Rendszeres levegőkémiai mérésekkel a nemzetközi klímavédelmi egyezmények is jobban betarthatók lennének
2020.08.10.Rendszeres, egyre kiterjedtebb és pontosabb mérések nélkül sokkal később derült volna fény arra, hogy összefüggés mutatható ki az üvegházhatású gázok emberi kibocsátása, azok légköri koncentrációja és a globális felmelegedés között. A mérőhálózatok megerősítésével és kiterjesztésével azonban nem csak az éghajlatváltozást és annak egyre inkább öngerjesztő folyamatait tudnánk jobban megérteni, hanem az ehhez kapcsolódó nemzetközi egyezményeket is jobban be tudnánk tartatni a világ országaival, mivel pontosabb képet kapnánk arról, hogy ténylegesen miből és mennyit bocsátanak ki. Magyarország eddig nem törekedett részt venni az európai mérőhálózat kiterjesztésében, sőt, négy évtized után nem kizárt a hazai mérések teljes megszüntetése sem, ami a kvótakereskedelmen keresztül akár negatívan is érintheti hazánkat. Haszpra László elemzése.
Földtörténetileg rövid időtávon belül elsősorban a légkör összetétele, a benne lévő üvegházhatású gázok mennyisége vezérli a Föld éghajlatát. Ha az üvegházhatású gázok mennyisége változik, akkor a Föld-légkör rendszeren belüli energia-eloszlás megváltozása miatt törvényszerűen változik az éghajlat is, amihez a bioszférának alkalmazkodnia kell. Ha a változás túl gyors, akkor az ökológiai rendszerek egy része képtelen lépést tartani, és összeomlik. Az emberi civilizáció éghajlati érzékenysége is igen nagy. Jelenleg egy földtörténeti léptekben nézve is rendkívül gyors éghajlatváltozás korát éljük, amelynek hátterében az üvegházhatású gázok légköri felhalmozódása áll.
Ha stabilizálni akarjuk az éghajlatot, vagy legalábbis elviselhető üteműre akarjuk mérsékelni a változást, akkor meg kell értenünk azokat a folyamatokat, amelyek ezeknek a gázoknak a légköri mennyiségét szabályozzák. Ehhez méréseken keresztül vezet az út. Mérések alapján vehetjük csak észre, ha történik valami a légkörben, és mérések alapján kezdhetjük meg az okok felderítését. Mérésekre van szükségünk az elméleti alapokon nyugvó hipotéziseink megerősítéséhez vagy elvetéséhez, de a beavatkozásaink hatásának ellenőrzéséhez is. Továbbá mérésekre van szükségünk a folyamatok leírására szolgáló matematikai modellek táplálásához és működésük, eredményeik ellenőrzéséhez.
Ma már szakmai körökben teljes egyetértés van abban, hogy a globális éghajlatváltozást az emberi tevékenységből származó üvegházhatású gázok indították be. Kézenfekvő, hogy a változás ütemének csökkentéséhez, esetleg a változások visszafordításához a kibocsátást csökkentenünk kell, illetve meg kellene szüntetnünk. A légkör üvegházhatása, és így az éghajlatváltozás azonban nem közvetlenül a kibocsátástól, hanem a légkörben lévő anyagmennyiségtől függ. Mindez persze nem azt jelenti, hogy a kibocsátással nem kell foglalkoznunk, hiszen csak a kibocsátás szabályozásán keresztül tudunk hatni a légköri koncentrációra. Az összefüggések azonban nem olyan egyszerűek.
A földi éghajlati rendszer bonyolult és soktényezős, tele kölcsönhatásokkal és visszacsatolásokkal. Az emberi üvegházgáz-kibocsátás és a légköri anyagmennyiség között nincs egyszerű lineáris kapcsolat. Az emberi kibocsátás mellett számolnunk kell a természetes folyamatokkal is (kibocsátás, elnyelés), amelyek jelentős mértékben éppen az éghajlat alakulásától függnek. Az éghajlat alakításába, a légkör összetételén, mint aktív, kiváltó tényezőn túlmenően, a visszacsatolások révén további tényezők is belépnek (pl. a felszínborítottság változása, jégborítottság, sivatagosodás stb.), amelyek ugyancsak visszahatnak a légkör összetételére. Ha tudni akarjuk, hogy hogyan alakul az éghajlatunk, akkor meg kell mérnünk, hogyan alakul az üvegházhatású gázok mennyisége a légkörben, ugyanis ezekből a mérésekből tudunk következtetni arra, hogy milyen folyamatok befolyásolják a mennyiségüket. A méréseknek alapvetően három célja van:
1. A légkör összetételbeli változásának detektálása
Mérések nyomán, a légköri nukleáris robbantások utóhatásainak vizsgálata során az 1950-es években merült fel komoly formában, hogy az emberi tevékenységből származó szén-dioxid a légkörben valóban felhalmozódhat, ami globális éghajlatváltozáshoz vezethet. A mérések erőforrás-igényére tekintettel a helyzet tisztázására kétféle mérési stratégia kínálkozott: néhány évente a Föld több pontján megmérni a légkör szén-dioxid koncentrációját, illetve egy-két helyen folyamatosan mérni. Szerencsére ez utóbbit választották a kutatók, így mindössze néhány év után kiderült, hogy a szén-dioxid valóban aggasztó mértékben halmozódik fel a légkörben, továbbá az is, hogy a bioszféra jelentős éven belüli ingást generál a koncentrációban. Ha a kutatók az alkalmi méréseket választották volna, akkor a jelentős természetes ingadozás miatt rossz esetben csak az 1980-as évre dőlt volna el, hogy a légköri szén-dioxid koncentráció mutat-e statisztikailag szignifikáns pozitív trendet (1. ábra), azaz nem csak a véletlen ingadozások miatt néz ki úgy, mintha növekedne a koncentráció, hanem nagy valószínűséggel valóban növekszik is.
A mérések folyamatossága kulcskérdés. Alkalmi mérésekből esetleg csak hosszú idő után vennénk észre a változásokat és számos részfolyamat rejtve maradhat.
A légköri mérésekből az is kiderült, hogy az emberi kibocsátásnak csak egy része marad a levegőben. Negyedszázadnyi munkába, rengeteg mérésbe és modellfejlesztésbe került tisztázni, hogy az óceán mellett a szárazföldi növényzet veszi fel a légkörből hiányzó anyagmennyiséget. Korábban megfelelő mérések hiányában úgy tűnt, a bioszféra ugyanannyi szén-dioxidot vesz fel fotoszintézisével, mint amennyit a respirációja (légzése) során lead, azaz a légkör szempontjából hatalmas anyagforgalma ellenére szén-dioxid-semleges. A bioszféra szén-dioxid forgalma ugyanakkor rendkívül érzékeny a maga által is befolyásolt éghajlat alakulására. Növekvő szén-dioxid koncentráció mellett a vegetáció egyre több szén-dioxidot vesz fel a fotoszintézis réven. Ez a folyamat azonban növényfajtól függően bizonyos szint felett már nem tud tovább erősödni.
A respirációs folyamat viszont a hőmérséklet exponenciális függvénye, így a jelen helyzettel szemben bizonyos hőmérséklet felett előállhat az a helyzet, hogy a bioszféra már több szén-dioxidot ad le, mint amennyit fel tud venni. A képet tovább bonyolítja, hogy a bioszféra szén-dioxid-megkötő képessége nem csak a légköri szén-dioxid szinttől, hanem a csapadék-viszonyoktól (ugyancsak éghajlati kérdés!) és a tápanyag-ellátottságtól (pl. nitrogén-vegyületek) is függ.
A szén-dioxid szint stabilizálódása vagy csökkenése esetén a bioszféra gyorsan egyensúlyba kerül a környezetével, így további nettó szén-dioxid felvétel már nem várható tőle. Bár ma már vannak matematikai modelljeink a bioszféra üvegházgáz-forgalmára, ezeknek a bizonytalansága még meglehetősen nagy. Globális szinten a bioszféra szén-dioxid forgalmát mindmáig a viszonylag jól ismert emberi kibocsátásból, a légköri mennyiség jól mérhető alakulásából és az elfogadhatóan becsülhető óceáni szén-dioxid felvételből maradék tagként számolhatjuk a legmegbízhatóbb módon. A bioszférának az éghajlat alakulását tekintve igen kritikus viselkedését csak a légköri mérések révén tudjuk nyomon követni.
2. Váratlan változások észlelése
A szén-dioxid mellett a másik fontos, az emberi tevékenység által is kibocsátott üvegházhatású gáz a metán (CH4). A metánt a légkörből kémiai folyamat, a hidroxil-gyökkel (OH) való reakció távolítja el. A többlépéses reakciólánc végére a metánban lévő szén szén-dioxiddá oxidálódik:
CH4 + OH → CH3 + H2O → … → CO2
A kibocsátás és a kémiai elnyelés koncentrációra gyakorolt hatása, a kevéssé jelentős folyamatok elhanyagolása esetén, viszonylag egyszerűen leírható: állandó kibocsátás esetén a koncentráció időben exponenciálisan tart a kibocsátás által meghatározott egyensúlyi koncentrációhoz. A metán-koncentráció gyors növekedése az 1990-es évek közepére lelassult, majd gyakorlatilag megállt. Mindez azt sugallta, hogy a kibocsátás már nem nő, a koncentrációtól függő kémiai fogyás pedig ezen a koncentráció-szinten a kibocsátással egyensúlyba került (2. ábra).
2006-2007-től azonban a koncentráció újból növekedésnek indult, ráadásul egyre gyorsuló ütemben. Nincs tudomásunk arról, hogy az emberi kibocsátásban olyan mértékű változások történtek volna, ami ezt indokolná. Ha vannak légköri koncentráció-méréseink, akkor az ún. inverz terjedési modellek alkalmazásával a forrásterületek behatárolhatók.
2006-2007-től a koncentráció újból növekedésnek indult, ráadásul egyre gyorsuló ütemben.
Míg a légköri terjedési modellek a források helyének és hozamának az ismeretéből a koncentráció térbeli és időbeli eloszlását határozzák meg, addig az úgynevezett inverz terjedési modellek a koncentráció-mezőből, annak térbeli és időbeli változásából következtetnek a források helyére és hozamára. Pontosságuk és területi felbontásuk nagymértékben függ a rendelkezésre álló mérőhálózat sűrűségétől és pontosságától. Sajnos, egyelőre túl kevés metán-mérőhely működik a világban ahhoz, hogy az inverz terjedési modellek kellően pontosan behatárolhassák az utóbbi évtizedben újból egyre nagyobb mennyiségben a légkörbe kerülő metán forrását.
Bár a koncentráció-növekedés részben minden bizonnyal a mezőgazdasági tevékenység bővülésével, illetve a fosszilis tüzelőanyagok kitermelésével, felhasználásával függ össze, a rendelkezésre álló adatok arra utalnak, hogy a növekedés fele-kétharmada már nem az emberi kibocsátás közvetlen következménye, hanem valószínűleg a természetből származik, és maga az éghajlatváltozás generálja.
A mérések arra utalnak, hogy a fő forrásterület nem elsősorban a figyelem homlokterében lévő permafroszt, hanem a csapadékosabbá vált időjárás miatt növekvő területű afrikai mocsaras területek. Sokat segítene, ha a metán-koncentráció mérések mellett izotóp-összetétel mérések is rendelkezésre állnának, mivel a különböző metán-források más és más izotóp-összetételű metánt bocsátanak a légkörbe. A különböző folyamatokban keletkező metán-molekulákban a szén 13-as és 12-es tömegszámú izotópjának eltérő az aránya (13CH4/12CH4). Ugyancsak forrásra jellemző a metánban lévő hidrogén atomok között a nehézhidrogén, a 2-es tömegszámú hidrogén (deutérium) részaránya a „normál”, 1-es tömegszámú hidrogénhez képest.
Sajnos, folyamatos izotópmérés egyelőre alig egy-két helyen folyik. A mérések, a mérőhálózat bővítése rendkívül fontos lenne, hiszen ha az derülne ki, hogy a metán-koncentráció növekedését már meghatározó mértékben maga a természet okozza, akkor az azt jelentené, hogy az éghajlat szabályzása részben máris kicsúszott a kezünkből, és további lépéseinket ennek tudatában kell megterveznünk.
3. Bízz, de ellenőrizz!
Az ózonréteget károsító és egyben üvegházhatású halogénezett szénhidrogénekre még kevesebb mérőhely és mérés áll rendelkezésre, mint metánra. Ezek a mérések azonban a közelmúltban mégis felhívták a figyelmet arra, hogy a flourtriklór-metán (CFC-11) koncentrációja nem olyan gyorsan csökken a légkörben, mint ahogy az a teljes gyártási és felhasználási tilalom alapján várható lenne. A teljes tilalomból elméletileg számítható koncentráció-csökkenéshez képest lassabb ütemű csökkenés riasztott, hogy a tilalom ellenére valamilyen forrásból mégiscsak kikerül ez a veszélyes gáz a légkörbe. A kisszámú mérőhely miatt csak nagyjából lehetett a forráskörzetet meghatározni, de ezt célzott mérési kampánnyal pontosították, és felhívták az illetékes hatóságok figyelmét a szükséges intézkedések megtételére. Mérések hiányában aligha derült volna ki belátható időn belül, hogy valakik figyelmen kívül hagyják az ózonréteg védelmében hozott intézkedéseket. Csak azt láttuk volna egy idő után – ismét csak mérésekből (ózon, UV-B sugárzás)! –, hogy nem olyan ütemben regenerálódik az ózonréteg, mint ahogy azt vártuk.
A légköri mérésekkel és az inverz terjedési modellekkel objektíven meghatározható a kibocsátott anyagmennyiség és a kibocsátás helye. Ma az üvegházhatású gázok kibocsátásának hivatalos meghatározása statisztikai adatok alapján történik, ami az alkalmazott, nem feltétlenül pontosan illeszkedő emisszió-faktorok miatt meglehetősen pontatlan is lehet, különösen a nem-CO2 üvegházhatású gázok esetében. Mivel a légköri koncentráció-mérések és inverz transzport modellekkel meghatározott kibocsátás-értékek annál pontosabbak, minél sűrűbb mérőhálózat adatai állnak rendelkezésre, az Európai Unióban az elmúlt években megkezdődött egy nagysűrűségű mérőhálózat, az ICOS – Integrated Carbon Observation System kiépítése.
Ennek a standardizált, precízen összehangolt mérőhálózatnak az egyik legfontosabb célja, hogy néhány éven belül már ennek adatai segítségével határozzák meg a tényleges kibocsátás értékét, illetve operatívan ellenőrizzék a statisztikai alapú számításokat (European Commission’s CO2 Green Report).
Megítélhető lesz a nemzetközi egyezmények betartása, illetve a meghozott intézkedések hatékonysága.
Senki nem tételezi fel, hogy bármely európai ország kozmetikázná a kibocsátási adatait, de egyrészt az ellenőrzés sohasem árt, másrészt a statisztikai adatok alapján becsült kibocsátás-értékek eltérhetnek a ténylegestől. Eddig úgy tűnt, Magyarország nem törekszik részt venni ennek az európai mérőhálózatnak a munkájában, a hazai mérések jövője is bizonytalan, de ez nem akadálya annak, hogy Magyarországra is készüljenek ellenőrző számítások. A kvótakereskedelem révén költséges következményekkel járó gondot okozhat azonban az, hogy a modellek esetleges kedvezőtlen irányú pontatlansága helyi ICOS-akkreditált mérések hiányában nem korrigálható.
Összefoglalva tehát méréseket kell végeznünk a légkörben zajló folyamatok jobb megértése érdekében, hiszen ezek ismeretén alapulnak az éghajlatváltozási előrejelzések, amelyek viszont a beavatkozási stratégiák, illetve a felkészülési, alkalmazkodási programok alapját képezik. A folyamatosan végzett mérések riaszthatnak a váratlan, a jelenlegi tudásunkból nem következő, potenciálisan veszélyes változások bekövetkeztekor, amire jelenleg éppen a metán-koncentráció rejtélyes megugrása mutat példát. Az éghajlati rendszer rendkívül bonyolult és összetett, feltehetően nem kevés olyan ponttal („tipping points”), amikor bizonyos folyamatok viselkedése drasztikusan megváltozik. Ezekről ma még elég keveset tudunk, ezért életbevágó, hogy a mérések révén figyeljük a légkör változásait.
Környezetpolitikai okokból kiemelten fontos, hogy a légköri mérések révén meghatározhatjuk a tényleges üvegházgáz-kibocsátást, lemérhetjük az intézkedések hatékonyságát és ellenőrizhetjük az egyezmények betartását. A szakterületen gyakran idézet mondás szerint kibocsátás-csökkentésre törekedni légköri mérések nélkül ugyanaz, mint mérleg nélkül fogyókúrázni. Előfordulhat, hogy az elvileg hatékonynak tűnő diéta a valóságban mégsem az, és ez mérleg nélkül csak sokára derül ki. Az éghajlatvédelmi intézkedések sokba kerülnek és alapvetően érinthetik mindennapi életünket, ezért nem engedhetjük meg magunknak, hogy mérések hiányában a lehetségeseknél kevésbé hatékony megoldásokat alkalmazzunk.
A légkör erősödő üvegházhatása által gerjesztett éghajlatváltozás globális probléma, amely minél sűrűbb, globálisan összehangolt mérőhálózato(ka)t igényel. Ezt az összehangolást a Meteorológiai Világszervezet (WMO) végzi a Global Atmosphere Watch program (WMO GAW) keretében. A Meteorológiai Világszervezet álláspontja szerint a légkör összetétele, az üvegházhatású gázok mennyisége ugyanolyan alapvető éghajlati jellemző (essential climate variables [ECV]), mint például a felszíni légnyomás vagy a szélsebesség, így mérése a tagállamoktól elvárható.
Írta és a képek tulajdonosa: Haszpra László – Meteorológus, levegőkémikus, a Magyar Tudományos Akadémia doktora. A Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Geodéziai és Geofizikai Intézetének munkatársa.
