2016. augusztus–szeptember: anyagtudomány, nanotechnológia, portré, agykutatás, tudomány, energiagazdálkodás, innováció, it, fenntarthatóság, zöldkörnyezet, ipari automatizálás, kiállítás/konferencia, jegyzet, vízgazdálkodás

Már csak nézhetünk, mint a moziban?

„A levegőkémiában születik az emberiség sorsát alapvetően befolyásoló legtöbb felismerés, ezért napjainkra az egyik legfelkapottabb tudományterületté nőtte ki magát, pedig sokáig a kémia mostohagyerekének számított” – nyilatkozta magazinunknak Gelencsér András, a Pannon Egyetem rektora, a Magyar Tudományos Akadémia Levegőkémiai Kutatócsoportjának vezetője.


Mikor kezdődtek a levegőkémiai kutatások, és mi volt az első témájuk?

‒ A levegőkémia a meteorológia és a kémia határterületén alakult ki, egy fiatal tudományterület, amely az 1960-as években indult el, és az atomrobbantást követően a légkörbe kerülő nukleáris anyagok terjedése volt az első téma, amivel foglalkozott. Tulajdonképpen az 1963-ban megjelent radioaktív anyagokkal foglalkozó tanulmány írta le először azokat a légköri folyamatokat, amelyeket ma ismerünk.

A levegőkémia születése
A magyar levegőkémiai kutatások a hatvanas években igencsak szerény keretek között, lényegében a semmiből indultak. Ennek ellenére a hazai eredmények ma már nemzetközi szinten is ismertek és elismertek. Az ország különböző intézményeiben folynak levegőkémiai vizsgálatok. A kutatók már hazai egyetemeken, illetve kutatóhelyeken nevelődtek. Ehhez természetesen az kellett, hogy meteorológus-, illetve vegyészhallgatók számára meginduljon a levegőkémia hazai oktatása. Ezt nagymértékben elősegítette, hogy 1977-ben megjelent az első magyar nyelvű levegőkémia könyv (Mészáros Ernő: A levegőkémia alapjai. Akadémiai Kiadó, Budapest. – A szerk.), amelyet rövidesen az angol nyelvű változat kiadása követett.
Egy korábbi előadásában arra hívta fel a figyelmet, hogy a légkörben lévő szén-dioxid mennyisége az ipari forradalom óta, vagyis kétszáz év alatt 43 százalékkal növekedett. Mióta mérik folyamatosan a légköri szén-dioxid koncentrációját?

‒ 1958 óta, de amikor az 1950-es évek elején az ötlet először felmerült, nem aratott sikert, felesleges pénzkidobásnak tartották. Akkoriban általános volt az a nézet tudományos körökben is, hogy a szén-dioxiddal, a légkör egyik állandónak vélt összetevőjével könnyedén megbirkózik a bioszféra. Az ötvenes évek közepén az emberiség évente nagyjából egymilliárd tonna szenet juttatott a légkörbe a fosszilis energiahordozók elégetésével, de azt gondolták, hogy a növények és az óceánok maradéktalanul el tudják nyelni a többletet. Amikor Charles David Keeling ‒ kitartó küzdelem árán ‒ végül elindíthatta a méréseket a hawaii Mauna Loa vulkán tetején, kezdetben el sem hitték a kapott eredményeket, amit mérési hibának, a műszerek pontatlan beállításának tulajdonítottak. Csak a hatvanas évek elejére vált bizonyossá, hogy a szén-dioxid légköri koncentrációja az évszakos ingadozásokon felül is növekszik. Azóta kiderült, már akkor sem tudták maradéktalanul elnyelni a növények és az óceánok a szén-dioxidot, amikor még csak egymilliárd tonna került évente a légkörbe, és ez a mennyiség napjainkra megtízszereződött.

Charles David Keeling
Az amerikai tudós volt az első, aki felvetette, hogy az emberi tevékenység is hozzájárulhat az üvegházhatás erősödéséhez és a globális felmelegedéshez. Róla nevezték el a légkör szén-dioxid-koncentrációjának változását ábrázoló grafikont Keeling-görbének, mely 1958-tól – a folyamatos mérések kezdetétől – napjainkig mutatja az üvegházhatást fokozó szén-dioxid koncentrációjának alakulását.
A légköri szén-dioxid mért koncentrációja az 1958 óta folyamatosan végzett Mauna Loa-i és antarktiszi műszeres mérések eredményei alapján. A Keeling-görbén jól kivehető az évszakok váltakozásából adódó periodikus szén-dioxid-koncentráció növekedése, illetve csökkenése a légkörben.
A felismerést követte valamilyen tett?

‒ Nem, mert az akkori közfelfogás szerint úgy gondolták, hogy ami a levegőbe kerül, eltűnik, és ez ellen nem lehet semmit sem tenni. Számos kifejezésünk utal erre: füstbe megy, köddé válik, elfújja a szél… Ma már tudjuk, hogy ami a légkörbe kerül, nem semmisül meg, hanem hosszabb-rövidebb ideig ott marad, és attól függően, hogy milyen anyagról van szó, befolyásolhatja az egészségünket, károsíthatja az ózonréteget és hozzájárulhat az üvegházhatáshoz. Gondoljunk a csernobili baleset során levegőbe került radioaktív anyagok emberre, környezetre, bioszférára gyakorolt hatására. A nemesgázokon kívül nincs olyan anyag, ami a levegőbe jutva ne fejtene ki valamilyen hatást, de régen ezt nem így gondolták. A freonokat például teljesen ártalmatlan anyagoknak tartották. Ezt a színtelen, szagtalan, könnyen cseppfolyósítható, nem tűzveszélyes és nem mérgező gázt az 1930-as évektől egyre nagyobb mennyiségben kezdték el gyártani: hűtőközegnek használták a hűtőszekrényekben, hajtógáznak a szóróflakonokban. Thomas Midgley, a freon kifejlesztője, azon a sajtótájékoztatón, amelyen az új anyagot mutatta be, meggyújtott egy gyertyát, amit aztán az előzőleg beszívott freongázt kifújva oltott el, ezzel bizonyította, hogy sem nem mérgez, sem nem robban. Évtizedek múlva derült ki, hogy az addig teljesen veszélytelennek vélt freongázok milyen károkat okoznak az ózonrétegben, és ma már azt is tudjuk, hogy az üvegházhatás erősítéséhez is hozzájárulnak.

Nagyon jó hír, hogy mára az ózonréteg pusztulása megállt az emberi beavatkozásnak köszönhetően. Elkövettünk egy óriási hibát, amit viszonylag rövid idő alatt sikerült kijavítanunk. Ez adhat némi okot a bizakodásra a szén-dioxiddal folytatott harcunkban is?

‒ Ez az emberiség tulajdonképpen egyetlen olyan környezetvédelmi sikertörténete, amelynek egyértelmű, pozitív eredményei vannak. Olyan gazdasági, politikai döntések, intézkedések születtek, amelyeknek köszönhetően az ózonréteg fogyása megállt, de nem szabad elfelejtenünk azt sem, hogy a globális felmelegedés is befolyásolja a sztratoszféra hőmérsékleti és sugárzási viszonyait, ami pozitív hatással van az ózonrétegre. Egyébként az ózonréteget károsító anyagok kibocsátásával kapcsolatban viszonylag könnyű dolgunk volt, ugyanis a freonok betiltása miatt nem kellett lemondanunk semmiről. Nem befolyásolta az életminőséget, sem a gazdasági teljesítőképességet az, hogy milyen töltőgáz van a hűtőgépben, a légkondicionálóban, a szóróflakonban. Néhány gazdasági szereplő még profitált is abból, hogy ozone-friendly feliratú zöld címkét ragaszthatott a készülékeire, mert így drágábban tudta azokat eladni. Utólag visszagondolva, a freonoktól való megszabadulás nem volt olyan nagy teljesítmény, bár azt sem mondhatjuk, hogy teljesen sima ügy lett volna, mert természetesen voltak olyan érdekcsoportok is, amelyeknek gazdasági hátrányt jelentett, ezért igyekeztek minél jelentéktelenebbnek feltüntetni a freonok ózonréteget károsító hatását. Mindezt sajnos nem mondhatjuk el a szén-dioxid-kibocsátásról, ami nagyságrendekkel súlyosabb problémát jelent, mert amíg az emberiség a 19. század közepéig szinte elhanyagolható hatást gyakorolt a szén körforgására, azt követően egyre gyorsuló mértékben vált globális természetalakító tényezővé.

A médiában most éppen arról olvasni, hogy a napfoltok egyre gyakoribb eltűnése előjele lehet egy rövidesen beköszöntő új jégkorszaknak. A Nap aktivitásának mekkora hatása van a Föld éghajlatára?

‒ Napjainkban, amikor évente tízmilliárd tonna szén jut a légkörbe, a napfolthiánynak ugyan van valamilyen hatása, de a Föld-légkör rendszer működését már aligha befolyásolja.

Napjainkban évente tízmilliárd tonna szén jut a légkörbe

Régebben sok finom hatás alakította bolygónk éghajlatát, a természetnek volt ideje lassan egyensúlyi állapotba kerülni, mivel nem kényszerítette semmi a napjainkhoz hasonló erőszakos változásra, és egy kiegyensúlyozott rendszerben sokkal nagyobb jelentősége volt a naptevékenység okozta kis változásoknak is. Ma már a csillagászati hatások eltörpülnek az emberi tevékenység által okozottakhoz képest. Egy másik természeti jelenség, a vulkántevékenység is hatást gyakorol bolygónk éghajlatára. A tűzhányók kitörésekor a légkörbe kerülő nagy mennyiségű hamu és por rövid ideig csökkenti a felszínre jutó napsugárzás intenzitását. Ellenkező hatást vált ki a vulkánok által évente kibocsátott legfeljebb százmillió tonna szén-dioxid, ami szintén érezhető hatással volt a légkörre mindaddig, amíg az ember nem avatkozott be a Föld éghajlati rendszerébe.

Hallani olyan érvelést is, hogy a Föld története éghajlatváltozások sorozatából áll, nem kellene tehát ekkora ügyet csinálnunk ebből ma sem. Miért vált ennyire központi kérdéssé a klímaváltozás?

‒ A Föld egész történetét végigkísérték az éghajlatváltozások, de napjainkban ez olyan tempóban megy végbe, ahogy korábban sohasem, emiatt került az érdeklődés homlokterébe a klímaváltozás. Ha visszamegyünk pár százezer évet, azt látjuk, hogy az eljegesedések és a köztes melegebb időszakok váltották egymást. Azonban az emberi civilizáció akkor alakult ki, amikor az éghajlat állandósult, ez tette lehetővé a földművelés, a letelepedés, az írásbeliség kialakulását. Az emberi civilizáció fejlődése tehát egybeesik azzal az éghajlat-stabilitással, amit tizenegyezer éve élvezünk. A földtörténeti múlt viszont arra tanít bennünket, hogy nem kellene megváltoztatnunk ezt az állapotot, mert annak beláthatatlan következményei lehetnek, és ma már azt is tudjuk, hogy az emberi tevékenység okozza a légköri szén-dioxid koncentrációjának tízezer év óta először tapasztalható gyors növekedését.
A Föld népessége olyan ütemben növekszik, és olyan mértékben növeli a fogyasztását, ami többszörösen meghaladja bolygónk teherbíró képességét, és amikor minden emberi lakhatásra alkalmas hely ki van használva, és még így sem vagyunk képesek elegendő élelmiszert termelni a Föld teljes népességének, akkor nincs hová menni. Tovább ronthatja a helyzetet a globális felmelegedés egyik aggasztó következménye: a sarkköri jég rohamos olvadása miatt akár több métert is emelkedhet a tengerszint, és ennek következtében a termőterületek egy része víz alá kerülhet.

A globális felmelegedés egyik aggasztó következménye a sarkköri jég rohamos olvadása
Mi az oka annak, hogy a légkört kiemelték a környezeti problémák közül? És miért lehet sokkal kevesebbet hallani az elsivatagosodásról, a tavak kiszáradásáról, vagy arról, hogy évente 75 milliárd tonna termőföld tűnik el, a maradék 60 százalék pedig kisebb-nagyobb mértékben károsodott?

‒ A népességszámból és a fogyasztásból adódó túlhasználat egyaránt igaz a vízre, a talajra, a termőföldre.

A népességszámból és a fogyasztásból adódó túlhasználat egyaránt igaz a vízre, a talajra, a termőföldre

Aggasztó jel a fajpusztulás, a biodiverzitás csökkenése is, számos olyan probléma van tehát, ami csak a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésével még nem oldódna meg. Az éghajlatváltozás „a szemünk előtt zajlik”, mégis nehezebb megérteni, mert nincs olyan jól látható ok-okozati összefüggés, mint az előbb említett környezeti problémáknál. Talán ezért vált a bajok szimbólumává.

Számos kritika éri a légkörkutatókat az előrejelzéseik pontatlansága miatt. Mi jelenti a legnagyobb problémát az éghajlat modellezésénél?

‒ Az ilyen bonyolult, nemlineáris rendszerekben számtalan összefüggés és kölcsönhatás működik egyszerre, amit nagyon nehéz modellezni. Elég csak az időjárás-előrejelzésre gondolunk: a legmodernebb technikával is legfeljebb öt-tíz napra vagyunk képesek megbízható előrejelzést adni, semmivel sem hosszabb időre, mint amikor még telefonon bediktált adatok alapján, kézzel rajzolt térképekből dolgoztak a meteorológusok. Ennek egyebek között az az oka, hogy az éghajlati rendszer számos elemének működése még ma sem tisztázott teljesen, és olyan kiszámíthatatlanul viselkedik a pillanatnyi állapotát tekintve, hogy semmilyen számítástechnikai, modellezési kapacitással sem tudjuk hosszabb távon előre jelezni az időjárást.
A Föld-légkör rendszert még a tudomány sem érti teljes mélységében. Eddig például azt gondoltuk, hogy ilyen ütemű változás nem lehetséges, mert az eljegesedések és a köztes melegebb időszakok változása az elmúlt kétmillió évben negyvenszer lassabb volt a mainál. Vagyis ma negyvenszer gyorsabban változik a szén-dioxid koncentrációja a légkörben, mint a földtörténeti múltban bármikor.

Egyes előrejelzések szerint a század végére akár öt Celsius-fokkal is nőhet a globális átlaghőmérséklet. A földtörténet során volt már erre példa 56 millió évvel ezelőtt, amit a tudomány paleocén-eocén hőmérsékleti maximumként tart számon. Milyen változások történtek akkor, és mire számíthatnak az unokáink? Megelőzés vagy adaptáció, melyiken van a nagyobb hangsúly?

‒ Úgy gondolom, hogy a megelőzéssel már elkéstünk. A változások pedig már itt vannak, nem csak az unokáink fogják tapasztalni. Olyan folyamatokat indítottunk el, amelyeket befolyásolni, megállítani már nem tudunk. Ha egyszer egy kontinensnyi méretű gleccser talapzata megolvadt, és csúszik az óceán felé, azt nem lehet kiékelni és kötelekkel rögzíteni. Arra pedig nincs analóg földtörténeti példa, hogy hová vezet, ami most történik. Ötvenhatmillió évvel ezelőtt jelentős mennyiségű üvegházhatású gáz került a légkörbe, amire a Föld felmelegedéssel és az óceánfelszín elsavasodásával válaszolt, de ezzel az analógia meg is szűnt. Ugyanis a légkör szén-dioxid-koncentrációja és a globális átlaghőmérséklet ma lényegesen alacsonyabb, és a sarkokat jégsapka borítja, melynek olvadása a felmelegedés ütemét jelentősen gyorsítani tudja. Ma máshol vannak a kontinensek, más állat- és növényfajok élnek a bolygón, és a szén légkörbe bocsátásának üteme több mint tízszerese annak, ami a paleocén-eocén hőmérsékleti maximum idején volt.

Szén-dioxid-koncentráció 2015 júniusában (a ma- gasabb szén-dioxid-koncentrációt pirossal, az alacsonyabbat sárgával és zölddel jelöltük) Forrás: NASA/JPL-Caltech
Az üzenet világos: két Celsius-fok alatt kell tartani a globális felmelegedést. Mire lesz ez elég, milyen környezeti probléma oldódik meg ezzel?

‒ Ha ezen az értéken belül maradunk, a közfelfogás szerint megakadályozhatjuk egy üvegházgáz által vezérelt éghajlatváltozás katasztrofális következményeit. Csakhogy az egyensúlyi állapotából kibillent Föld-légkör rendszerben mára olyan öngerjesztő folyamatok indultak el, amelyek maguktól is működnek, ennek megállítása ma már emberi beavatkozással nem lehetséges. Sajnos a Föld éghajlati rendszerében nem kapcsol be a „termosztát”, vagyis nincsenek gyorsan ható fékező-stabilizáló mechanizmusok. Ha elkezdődik egy változás, arra ráerősítenek egyéb folyamatok is: a jég visszaveri a sugárzást, ha elolvad, elnyelődik az energia, ettől még több jég olvad el és még több energia nyelődik el, ami többletként jelentkezik a helyi rendszerben. Az ilyen önerősítő folyamatot nevezzük pozitív visszacsatolásnak, amihez nincs szükség állandó beavatkozásra, elég elindítani, utána megy magától, sőt gyorsul a folyamat. Mintha rosszul lenne bekötve a szoba hőmérsékletét szabályozó termosztátunk: akkor kapcsolja be a fűtést, amikor a beállított hőfoknál melegebb van a lakásban, és nem akkor, amikor hidegebb.

Üvegházhatás
„A közfelfogásnak megfelelően üvegházhatást szokás emlegetni, holott az üvegházakban nincs se óceán, se jégtakaró. A Föld-légkör rendszer modellje sokkal inkább így néz ki: megtöltünk egy poharat vízzel, az jelképezi az óceánt, a fölötte maradó ujjnyi rész pedig a légkört, végül beledobunk egy jégkockát, és lefedjük a poharat. Azt tapasztaljuk, hogy egy idő után a jég elolvad. Ezzel szemben a hétköznapi ember annyit vár a globális felmelegedéstől, hogy melegebb legyen, csakhogy a levegő addig nem lesz melegebb, amíg a jég el nem olvad és a víz fel nem melegszik. Visszatérve a pohárkísérlethez: ugye eszünkbe sem jutott a levegő hőmérsékletét figyelni egy ilyen rendszerben?” – magyarázta el Gelencsér András.
Miért zsugorodik a sarkköri jégtakaró?

‒ Ebben több tényező is szerepet játszik: a levegőszennyezés, az üvegházhatású gázok, az óceáni áramlások, a tengervíz melegedése, a szélsőséges időjárás, az egyre erősebbé és gyakoribbá váló szél­viharok miatt a jégfelület elaprózódása. A sarkkörön túl hat méterről másfél méterre csökkent a jégtakaró vastagsága harminc év alatt, a kiterjedése pedig közel egyharmadára zsugorodott. A jég az energia több mint 90 százalékát visszaveri, így a felszíne nem melegszik fel, ha viszont ez a jégfelület összezsugorodik, azon a területen, amit már nem borít jégtakaró, az energia elnyelődik, nem verődik vissza a világűrbe, hanem többletként jelentkezik a rendszerben.

Az elmúlt száz évben mekkora volt a globális felmelegedés?

‒ Az átlag a kilenctized fokhoz közelít, de az északi sarkkörön túl már két Celsius-foknál magasabb, és a Kárpát-medencében is a globális átlagértéket meghaladó mértékű a felmelegedés. A legszembetűnőbb jelenség a hőhullámok gyakoribbá válása. Az 1990-es évekig egy évtized alatt egy számjegyű volt a hőségnapok száma.

Szembetűnő jelenség a hőhullámok gyakoribbá válása

2010 óta viszont már hatvankét olyan napunk volt, amikor a középhőmérséklet meghaladta a 27 Celsius-fokot. Ez azt jelenti, hogy tízszeresére nőtt a hőhullámok gyakorisága. Ennél is aggasztóbb az a tény, hogy az utolsó húsz évből tizenkilencet a legmelegebbek közé sorolnak. A Balatonon például már évek óta nincs sportolásra alkalmas jég, és van olyan év, amikor egyáltalán nem fagy be a tó. Nem csak az emberek, a növények sincsenek ehhez hozzászokva, a fák is nehezen tudnak alkalmazkodni a megváltozott körülményekhez, erdészeti előrejelzések szerint egy-két évtizeden belül eltűnhetnek a bükkösök Magyarországon.

Több elgondolás is van arról, hogyan lehetne kivonni a légkörből a szén-dioxidot, amit aztán régi elhagyott bányákban temetnének el az egyik elképzelés szerint. És mekkora a kockázata annak, hogy kiszabadul onnan?

‒ Ezerhétszáznál több halálos áldozatot követelő természeti katasztrófát okozott 1986-ban a közép-afrikai Kamerunban fekvő Nyos-tó medréből geológiai okok miatt hirtelen nagy mennyiségben feltörő szén-dioxid.

A Kamerunban fekvő Nyos-tó medréből geológiai okok miatt hirtelen nagy mennyiségben feltörő szén-dioxid 1746 ember és több ezer állat halálát okozta 1986-ban

A krátertónál történt tragédia arra figyelmeztet minket, hogy végzetes következményekkel járhat, ha nagy mennyiségű szén-dioxidot temetünk el, mert ha véletlenül kiszabadul, összegyűlik a mélyebben fekvő területeken, halálos veszélynek téve ki az ott élőket. Azonban nemcsak a raktározása jelent problémát, hanem a kinyerése is, mert ugyan sok egyszerű kémiai módszer létezik a szén-dioxid levegőből való kivonására, a baj a léptékkel van. Több mint 800 milliárd tonna szén van a légkörben, de nyomgázról lévén szó, igen kis koncentrációban, vagyis megfogni csak a kibocsátásnál lehet, ami viszont technológia- és energiaigényes művelet. Létezik zéró emissziós erőmű, de szinte sehol a világon nem alkalmazzák még ezt a technológiát a nagy létesítményekben, mivel 30-40 százalékkal csökkentenék az erőmű teljesítményét azok a bonyolult rendszerek, amelyek képesek teljesen megtisztítani a füstgázoktól a levegőt. Dekoncentrált kibocsátás esetében még rosszabb a helyzet, mert nem lehet minden ház kéményére leválasztót szerelni úgy, hogy hatékonyan is működjön. A technológia-, az energia- és a nyersanyagigény, valamint a lépték miatt a szén-dioxid-többletet képtelenség kivonni a légkörből.

Ön szerint tehát a globális folyamatokba már nem tudunk érdemben beavatkozni a pozitív visszacsatolások miatt. Azért helyi szinten mégiscsak tehetünk valamit…

‒ Regionális rendszerekben természetesen lehet mérsékelni a levegőszennyezést, de a globális folyamatokra már nincs ráhatásunk, ezért értelmezhetetlen a két Celsius-fokos limit, a szén-dioxid-kvóta pedig teljesen mindegy a bolygó szempontjából. Az elkövetkező néhány évtizedben valószínűleg jelentős változások fognak bekövetkezni, de nemlineáris nagy rendszereknél a hirtelen változás sem kizárt, súlyosbítva a gazdaság- és népességnövekedésből eredő, az éghajlatváltozásnál napjainkban jóval fenyegetőbb környezeti problémákkal.

Ha csak megfigyelhetjük, mert érdemben beavatkozni nem tudunk, az is lehet, hogy a folyamat egyszer csak leáll, vagy más irányt vesz, és nem tudjuk, miért?

‒ A Föld okozott már meglepetéseket, minél bonyolultabb egy rendszer, annál kiszámíthatatlanabb, s mivel az éghajlati rendszer működését csak hézagosan ismerjük, ezért a jövőbeni éghajlat­változás mértéke és következményei egyelőre tudományos igénnyel és felelősséggel megjósolhatatlanok, de az tény, hogy most egy olyan a szuperfelmelegedés irányába indult el a Föld, amire még nem volt példa.•

 
Innotéka