Klimato kaitą ir konkreiai globalinį atšilimą, lemia šiltnamio efektą sukeliančios dujos, daugiausiai CO₂. O kaip galime būti tikri, kad jo gausėjimas nėra natūralus procesas? Šis klausimas atsakomas Kolumbijos universiteto profesorius ir astronomijos katedros vedėjas Davidas J. Helfandas savo knygos skyriuje.

Bet pirmiau atsakysime į štai kokį klausimą: iš kur gi randasi visas papildomas CO₂

O naujasis CO₂ iš kur?

Tiesioginiai CO₂ dalies atmosferos sudėtyje matavimai prasidėjo 1958 metais. Per praėjusius šešiasdešimt penkerius metus CO₂ molekulių dalis padidėjo nuo 315 dalelių milijone oro molekulių (ppm) iki 420, tai yra, 33％ daugiau. Iš kai kurių rašytinių liudijimų žinome, kad tokie pokyčiai vyko tolimoje praeityje, gerokai prieš pasirodant žmonėms: CO₂ lygis buvo ir daug aukštesnis už dabartinį, ir gerokai žemesnis. O iš kur gi taip užtikrintai žinome, kad būtent žmogaus veikla, konkrečiau, iškastinio kuro deginimas (ir tropinių miškų kirtimas), tapo šio neseno pakilimo priežastimi? Gal šiuos svyravimus sukėlė tie patys natūralūs mechanizmai, kurie lėmė ir ankstesnius žymius pokyčius? Kaip jau tapo įprasta mūsų istoriniuose ekskursuose, įtikimus įrodymus mums pateiks anglies izotopai.

Jau žinome, kad augalams — tai jų maistas, ir didžioji dalis to, ką jie valgo — CO₂. Tačiau nuodugnus pasakojimas apie fotosintezę parodė, kad jie toli gražu nėra tokie jau neišrankūs, — siurbdami CO₂ molekules iš oro ir įtaisydami į savo molekules, jie nenoriai įsisavina lėtus ir sunkiu ¹³C ir ¹⁴C. Taip pat matėme, kaip medžiai (daugiausiai C3 augalai) tampa idealiu praeities kalendoriumi: kiekviena metų rievė atitinka konkrečius metus, o mūsų bendras metraštis siekia beveik 14 000 metų istoriją. Iš anglies izotopų ¹⁴C/¹²C santykio atskirose metų rievėse galima tiksliai išmatuoti radioaktyvaus anglies izotopo susidarymo greitį ir padidinti radiokarboninio datavimo tikslumą. O dabar atėjo laikas atkreipti dėmesį į stabilių izotopų ¹³C/¹²C santykį ir ¹⁴C/¹²C santykį, kad galėtume vienareikšmiškai nustatyti augančios CO₂ koncentracijos atmosferoje šaltinį.

Kadangi ¹³C ir ¹²C — stabilūs izotopai ir bendras kiekvieno jų kiekis aplinkoje pastovus, tad, galima tikėtis, kad ¹³C/¹²C santykis senos medienos gabale bus toks pats, kaip ir dabar gyvenančiame gyvame medyje. Ir iš tiesų, ištyrus medžių rieves ir analogiškus tūkstančio metų ir senesnius koralų žiedus, matoma, kad ¹³C/¹²C santykis nepakito ir sudaro daugiau nei 1 dalį iš 10 000, — maždaug iki 1800 metų.

XVIII amžiaus pabaigos — XIX amžiaus pradžios Pramonės revoliucija žymi naujo stambaus CO₂ emisijos į atmosferą šaltinį — deginamą iškastinį kurą. Iš pradžių, paskutiniais XVIII amžiaus dešimtmečiais, buvo deginama anglis, vėliau, 1820-aisiais, — gamtinės dujos, o vėliau, 1860-aisiais, — nafta, dėl ko įvyko sprogstamas apdirbamosios pramonės ir plieno gamybos augimas, sukūręs šiuolaikinį pasaulį. Visos šios trys kuro rūšys radosi iš augalų (o taip pat nedidelės dalies jūros dumblių ir planktono), gyvenusių periodu prieš 360 – 66 milijonų metų. Kaip ir dabartiniai jų giminaičiai, tankiais miškais augę senoviniai С3 augalai į ¹³CO₂ sugėrimą žiūri išrankiai, dėl to iškasamose jų liekanose ¹³C/¹²C santykis žemas. Dabar mes kasmet sudeginame apie 40 milijardų tonų šių senovinių augalų, kuriuose ¹³C trūksta, o dėl to, bendras ¹³C/¹²C santykis atmosferoje privalo mažėti.

Ir būtent tai fiksuojama, analizuojant izotopų santykį senoje medienoje. Nuo maždaug 1800 m. ¹³C kiekis atmosferoje nenutrūkstamai mažėja, ir šio mažėjimo tempai auga, mums naudojant vis daugiau iškastinio kuro. Priešindustrinis CO₂ lygis atmosferoje buvo 280 dalių milijone, tuo tarpu dabartinis yra 420 ppm — kitaip tariant, padidėjo 50％. Tuo tarpu ¹³C/¹²C santykis nuo 1750 m. iki dabar dėl mažiau ¹³C turinčio kuro molekulių sumažėjo 0,22％.

Iš kur žinome, kad čia kaltas iškastinis kuras, o ne šiuolaikiniai augalai? Jie irgi ¹³C sugeria išrankiai, todėl, kai žūva ir/arba sudega, irgi taip pat į atmosferą išskiria CO₂, kuriame ¹³C izotopo mažiau. Atsakymą į šį klausimą pateikia dar sunkesnis ¹⁴C izotopas. Kadangi ¹⁴CO₂ dar nejudresnis, nei ¹³CO₂, tikimybė patekti į augalų molekules dar mažesnė. Tačiau juose radioaktyvaus izotopo pakanka, kad galėtume nustatyti jo susidarymo greičio svyravimo ribas ir nustatyti ¹⁴C amžių. Tačiau jauniausių iškastino kuro rūšių amžius yra 66 mln. metai. Tai reiškia, kad praėjo 66 000 000／5 731＝11 518 pusinio skilimo periodų: taip iškastiniame kure neliko jokių ¹⁴C atomų. Kadangi fiksuojamas staigus ¹⁴CO₂ lygio mažėjimas 4％ per dešimtmetį, akivaizdu, kad naujas CO₂ į atmosferą patenka iš šaltinio, kuriame ¹⁴CO₂ gerokai mažiau, nei yra dabartiniuose augaluose.

Deja, dėl nedidelės problemos negalime šios tokios išvados daryti, remdamiesi tiesioginiais stebėjimo, dėl ko ir tenka kreiptis į modelius. Jau kalbėjome apie tai, kad nuo 1950 m. iki 1963 m. vykdyti branduolinio ginklo bandymai išmetė didžiulį kiekį ¹⁴C visoje planetoje, ir iš pradžių visas jis buvo atmosferoje. Šį dirbtinį perteklių pastaruosius šešiasdešimt metų asimiliavo augalai, dirva ir vandenynai, todėl ¹⁴С nenumaldomai žemėja iki foninio lygio. Kai ši knyga bus išspausdinta, mes kaip tik kirsime 1950 metais stebėtą ribą. Vėliau lygis jau bus žemesnis, nei iki Pramonės revoliucijos pradžios — dėl to, kiek daug iškastino kuro sunaudojome iki tos datos, — ir skaičiavimai rodo, kad branduolinių bandymų sukeltas staigus ¹⁴C didėjimas (bombinis efektas), susitraukė iki kelių procentinių punktų nuo pradinės reikšmės, o iki 2030 metų jis visiškai išnyks, o vėliau jo žemėjimas, susijęs su iškastinio kuro deginimu, tęsis maždaug 3,5％ per dešimtmetį sparta.

Tokių aukštų tempų neįmanoma paaiškinti vidutiniu šiuolaikinių augalų ¹⁴С sugėrimo išrankumu. Priežastimi gali būti tik tai, kad atmosfera pasipildo CO₂, visiškai neturinčio šio radioaktyvaus izotopo, — kitaip tariant, jo šaltinis yra seniai mirę augalai iškastiniame kure, ir žmogaus veikla neabejotinai keičia Žemės atmosferos cheminę sudėtį.

republic.ru

David J. Helfand, The Universal Timekeepers: Reconstructing History Atom by Atom