Miért növekszik az atmoszféra CO2-tartalma?

Olyan nyilvánvalónak tűnik. Amikor tömegesen bocsátottunk ki CO₂-t, a légkörben lévő koncentráció meredeken emelkedett. Úgy vélik, hogy az ember megbontotta a természetes egyensúlyt, és hogy az antropogén kibocsátás az emelkedés döntő oka. („Ha többet teszünk bele, mint amennyit a természet el tud nyelni, a koncentráció növekszik.”)

1. ábra: A legtöbb ember így vélekedik. Helyesen gondolják?

Valóban az emberi kibocsátás a légkör növekvő CO₂-koncentrációjának és a globális felmelegedésnek a valódi oka?

Az „antropogén szén-dioxid-kibocsátás, mint a globális felmelegedés okozója” elmélet alapvető feltételezései

2. ábra: A globális karbonmérleg fő feltételezései. Forrás: The Global Carbon Project, 2023

➊ A 210 PgC/év természetes fel- és leáramlása tökéletes egyensúlyban van, és nem lehet a CO₂-szint emelkedés oka. A CO₂ tartózkodási ideje a légkörben körülbelül 4,1 év.

➋ Az emberi CO₂ bevitel csaknem fele felhalmozódik a légkörben, és ez az egyedüli oka az éves CO₂-szint emelkedésnek (+5 PgC/év). Ez szinte korlátlan ideig a légkörben marad (4,1 év helyett >100 000 év).

➌ A harmadik érv nem a GCP-től (Global Carbon Project), hanem az antarktiszi jégmagfúrásokból származik. A mély rétegekben talált CO₂ arra utal, hogy az elmúlt 800 000 évben a légköri CO2-koncentráció  sokkal alacsonyabb volt (kevesebb mint 300 ppmv), mint jelenleg.

Forrás: IPCC-AR5.

A GCP ezt közvetíti

3. ábra: Kombinált anyagáramokat feltüntető karbonmérleg. Forrás: The Global Carbon Project, 2023

A feltételezések, melyek ahhoz a következtetéshez vezetnek, hogy az antropogén CO2 a felmelegedés oka, hibásak

➊ Tökéletes egyensúlyban vannak a természetes áramlások?

Bár soha nem mérik, az IPCC feltételezi, hogy a természetes beáramlás mindig pontosan megegyezik a természetes kiáramlással. Azonban:

• A szárazföldi és óceáni nyelőkben a CO₂ nagy része más szénvegyületekké alakul át, például szénhidrátokká, (bi)karbonáttá, kalcium-karbonáttá stb.
• A fizikai, kémiai és biológiai folyamatok, amelyek meghatározzák az ezekbe a nyelőkbe tárolt vagy onnan kibocsátott szén mennyiségét, összetettek és kaotikusak. Ez a Wikipédia-oldal utal erre a komplexitásra.
• A szénnyelők a légkörhöz képest nagyon nagyok (~50-szer nagyobbak).
• Egy kis egyensúlyhiány, akár sok éven keresztül is, könnyen lehetséges, sőt, a kaotikus jelleget tekintve valószínűbb is. Ez nem lenne észrevehető hatással a felszín alatti tárolókra.
• A nagy bizonytalanságuk miatt nem tudjuk, hogy a felfelé és lefelé irányuló anyagáramok egyenlőek-e.

➜ Nem következtethetünk arra, hogy a természetes fel- és leáramlás egyensúlyban van.

➋ Az antropogén CO₂ sokkal hosszabb a tartózkodási ideje miatt felhalmozódik a légkörben?

• Az óceánok és más vizek felszíni rétege nem telítődött CO₂-vel. A Henry-törvény miatt a normálisnál magasabb légköri koncentráció ezért az óceánokba való nagyobb mértékű elnyelődéshez vezet.
• A szén eltávolítása a felszíni rétegből a mélyebb rétegekbe nem korlátozott.
• A magasabb CO₂-koncentráció miatt a biológiai szivattyú (a szén tárolása) jelentősen megnőtt (Steele, 2017).
• A szén fel- és leáramlása a mélyebb óceánokba és a mélyebb óceánokból mintegy 270 PgC/év, tehát ~100-szor több, mint a nettó levegő-tengervíz áramlás, ami a vizeket a telítetlen szint alatt tartja (Levy, 2013).

➜ Az óceánok és és más vizek könnyen el tudják nyelni a viszonylag kis CO₂-többletet, ami értelmetlenné teszi a nagy tartózkodási időt.

Mi történik perturbáció (üzemzavar) esetén?

Az emberi kibocsátás hatásának jobb megértéséhez olyan helyzetet veszünk alapul, amelyben a természetes áramlások pontosan egyensúlyban vannak, és ezt az egyensúlyt egyetlen egy nagy (emberi) kibocsátás megzavarja.

4. ábra: Emberi kibocsátás, mint üzemzavar

• Képzeljük el, hogy a felfelé és lefelé áramlás egyensúlyban van.
• Egy adott pillanatban 100 PgC kerül a légkörbe.
• A légkör tömege 885-ről 985 PgC-re nő.
• A lefelé irányuló áramlás arányos a tömeggel, tehát 240 PgC/év-re nő (= 985 / 4,1).
  Ez csökkenti a légkörben lévő tömeget és növeli a nyelőben lévő tömeget.
• Az évenkénti (egyszerű) szimulációt az Excel-táblázat tartalmazza.

5. ábra: Excel-táblázat egyszerű éves szimulációval egyetlen, a 0. évben bekövetkezett üzemzavar (többlet bevitel) esetén.

• A légkörben lévő tömeg majdnem a régi szintre csökken (10 év után 2% marad), kék oszlopok a táblázatban.

6. ábra: Szimulációs eredmény. A többlet CO₂ nagy része az elnyelőbe kerül (zöld vonal). Mindössze 2 % marad a légkörben (kék sávok).

• A hozzáadott CO₂ legnagyobb része (98%) a nyelőbe kerül, zöld vonal.
• Az alkalmazkodási idő (= az újbóli kiegyenlítődés ideje) 4,0 év, ami valamivel kisebb, mint a tartózkodási idő.

Az emberi CO₂ nem halmozódik fel a légkörben

A perturbációból való újbóli kiegyenlítődés ideje rövidebb, mint a tartózkodási idő.

• Stallinga (2023) kimutatta, hogy az alkalmazkodási idő mindig rövidebb, mint a tartózkodási idő.
• Az extra CO₂ a tározók méretén alapuló arányban oszlik el a légkörben és a süllyedőben. Ebben az esetben: a szárazföld/óceán körülbelül 50-szer többet nyel el, mint a légkör.

Az emberi CO₂-nek csak kis százaléka marad a légkörben.

• 1750 óta az ember mintegy 700 PgC-t bocsátott ki (a földhasználat változásával együtt). A 10 évvel ezelőtti időszakból ennek mindössze 2%-a van még a légkörben. Az elmúlt 10 évre számítva az antropogén kibocsátásnak nagyobb része van még a légkörben.
• Ha az emberi kibocsátást a jelenlegi szinten stabilizáljuk, akkor a légkörben lévő CO₂ körülbelül 7%-a emberi eredetű.
• Ha ma abbahagynánk a kibocsátást (nettó nulla), az emberi hozzájárulás gyorsan 2% alá csökkenne.

Forrás: Stallinga 2023

Sokkal valószínűbb, hogy a hőmérséklet emelkedése okozza a CO₂-koncentráció emelkedését

Mivel az emberi kibocsátás csak kis százaléka marad a légkörben, ez nem lehet a CO₂-szint emelkedés fő oka. Számos érv szól amellett, hogy a megnövekedett hőmérséklet sokkal fontosabb a CO₂-szint emelkedésében.

7. ábra: A döntő hiba a hagyományos elképzelésben. Hasonlítsuk össze az 1. ábrával.

A hőmérséklet-változás a CO₂ koncentrációváltozás egyik valószínű kiváltó oka

A T és a CO₂ változása szignifikánsan korrelál egymással.

Vannak közvetlen megfigyelések, amelyek megerősítik a hőmérséklet CO₂-re gyakorolt hatását:

8. ábra: A T és a CO₂ változásai szignifikánsan korrelálnak. Forrás: Koutsoyiannis 2023.

• A T és a CO₂ változása között szignifikáns korreláció van, ahol a CO₂ mindig követi T-t.
• Koutsoyiannis (2023) 1979 óta pontosan mért adatok alapján vizsgálta az ok-okozati összefüggést: „A CO₂-koncentráció változása nem lehet a hőmérséklet változásának oka. Ellenkezőleg, a hőmérséklet változása minden időskálán a CO₂ koncentrációváltozás lehetséges oka”.
• A hőmérséklet fontos tényező a Henry-törvényben. Így az óceánok és más vizek esetében is: Magasabb hőmérséklet ➜ kisebb oldhatóság a vízben ➜ több kibocsátás / kevesebb abszorpció.
• A talajlégzés exponenciálisan függ a hőmérséklettől (Lee 2011). A hőmérséklet okozta növekedés 25%-os az elmúlt 50 évben (Zhang 2016).

A CO₂-szint emelkedés teljes mértékben megmagyarázható a hőmérséklet-változással

A lineáris regresszió alapján a CO₂-szint emelkedés teljes mértékben magyarázható a hőmérséklettel.

9. ábra: A CO₂-szint változás modellezése a hőmérsékleti adatokkal (R² = 55 %). Forrás: Koutsoyiannis 2023.

10. ábra: A CO₂-koncentráció modellezése a hőmérsékleti adatokkal (R² = 99,9 %). Forrás: Koutsoyiannis 2023.

➌ A jégmagadatok nem cáfolják, hogy természetes tényezők okozzák a CO₂-szint emelkedését

A CO₂ nagy része feloldódik a vízben és a jégben sok évvel azelőtt, hogy a jégben lévő légbuborékok teljesen bezárulnának. Így a mért koncentráció abszolút értéke az eredeti érték töredéke (Jaworowski 1992).

Az elmúlt 800 000 év jégmag-rekonstrukciói nagyon leegyszerűsített ábrázolást adnak. Egyetlen megfigyelés egy jégrétegben átlagosan 730 éves időszakot reprezentál, a csúcsok akár több mint 5000 évesek is lehetnek. A rövid (<5000 év) ingadozások tehát még sokkal magasabb koncentrációk esetén sem láthatók.

Más megfigyeléseket, amelyek (sokkal) magasabb történelmi CO₂-értékeket és/vagy nagyobb ingadozást mutatnak, nagyrészt figyelmen kívül hagytak: ilyenek pl. közvetlen tudományos mérések az 1959 előtti időszakban, CO₂ jégmag-rekonstrukciók Grönlandon, 1985 előtti jégmagmérések és CO₂ proxyk a növényi gázcserenyílásokból.

11. ábra: A jégmagadatok nagyon lapos ábrázolást adnak. A nagyon különböző felbontású adatkészletek egy ábrában történő kombinálása félrevezető. Forrás: eredeti diagram: Nasa 2023

Következtetések

Az antropogén CO₂ nem halmozódik fel a légkörben.

• Nem következtethetünk arra, hogy a természetes áramlások egyensúlyban vannak:
• Mivel az óceán felszíne nincs telítődve CO₂-vel, és a szén eltávolítása a felszíni rétegből a mélyebb rétegekbe nem korlátozott, a viszonylag kis CO₂-többlet hosszú kiegyenlítődési ideje képtelenség.
• Az ember által kibocsátott CO₂ túlnyomó többsége viszonylag rövid idő (~10 év) alatt kerül az óceánokba.

Sokkal valószínűbb, hogy a hőmérséklet emelkedése okozza a CO₂-szint emelkedését.

A magasabb hőmérséklet több kibocsátást okoz az óceánokból és a talajból.

A CO₂-szint emelkedés teljes mértékben megmagyarázható a mért hőmérséklet-változásokkal.

A jégmagok adatai nem cáfolják a CO₂-szint emelkedésének természetes okát.

Hivatkozások:

Friedlingstein, P. et al. (2023) „Global Carbon Budget 2023”, Earth System Science Data, 15(12), pp. 5301-5369. Elérhető: https://doi.org/10.5194/essd-15-5301-2023

Harde, H. (2019) ‘What Humans Contribute to Atmospheric CO₂: Comparison of Carbon Cycle Models with Observations’, Earth Sciences, 8(3), p. 139. Elérhető: https://doi.org/10.11648/j.earth.20190803.13

Haverd, V. et al. (2020) „Higher than expected CO 2 fertilization inferred from leaf to global observations”, Global Change Biology, 26(4), pp. 2390-2402. Elérhető: https://doi.org/10.1111/gcb.14950

Intergovernmental Panel On Climate Change (szerk.) (2014) Climate Change 2013 – The Physical Science Basis: Az I. munkacsoport hozzájárulása az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület ötödik értékelő jelentéséhez. 1st edn. Cambridge University Press. Elérhető: https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324

Kormányközi Éghajlatváltozási Testület (IPCC) (2023) Éghajlatváltozás 2022 – Hatások, alkalmazkodás és sebezhetőség: A II. munkacsoport hozzájárulása az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület hatodik értékelő jelentéséhez. 1. kiadás. Cambridge University Press. Elérhető: https://doi.org/10.1017/9781009325844

Jaworowski, Z., Segalstad, T.V. és Ono, N. (1992) „Do glaciers tell a true atmospheric CO2 story?”, Science of The Total Environment, 114, pp. 227-284. Elérhető: https://doi.org/10.1016/0048-9697(92)90428-U

Koutsoyiannis, D. et al. (2023) „On Hens, Eggs, Temperatures and CO2: Causal Links in Earth’s Atmosphere”, Sci, 5(3), 35. o. Elérhető: https://doi.org/10.3390/sci5030035
Lee, J.-S. (2011) „A talajlégzés nyomon követése egy automata működő kamra segítségével egy Gwangneung mérsékelt égövi lombhullató erdőben”, Journal of Ecology and Environment, 34, pp. 411-423. Elérhető a következő címen: https://doi.org/10.5141/jefb.2011.043.
Levy, M. et al. (2013) ‘Physical pathways for carbon transfers between the surface mixed layer and the ocean interior: PHYSICAL CARBON FLUXES”, Global Biogeochemical Cycles, 27(4), pp. 1001-1012. Elérhető: https://doi.org/10.1002/gbc.20092.
Stallinga, P. (2023) „Residence Time vs. Adjustment Time of Carbon Dioxide in the Atmosphere”, Entropy, 25(2), p. 384. Elérhető a következő címen: https://doi.org/10.3390/e25020384.
Tamarkin, T. (2024) ‘Henry törvénye’, Henry’s Law, február 1. Elérhető a következő címen: https://henryslaw.org/.
Zhang, H. et al. (2016) ‘Rising soil temperature in China and its potential ecological impact’, Scientific Reports, 6(1), p. 35530. Elérhető: https://doi.org/10.1038/srep35530.
Excel-számítások: https://1drv.ms/x/s!AsUNkFGC-8d6lM4WzT-Fg6YgaWT2vw?e=NSRuhW

2024. március
Közzéteszi:
Király József
okl. vegyészmérnök