Ugljen-dioksid čini manje od 1% ukupne atmosfere naše planete, međutim, to je bez sumnje gas o kome se danas najviše priča i eliminisanje njegovih emisija do sredine 21. veka nalazi se u planovima najvećih država sveta.
U ovom tekstu saznaćete na koji način ugljen-dioksid učestvuje u zagrevanju planete, kako kruži kroz prirodu i kako ljudske aktivnosti doprinose tome da se njegova koncentracija u atmosferi povećava brzinom koja je nezabeležena milionima godina.
Od Sunca do Zemlje i nazad u svemir
Sunce je izvor života na Zemlji, a Sunčeva energija je pokretač gotovo svih kretanja vazduha i procesa koji se odvijaju u atmosferi. Kada Sunčevo zračenje dospe do Zemljine površine, ona se zagreva. Ovako zagrejana površina počeće da izračuje energiju nazad u svemir, i to istu onu količinu koja je do nje došla sa Sunca. Ako bi Zemlja izračivala više energije od one koja do nje dođe, vremenom bi postajala sve hladnija i hladnija. U suprotnom, ako bi izračivala manje, vremenom bi postajala sve toplija i toplija.
Postojanje ravnoteže između energije koja dolazi i odlazi posledica je zakona očuvanja energije, a u slučaju Zemlje u pitanju je vrlo delikatna stvar koja određuje temperaturu naše planete.
Kada bismo za trenutak zamislili našu planetu bez atmosfere i na osnovu ukupne energije koja dođe sa Sunca i energije koju naša planeta izrači hteli da izračunamo njenu srednju temperaturu, dobili bismo vrednost od -18 ℃. Međutim, na osnovu osmatranja znamo da je srednja temperatura Zemljine površine oko 15 °C. Koji to mehanizam čini našu planetu toplijom za 33 °C?
Efekat staklene bašte
Efekat staklene bašte je prirodan i koristan, jer održava povoljne uslove za život na Zemlji. Da bismo razumeli mehanizam ovog efekta, za početak je neophodno da znamo sastav atmosfere.
Zemljina atmosfera se sastoji, uglavnom, od azota i kiseonika. Preostali deo čine plemeniti gasovi i vodonik, ali i takozvani gasovi sa efektom staklene bašte − vodena para, ugljen-dioksid, metan, azot-suboksid, troposferski ozon i freoni.
Gasovi sa efektom staklene bašte koji se nalaze u atmosferi Zemlje apsorbuju jedan deo zračenja Zemlje, koje potom emituju jednako u svim pravcima. Zbog ove osobine, gasovi sa efektom staklene bašte deluju kao prepreka za zračenje koje odlazi sa površine planete, sprečavajući da ono završi direktno u svemiru. Pre nego što toplotno zračenje koje polazi sa Zemljine površine stigne do svemira, ovaj efekat privremene prepreke će omogućiti da se naša atmosfera zagreje.
Što je više ovih gasova u atmosferi, to će Zemljinom zračenju biti „teže“ da napusti planetu, pa će i planeta biti sve toplija i toplija ako se njihov sadržaj u atmosferi povećava. Tako pojačavanje ovog efekta usled ljudskih aktivnosti dovodi do energetskog disbalansa u klimatskom sistemu, što u konačnom vodi globalnom zagrevanju, odnosno procesu porasta prosečne temperature Zemlje.
Ako bismo odgovor na ovo pitanje dali na osnovu udaljenosti planeta od Sunca, odgovor bi bio pogrešan. Najtoplija planeta Sunčevog sistema je Venera. Iako je druga po udaljenosti od Sunca, za razliku od Merkura, Venera ima deblju atmosferu koja je bogata gasovima staklene bašte. Iz tog razloga, planeta Venera je za oko 40 °C toplija od Merkura.
Ugljen-dioksid
Ugljen-dioksid (CO2) je hemijsko jedinjenje sastavljeno od jednog atoma ugljenika i dva atoma kiseonika. Prisutan je u Zemljinoj atmosferi u maloj koncentraciji (oko 0,035%) i deluje kao gas sa efektom staklene bašte.
Atmosferski ugljen-dioksid potiče iz više prirodnih izvora, uključujući ispuštanje gasova prilikom vulkanske erupcije, raspadanje organske materije i procese disanja živih aerobnih organizama. Takođe, proizvode ga različiti mikroorganizmi u procesu fermentacije i ćelijskog disanja.
Jedinjenja ugljenika konstantno kruže kroz atmosferu, vodu, zemljište, različite stene i živa bića u procesu koji se naziva kruženje ugljenika. Da bismo opisali jedan deo ovog složenog ciklusa, možemo krenuti od atmosfere, gde se ugljenik nalazi u obliku neorganskog jedinjenja ugljen-dioksida. Biljke u procesu fotosinteze koriste taj ugljen-dioksid i pretvaraju ga iz neorganskog u organski oblik, koji putem lanca ishrane koriste sva živa bića.
Ugljen-dioksid se u spoljašnju sredinu vraća na nekoliko načina: tokom disanja živih organizama jedan deo organskog ugljenika se ponovo pretvara u ovaj gas i kao takav vraća u atmosferu. Najveći deo ugljenika u spoljašnju sredinu dospeva upravo razlaganjem organske materije.
Međutim, ne završi sav ugljenik iz organske materije nazad u atmosferi. Mali deo ostataka živih bića ostaje zakopan pod zemljom čime njihov ugljenik ostaje van ciklusa. Ti ostaci biljaka i životinja su se milionima godina taložili i pod visokim pritiskom pretvorili u ugalj, naftu i gas. Kada su ljudi počeli da sagorevaju fosilna goriva, oni su zapravo u veoma kratkom periodu (svega nekoliko stotina godina), u atmosferu počeli da vraćaju ogromne količine ugljenika koji se tokom više stotina miliona godina polako taložio ispod zemlje.
KLIMA101 NEDELJNI NEWSLETTER
Antropogene emisije ugljen-dioksida
Ljudske aktivnosti, prvenstveno sagorevanje fosilnih goriva, oslobađaju u atmosferu sve veće količine ovog gasa. Uništavanje šuma takođe utiče na povećanje njegove koncentracije jer vegetacija sve manje uklanjanja CO2 iz atmosfere. Direktna merenja u poslednjih pedeset godina pokazuju kontinuirano povećanje koncentracije ovog gasa u atmosferi, bez naznaka ikakvog usporavanja.
Od sredine 19. veka i početka intenzivne industrijalizacije, do druge dekade 21. veka, koncentracija ugljen-dioksida porasla je za 50%. Razmere ove promene, posebno po pitanju njene brzine, postaju jasne ukoliko se pogledaju promene koncentracije ovog gasa tokom proteklih 800.000 godina (slika 1). U periodu od pre 800.000 godina do početka industrijske revolucije koncentracija ugljen-dioksida se kretala u opsegu od 170 ppm (milionitih delova) do 290 ppm, da bi tokom 2021. godine koncentracija iznosila preko 410 ppm.
Važno je napomenuti i da je ugljen-dioksid gas koji veoma dugo „živi“ u atmosferi (od više stotina do čak hiljadu godina), tako da će ugljenik koji smo do sada emitovali nastaviti da utiče na klimu Zemlje dugo pošto današnje generacije više ne budu prisutne.
Prva kontinuirana, precizna i direktna merenja atmosferskog ugljen-dioksida počela su 1958. u Opservatoriji Mauna Loa, na Havajima. Merenja CO2 u atmosferi pokrenuo je Čarls Dejvid Kiling na Scripps Institutu za okeanografiju, koji je tvorac poznate „Kilingove krive“, koja predstavlja jednu od najvažnijih geofizičkih zapisa do sada napravljenih. Porast koncentracije CO2 u atmosferi se jasno vidi na slici 2, koja predstavlja mesečne srednje vrednosti ugljen-dioksida u periodu od 1958. do danas.
Porast srednje globalne temperature prizemnog sloja vazduha danas je zaista osmotren. Ove promene u temperaturi prouzrokovale su direktno ili indirektno promene u drugim elementima klimatskog sistema. Tako je porast površinske temperature vazduha doveo do ubrzanog topljenja ledenih kapa, što je, zajedno sa porastom temperature površinskog sloja okeana, dovelo do porasta srednjeg nivoa globalnog okeana za oko 20 cm. Sve ove, kao i niz drugih promena u klimatskom sistemu koje su posledica povećanja koncentracije gasova sa efektom staklene bašte, danas su jasno kvantifikovane, pa je tako, na primer, srednja globalna temperatura površinskog vazduha danas za oko 1 ℃ veća u odnosu na predindustrijski period.
