Milyen anyagok terhelik a légkört?
Milyen anyagok terhelik a légkört?
Üvegház hatású gázok és aeroszolok felhalmozódása. A különböző emberi tevékenységek következtében a Föld légkörében jelentős mértékben megnövekedett azoknak a gázoknak a mennyisége, amelyek áteresztik a Napból érkező rövidebb hullámhosszúságú sugárzást, de visszatartják a földfelszín felől visszaverődő hosszabb hullámhosszúságú sugárzás nagy részét.
Szén-dioxid. (CO2) A fosszilis energiahordozók elégetésének, a cementgyártásnak és a kiterjedt erdőirtásoknak a következtében jelenleg közel 25 százalékkal magasabb a szén-dioxid légköri koncentrációja, mint az ipari forradalmat megelőzően. Az elmúlt húszezer évben annak mennyisége 280 ppm (milliomod térfogatrész) körül ingadozott, napjainkban viszont elérte a 358 ppm-et. A koncentráció növekedési üteme évente 1,5 ppm. A szén-dioxid természetes forrásai (bioszféra, talaj, óceánok) évente körülbelül 500 Gt (gigatonna-egymilliárd tonna) mennyiséget hoznak létre ebből a gázból, ezt az óceánok és a bioszféra szénmegkötő folyamatai ellensúlyozzák. Az említett ipari tevékenység révén ehhez képest szén-dioxid-többlet kerül a légtérbe, amelynek mennyisége a nyolcvanas évek becslései szerint évente 20,2 Gt. Az erdőirtások következtében csökkenő szén-megkötő kapacitás és a biomassza égetés következtében további 5,9 Gt szén-dioxid kerül a levegőbe. Ha hozzászámítjuk ellensúlyként az óceánok szén-dioxid-tározó képességét (7,3 Gt/év), a mérsékelt égövi erdőségek gyarapodását (1,8 Gt/év), valamint az egyéb, bizonytalanul becsülhető biológiai és talajmegkötési folyamatokat (0–5,4 Gt/év) az „egyenleg” szerint a nyolcvanas években a szén-dioxid légköri gyarapodása évenként legalább 11,6 Gt-ra tehető. A becsléseket, számításokat ugyanakkor bizonytalansági tényezők is terhelik (a szén-dioxid antropogén – vagyis társadalmi-gazdasági tevékenységre visszavezethető – forrásai 10, a természetes szénnyelő kapacitások meghatározásánál ez 50 százalékos). Nem számszerűsíthető folyamatot jelent például a műtrágyázás szerepe a biomassza mennyiségének – így a szén megkötőképességének – növekedésében, azt sem, hogy a talaj és az óceán mélyebb rétegeiben való tározás vagy az éghajlati változékonyság milyen szerepet játszik a szén-dioxid-mérleg alakulásában.
Metán (CH4). A szén-dioxidénál jóval rövidebb a tartózkodási ideje, kémiai reakcióképessége viszont sokkal erősebb. Az ipari forradalom előtt 0,7 ppm volt a metánkoncentráció. Napjainkban 1,7 ppm-re növekedett, koncentrációja 1984-től egy évtized alatt mintegy 6 százalékkal növekedett. A növekedési ütem évente átlagosan 0,015 ppm. Ez azonban nem egyenletes folyamat. Az elmúlt húsz esztendőben például a növekedési ütem némileg lassult: a hetvenes évek végén 0,02 ppm volt, de a nyolcvanas években az 0,009-0013 ppm-re csökkent. 1992 közepén rövid ideig megállt a metángyarapodás, majd 1993-tól a növekedési ütem beállt a körülbelüli 0,008 ppm-re. Mivel a fosszilis metánforrások meghatározása 30, a mezőgazdasági és természetes eredetű emissziók 40-50 százalékos pontatlanságot tartalmaznak, s mivel számos levegőkémiai reakció kevéssé ismert, a szakemberek nem találnak magyarázatot arra, miért csökkent az elmúlt évtizedekben a metán megfigyelt növekedési üteme.
A fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből, a kitermelt földgáz elillanásából és a kőolajtermékek elpárolgásából származó, illetve a szénbányászat során felszabaduló metánkibocsátás évente eléri a 100 Tg (teragramm – billió gramm – 109 kg) értéket. Az állattartásból (emésztési fermentáció és a trágya révén) 110 Tg, a rizsföldekről 60 Tg, a szerves hulladékok lerakásából és bomlásából 65 Tg, a biomassza égetéséből pedig 40 Tg metán kerül évente a légkörbe. További metánemisszió származik az óceánokból, az árterületi természetes ökoszisztémákból és más természetes forrásokból, mégpedig évente 160 Tg. Ugyanakkor a légkörben lejétszódó kémiai reakciók során 470 Tg metán vonódik ki évente a légkörből, ugyanennyi idő alatt a talajbaktériumok mintegy 30 Tg metánt kötnek meg. Mindezek hatására a légkörben évente 35 Tg-vel gyarapodik a metán mennyisége.
Dinitrogén-oxid (N2O). Természetes eredetű, hosszú tartózkodási idejű légköri vendéggáz. Jelenlegi mennyisége 0,31 ppm-re tehető, ez 13 százalékkal magasabb, mint az ipari forradalom előtti érték. Növekedési üteme mérsékelt, nem éri el az 1/1000 ppm értéket. A dinitrogén-oxid kibocsátásának fő forrásai az antropogén tényezők, főleg a műtrágyázott mezőgazdasági területek nitrogén-terhelésére vezethetők vissza (3,5 Tg/év), valamint bizonyos ipari tevékenségekre, így az adipinsav és salétromsav gyártására (1,3 Tg/év). A kérődző állatok emésztési folyamataiból 0,4 Tg, a biomassza elégetéséből 0,5 Tg kerül évente a légkörbe. A dinitrogén-oxid fő természetes forrásai az óceánok (3 Tg/év), a trópusi/szubtrópusi növénytakaró (4 Tg/év), valamint a mérsékelt övi erdőségek és füves területek (1 Tg/év). A képződött dinitrogén-oxid egy része fotodisszociáció, illetve az atomos oxigénnel való kölcsönhatás során a sztratoszférában lebomlik: ennek mennyisége évente körülbelül 12 Tg. E folyamatok „egyenlege” szerint ennek az anyagnak a mennyisége évente mintegy 4 Tg-mal növekszik évente.
Halogénezett széndidrogének. Klórtartalmú halokarbonok (CFC- és HCFC-gázok), brómtartalmú halonok, perfluorokarbonok, kén-hexafluorid. Hosszú tartózkodási idejű, az infravörös hősugárzást rendkívül hatékonyan elnyelő, klór-, fluor- és brómtartalmú vegyületek. Nincs természetes forrásuk, légköri megjelenésük a szintetikus vegyületek ipari méretű előállításának köszönhető. Ezek az anyagok a hűtőszekrények, oltókészülékek és a szórópalackos kozmetikai termékek hajtógázának elillanása, valamint egyes poliuretán habok gyártásakor szabadul fel. Az üvegházhatás fokozódása szempontjából jellemző a CFC-12 vegyület (freon), melynek jelenlegi koncentrációja 0,3 ppb (milliárdod térfogatrész), mennyisége a légkörben a hetvenes évek közepétől megkétszereződött. A halogénezett szénhidrogének koncentrációnövekedési üteme az utóbbi években valamelyest mérséklődött, mégpedig az ózonréteget károsító anyagok kibocsátásának korlátozását szabályozó bécsi egyezménynek, illetve az azt kiegészítő montreali jegyzőkönyvnek köszönhetően.
Ózon. Az oxigén háromatomos módosulata, a légkör felszínközeli (troposzférikus ózon) és magas légköri (sztratoszférikus ózon) rétegeiben egyaránt jelen van. Rendkívül hatékony üvegház hatású, rövid tartózkodási idejű gáz. Emiatt mind térben, mind időben igen nagy a változékonysága. Az ózon három oxigénatomból áll össze. A klasszikus elmélet szerint a napsugárzás hatására a légkörben lévő kétatomos oxigénmolekula felbomlik, így szabad oxigén keletkezik, amely összekapcsolódik egy kétatomos molekulával, s így jön létre a három oxigénatomból álló oxigénmolekula. Ezzel a több évtizeddel ezelőtti elmélettel sok kutató foglalkozott, és arra a megállapításra jutott, hogy bizonyos egyéb nitrogénvegyületek is részt vesznek az ózonképződés folyamatában. De általános a vélemény, hogy ózon döntő többsége a sztratoszférában keletkezik.
Az ózon átlagos koncentrációja a troposzférában 10–200 ppb, a sztratoszférában pedig 200–10 000 ppb között ingadozik. Az ózonréteg a Föld légkörében diffúz módon, szétoszolva található. Ha felszíni légnyomásra összenyomnánk, mindössze 3 mm-es rétegben borítaná földünket. Ez oszlik el a talaj felszínétől mintegy 40-50 km magasságik.
Sztratoszférikus (magas légköri) ózon. Az ózon a legnagyobb koncentrációban, körülbelül 20-25 km magasságban a sztratoszférában található, egy függőleges légoszlopban lévő ózon mennyiségének döntő része, annak mintegy 90 százaléka helyezkedik el ebben a légköri rétegben. A sarkoknál alacsonyabban van (a sztratoszféra és a troposzféra határán), míg a trópusokon magasabban találjuk. Komoly szerepet játszik a föld hőháztartásának szabályozásában, illetve annak megakadályozásában, hogy a káros rövid hullámú sugarak elérjék a földünket, amelyek káros hatással vannak az élővilágra, az emberi egészségre. Az ózon védő hatása nélkül megnő az ultraibolya-B sugárzás az atmoszféra alacsonyabb rétegeiben, s ez bőrrákot, szürkehályogot idéz elő, csökkentheti az immunrendszer hatékonyságát, káros hatással van a szárazföldi és vízi ökorendszerekre (amennyiben csökken a fajok túlélési és szaporodási esélye).
Az elmúlt 20 év mérései szerint – elsősorban a freon kibocsátása miatt – a sztratoszférikus ózon mennyisége földi átlagban évtizedenként 2-3 százalékkal csökkent, csökkenési üteme a magasabb szélességeken és az őszi évszakokban az évtizedenkénti 5–15 százalékos értéket is eléri.
Troposzférikus (talajközeli) ózon. A talajközelben az ózonrétegnek csak 10-15 százaléka található. „Rossz” ózonnak is nevezik (ellentétben a magas légköri „jó” ózonnal), mert a belső égésű motorokkal rendelkező gépjárművek kipufogógázaiból keletkezik a napsugárzás hatására. Mivel erős oxidálószer, káros egészségügyi hatásai vannak. A légzőrendszeren keresztül például irritálja a nyálkahártyát, szembetegségeket okoz. A folyamatos ózonfeldúsulás károsítja a növényzetet, terméscsökkenést okoz.
Olyan vegyületek is részt vesznek az ózonképződésben, mint a különböző nitrogénvegyületek, illékony szerves szénhidrogének (VOC) és a peroxi-acetil-nitrátnak nevezett szennyezőanyag.
A felszín közeli ózon mennyisége az iparosodott területek felett évtizedenként 5–20 százalékkal nőtt, elsősorban a légköri oxigén és az antropogén eredetű nitrogén-oxidok kölcsönhatása révén.
„Ózonlyuk” a légkörben. Mintegy húsz évvel ezelőtt fedezték fel az ózonrétegben tapasztalható hiányt. Nem arról van szó, hogy az „ózonlyuk” helyén egyáltalán nincs ózon. Ott az évi átlagban megszokott mennyiségnek csak mintegy fele vagy egyharmada található. A Földnek azon a területén a nagyobb százalékban éri el a földfelszínt a beérkező napsugárzás.
Az évszázad közepétől egyre intenzívebben jutnak a légkörbe az ipar különböző ágaiban használt szintetikus vegyületek. Vannak azonban, akik ezt cáfolják, szerintük a légkörbe természetes módon bekerülő klór- és brómvegyületek okozzák az ózoncsökkenést (e nézet szerint csak bizonyos ipari lobbyk érdeke az, hogy a jól bevált, sok területen használt vegyi anyagok további gyártását megakadályozzák). A nemzetközi egyezmények azonban a már említett szintetikus vegyületeket teszik felelőssé a káros jelenségért.
Aeroszolok. Néhány napos tartózkodási idejű szemcsékből álló anyagok. Felhőt alkotva a látható napsugárzás egy részét elnyelve és visszaverve a felszínközeli légrétegek helyi sugárzási energiabevételét csökkentik. Az aeroszolok a légkör természetes öszetevői, a teljes aeroszol-kibocsátás 90 százaléka talajerózióból, tengeri sószemcsékből és vulkáni tevékenységből származik. Az elsődleges antropogén eredetű aeroszolok fő forrása az ipari eredetű por, korom és hamu, ezek együttes kibocsátása évente mintegy 120 Tg. Másodlagos kémiai reakciók során a különféle ipari tevékenységből származó kén-dioxidból és nitrogén-oxidokból szulfát és nitrát aeroszolok képződnek: ennek mértéke évente hozzávetőleg 180 Tg. A biomassza elégetéséből, illetve a nemmetán szénhidrogénekből származó szerves aeroszolok emissziója évi 90 Tg értékre becsülhető. Az erősen iparosodott európai, észak-amerikai és közel-keleti területek kontinentális léptékű környezete felett állandó aeroszolfelhő lebeg. A jellemzőnek tekinthető antropogén kén-dioxid-kibocsátás és északi félgömbön a huszadik században ötszörösére nőtt, ugyanebben az időszakban a légköri szulfátkoncentráció hozzávetőleg a kétszeresére emelkedett. A nagyobb vulkánkitörések szintén jelentős mennyiségű aeroszolkibocsátáshoz vezethetnek: a Pinatubo vulkán 1991. júniusi kitörése 30 Tg aeroszolt juttatott a sztratoszférába.
