A szén-dioxid tartózkodási ideje

A szén-dioxid tartózkodási ideje a légkörben

Három fontos következtetésre jutunk:

(1) Az alkalmazkodási idő soha nem nagyobb, mint a tartózkodási idő, és így nem lehet hosszabb, mint körülbelül 5 év.
(2) Tarthatatlan az az elképzelés, hogy a légkör az iparosodás előtti időkben stabilan 280 ppm-en állt volna.
(3) Az összes antropogén eredetű szén-dioxid közel 90%-át már eltávolították a légkörből.

Az antropogén globális felmelegedés (AGW) forgatókönyvének egyik fő vitapontja az, hogy a hozzáadott szén-dioxid (CO2) mennyi ideig marad a légkörben. Solomon egy átfogó tanulmányában arra a következtetésre jutott, hogy a szénatomok tartózkodási ideje a légkörben 10 éves nagyságrendű. Egy ilyen rövid idő aláásná az AGW fő tantételét, mivel egy CO2-molekulának nem lesz ideje hozzájárulni az üvegházhatáshoz, mielőtt eltűnik a nyelőkben. Ahogyan a víz, egy nagyságrendekkel nagyobb üvegházhatást okozó molekula is irreleváns az AGW-vitában, mivel a (nem csak szénből álló) fosszilis tüzelőanyagok által termelt víz gyorsan kiegyenlítődik, és a hatása nulla. Legfeljebb néhány mikrométerrel megemeli az óceánok szintjét.

Ha a tartózkodási idő 30 év alatt van (az éghajlati ablak), akkor a légkörbe juttatott CO2 - a vízhez hasonlóan - nem befolyásolja az éghajlatot. Vagy ahogy az IPCC írja a készülő jelentésében egy másik légköri alkotóelemről: "[A víz], mivel tartózkodási ideje a légkörben átlagosan csak 8-10 nap, légköri koncentrációját nagyrészt a hőmérséklet határozza meg".

1 ppm [CO2] = 8.1 Gt

CO2 mass in atm. = 3403 Gt (at 420 ppm)

Az iparosodás előtti "egyensúly" (axiomatikusan feltételezve, hogy valóban egyensúlyban volt, mielőtt elkezdtük az iparunkat) 280 ppm volt. Ebben a pillanatban minden évben 38 Gt/a-t juttatunk a légkörbe (lásd a 3a. ábrát). Az A éves növekedése azonban csak kb. 20 Gt/a. Úgy tűnik, hogy ennek körülbelül a fele (47%) azonnal eltűnik, így a nettó természetes fluxusegyenleg -18 Gt/a.

3. ábra: a) A fosszilis tüzelőanyagokból származó éves globális CO2-kibocsátás. (b) Kumulatív kibocsátás (a bal oldali ábra integrálja). A sárga görbe az antropogén eredetű CO2 légkörben maradó része, ha a légkörben való 5 éves tartózkodási időnél jóval hosszabb tartózkodási időt feltételezünk a nyelőben.

A légkörben való tartózkodási időt elég jól meg lehet becsülni a föld feletti atombombakísérletekből. A legjobb becslés körülbelül 5 év. Más hivatkozások különböző időket említenek, az IPCC a legrövidebbet (4 év) az 5. értékelő jelentésében említi (Ref. [4] 1457. o.), ami azt mutatja, hogy ez az érték még nem eldöntött; mi ebben a munkában 5 évet fogunk használni.

A légkörben lévő szén-dioxid egyensúlyi mennyisége vita tárgyát képezi, de e célból a 280 ppm konszenzusos értéket használhatjuk (2250 Gt). A szén-dioxid mennyiségének becslése a nyelőben nagyon nehéz. Úgy tűnik azonban, hogy az általános vélemény szerint ez ötvenszer több, mint a légkörben, 113,400 Gt (viszonylag változatlan az iparosodás előtti idők óta).

A következőkben kipróbálunk néhány forgatókönyvet, amelyek bizonyos feltételezéseken alapulnak.

3.1. Forgatókönyv: Az iparosodás előtti légkör egyensúlyban volt.

Először is feltételezzük, hogy az iparosodás előtti 280 ppm-es szint valóban egyensúlyi érték volt, ahol a beáramlás egyenlő a kiáramlással az emberi fluxus hiányában, ahogyan azt hinni szoktuk, de a nyelőben lévő S tömeg és a tartózkodási idő a nyelőben ismeretlenek. A légköri szén-dioxid mennyisége 50%-kal nőtt az iparosodás előtti idők óta (280 ppm-ről 420 ppm-re). Mivel elsőrendű kinetikával van dolgunk, a természetes kiáramlás az iparosodás előtti időkhöz képest szintén 50%-kal nőtt. A jelenlegi természetes kiáramlás nagyon jól meghatározható 681 Gt/a (mindkét paraméter jól ismert); az iparosodás előtti időkben tehát 33%-kal kevesebbnek kellett lennie, 454 Gt/a. Ha fenntartjuk azt az elképzelést, hogy az iparosodás előtti időkben a rendszer egyensúlyban volt, akkor a természetes beáramlás meg kellett, hogy egyezzen ezzel a kiáramlással 454 Gt/a értékkel az iparosodás előtti időkben, és most a fluxusmérleg alapján 681 Gt/a - 18 Gt/a = 663 Gt/a (46%-os növekedés).

A szén tartózkodási ideje a nyelőben nem változhatott, így magának a nyelőnek 46%-kal kellett tömegnövekednie - ez a következtetés nagyon valószínűtlen, mivel ez azt jelentené, hogy a szén-dioxid-puffer a nyelőben meglehetősen kicsi, ha ilyen apró fluxusegyenlőtlenségek ilyen nagymértékben megzavarhatják a puffert. Ebben a forgatókönyvben a nyelőben lévő szénmennyiségnek körülbelül ugyanannyi kell lennie, mint a légkörben.

Mégis, mint már említettük, a tranziensekből jó becslést kaphatunk az egyensúlyi állapotban lévő nyelő tömegéből. Különösen jó eszköz az atombombakísérletek során a légkörbe kerülő C14, mivel a szén ezen izotópjának nagyon alacsony a természetes gyakorisága.
... az összes szén-14 eltűnt a légkörből a nyelőbe való átjutással.

A 4. ábra egy példát mutat Enting és Nydal vizsgálataiból ... és így megcáfolja azt az elképzelést, hogy a légkör stabil volt az iparosodás előtti időkben (ebben a modellben).

Úgy tűnik, hogy az az elképzelés, miszerint az iparosodás előtti szint 280 ppm-en stabil, tarthatatlan. Nagyon valószínűnek tűnik, hogy a nyelő már az ipari korszak kezdetén kibillent az egyensúlyából, és szén-dioxidot bocsátott ki, és a légköri CO2 növekedése az emberi történelem bármelyik időpontjában nem kizárólag az emberi tevékenységnek köszönhető.

Ez megmagyarázná a Beck és Slocum által összefoglalt, a Mauna-Loa előtti, kémiai módszerekkel megállapított nagy értékeket is. Például 1940 körül 500 ppm-es értékeket figyeltek meg. Ezeknek a tényeknek a figyelmen kívül hagyása viszont azzal lenne egyenértékű, hogy tudósok egész generációit dobnánk a busz alá.

4. ábra. A föld feletti atombomba-robbantások sok C14-et termeltek, ami az 1960-as években megszűnt. Ez lehetővé teszi annak megállapítását, hogy a nyelőnek legalább 24-szer nagyobbnak kell lennie, mint a légkörnek.

3.2. Forgatókönyv: Ezután elfogadjuk azt a feltételezést, hogy a nyelő jelenleg valóban 50-szer több szenet tartalmaz, mint a légkör, más szóval 170 000 Gt, és feloldjuk azt a korlátozást, hogy a légkör stabilan 280 ppm-en állt; az iparosodás előtti időkben a fluxus egyensúlya nem lehetett kiegyensúlyozott. ... A fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó 1696,5 Gt (3. ábra) nagy része eltűnhetett a nyelőben. Ez azonban nem okozott nagy csorbát. Az iparosodás előtti időkben a nyelő tömege csak 168 000 Gt lehetett.

Valóban óriási kiáramlást látunk a nyelőből az iparosodás előtti időkben. A rendszer messze volt az egyensúlytól, az egyensúlyhiány a 207 Gt/a nettó beáramlást jelentette. Míg jelenleg 18 Gt/a nettó természetes beáramlás van a légkörből, az iparosodás előtti időkben, ebben a kétdobozos elsőrendű modellben, ahol a légkörnél 50-szer nagyobb a nyelő, 207 Gt/a nettó természetes beáramlás volt. Valahol el kellett lépnünk az egyensúlyi értéket, és a fenti számokat figyelembe véve ez az érték meglehetősen közel lehet a mai 420 ppm-es koncentrációhoz.

3.3. Forgatókönyv: Ha csak feltételezzük, hogy a nyelőben a tartózkodási idő sokkal nagyobb, mint a légkörben, akkor a kétdobozos modell alapján jó képet kaphatunk arról, hogy mi történt a légkörben lévő szénhez való antropogén hozzájárulásunkkal

Például, ha a piros golyók (természetes CO2) a sárga golyók hozzáadása előtt egyensúlyban voltak, akkor a piros golyók hozzáadása után nem lesz nettó áramlás a piros golyókból. Más szóval, az antropogén és a természetes CO2-t teljesen külön-külön elemezhetjük, és a végén egyszerűen összeadhatjuk őket. Az antropogén CO2 mennyisége a légkörben nem befolyásolja a természetes CO2 mennyiségét a légkörben és fordítva. 

A 3. ábra a légkörbe kibocsátott éves szén-dioxid-kibocsátást mutatja (bal oldali panel). Az eddig kibocsátott teljes mennyiség 1696,5 Gt. A jobb oldali panel a kumulatív kibocsátást mutatja. Láthatjuk, hogy az összesen bejuttatott 1696,5 Gt-ból mindössze 202,3 Gt van még a légkörben. Ezekben az években a légkörben lévő CO2 mennyisége 280 ppm-ről (2268 Gt) 420 ppm-re (3403 Gt) emelkedett, ami 1135 Gt növekedést jelent. Ebből 202,3 Gt (17,8%) az embernek tulajdonítható, a többi, 932,7 Gt (82,2%) pedig természetes forrásokból származik.

Ennek fényében a szén-dioxid-kibocsátás visszafogása meglehetősen eredménytelennek tűnik; még ha el is pusztítanánk a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló gazdaságot (és vele együtt az emberi jólétet), csak néhány évvel késleltetnénk az elkerülhetetlen természeti forgatókönyvet.

3.4. Forgatókönyv: ... Hogyan fordulhattak elő a közelmúltban nagyon nagy koncentrációk?
Elhagyjuk azt az elképzelést, hogy a tartózkodási idők állandóak. Ezek valójában nagymértékben függnek a hőmérséklettől. Példának okáért a kettő közötti arányt, amely megmondja a légkörben és a nyelőben lévő szén-dioxid koncentrációit (és így a tömegeket), ha feltételezzük, hogy ez a nyelő az óceánok, a Henry-törvény szabályozza, és ez a koncentrációs arány azután a hőmérséklettől függ.

Ha ezeket a hatásokat is figyelembe vesszük, akár arra is következtethetünk, hogy a szén-dioxid teljes légköri koncentrációját teljes mértékben az ilyen környezeti paraméterek szabályozzák, és teljesen független az ember által a rendszerbe juttatott anyagoktól. Mintha a relaxációs idő rendkívül rövid lenne, és az ember által vagy más módon bevezetett zavarok gyorsan eltűnnének, gyorsan elérve a természet által meghatározott egyensúlyt.

Ez nagyon jól illeszkedik ahhoz a közelmúltban tett megállapításhoz, hogy a gazdaság leállása és az ezzel járó szén-dioxid-kibocsátás erőteljes csökkenése a Covid-járvány idején egyáltalán nem volt látható hatással a légkör dinamikájára. Az említett kutatás eredménye, vagyis az a hipotézis, hogy a légkör szén-dioxid-emelkedése teljes mértékben természetes okokra és nem az emberre vezethető vissza, nagyon jól illeszkedik a kísérleti adatokhoz, és az a hipotézis, hogy az ember teljes mértékben felelős a növekedésért, tudományosan ugyanúgy elvethető.

Ez azután megegyezik Segalstad következtetéseivel is, miszerint "A légköri CO2 emelkedése a hőmérséklet emelkedésének eredménye, nem pedig fordítva". Az iparosodás előtti légkör valóban egyensúlyban lehetett, és jelenleg is egyensúlyban vagy annak közelében vagyunk. Számunkra ez tűnik a legvalószínűbb forgatókönyvnek. Amint elismerjük a szén-dioxid nem antropogén eredetű forrásainak lehetőségét, elkezdhetjük kideríteni, hogy mik lehetnek ezek. Olyan példák jutnak eszünkbe, mint a vulkanikus források, a bolygó- és napciklusok. Könnyen lehet, hogy az éghajlati rejtélyt olyan területeken oldják meg, mint a naptevékenység, a szeizmikus aktivitás és az éghajlat közötti kapcsolat.

Összefoglaljuk az elsőrendű kinetikus kétdobozos modellel végzett elemzés főbb megállapításait:

(1) Az alkalmazkodási idő soha nem nagyobb, mint a tartózkodási idő, és kevesebb, mint 5 év.
(2) Tarthatatlan az az elképzelés, hogy a légkör az iparosodás előtti időkben 280 ppm-en stabil volt.
(3) Az antropogén eredetű szén-dioxid közel 90%-át már eltávolították a légkörből.

https://www.mdpi.com/1099-4300/25/2/384

https://klimarealista.hu/karbonciklus-modellezes-a-termeszetes-es-antrop...