10.4. Bizonytalanságok az üvegházhatású gázokkal kapcsolatos visszacsatolási mechanizmusokban

A jelenleg széles körben használt éghajlati forgatókönyvek (A1, A2, B1, B2 – melyeket az 5. fejezet tárgyal) nem veszik figyelembe a szárazföldi ökológiai rendszerek és az óceánok üvegházgáz-mérlegében bekövetkező természetes változásokat. Ez érthető, hiszen az éghajlati forgatókönyvek elsősorban a társadalmi és gazdasági változásokat írják le, az antropogén eredetű üvegházgáz-kibocsátással foglalkoznak, s ezért nem tartalmazzák a természetes biogeokémiai folyamatokat (Nakicenovic és Swart, 2000). A klímaváltozás azonban egyértelműen kihat az üvegházhatású gázok természetes ciklusára, erre volt példa a 2003-as európai hőhullám.

Jelenleg az óceánok és a szárazföldi ökológiai rendszerek képesek megkötni az emberi tevékenységből eredő szén-dioxid egy jelentős részét. A becslések szerint (IPCC, 2007a) az óceánok átlagosan 2,2±0,5 Pg szenet, míg a szárazföldi ökológiai rendszerek 0,9±0,6 Pg szenet kötöttek meg évente a 2000–2005 időszakban. Amennyiben a klímaváltozás hatására csökken a szénmegkötő képesség, úgy az antropogén eredetű kibocsátás nagyobb hányada marad a légkörben még tovább erősítve az üvegházhatást.

Az IPCC Harmadik és Negyedik Helyzetértékelő Jelentése egyaránt foglakozik a szénciklussal kapcsolatos visszacsatolásokkal (IPCC, 2001; 2007a). Az IPCC Harmadik Helyzetértékelő Jelentésében jelent meg először az a ma már mérföldkőnek számító eredmény, amely rámutatott a természetes szénciklus és a klímaváltozás közti visszacsatolás mechanizmusára, irányára és mértékére (IPCC, 2001). A 10.4. ábrán bemutatott eredmények igazolják, hogy a CO2 többlet okozta klímaváltozás hatására a szárazföldi ökológiai rendszerek és az óceánok szén-dioxid megkötő képessége kisebb mértékben nő, mintha csak a légköri CO2 koncentráció növekedését vesszük figyelembe. Ez egyértelmű pozitív visszacsatolást jelent a klímaváltozás szempontjából, vagyis az emberi tevékenységből eredő CO2 növekmény mellett a természetes folyamatok tovább erősíthetik az üvegházhatást, és ezen keresztül súlyosbíthatják a klímaváltozás mértékét.

A szárazföldek és óceánok becsült szén-dioxid mérlege az IPCC Harmadik Helyzetértékelő Jelentéséhez felhasznált modellek alapján.

10.4. ábra. A szárazföldek és óceánok becsült szén-dioxid mérlege az IPCC Harmadik Helyzetértékelő Jelentéséhez felhasznált modellek alapján. Az a) és c) grafikonok esetén a modelleket növekvő légköri CO2 koncentráció mellett, állandó klímát feltételezve futtatták. A b) és d) grafikonokon a növekvő CO2 koncentráció mellett az általa gerjesztett klímaváltozás hatását is figyelembe vették (IS92a szcenárió). A szén-dioxid áramok szén (C) egyenértékben vannak megadva, PgC/év mértékegységben. A negatív előjel a CO2 megkötését jelenti a légkörből. (Forrás: IPCC, 2001; Friedlingstein és Prentice, 2010)

Az IPCC Negyedik Helyzetértékelő Jelentéséhez felhasznált modellek (Friedlingstein et al., 2006) eredményei tovább pontosították a visszacsatolás mechanizmusát, bár az ehhez kapcsolódó bizonytalanságot nem tudták érdemben csökkenteni (IPCC, 2007a). A modelleredmények megerősítették, hogy 2100-ig csökkenni fog a természetes úton megkötött légköri szén-dioxid mennyisége, mely a korábbi megállapításokkal összhangban pozitív visszacsatolást, vagyis erősödő felmelegedést jelez.

Az említett IPCC Jelentések óta tudásunk tovább bővült az üvegházhatású gázokkal kapcsolatos visszacsatolási mechanizmusokról, a kutatások eredményeiből a teljesség igénye nélkül bemutatunk néhányat.

A 2007-es IPCC jelentés beszámol arról, hogy a klímaváltozás hatására az állandóan fagyos területek jelentős része fog felengedni a jövőben. A felengedés hatására labilizálódni fog a permafroszt területek talajában található szerves anyag széntartalma, ily módon metán, illetve szén-dioxid formájában annak egy része a légkörbe juthat. A metánról tudjuk, hogy 100 éves távlatban 25-ször erősebb üvegházgáz, mint a szén-dioxid (IPCC, 2007a), ezért a permafroszt területek sérülékenységét érdemes alaposabban megvizsgálni. A probléma még akkor is fennáll, ha feltételezzük, hogy a felengedő talajon megtelepülő növényi kultúrák képesek lehetnek a légkörből szén-dioxidot megkötni fotoszintézis révén (Canadell et al., 2007). Jelenlegi tudásunk nem elégséges ahhoz, hogy pontosan előrejelezzük azt a – vélhetőleg pozitív – visszacsatolást, amit a permafroszt területekről a légkörbe jutó üvegházhatású gázok okoznak. Az azonban tény, hogy megbízható előrejelzéseket csak a sarkvidéki permafroszt területekben tárolt szén mennyiségének ismeretében lehet készíteni. Tarnocai et al. (2009) szerint ez a szénmennyiség jóval több, mint amit eddig feltételeztünk. Ha csak a talaj legfelső 1 m-es rétegét tekintjük, a tanulmány szerint a széntartalom az eddigi becslések duplája. Korábbi számítások alapján (Gruber et al., 2004), amennyiben a permafroszt területek 25%-a felolvad a század végére, úgy 100 Pg szén kerül a légkörbe. Tarnocai et al. (2009) becslései alapján ez a mennyiség akár 400 Pg is lehet, ami a Fiedlingstein et al. (2006) modellkísérletek közül a legpesszimistábbnak felel meg. A tanulmány egyértelműen jelzi, hogy az éghajlati visszacsatolások eddigi közelítései messze alulbecsülnek, vagyis felülvizsgálatra szorulnak a jövőben.

A szénciklus-klíma visszacsatolással foglalkozó korábbi tanulmányok nem foglalkoztak a növényi tápanyagmennyiség változásával, ami pedig számos területen a növények fejlődésének komoly korlátja (gondoljunk például a mezőgazdasági műtrágyahasználatra, ami ezt a korlátozást próbálja csökkenteni). Friedlingstein et al. (2006) figyelembe veszi az ún. szén-dioxid trágyázás hatását, amit a megnövekedett légköri szén-dioxid mennyiség okoz. Nem foglalkozik azonban például a növények számára hozzáférhető nitrogén mennyiségével, amiről közismert, hogy számos ökológiai rendszerben csak korlátozott mennyiségben van jelen (Friedlingstein és Prentice, 2010). Ennek oka, hogy a növények nem képesek a légköri nitrogén közvetlen hasznosítására, viszont a légkörből kimosódó, illetve kiülepedő reaktív nitrogénvegyületeket képesek felhasználni. Churkina et al. (2009) egy olyan csatolt légkör-óceán-biogeokémiai modellt vizsgált, amelyben a légköri nitrogénülepedés és ezzel összefüggésben a növényi nitrogénciklus, valamint annak a növekedésre gyakorolt hatása is leírható. A szárazföldi ökológiai rendszerek biogeokémiai ciklusainak leírására a tanulmány az ún. BIOME-BGC modellt használja (Running és Hunt, 1993; Barcza et al., 2010). Az eredmények alapján 2030-ra a növekvő nitrogénülepedés a CO2-trágyázással együttesen némiképp mérsékelheti a globális melegedést a légköri CO2 mennyiség csökkentése révén. A cikk felhívja a figyelmet arra, hogy a nitrogénülepedés térbeli heterogenitása miatt érdemes az erdőtelepítéseket az ipari régiók közelében végezni, hiszen ott érvényesülhet elsősorban a növekvő nitrogénülepedés növekedésre gyakorolt hatása. A tanulmány egyik legfontosabb üzenete, hogy a megbízható előrejelzések készítéséhez szükség van a biogeokémiai folyamatok minél pontosabb és átfogóbb vizsgálatára.

Hasonló tanulsága van Sitch et al. (2007) vizsgálatainak is, amelyben a troposzférikus ózon növényzetet károsító hatását számszerűsítik az ún. MOSES-TRIFFID modell módosításával. A klímaváltozással egyidejűleg növekvő troposzférikus ózonkoncentráció csökkentheti a növények szénfelvételét, ami pozitív visszacsatolásként jelentkezhet. A modell alapján az ózon káros hatása miatt a csökkenő szénmegkötés erősíti a sugárzási kényszert, mely nagyobb a megnövekvő troposzférikus ózon által generált sugárzási kényszernél.

A fent bemutatott kutatások a szén szén-dioxid formájában történő körforgásával foglalkoznak. Fontos összetevője a szénciklusnak a szén metán formájában történő körforgása is. A permafroszt területek felengedése kapcsán már említettük, hogy a talajban tárolt szén metán formájában is távozhat, ha anaerob módon bomlik el. Kevéssé ismert tény, hogy az állandóan fagyos területeken, a kontinentális talapzaton jelentős mennyiségű metánhidrát található a tengerfenéken, ami az ott uralkodó hőmérsékleti és nyomásviszonyok között sok évszázadon át stabil állapotban volt. Ahogy azt az IPCC-jelentés (2007a) is jelzi, a sarki területek az átlagosnál gyorsabban melegszenek. E melegedés hatására a metánhidrát destabilizálódhat, ami metán felszabadulásával járhat együtt, s ez pozitív visszacsatolást jelenthet (figyelembe véve, hogy a metán erős üvegházhatású gáz). A legújabb kutatási eredmények szerint ez a destabilizáció már elkezdődött. Például Shakhova et al. (2010) mérésekkel igazolták, hogy Kelet-Szibériában a kontinentális talapzat nagy területein metán távozik az óceánból a légkörbe. Ennek okozója a térség erőteljes melegedése, ami a klímamodellek szerint tovább fog fokozódni. A melegedés miatt a metánhidrát egy része destabilizálódik, és a felszínre buborékolva a légkörbe jut. A metán légkörbe kerülését helikopteres mérésekkel is megerősítették. Westbrook et al. (2009) nagyszámú, metánbuborékokból álló csóváról számol be a Nyugat-Spitzbergák régiójában. E cikk szerint a metán eredete a destabilizálódó metánhidrát, melynek hátterében az uralkodó tengeri áramlás víztömegeinek az elmúlt 30 év során jelentkező 1 °C-os melegedése áll. Jelenleg még viszonylag kevés buborékcsóva éri el a felszínt, de nem zárható ki, hogy a légkörbe is kerül metán. A felbuborékolás során a metán nagy része átalakulhat (oxidálódhat), ily módon csökken a légkörbe kerülő metán mennyisége, viszont ez a savasodást okozó folyamat károsíthatja a tengeri élővilágot. Amennyiben a metán felszabadulása folytatódik a kontinentális talapzat nagy régióiban, hatalmas mennyiségű metán kerülhet az óceánba, illetve a légkörbe, ami váratlan meglepetéseket okozhat a klímaváltozás kapcsán.

A fenti példák jól mutatják, hogy a klímaváltozáshoz köthető visszacsatolási mechanizmusok nem ismertek elegendő mértékben. Az elkövetkező évek egyik nagy kihívása, hogy közvetlen mérések és több tudományterületet átölelő modellkísérletek segítségével csökkentsük az eredmények bizonytalanságát és pontosítsuk a jövőre vonatkozó becsléseinket.