Mi mennyi? – a légköri mérések fontosságáról

Úgy nagyjából már mindent tudunk a légköri folyamatokról – gondolja velem együtt a laikus olvasó -, de legalábbis az alapösszefüggéseket ismerjük. Pedig nem. A klímaváltozás szempontjából döntő fontosságú jelenségek, például a légköri metán változásának pontos okát nem értik még a terület tudósai sem, e nélkül a tudás nélkül pedig nincs megbízható modell sem. Ha nincs megbízható, a jelenségeket jól leíró modell, akkor megbízható előrejelzések sem lehetségesek. Ebben az esetben a cselekvési tervek sikere is nyilvánvalóan kétséges. Mindennek pedig a mérés, a minél több és precízebb mérés az alapja. Nemcsak okosabb lesz, de unatkozni sem fog az olvasó, ha elolvassa Haszpra László meteorológus, légkörkémikus itt következő cikkét

Zsugorodnak a sarkvidéki jégmezők, a gleccserek, tömegesen tűnnek el környezetünkből a honosnak tekintett növény- és állatfajok, miközben olyanok jelennek meg, melyeket korábban csak tőlünk délebbre eső, melegebb vidékeken láthattunk. Jelenleg egy földtörténetileg is rendkívül gyors éghajlatváltozás korát éljük, melynek hátterében az üvegházhatású gázok légköri felhalmozódása áll.

Ha stabilizálni akarjuk az éghajlatot, vagy legalábbis elviselhető üteműre 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 feltételezéseink megerősítéséhez (vagy elvetéséhez), de a beavatkozásaink hatásának leméréséhez és az éghajlati modellek ellenőrzéséhez is.

Amit nem mérünk, azt szabályozni sem tudjuk

Ma már szakmai körökben teljes egyetértés van abban, hogy a globális éghajlatváltozást az emberi tevékenységből származó légszennyező anyagok indították be. Kézenfekvő, hogy a változás ütemének csökkentéséhez, esetleg a változások visszafordításához ezek kibocsátását csökkentenünk kell, illetve meg kell szüntetnünk. A légkör üvegházhatása, és így az éghajlat azonban nem közvetlenül az emberi kibocsátástól, hanem a légkörben lévő anyagmennyiségtől függ. Az emberi kibocsátás mellett ugyanis számolnunk kell a természetes kibocsátással, illetve anyagfelvétellel is, melyek jelentős mértékben éppen a változó éghajlat alakulásától függnek, az éghajlattal együtt változnak. Légköri mérések nélkül nem tudjuk, hogy amit teszünk, az hatásos-e, elegendő-e, vagy többre, másra lenne szükség.

A természetes üvegházgáz-kibocsátás is változik!

Az éghajlati rendszer bonyolult, soktényezős rendszer, tele kölcsönhatásokkal és visszacsatolásokkal. Az emberi kibocsátás és az üvegházhatású gázok légköri mennyiség között a kapcsolat egyáltalán nem olyan egyszerű, mint ahogy elsőre gondolnánk. Ezért az éghajlat alakulásának becsléséhez nem elég az emberi kibocsátás egyébként is bizonytalan ismerete, ismernünk kell a természet reakcióit is.

A légkörben ténylegesen jelenlévő anyagmennyiségekből, ezek időbeli alakulásából tudunk következtetni a befolyásoló folyamatokra, ezek környezeti tényezőktől való függésére. A feltárt összefüggéseket matematikai formulákká alakítva építjük fel az éghajlati modelleket. Az éghajlatvédelmi, alkalmazkodási stratégiáink ezeken a modelleken alapulnak. Minél alaposabb ismeretekre épülnek ezek a modellek, annál jobban bízhatunk az előrejelzéseikben.

A rendszeres légköri szén-dioxid mérések kezdetét követő évek során derült ki, hogy az emberi kibocsátásnak csak egy része, jelenleg körülbelül a fele, marad a levegőben. Azt régóta tudtuk, hogy a szén-dioxid vízben jól oldódik, ezért a levegőbe bocsátott szén-dioxid egy része beoldódik az óceánokba. De a légkörből a mérések szerint hiányzó mennyiséget az óceánok lassú átkeveredésük miatt képtelenek felvenni. A „hiányzó nyelő” rejtélye csaknem egy évtizedig foglalkoztatta a kutatókat.

Hosszú ideig ugyanis magától értetődőnek tűnt, hogy a bioszféra ugyanannyi szén-dioxidot vesz fel fotoszintézisével, mint amennyit respirációjával (légzésével) lead. Ellenkező esetben a biomassza tömege folyamatosan nőne vagy csökkenne, márpedig ennek nem látszott jele. Rengeteg munkába, mérésbe és modellfejlesztésbe került tisztázni, hogy ez az egyensúly egy ideje már nem áll fenn. Az emelkedő szén-dioxid koncentráció és néhány más tényező hatására a bioszféra több szén-dioxidot vesz fel, mint amennyit lead. Az óceáni elnyelés mellett a bioszféra veszi fel az emberi kibocsátásnak azt a részét, amely a légkörből a mérések szerint hiányzik. A biomassza tömege jelenleg lassan nő.

Bár a biomassza egészének tömegét közvetlenül nem tudjuk mérni, de a változás megbecsülhető. Meglehetősen pontosan tudjuk mérni, hogy mennyit változik a légkör szén-dioxid tartalma egyik évről a másikra. Többé-kevésbé jól ismert, hogy az emberiség évente mekkora anyagmennyiséget bocsát ki és az óceánok mennyit képesek felvenni. A különbség a bioszférába kerül, évente ekkora mennyiséggel gyarapodik a tömege. A becslés bizonytalanságát csökkentik, egyben a CO₂-felvétel földrajzi helyét segítik meghatározni a különböző ökológiai rendszerekre vonatkozó közvetlen mérések.

A légkör szén-dioxid tartalmának alakulásában ily módon kulcsszerepet játszó bioszféra életfolyamatai azonban rendkívül érzékenyek a környezeti feltételekre, különösen az éghajlatra. Míg a növekvő szén-dioxid koncentráció serkenti a szén-dioxid felvételét, addig az emelkedő hőmérséklet a szén-dioxid leadását erősíti. A felvételnek határt szabnak a növényekben zajló biokémiai folyamatok, a kibocsátás viszont a hőmérséklettel folyamatosan nő. Távlatilag, a hőmérséklet emelkedésével, a bioszféra nettó szén-dioxid nyelőből (többet vesz fel, mint amennyit lead) akár nettó forrássá (többet ad le, mint amennyit felvesz) is válhat. Bár ez a veszély a közeljövőben még nem fenyeget, de súlyos érv arra, hogy miért kell az éghajlatváltozást a lehető legalacsonyabb szintre mérsékelnünk.

Az éghajlat változása kihat az óceánok szén-dioxid felvételére is. A melegebb tengervíz kevesebb szén-dioxidot képes felvenni. Emellett a beoldódó szén-dioxid lassan egyre savasabbá teszi az óceánok vizét, ami nem csak az élő szervezetek létfeltételeit rontja, de kémiai okokból a szén-dioxid felvételét is fékezi.

Figyeljünk a metánra!

A szén-dioxid mellett a másik kiemelten fontos üvegházhatású gáz a metán. Természetes forrását nagyrészt a mocsaras területek adják, ahol a szerves anyagok oxigénhiányos környezetben bomlanak. A bomlási folyamatok a hőmérséklet emelkedésével gyorsulnak. Az éghajlatváltozással a vizenyős területek egy része kiszáradhat, míg a csapadékosabbá váló régiókban új metánforrások keletkezhetnek. Komoly metánforrássá válhatnak a jelenleg még fagyott, de olvadásnak indult talajok is. Tudásunk korlátai miatt ezekre a folyamatra ma még nincsenek megbízható modelljeink, ezért a légköri méréseknek kiemelt jelentősége van.

Az éghajlati rendszerben lévő kölcsönhatások és visszacsatolások miatt elindulhatnak olyan, potenciálisan veszélyes változások, amelyekre mindenkori tudásunk korlátossága miatt nem számítunk. Létfontosságú, hogy ezeket a folyamatosan végzett légköri méréseken keresztül idejében észleljük, hogy alkalmazkodni tudjunk. A metán légköri koncentrációjának különös alakulása intő példa lehet.

A metán az emberi tevékenység által kibocsátott második legfontosabb üvegházhatású gáz. Légköri mennyisége az 1990-es évek végére stabilizálódni látszott, ami arra utalt, hogy az eléggé bizonytalanul ismert emberi kibocsátás növekedése talán megállt. 2006-2007-től azonban a koncentráció újból növekedésnek indult, ráadásul egyre gyorsuló ütemben.

Nincs tudomásunk arról, hogy az emberi kibocsátásban olyan mértékű növekedés történt volna, amely ezt indokolná. 2020-ban a COVID járvány miatt a szennyezőanyagok többségének kibocsátása az egész világon csökkent. Az emberi eredetű metán elsősorban a mezőgazdaságból, az élelmiszertermelésből, hulladékkezelésből, energiatermelésből származik. Bár ezeket a tevékenységeket viszonylag kevéssé fékezte a járvány, aggasztó, hogy a kiterjedt mérések kezdete (1984) óta soha nem nőtt olyan nagy ütemben a légköri metánkoncentráció, mint 2020-ban. A rendelkezésre álló adatok arra utalnak, hogy a metánmennyiség növekedésének jelentős része már nem közvetlenül az emberi kibocsátás következménye, hanem a természetből származik, és a növekvő kibocsátást már maga az éghajlatváltozás okozza.

A kezdeti gyanúval ellentétben úgy tűnik, a többlet-metán zöme egyelőre nem az olvadásnak indul fagyott sarkvidéki talajból, a permafrosztból, hanem a csapadékosabbá vált trópusi mocsaras vidékekről származik. Valószínűleg elsősorban Kelet-Afrikából és az Amazonas torkolatvidékéről, de ez még megerősítésre szorul. Ha bebizonyosodik, hogy a többlet kibocsátás számottevő része természetes eredetű, akkor az azt jelenti, hogy az éghajlat szabályzása részben máris kicsúszott a kezünkből. A mérések rendkívül fontosak, hogy megértsük a folyamatokat, mert ha a természetes metán-kibocsátás úgy nő tovább, ahogyan most látszik, az minden erőfeszítésünk ellenére ellehetetlenítheti a globális felmelegedés 1,5 fok alatt tartását.

Bízz, de ellenőrizz!

Az ózonréteget károsító és egyben üvegházhatású halogénezett szénhidrogénekre jóval kevesebb mérőhely és mérés áll rendelkezésre, mint metánra. Ezek a mérések azonban a közelmúltban mégis felhívták a figyelmet arra, hogy a természetes forrásokkal nem rendelkező triklórfluor-metán, közismertebb néven a CFC-11 jelzésű freonvegyület nem olyan gyorsan ürül ki a légkörből, mint ahogy az a Montreali Jegyzőkönyvben rögzített teljes gyártási és felhasználási tilalom alapján várható lenne. A légköri mérések riasztottak, hogy valamilyen forrásból mégiscsak bekerül ez a gáz a levegőbe, ami lassítja a légkör kitisztulását.

A légköri áramlásokat leíró számítógépes modellek segítségével meg tudjuk határozni, hogy adott helyen lévő, adott anyagmennyiséget kibocsátó szennyezőforrás hatására hol milyen légköri koncentráció alakul ki, és az időben hogyan változik. Ezek a modellek matematikailag időben visszafelé, „inverz” módon is működtethetők: a koncentráció tér- és időbeli alakulásából következtethetünk a kibocsátó forrás helyére és a kibocsátott anyagmennyiségre. Ezek a légköri méréseken alapuló úgynevezett inverz modellek arra mutattak, hogy a légkör tisztulását lassító CFC-11 forrás valahol Kína erősen iparosított keleti régiójában van. A mérések alapján a kínai hatóságok megtehették a szükséges lépéseket az illegális gyártás felszámolására.

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. Az alkalmazott, nem feltétlenül pontosan illeszkedő kibocsátási tényezők miatt ezek a számítások meglehetősen pontatlanok is lehetnek, különösen a metán és a dinitrogén-oxid esetében.

A statisztika az ismeretlen vagy nem kellően ismert forrásokról sem tud megfelelően pontos kibocsátási adatokat szolgáltatni. Márpedig az éghajlatot nem a számított, hanem a ténylegesen kibocsátott anyagmennyiség befolyásolja. Előfordult már, hogy a modell-számítások alapján derült ki a módszertanilag egyébként korrekt statisztikai számítások hibája. Senki nem tételezi fel, hogy bármely ország kozmetikázná a kibocsátási adatait, de a leszerelési megállapodásokhoz hasonlóan az éghajlatvédelemre is igaz: bízz, de ellenőrizz!

Mérőhálózatokra van szükség

A Kiotói Jegyzőkönyv megszületése idején (1997) vált világossá a döntéshozók számára, hogy Európában alig van mérőállomás és hadra fogható kutatási kapacitás. Ezért a következő években intenzív kutatási-fejlesztési programok indultak a mérési-modellezési területen. Ezek alapján 2005-re fogalmazódott meg a tanulság: az európai éghajlatvédelmi célok nem érhetők el hosszú távon fenntartott, stabilan finanszírozott, szigorúan összehangolt és egységesített, egész Európára kiterjedő mérőhálózat nélkül.

A megfelelő politikai, pénzügyi és tudományos előkészítés után 2015-ben jött létre az Integrált Szén-megfigyelő Rendszer, az ICOS (Integrated Carbon Observation System). Ennek az önálló jogi személyiséggel is rendelkező európai kutatási infrastruktúra konzorciumnak jelenleg 13 ország a tagja. Magyarország 2022. január 1-jével csatlakozik a konzorciumhoz, de üvegházhatású gázokkal kapcsolatos mérések már 1981 óta folynak hazánkban.

Az Európai Unió elképzelései szerint néhány éven belül, a mérőhálózat teljes kiépülésével már a légköri mérések adatai és az inverz terjedési modellek alkalmazása segítségével határozzák meg az egyes országok tényleges kibocsátását. A légköri mérések segítségével ellenőrzik a statisztikai alapú kibocsátás-számításokat. Megítélhető lesz a nemzetközi egyezmények betartása, illetve az, hogy a meghozott intézkedések hatékonyak-e, elérik-e a kitűzött célokat.

A mérések szerepe

Miért is nélkülözhetetlen tehát az üvegházhatású gázok légköri mennyiségének mérése az éghajlatvédelemben, illetve az éghajlatkutatásban?

Egyrészt azért, mert a mérések segítségével ismerhetjük fel és érthetjük meg a légkörben zajló folyamatokat, ami az éghajlatváltozás előrejelzésének, a beavatkozási és alkalmazkodási programok megalkotásának a kulcsa.

Másrészt azért, mert a mérések riasztanak a váratlan, a jelenlegi tudásunkból nem következő, potenciálisan veszélyes változások bekövetkeztekor. Az éghajlati rendszer rendkívül bonyolult és összetett, feltehetően nem kevés olyan ponttal, amikor bizonyos folyamatok viselkedése drasztikusan megváltozhat. Ezekről ma még elég keveset tudunk, ezért életbevágó, hogy a mérések révén figyeljük a légkör változásait.

Harmadrészt pedig azért, mert a mérések segítségével lehetséges a tényleges üvegházgáz-kibocsátás meghatározása, az intézkedések hatékonyságának lemérése, az éghajlatvédelmi egyezmények betartásának ellenőrzése.

A mérésekkel megismert folyamatok, a belőlük származó bemeneti és ellenőrzési adatok nélkül az éghajlati modellek csupán számítógépes játékok lennének, így további kutatások, stratégiák sem lennének rájuk építhetők. Ehhez képest az éghajlatpolitikában világszerte meglepően kevés szó esik a megalapozó mérésekről, fenntartásuk és fejlesztésük szükségességéről. Márpedig kibocsátás-csökkentésre törekedni légköri mérések nélkül ugyanolyan, mint mérleg nélkül fogyókúrázni. Mérések nélkül nem tudhatjuk, hogy amit teszünk, tényleg hatékony-e.

Haszpra László | az MTA doktora, meteorológus, levegőkémikus. Jelenleg a Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet, valamint az Atommagkutató Intézet tudományos tanácsadója. 2018-ig az Országos Meteorológiai Szolgálat munkatársaként, szakmai tanácsadójaként dolgozott. Kutatási területe az üvegházhatású gázok légköri anyagmérlegének vizsgálata. Számos hazai és nemzetközi kutatási projekt vezető kutatójaként a kezdetektől, 1981 óta irányítja a magyarországi légköri üvegházgáz méréseket. Az Eötvös Loránd Tudományegyetem címzetes egyetemi tanára.