Császár Attila
A földi üvegházhatás

Csodálatos szépségű élőhelyünk, Naprendszerünk Föld nevű bolygója eddigi tudásunk szerint rendkívül sok szempontból foglal el különleges helyet a világegyetemben. Ha esetleg az általunk megismert élet nem is egyedi az univerzumban, a XXI. század elején joggal gondoljuk, hogy az élet mindenképpen meglehetősen ritka formája a Nagy Bumm (Big Bang) által életre hívott anyagi világnak. Ennek megfelelően a Föld legfejlettebb faja, az emberi faj létezésének és az élet csodájának megértése hosszú ideje sokakat – laikusokat és hozzáértőket egyaránt – foglalkoztat. 

A különböző korokban a földi élet rendkívül sok összetevőjét próbálták már elemezni és megérteni a természet világát kutatók. A kérdéskör mégoly vázlatos áttekintésére sem vállalkozhatunk itt. A Földön megjelent élet valószínű kialakulása, fennmaradása és fejlődése szempontjából ugyanakkor a földi légkör kialakulása és összetételének változása mindenképpen meghatározó fontosságú. A napilapokban és a heti sajtóban manapság a Föld légkörével kapcsolatban legtöbbet az üvegházhatással, valamint az ezzel szoros kapcsolatban álló éghajlattal és annak változásával foglalkoznak. Az elmúlt évszázadban észlelt kismértékű felmelegedés okaként a sajtótermékekben szinte kizárólag a szén-dioxid-molekula (CO2) növekvő légköri koncentrációja szerepel, ezzel azt az érzetet keltve, mintha a légkörben lejátszódó folyamatokat – és ebben az üvegházhatás szerepét – legalább a hozzáértők maradéktalanul értenék, vagy ami ezzel nagyjából egyenértékű, képesek lennének modellezésére.

Sajnos ez nincs így. Már elöljáróban le kell szögezni, hogy az üvegházhatáshoz és még sokkal inkább az éghajlatváltozáshoz rengeteg hit és tévhit kapcsolódik, tények és hiedelmek, okok és okozatok összekeveredése nehezíti az eligazodást. Az utóbbi közel kétszáz év vizsgálatai folytán ugyanakkor már itt-ott tudományosan megalapozott magyarázatok is adhatók bizonyos jelenségekre. Fontos hangsúlyozni, hogy tudományos szempontból az üvegházhatás lényegesen egyszerűbben megérthető és modellezhető, mint a részben hozzá kapcsolódó éghajlatváltozás. Ennek megfelelően jelen helyen csupán az üvegházhatást tárgyaljuk, az éghajlatváltozás tudományosan rendkívül összetett, komplex problémájára csak helyenként utalunk.

A Napból beérkező, illetve az ennek hatására a Föld felszínéről kiinduló sugárzás között kialakuló és az évmilliók során természetes módon is változó2, dinamikus „egyensúly” megértéséhez – mely az üvegházhatás egyik fontos összetevője – meg kell vizsgálnunk, hogy a Föld légkörében jelen lévő molekulák és anyagok közül melyek képesek a különböző elektromágneses (EM) sugárzási tartományokban elnyelésre, és az elnyelés pontos mértékét is meg kell határozni. Már előre érdemes megfogalmazni azokat a kérdéseket, melyeket az üvegházhatás kapcsán érdemes és szükséges megválaszolnunk. 1) Mi az üvegházhatás és valóban kell-e félnünk tőle? 2) Változott-e az üvegházhatás a Föld története során? 3) Milyen összetevői vannak a földi hőháztartásnak? 4) Mi a (földi) légkört alkotó gázok szerepe az üvegházhatásban és miért nem beszélünk soha a földi légkör döntő részét alkotó nitrogén- és oxigéngázok üvegházhatásáról? 5) Melyik a legfontosabb üvegházhatású gáz és mi az üvegházhatásban a három­atomos, szimmetrikus, lineáris CO2-molekula valódi szerepe? 6) Mi az üvegházhatásban és a kapcsolódó éghajlatváltozásban az emberi tevékenység szerepe?

Kell-e félnünk az üvegházhatástól?

Napjainkban a Föld felszíni középhőmérséklete éves átlagban mintegy +15 °C. Megvizsgálva bolygószomszédainkat, azt tapasztaljuk, hogy a Vénusz felszíni hőmérséklete ennél sokkal magasabb, míg a Marsé sokkal alacsonyabb. Az eltérések legfőbb oka természetesen ezen bolygóknak a Naptól való távolsága. Gondolatmenetünk szempontjából az eltérések másik oka ugyanakkor sokkal fontosabb, ez pedig a bolygók légköre. A Marsnak nincs számottevő légköre, így semmi sem képes megakadályozni a bolygó felszínéről kiinduló, „másodlagos” sugárzás „elszökését”. A Vénusz alapvetően CO2-t tartalmazó légköre ugyanakkor effektív hőcsapdát hoz létre, aminek következtében a Vénusz bolygó felszíne az elvártnál is magasabb hőmérsékletű. A Föld is rendelkezik légkörrel, annak összetétele ugyanakkor az évszázmilliók során jelentősen megváltozott. Mindenképpen úgy tűnik, hogy a Föld felszíni hőmérsékletének nagymértékű stabilitásához és így az élet fennmaradásához jelentős – talán döntő – mértékben járult hozzá a bioszféra, melynek magunk is részét képezzük. Így vált lehetségessé, hogy a Föld története során szinte mindvégig a víz mindhárom halmazállapotában jelen legyen a felszínen, illetve annak közelében. Megállapíthatjuk, hogy az üvegházhatást semmiképpen nem szabad kiküszöbölendő csapásnak tekinteni, hiszen nélküle életterünk átlagosan mintegy 33 fokkal hidegebb lenne, s így jó eséllyel képtelen az élet fenntartására. Tehát nem kell félnünk az üvegházhatástól, de érzékenynek kell maradnunk annak változásaira, s mindent meg kell tennünk a változások okainak és következményeinek megértésére.

Fontos itt azt is megjegyezni, hogy az élet fejlettebb formáinak kialakulásához a légkörnek ki kellett alakítania egy olyan szűrőt, mely a Napból érkező, roncsoló hatású, nagy energiájú sugaraknak a felszínre érkezését megakadályozza. Itt nem részletezett szerkezeti tulajdonságai alapján erre a feladatra egy egyszerű, háromatomos molekula, az ózon (O3) a legalkalmasabb. Ugyanakkor az ózon keletkezéséhez szükség van arra, hogy a légkörben nagy mennyiségben legyen jelen oxigén, azaz O2. Minthogy a Föld ősi atmoszférája ezt nem tartalmazta, a bioszférának, mégpedig a növényeknek kellett előállítaniuk. Ezt a légköri CO2-ból a szén megkötésével a növények el is érték, így biztosítva a komplex földi élet fejlődését.

Régmúlt idők tanúságtétele

A légköri CO2-koncentráció és a Föld átlagos hőmérséklete kapcsán gyakran hangzik el az ok-okozati kapcsolat. A laikusoknak közvetített egyszerű kép szerint a CO2-koncentráció növekedésével arányosan nő a Föld éves átlagos középhőmérséklete. Érdemes röviden megvizsgálni, hogy a geológusok és biogeokémikusok által feldolgozott információk alapján milyen képet alakíthatunk ki erről az egyszerűnek tetsző összefüggésről. Vegyük sorba a tényeket.

Mintegy 400-450 millió éve a légköri CO2-koncentráció a mainak mintegy 16(!)-szorosa volt, de a Föld hőmérséklete kissé alacsonyabb volt a mainál. Háromszázmillió évvel később a légköri CO2 mennyisége a mainak mintegy nyolcszorosa volt, valószínűleg a rendkívül jelentős vulkáni aktivitás miatt. Földünk felszínén nem volt egybefüggő, szilárd halmazállapotú víz, a sarki jégsapkák elolvadtak, a biológiai „szénpumpa” teljes kapacitással működött. Tehát jóval melegebb volt, mint manapság, de nem annyival, mint a CO2-koncentráció alapján „várhatnánk”. 3-3,5 millió évvel ezelőtt, amikor a Föld felszíne már nem különbözött jelentősen a maitól, sokkal melegebb volt a Földön, míg a légköri CO2-koncentráció nagyjából a mainak felelt meg. Az erdők az Északi-sarkig húzódtak.

Összefoglalva: történeti távlatokban, legjobb tudásunk szerint, szoros és direkt kapcsolat a Föld felszíni hőmérséklete és a légköri CO2-koncentráció között nem állapítható meg. A CO2-koncentráció növekedése emeli a felszíni hőmérsékletet, de rengeteg más hatás is közrejátszik az aktuális hőmérséklet kialakításában.

A Föld hőháztartása

Az üvegházhatásért, a Föld hőháztartásáért a naptevékenység, valamint a különböző földi szférák (atmoszféra, litoszféra, hidroszféra, krioszféra és bioszféra) kölcsönhatása a felelős (1. ábra). Különösen fontos szerepet játszanak a hőháztartás vizsgálatában a bioszféra – azon belül is az emberiség –, a légkör és a földfelszín fényelnyelő és fényvisszaverő sajátságai és a fényszóródás, a légkör fizikai és kémiai összetétele, valamint a világtengerek CO2-felvevő képessége és az ott lévő tengeráramlatok. A felszíni környezet energiaforrásai a napsugárzás, a Föld belső hője, az árapály-energia, valamint az emberiség által kiváltott (antropogén) hatás, a tüzelőanyag-égetés.

1. ábra. A Föld hőháztartásának felbontása összetevőkre 
(az IPCC alapján)

A Földet érő napsugárzás mennyisége 5,5×1024 J/év, mely naprendszerünk élettartama alatt mintegy 30%-kal növekedett. Minthogy a Föld albedója 0,3, a felszínt elérő sugárzás évente 3,8×1024 J/év, azaz a felszínre jutó sugárterhelés meglehetősen alacsony érték, 235 W/m2. Érdemes azt is tudnunk, hogy a Földön talált legrégebbi üledékes kőzetek puszta megléte alapján megállapítható, hogy már mintegy 3,8 milliárd éve is volt a Földön folyékony halmazállapotú víz. A dinamikus rendszerként viselkedő Föld átlaghőmérséklete a 30% sugárzásiterhelés-növekedés, valamint a légkör összetételének jelentős változása ellenére sem változott jelentősen.
A vulkánok és más termikus energia révén a Föld belsejéből érkező hő kb. 1021 J/év, azaz 6,3×10-2 W/m2. Bolygónk 4,57 milliárd éves élettartama alatt ez a hő 85%-kal csökkent a hőt biztosító radioaktív elemek fogyása miatt. Érdekesség, hogy ezek a hőforrások (pl. 26Al) a Föld első néhány száz évében valószínűleg 5000 K-re melegítették bolygónkat, ami magasabb érték, mint a napfoltok mai hőmérséklete.

Az árhullámok energiája mindössze 5,5×1019 J/év. Az utóbbi évtizedekben a fosszilis üzemanyagok égetése biztosítja a világ energiaszükségletének mintegy 75%-át, ami nagyjából 2,8×1020 J/év. Tehát a Föld energiájának 99,9%-áért a napenergia a felelős, ez határozza meg a légkörzést és a víz körforgalmát, valamint nagymértékben a biológiai folyamatokat is. Mindezek alapján a földi hőmérleg szempontjából a többi hatást elhanyagolhatjuk, s koncentrálhatunk a napsugárzásra.

A teljes sugárterhelés mintegy felét a nagy hőkapacitású földfelszín és a hasonló tulajdonságú óceánok nyelik el, majd az energia egy részét visszasugározzák. A feketetest-sugárzóként viselkedő Nap magas hőmérséklete (5800 K) miatt a Föld atmoszféráját elérő bejövő sugárzás maximuma a látható tartományban (500 nm környékén) van (ez magyarázza, hogy az elektromágneses sugárzás látható tartományára érzékenyek a szemünkben elhelyez­kedő receptorok), míg a visszasugárzás, a földfelszín mintegy 290 K-es hőmérséklete miatt, az infra­vörös tartományba (10 µm) esik. A légkörben jelen lévő összes többi anyag (füstök, ködök, aeroszolok stb.) elnyelési és szórási tulajdonságainak vizsgálata fontos, de másodlagos jelen­tőségű a molekulák ugyanezen tulajdonságainak feltérképezéséhez képest. Azaz a létre­jövő sugárzási egyensúly megértéséhez meg kell vizsgálnunk, hogy a Föld légkörében jelen lévő molekulák közül melyek képesek a különböző elektromágneses tartományokban elnyelés­re, és az elnyelés pontos mértékét is meg kell határozni. Ez az elnyelés elektromágneses skálán elfoglalt helyének (frekvenciájának), mennyiségének (intenzitásának), valamint az elnyelést jellemző sávalaknak a pontos modellezését követeli meg.

Molekulaspektroszkópia

Némi egyszerűsítéssel azt mondhatjuk, hogy a spektroszkópia az a tudományág, mely tetszőleges anyag és tetszőleges elektromágneses sugárzás kölcsönhatását vizsgálja. Ezen belül a molekula­spektroszkópia foglalkozik a molekulák (például a földi légkört alkotó molekulák) és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatási folyamatainak tanulmányozásával: megértésével és modellezésével.

1. táblázat. Az elektromágneses sugárzás tartományai, a sugárzási energiák jellemző értékei, valamint az egyes tartományokhoz kapcsolódó molekuláris folyamatok

Az elektromágneses sugárzást szokás tartományokra felosztani (1. táblázat). A skála a rendkívül kis energiájú rádiófrekvenciás (RF) tartománytól a mikrohullámú (MW), infravörös (IR), látható és ultraibolya (UV) tartományon át a rendkívül nagy energiájú röntgen-, illetve gamma-sugártartományig terjed. A hétköznapok során is találkozhatunk az egyes sugárzási fajtákkal. A névből is adódó alkalmazásokon túl a rádiófrekvenciás sugárzást alkalmazzák az orvosok az MRI-vizsgálatok alkalmával (ez roncsolásmentes bepillantást enged az emberi szervezetben lejátszódó bizonyos folyamatokba). A mikrohullámú tartományba eső sugárzást használjuk a mikrohullámú sütőkben melegítésre, de ugyanerre alkalmasak az infravörös lámpák is (pl. infraszauna). A mikrohullámú és infravörös tartományba eső anyag-sugárzás kölcsönhatások biztosítják azt is, hogy rendszeresen visszapillanthassunk akár több százmillió vagy milliárd évet az időben a távoli galaxisok részhalmazainak tanulmányozása során.

A különböző halmazállapozú anyagok és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatásán alapuló spektroszkópiák a kísérleti vegyészek, fizikusok és biológusok mindennapi eszköztárába tartoznak. A gáz halmazállapotú anyagokról tudjuk, hogy – a disszociációs határ alatt és részben fölött – diszkrét energiaszintekkel rendelkeznek. Az anyag és adott energiájú sugárzás kölcsönhatása során sor kerülhet mind a sugárzási energia elnyelésére (abszorpció, a molekula magasabb energiájú állapotba megy át), mind annak leadására (emisszió, a molekula alacsonyabb energiaszintre kerül), mind rugalmas, illetve rugalmatlan szóródásra. Az abszorpció, az emisszió, illetve a rugalmatlan szóródás különböző molekuláris folyamatokhoz köthetők, ilyenek például a molekulaforgások és a molekularezgések, valamint az elektronátmenetek, de ilyenek a nehezebben elképzelhető, elektronok, illetve magok spinváltásával kapcsolatos folyamatok is (1. táblázat).

Annak megértésére, hogy a molekulának milyen lehetséges energiaszintjei vannak (a lehetséges energiaszintek száma még kis és egyszerű szerkezetű molekulák esetén is rendkívül nagy, több százezres nagyságrendű lehet), és azok között milyen átmenetek valósulhatnak meg (melyek száma milliárdos nagyságrendű), szükségünk van bizonyos kvantumkémiai fogalmak megismerésére. Ezen fogalmak és a kapcsolódó matematikai megközelítések tárgyalására itt nem nyílik lehetőség. Így az ezzel járó felfedezési izgalmak helyett meg kell elégednünk a kvantumkémiai megközelítés eredményeinek elfogadásával. A kvantumkémiai számítások által szolgáltatott energiaszintek és az átmenetek megvalósulását megkötő szabályok (az ún. kiválasztási szabályok) segítenek bennünket abban, hogy megérthessük az üvegházhatást és abban a légkört alkotó molekulák szerepét.
A nitrogén- és oxigéngázok szerepe

A bolygók atmoszférájában többnyire a kis, egyszerű szerkezetűnek tekintett molekulák dominálnak. Természetesen nyomokban nagyobb molekulák is megtalálhatók, de ezeknek lényeges szerepet nem szokás tulajdonítani a légkör sugárzási tulajdonságainak vizsgálatakor. A földi légkört szinte teljes egészében kétatomos molekulák – N2 és O2 – alkotják. Miért van az, hogy a légkör felmelegedéséért csak a nyomokban jelen lévő kis, néhány atomot tartalmazó molekulák, például a víz, a felelősek?

A földi légkört döntően kitevő kétatomos molekulák nem polárisak, úgy mondjuk, nem rendelkeznek állandó dipólusnyomatékkal. Továbbá, ezek a molekulák atomjaik kollektív rezgő-, illetve forgómozgásának hatására sem válnak polárissá. Ennek pedig a kvantumkémia szabályai szerint az a következménye, hogy csak rendkívül korlátozottan képesek a Napból bejövő, illetve a Földről távozó elektromágneses sugárzással kölcsönhatásra. A molekulaspektroszkópia tudománya, kvantumkémiai számításokra alapozva, azt állítja, hogy ezek a kétatomos molekulák csak elektrongerjesztés kapcsán képesek az elektromágneses sugárzással számottevő kölcsönhatásra, így a Föld felszínéről kilépő sugárzás elnyelése szempontjából elhanyagolhatóak. A nitrogén az energiacsere folyamatában gyakorlatilag semmilyen szerepet nem játszik, a némileg bonyolultabb elektronszerkezettel rendelkező oxigén is csak mintegy 2%-ban felelős a légkörben a bejövő sugárzás elnyeléséért. Ugyanakkor a víz az üvegházhatás mintegy 60%-áért, míg a szén-dioxid kevesebb mint negyedéért felelős. Az ózon (O3) közel 8%-ért, s az emberi civilizáció következtében szintén növekvő koncentrációjú metán és a nitrogén-oxidok további mintegy 8%-ért felelősek. 

Miért a vízgőz?

Minek tulajdonítható a víz speciális szerepe az üvegházhatásban? Elsősorban annak, hogy a hajlított szerkezetű, aszimmetrikus pörgettyű típusú vízmolekulák állandó dipólusnyomatékkal rendelkeznek, így kölcsönhatásba léphetnek az elektromágneses sugárzással mind a látható, mind a mikrohullámú, illetve infravörös tartományokban. Miért képes a vízgőz lényegé­ben a teljes elektromágneses sugárzási tartományban elnyelésre? A válasz egyszerű: a víz az egyetlen olyan molekula, amely viszonylag jelentős koncentrációban van jelen a légkörben, rendelkezik rezervoárral (az óceánok vize), képes a légkörben halmazállapot-váltásra, és kettőt is tartalmaz a legkönnyebb elemből, a hidrogénből. Az utóbbi tulajdonság különösen fontos, hiszen ennek következtében a víz molekulájának kicsi a tehetetlenségi nyomatéka, és így a színkép jelentős részét elfoglaló és felettébb bonyolult szerkezetű a forgási színképe. A két hidrogénatom jelenléte a felelős azért is, hogy a vízmolekula színképe nagy tartományban bonyolult rezgési szerkezettel rendelkezik. A már alacsony gerjesztéseknél is összetett spektrum segít a kimenő sugárzás elnyelésében, míg a hat-nyolc vagy akár több kvantummal történő rezgési-forgási gerjesztéseknek komoly szerepe van a bejövő sugárzás elnyelésében.

A jelenleg rendelkezésre álló adatokkal végzett számítások azt jelzik, hogy – szerencsére – a vízgőznek, mint a legfontosabb üvegházhatású gáznak, nincs számottevő pozitív visszacsatolási hatása a földfelszín klímájának alakulására, sokkal inkább annak stabilitására van jótékony hatással. Ez azt jelenti, hogy a víz-rezervoárként működő óceánokból ugyan a magasabb hőmérséklet hatására megnő a légkörbe jutó vízgőz mennyisége, és így nő az üvegházhatás, de ott a vízgőz kondenzálódik, felhőket képez, melyek jelentős mértékben szórják a bejövő sugárzást és így csökkentik a felszínt elérő és melegítő sugárzást. 

A szén-dioxid szerepe

Az alapállapotában lineáris CO2-molekula szerkezetéből fakadóan nem poláris. Ez nagymértékben korlátozza az elektromágneses sugárzással történő kölcsönhatását. Minthogy a kvantumkémia szabályai szerint a molekulák sohasem állhatnak meg, egyes rezgései során a CO2-molekula is polárissá és így alkalmassá válik az elektromágneses sugárzással történő radiatív kölcsönhatásokra. Viszonylag jelentős (és sajnálatos módon növekvő) koncentrációja mellett ez biztosítja, hogy az üvegházhatásban jelentősebb szerepet játszik.

A CO2 esetén is van rezervoárhatás az óceánok, a földfelszín és a növénytakaró révén. Egyelőre még nem bizonyított, de elképzelhető, hogy a légkörben jelen lévő CO2 a víznél jelentősebb szerepet játszhat Földünk éghajlatának változásában. Ami biztos, az az, hogy az állítás bizonyításához a víz spektroszkópiájának megértésén keresztül vezet az út. 

2. táblázat. A száraz légkörben előforduló fontosabb üvegházhatású gázok koncentrációja (ppb = parts per billion egységben), légköri tartózkodási ideje és relatív üvegházhatás-erőssége

Elfogadottá vált, hogy a különböző légköri molekulák üvegházhatásban játszott szerepét a CO2-molekuláéhoz viszonyítjuk, így a CO2 üvegházhatás-erőssége egy egységnyi. Az elektromágneses sugárzással történő kölcsönhatás poláris molekulák esetén nyilván sokkal nagyobb mértékű, ennek tudható be, hogy az ilyen molekulák üvegházhatása akár több nagyságrenddel lehet nagyobb a szén-dioxidénál (2. táblázat). Természetesen a valódi fontossági sorrend a koncentráció és a relatív üvegházhatás-erősség szorzataként adódik.
A CO2 az egyik olyan molekula, melynek légköri koncentrációja az utóbbi időben emberi hatásra jelentősen emelkedett. A koncentrációnövekedés természetesen növeli a CO2 által kiváltott üvegházhatást. A rendkívül kismértékű (mintegy 1 W/m2) hatás figyelembevételéhez természetesen légkörmodell-számításokon keresztül vezet az egyetlen járható út.

Az abszorpciós anomália

Az előzőekben említett molekulák óriási számú rezgési-forgási gerjesztését (azok helyét, intenzitását és sávalakját), részben légkörmodellezési célokból, a kísérleti és elméleti spektroszkópusok megmérték és kiszámították, majd adatbázisokban rögzítették. Tiszta égbolt feltételezése esetén az adatbázisokon alapuló légkörmodellek azt jósolják, hogy az atmoszféra sokkal kevesebb napfényt nyel el, mint amennyit a műholdas és repülőgépes mérések mutatnak. A legjobb számítások és mérések közötti eltérés elérheti a 27 W/m2-t. Felhős viszonyokat feltételező modellszámítások esetén még ennél is komolyabb eltérésekkel kell számolni. Ugyanakkor nem minden modellszámítás eredményez „hibás” légköri abszorpciót, de ehhez egy molekuláris szinten magyarázhatatlan teljes elnyelést, a sugárzás teljes blokkolódását kell feltételezni bizonyos kritikus elektromágneses tartományokban. Így áll elő az ún. abszorpciós anomália. Fontos ismételten megjegyezni, hogy az abszorpciós anomáliánál több mint egy nagyságrenddel kisebb, nagyjából 1 W/m2 az üvegházhatásnak a CO2-kibocsátás csökkentése révén szabályozni kívánt része.

2. ábra. A fontosabb üvegházhatású gázoknak (víz, H2O; szén-dioxid, CO2; metán, CH4; dinitrogén-oxid, N2O) az infravörös tartományban történő elnyelését mutató színképek, melyek az üvegházhatás magyarázatának tudományos alapját képezik. Az ábra a poláris molekulák (H2O és N2O) dipólusnyomatékát (debye egységben) és annak irányát is feltünteti. A vízszintes tengelyen a sugárzási energiát jellemző hullámszám értékek (cm-1 egységben), a függőleges tengelyen az áteresztőképesség (transzmittancia, önkényes egységben) szerepel

Egyes vizsgálatok az eltérések okát a felhők által szórt, illetve elnyelt sugárzás nem megfelelő modellezésének tulajdonították. Alapos korrelációs vizsgálatok megmutatták, hogy a felhők mennyisége az elnyelt sugárzás vízszintes és függőleges eloszlását nagymértékben befolyásolja ugyan, de az összhatás kicsi. Azaz a felhők nem megfelelő modellezése nem magyarázhatja az abszorpciós anomáliát. A többnyire rövid élettartamú és alapvetően szintén hűtő hatású aeroszolok (pl. tengeri sók, szulfátok, füstködök és ásványi porok) hatásának modellezési hibája is lehetne a keresett magyarázat. Elemzések alapján kiderült, hogy ez sem lehet az anomália oka. Ha sem a felhőknek, sem az aeroszoloknak a modellezés eredményeire gyakorolt hatása nem magyarázza az abszorpciós anomáliát, akkor azt az atmoszféra túl nagy átláthatóságával kell magyarázni (2. ábra). Tehát az ellentmondás kiküszöböléséhez a molekuláris radiatív folyamatok teljesebb megértése szükséges, így ez a modern fizikai-kémia egyik legfontosabb feladata, mely csak a kísérleti és elméleti kutatók szoros együttműködésével oldható meg. Ilyen irányú vizsgálatok – kiterjedt nemzetközi együttműködésben, részben a IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) égisze alatt – jelenleg is folynak az ELTE Kémiai Intézet Molekulaspektroszkópiai Laboratóriumában.

Miért ne égessük el a fosszilis 
tüzelőanyagokat?

Bár a CO2-nak a víz mellett csak másodlagos szerepe van a földi üvegházhatásban, légköri koncentrációjának növekedése, pontosabban az ezt előidéző folyamatok mégis aggasztóak. Ehhez fontos tudni, hogy a szénatomok száma a Földön állandó, csupán megjelenési formájuk változik. A biogeokémiai körforgásban a szén megtalálható a légkörben (CO2 és CH4), az óceá­nokban (H2CO3), a litoszférában (CaCO3), valamint a bioszférában (pl. szerves anyagok for­májában). Az ember égetéssel, illetve az erdők kivágásával növeli a légköri CO2-koncentrációt.

A légkörbe éves szinten juttatott CO2-ból a hidroszféra, a bioszféra és a geo­szféra ma nem képes a teljes megkötésre, ezért nő a CO2 légköri koncentrációja. Megjegyzendő, hogy itt is vannak modellezési gondok, a legelfogadottabb tudományos modellek évi mintegy 3 milliárd tonna légköri szénnel nem tudnak elszámolni. Ez valamilyen „ismeretlen” elnyelési mechanizmust feltételez. Minthogy az extra légköri CO2-terhelés jelentős részét a csupán korlátozott mennyiségben rendelkezésünkre álló fosszilis üzemanyagok elégetése okozza, ez hosszabb távon különösen súlyos problémákat vet fel. Az emberiség növekvő létszáma és életszínvonala egyre növekvő energiafelhasználással társul. Mivel nem várható, hogy a két kiváltó ok közül valamelyik is megszűnik a XXI. században, a növekvő energiaigények kielégítése alapvető kihívás. Természetesen óriási tartalékok léteznek még a fejlett világban az energiafelhasználás racionalizálása kapcsán, így akár ott a felhasználás csökkenése is elképzelhető, a fejlődő világban azonban ezt minden bizonnyal egyre nagyobb ütemben haladja meg a fogyasztás.

A kivezető út a fosszilis energiahordozók (kőolaj, földgáz, kőszén) felhasználásának nagymérvű racionalizálása, csökkentése, valamint minél nagyobb mértékű pénzügyi befektetés a jövő energiáját biztosító kutatásokba és fejlesztésekbe. Csak ezen az alapon érhető el, hogy globálisan csökkenjen a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, ezzel megvalósuljon a légköri CO2-terhelés csökkentése, valamint az alapanyagok hosszabb távú biztosítása olyan területek (pl. a vegyipar) számára, ahol kiváltásuk egyelőre nehézkesnek tűnik. Ez az út vezet majd új energiaforrások biztonságos felhasználásának kidolgozásához, melyek közül legígéretesebbnek a fúziós energia tűnik. Remélhetően a gazdasági erőforrások átcsoportosításával az emberiség megfelelő választ fog adni az energia- és környezeti válságra, s ez a válasz egyben hosszabb távon is élhetővé alakítja bolygónkat, fenntarthatóvá változtatja a fejlődést, érthetővé és így kontrollálhatóvá teszi az üvegházhatást, illetve az ehhez részben kapcsolódó klímaváltozást. 


Természet Világa, 140. évfolyam, 2. szám, 2009. február
http://www.termeszetvilaga.hu/ 
http://www.chemonet.hu/TermVil/