehát úgy viselkedik, mint egy jó "üvegablak", ezért ezt a jelenséget üvegházhatásnak nevezik. Látjuk tehát, hogy az atmoszféra mind a forró sugaraktól, mind a világűr hidegétől is megvéd. Ha viszont növekszik az infravörösben elnyelő anyagok mennyisége, akkor nemcsak a hőmérséklet emelkedik, de a hőátadási folyamatok egyensúlya is felborul, ami beláthatatlan következményekkel járhat. Ezért aggasztó az elmúlt évszázadban észlelt mintegy 30 százalékos szén-dioxid-koncentráció-növekedés, s fontos lenne, hogy a szén-dioxid kibocsátása ne növekedjen tovább.

A levegő: energia- és tápanyagforrásunk

Nézzük meg, milyen anyagok építik fel az atmoszférát, s azok milyen kapcsolatban vannak a bioszférával. Induljunk ki abból, hogy honnan is származhatnak az atmoszféra összetevői. Bolygórendszerünk a világegyetem anyagaiból állt össze, s azt gondolhatnánk, hogy annak könnyű alkotórészeiből képződött a gázburok. Az univerzumot alkotó könnyű elemek relatív gyakoriságából (táblázat) azonban az következne, hogy annak zömmel hidrogénből és héliumból kellene állnia.

Táblázat. Néhány biológiailag fontos elem atomszázalékos előfordulása a világegyetemben, a Földön, a földkéregben és a légkörben, valamint a hiánytényező értéke. Papp S. (1983) és Papp S. - Kümmel, R. (1991) alapján

A Nap és az óriásbolygók atmoszférájának összetétele ugyan viszonylag könnyen magyarázható, ha figyelembe vesszük még azt, hogy alacsonyabb hőmérsékleten az elemek vegyülési hajlama (kémiai tulajdonsága) is szerepet kap, tehát az oxigén, nitrogén, szén hidrogénnel és egymással alkotott légnemű vegyületei (nitrogéngáz, ammónia, metán, vízgőz, szén-dioxid) is megjelennek a bolygóatmoszférákban. A földi és a világegyetemben lévő elemgyakoriság (amit ún. hiánytényezővel, 106 Si-atomra vonatkoztatott relatív gyakoriságok hányadosának logaritmusával szoktunk kifejezni) egyik igen szembetűnő eltérése az, hogy az univerzum egyik leggyakoribb eleme, a hélium a Földön jóformán teljesen hiányzik. Jellemző, hogy ezt az elemet először a Napban, annak színképe alapján fedezték fel, s csak később találták meg a földi légkörben. Ennek oka, hogy az égitestek gázburkában a részecskék állandó mozgásban vannak, s az egymással való ütközések révén némelyik olyan nagy sebességre tehet szert, hogy eléri a bolygóra jellemző szökési sebességet, s akkor piciny űrhajóvá válva elröpül. A részecskék minél kisebbek, annál gyorsabban röpködnek. A kicsiny, mindössze 4-es molekulatömegű héliumatomok nagy része ezért megszökött a Föld vonzásköréből. (Valójában amit most találunk itt, az sem a "maradék", hanem részben a Napból érkezik, részben a Földben lejátszódó nukleáris folyamatok eredménye.) A hidrogén azonban, mint a bioszféra egyik lényeges eleme, "szerencsére" itt maradt. Molekulája ugyan a héliuménál is kisebb (2-es tömegű), de oxigénnel 18-as tömegű vízmolekulát alkot, amely egyrészt jelentős részben folyadékká, illetve szilárd anyaggá (jég, hó) alakul, másrészt a földkéreg ásványaihoz is igen erősen kötődik (kristályhidrátok). A jelenlegi atmoszféránk hőmérsékleti tulajdonságai is igen érdekesen akadályozzák a víz elszökését. A troposzféra felső része már olyan hideg, (-60 °C), hogy ott a vízpára kifagy és visszahullik a felszínre. Ha nagy ritkán valamennyi mégis feljut a sztratoszférába, felette, a mezoszféra leghidegebb részén (-80 °C) fagy ki (gyöngyházfényű világító felhők meteorológiai jelensége), tehát mintegy kettős leválasztó csapda van "beépítve" - amint az vegyipari műveleteknél is szokásos. Számításokkal kimutatható, hogy bolygónk eredeti felszínét borító gázai gyakorlatilag mind elég hamar megszöktek. Jelenleg csak olyan anyagokból épül fel a légkör, amelyeknek mind van valami nagy tartaléka a többi szférában. (Még a viszonylag nagy molekulatömegű nemesgázok, a kripton (84Kr) és xenon (131Xe) is csak nyomokban találhatók már a légkörben. Érdekes ebből a szempontból a csaknem 1 százalékot kitevő Ar. Valójában ez sem maradványgáz, hanem a Föld kérgéből a 40K-izotóp radioaktív bomlása révén kerül a légkörbe.) Az őslégkör összetételéről leginkább az őskőzetekből tudhatunk meg valamit. Ezek zárványai, a belőlük felszabadítható gázok elsősorban víz és szén-dioxid jelenlétére utalnak, de a vastartalom vas(II)ion formája azt is jelzi, hogy oxigéngáz nem lehetett ebben a légkörben (oxigén jelenlétében vas(III) képződne), csak a bioszféra megjelenése után kerülhetett jelentősebb mennyiségben a levegőbe. A legelső élőlények feltehetően szervetlen úton képződött szerves vegyületek lebontásával fedezték anyag- és energiaszükségletüket. Kézenfekvő volt azonban, az is, hogy a légkör szén-dioxidja (CO2) váljon a fő szénforrássá. Mindenhol jelen volt, ráadásul a mainál jóval nagyobb koncentrációban, amellett a vízbe is jól beoldódik. Egyes mikroorganizmusok tehát "felfedezték" a fotoszintézist, majd az széles körben elterjedt. Melléktermékként viszont molekuláris oxigén (O2) képződött. Az elemi oxigén azonban igen erős elektronelvonó (a legjellegzetesebb elektronelvonó elem, ezért nevezik az elektronelvonást oxidációnak) hatású: az élő rendszerek anyagaival reakcióba lép. Az egyre növekvő oxigénkoncentráció az akkori bioszférát csaknem kipusztíthatta. Az evolúció egyik igen találékony vonala azonban "rájött" arra, hogy az oxigén reakciójának kémiai energiáját hasznosíthatja életműködéséhez (hőmérsékletének fenntartásához, anyagok beépítéséhez, mozgásához stb.), tehát az élet már nem kötődött közvetlenül a napszakoktól, évszakoktól, időjárástól függő, eléggé szeszélyesen érkező napsugár energiájához. Így alakult ki a fotoszintézis és légzés egyensúlya a bioszférában:

 6CO2+6H2O+energia ®C6H12O6 + 3O2    (fotoszintézis)
 C6H12O6+3O2® 6CO2+6H2O+energia       (légzés)

Ehhez még hozzászámítva a biológiai rendszerek életciklusát s az elhalt szervezetek lebomlását, zömmel ezek a folyamatok határozzák meg jelenlegi légkörünk oxigén- és szén-dioxid-mennyiségét. A teljes oxigénmennyiség ezek alapján pár ezer év alatt elfogy és újraképződik (ez az ún. tartózkodási idő), a jóval kisebb mennyiségű szén-dioxid pedig már 15 év alatt kicserélődik, de közben gyakorlatilag állandó értéken marad (eltekintve az évszakos ingadozásoktól és az utóbbi évszázadban észlelt növekedéstől). Láttuk, hogy a szén-dioxid-koncentráció növekedése felmelegedést okozna, az oxigénkoncentráció emelkedésével pedig rohamosan nőne a tűzesetek valószínűsége. Volt ugyan a Föld története során olyan időszak (karbon), amikor bizonyára nagyobb oxigénkoncentráció volt a levegőben, azonban az akkori szárazföldi növények a maiaknál nagyobb víztartalmúak voltak, tehát nehezebben kaptak lángra. Az oxigénmolekulának fontos tulajdonsága, hogy reakcióba vitele nem megy nagyon könnyen: magas hőmérséklet (gyulladáspont), vagy katalizátorok kellenek hozzá (enzimek), tehát az energia felszabadítása szabályozottan valósítható meg hőerőművekben vagy biológiai rendszerekben. Érdekes, hogy az oxigént nem szoktuk energiaforrásnak, "fűtőanyagnak" tekinteni, pedig a fűtéshez legalább olyan fontos, mint a kőolaj, földgáz vagy a szén! Az energia pedig nem ezekből, hanem az oxigénnel való reakcióban szabadul fel!

A levegő oxigénjének oxidációs hatása azonban más előnyökkel is jár. Egyrészt pusztítja azokat a kórokozó szervezeteket, amelyeknek nincs védőburka. Számos fertőtlenítőszer hatása azon alapszik, hogy ezt az oxidációs hatást fokozzuk (szennyvizek levegőztetése, klórozás, klór-dioxidos, ózonos kezelés, peroxidok alkalmazása gyógyászatban). Másrészt a levegőbe kerülő legtöbb anyaggal előbb-utóbb reakcióba lép. Reakciótermékként pedig nagyobb molekulák képződnek, s így nagyobb fajsúlyuk révén kihullanak a levegőből. Végső soron tehát mind a víz, mind a levegő megtisztításában fontos. A biológiai evolúció során pedig még más szerepet is játszott a megjelenő oxigén azáltal, hogy belőle ózon képződött: az ózonernyő csökkentette le a felszínre érkező UV-sugárzást annyira, hogy az élet a szárazföldek felszínére is "kimerészkedhetett".

A levegő legnagyobb részét kitevő nitrogén nehezen vihető reakcióba. Valójában pedig reagálnia kellene az oxigénnel és vízzel:

2N2+5O2+2H2O ® 2HNO3,

vagyis tengereinkben salétromsav hullámzana. Ez a reakció azonban olyan lassan játszódik le, hogy közönséges körülmények között a világegyetem eddigi élettartama sem elegendő ahhoz, hogy észrevehető mértékű átalakulás menjen végbe. Csupán erőteljes fizikai hatások - villámlás, erős sugárzás - révén kerülhet így valamennyi nitrogén nitrát formába, s juthat a talajba, illetve vizekbe. Ennek oka, hogy a levegő dinitrogén-molekuláinak nitrogénjeit rendkívül erős elektronrendszer tartja össze. Mégis egyes baktériumok (kékalgák, Azotobacter és a pillangósok gyökérgumóiban élő Rhyzobium baktériumok) ki tudtak olyan enzimet fejleszteni, amely megbontja ezt a kötést. Így végül belőle redoxifolyamatok révén ammónia, nitrit és nitrát kerülhet a talajba, amelyet aztán a növények fel tudnak dolgozni aminosavakká és fehérjékké. S ebből táplálkozunk mi is. Ennek ellentétes irányú folyamataiban, a szerves és szervetlen nitrogénvegyületek mikrobiológiai lebomlásakor viszont ismét visszakerül a nitrogén a levegőbe. Egymillió év alatt kicserélődik a teljes légköri nitrogén, tehát a jelenlegi nitrogéngáz teljes egészében biológiai eredetűnek tekinthető (az első élőlények már mintegy 3500 millió évvel ezelőtt megjelentek a Földön, s nagy valószínűséggel a nitrogénkötéshez már azok is "értettek"). Látjuk tehát, hogy a bioszférát szénnel, oxigénnel, nitrogénnel lényegében közvetlenül az atmoszféra látja el.

A légkör mint szállító- és elosztórendszer

Az említett biológiailag fontos elemeken túl a levegő más anyagok közvetítését is elvégzi. A gázmolekulák a szilárd és folyadékrészecskéknél jóval fürgébbek, már a rendezetlen mozgásuk következtében (diffúzió révén) is adott idő alatt jóval nagyobb távolságokra jutnak el. Ezen túl még szabályozott irányú mozgások is kialakulnak. A felszín egyes részeinek különböző fényelnyelési sajátságai, az elnyelő felszíni anyagok eltérő fajhői (kőzet, víz) különböző mértékű felmelegedést, majd a levegőben nyomáskülönbségeket, ezáltal áramlásokat hoz létre. Ezek sebessége néha igen nagy lehet: néha 100-200 km/óra sebességű, orkán erejű szelekről hallunk. A légköri áramlások eredményeképpen a levegő az állandóan jelen lévő anyagokon kívül bizonyos anyagokat a földfelszín egyes részeiről felvesz, majd másutt lerak. Ez az áramlásrendszer a földfelszín energiaelosztásában is fontos. Így jut el az Egyenlítőre érkező napenergia egy része a levegő felmelegedése, majd annak felfelé, illetve a pólusok felé áramlása révén a sarki területekre. Anyagszállítás szempontjából (és a párolgási, illetve lecsapódási hővel kapcsolatban az energiaszállítás miatt is) nagyon fontos a víz szállítása a tengerekből a szárazföldek felé: az óceánok felett elpárolgó víz a levegővel együtt vándorol, s egy része nem ott, hanem a szárazföldek felett hullik ki. Enélkül nyilvánvalóan nem lenne víz a szárazföldeken, nem lennének folyók, az élet a tengerekben maradt volna. A tenger azonban még más anyagoknak is forrása. A szárazföldeken a bioszféra a talajból fedezi kénszükségletét. A felszíni vizek azonban a forrásul szolgáló szulfátsókat lassan bemossák a tengerekbe. Lovelock (a Gaia-elmélet megalkotója) kimutatta, hogy bizonyos mikrobák révén a tengerekből viszont kénvegyületek (dimetil-szulfid, kén-hidrogén, karbonil-szulfid) gőzölögnek ki. Ezek a légkörbe lépve az ott nagy mennyiségben megtalálható oxigén hatására kén-oxidokká oxidálódnak, amelyek akár gáz alakban, akár az ugyancsak kigőzölgő ammóniával ammónium-szulfáttá alakulva a felhőkkel elszállítódnak a szárazföldekre. A legfontosabb biológiai elemek közül eddig csupán a foszfor szállításának légköri útját nem találták meg. Mivel a gázokon kívül szilárd anyagok is bekerülhetnek a levegőbe, helyenként sok más elem szilárd állapotban való szállítása is fontos lehet. Így alakultak ki a lösztalajok, s az oázisok talaját a sivatagokból odaszállított por teszi különlegesen termékennyé. A mikroorganizmusok spórái, a növények virágpora ugyancsak utaznak a légköri áramlatokkal, azaz a bioszféra terjesztésében is szerepet vállal a légkör. Ennek kellemetlen oldalát tapasztaljuk a nyári polleninváziókkor és az őszi náthajárványok idején.

Kétségtelen azonban, hogy olyan anyagok is szállítódnak a levegőben, amelyek minden élőlény számára mérgezőek. Ilyenek a nehézfémek (higany, kadmium, ólom stb.) is. Valami zavar lenne a légkör természetes működésében? Szó sincs róla. A mérgező anyagok csak egy adott mennyiségen felül fejtik ki hatásukat. Ha egy bizonyos helyen mérgező töménységet elérő mennyiségű anyag jut a levegőbe, a gyors légköri mozgások (diffúzió, irányított és örvénylő áramlások) azt nagy felületen szétszórják, s így a mérgező anyagok koncentrációja mindenütt a mérgező értéknél kisebb lesz. Érdekes, hogy sok ilyen mérgező anyag légköri szállítását maga a bioszféra segíti elő. Egyes mikroorganizmusok B12-vitaminjuk segítségével metil-(CH3)-csoportot építenek a mérgező elemekre, például a higanyra. Ezáltal ezek a nehézfémek illékonnyá válva az iszapból a levegőbe távoznak, vagyis végeredményben ezek az élőlények saját környezetüket méregtelenítik.

Az ember a saját maga által termelt mérgező anyagokkal eddig gyakorlatilag ugyanígy járt el. Kimutatható például, hogy Grönland jégmezőinek ólomtartalma az ipari ólomfelhasználásból ered (a higany inkább a mikroszkopikus élőlények tevékenysége folytán jutott el oda). Ugyanígy az ipari tevékenységhez köthető a légköri szén-dioxid, a kén- és nitrogén-oxidok légköri koncentrációjának növekedése is. Ez utóbbiak mind savas karakterű anyagok (vízzel szénsavat, kénsavat, salétromsavat képeznek), tehát nőtt a savasság a Föld felszínén. Ezt a savasságot a felszíni kőzetek ugyan jelentősen csökkenthetik, de ez egyrészt lassú folyamat, másrészt nem örülhetünk annak, ha például a kénsavas esőt éppen a Halászbástya vagy a Parlament faragott mészkövei, Velence, Róma márványpalotái és templomai, Firenze márványszobrai semlegesítik. Az utóbbi időkben jelzett változások a levegő fő alkotórészeit eddig még nem érintették, de a levegő tulajdonságainak megváltozása már valamelyest jelzi az ipari beavatkozások hatását. Nem nagyon lehet megmondani, melyik anyag milyen határok között változhat anélkül, hogy a levegő és a bioszféra eddigi egyensúlya jelentősen megváltozna. Valószínűleg azonban a hippokratészi "nil nocere" elvet ("semmit sem bántani") kell alkalmaznunk ahhoz, hogy légkörünk továbbra is "éltető őselemünk" legyen.

Irodalom

Brooks, J.-Shaw, G., Az élő rendszerek eredete és fejlődése, Gondolat Kiadó, Budapest, 1981
Lovelock, I. E., Gaia, Göncöl Kiadó, Budapest
Mészáros E., A levegőkémia alapjai, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1977
Mészáros E., Levegőkémia, Veszprémi Egyetem, Veszprém, 1997
Mészáros E., A környezettudomány alapjai, Akadémiai Kiadó, Budapest 2001
Papp S., Szervetlen kémia II., Tankönyvkiadó, Budapest, 1983
Papp S.-Kümmel, R., Környezeti kémia, Tankönyvkiadó, Budapest, 1992
Wayne, R. P., Chemistry of Atmospheres, Clarendon Press, Oxford, 1991


Természet Világa, 136. évfolyam, 10. szám, 2005. október
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/