Kako naučnici znaju koliko ugljen-dioksida ima u atmosferi?

Od Pariskog sporazuma do konferencije u Glazgovu prošlo je šest godina, i mada je postignut izvestan napredak – cilj nulte emisije izgleda još uvek daleko. U međuvremenu koncentracija ugljen-dioksida (CO₂) u atmosferi uporno raste, nasuprot tome nacije kolebljivo sprovode mere mitigacije. U maju ove godine merna stanica Mauna Loa, koja više od pedeset godina aktivno meri koncentraciju atmosferskog ugljen-dioksida, izmerila je rekordnih 421 ppm.

Globalna koncentracija CO₂ se mere u milionitim delovima ili skraćeno ppm (parts per million), što nam u stvari govori koliko CO₂ molekula ima na milion drugih koji čine atmosferu. Zapravo, CO₂ čini jako mali udeo u atmosferskom omotaču, a taj broj se procenjuje u proseku oko 280 ppm tokom predindustrijskog doba, što je tek 0,028 procenata atmosfere. Tako „malo” je dovoljno da ugljen-dioksid, pored vodene pare, bude vodeći uzročnik efekta staklene bašte koji je ključan za razvoj života na zemlji kakav danas poznajemo. Ova koncentracija je kroz poslednjih 800.000 godina varirala, tako što je rast CO₂ pratio topla interglacijalna doba, a smanjenje koncentracije pratila su hladnija ledena doba. Tokom ovih prirodnih ciklusa koncentracija CO₂ nije prelazila više od 300 ppm.

Procenjuje se da će godišnji prosek za 2021. iznositi preko 416 ppm, što znači da se prosečna koncentracija CO₂ povećala za čak 50% od početka industrijskog doba. Rast se u najvećoj meri desio u poslednjem veku, a poslednjih decenija beleži se sve intenzivniji skok. Skorija geološka istorija zemlje ne pamti ovako visoku atmosfersku koncentraciju CO₂. Od početka industrijske revolucije mi svake godine emitujemo više CO₂ nego što prirodni procesi mogu da uklone, što za poseldicu ima da ukupna koncentracija CO₂ neprestano raste. Cilj mitigacije jeste da se ovaj balans vrati na nulu, odnosno da se izjednači emitovan CO₂ sa onim apsorbovanim nazad kroz prirodne procese.

Kako merimo kolika je koncentacija ugljen-dioksida u atmosferi?

Istorija atmosferskog merenja CO₂ počinje aktivno od 1950-tih godina. Najstarija stanica koja sprovodi merenja u kontinuitetu je Mauna Loa, locirana na Havajima, koja radi od 1958. godine i koja je i danas aktivna. Za merenje koncentracije CO₂ u vazduhu koriste se vakumirane laboratorijske boce u obliku balona, koje nakon otvaranja prikupe uzorak vazduha, a potom se laboratorijskim ispitivanjima određuje koncentracija zarobljenog gasa.

Nakon 1970. mreža ovakvih stanica se proširila i sada broji preko sto, a pored savremenijih metoda detekcije CO₂ zadržana je i stara kako bi podaci bili uporedivi. Merne stanice prikupljaju podatke koji su pogodni za praćenje lokalnih emisija, a ukoliko se postave dovoljno daleko od neposrednih emitera mogu pružiti podatke koji oslikavaju globalne emisije. Ovakve metode nisu dovoljne za praćenje realne emisije i mapiranje glavnih emitera, ali jesu za određivanje globalnih godišnjih proseka.

Ljudske aktivnosti proizvedu tek malu frakciju CO₂ koji priroda razmeni u globalnom ciklusu ugljenika, ali doprinos je dovoljan da naruši prirodnu ravnotežu, zbog čega je neophodna kolektivna akcija međunarodne zajednice kako bi se negativni efekti koji već postaju vidljivi umanjili i što pre zaustavili. Porast globalne prosečne temperature je direktna posledica povećanja CO₂ pa je praćenje njegove atmosferske koncentracije od ključnog značaja.

Sateliti omogućavaju praćenje promena gotovo u realnom vremenu

Da bismo dobili širu sliku bilo je neophodno otići u Zemljinu orbitu. Za razliku od osmatračnica baziranih na zemlji, osnovna prednost satelitskog merenja je što pruža podatke za čitavu planetu. Trenutno, merenja se obavljaju pomoću nekoliko satelita, a jedan od njih je Orbitirajuća karbonska o p servatorija 2 (OCO-2), satelit koji je lansirala NASA 2014. godine.

Satelit koristi spektrometar, instrument koji meri radijaciju specifične talasne dužine. Spektrometar se koristi za određivanje hemijskog sastava udaljenih zvezda i planeta, pa je idealan izbor i za posmatranja naše atmosfere. Sunčev spektar je ništa drugo do traka duginih boja sa infracrvenim i ultraljubičastim delom koji naše oko ne vidi.

Kada sunčevi zraci koji se odbijaju od zemljine površine stupe u interakciju sa molekulom CO₂, jedan deo spektra se apsorbuje, te spektar ostaje bez određene nijanse. Na spektrometru se ocrtavaju praznine na karakterističnim mestima što naučnicima govori o kojem atomu je reč. Sofisticiran dizajn naučnicima omogućava da u realnom vremenu beleže koncentraciju CO₂ u atmosferi. Na ovaj način mogu uočiti velike emitere kako prirodne tako i ljudske, ali prirodne ponore, što daje potpuniju sliku ciklusa ugljenika.

Podaci dobijeni iz mernih stanica na zemlji i onih dobijenih putem satelita u orbiti se upoređuju i unose u statističke modele kako bi se merenja međusobno potvrdila. Kvalitetniji podaci vode pouzdanijim klimatskim modelima koji naučnicima omogućuju da predvide promene koje donosi porast koncentracije ovako malog molekula čije fizičko-hemijske osobine pokreću jedan od najznačajnijih klimatskih efektata. Koliko efikasno ćemo upravljati mitigacijom zavisi u velikoj meri od toga koliko su nam dobri merni instrumenti. U tom pogledu imamo dobro oruđe u rukama, preostaje samo još odlučna kolektivna akcija.