Röviden

Mi, és az állatvilágban szinte minden rokonunk, aerob élőlények vagyunk. Ez azt jelenti, hogy mindannyian ettől az egyszerűsített egyenlettől függünk:

glükóz + oxigén → szén-dioxid + víz + energia

Oxigént lélegzünk be, amely sejtjeinkben oxidálja a szénhidrátokat. Ez a kémiai reakció adja meg az energiát mindenféle tevékenységünkhöz, a pislogástól kezdve a maratonfutásig. A folyamat melléktermékei a szén-dioxid és a víz. Míg a belélegzett levegő valamivel kevesebb mint 420 ppm CO₂-t tartalmaz, a kilélegzett levegőben már 40 000–50 000 ppm CO₂ található – vagyis százszoros mennyiség, az iménti egyenlet miatt.

Mivel folyamatosan lélegzünk, ez a gyors gázcsere a környezetünkkel állandó, és amíg élünk, megszakítatlan. Részei vagyunk a gyors szénciklusnak, amely a szén áramlását jelenti az élővilágon belül. Az élővilág természetesen magában foglalja a növényeket is. A növények szén-dioxidot vesznek fel, hogy a sejtjeikben lévő vízzel, a napfény jelenlétében, reakcióba lépve energiát nyerjenek. Ez dióhéjban a fotoszintézis, az a folyamat, amely felelős az általunk elfogyasztott növényi eredetű szénhidrátokért.

A növényvilág szénbiomasszában óriási fölényben van velünk szemben. A Földön található közel 500 milliárd tonna biomassza-szén mindössze 0,4%-át teszik ki az állatok, míg a növények 90%-át. Nem csoda, hogy a mért CO₂-szintek grafikonjain éves ingadozás látható, szimmetrikus hullámzással. Ez a hullámzás az északi félteke évszakait tükrözi, mivel ott található a legtöbb szárazföld. A növekedési időszakban, amikor a növények aktívan fotoszintetizálnak, a CO₂ szintje csökken, majd a nyugalmi időszakban újra emelkedik. Ez az éves hullámzás olyan, mint a bolygó szívverése – szabályos ritmus, amely ráül a felfelé ívelő görbére, ami a fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó kibocsátásunkat mutatja.

Képzeljünk el egy világot, ahol nincsen fosszilis tüzelőanyag-égetés. A növények szezonális növekedése és nyugalmi állapota miatt keletkező éves hullám akkor is jelen lenne, de egy közel sík vonalra rakódna rá, amely emberi léptékben alig változó CO₂-szintet jelentene. Csak ritka események – több tízezer, vagy akár sok millió év alatt – zavarnák meg ezt a szinte egyenes vonalat. Ez azért van, mert létezik egy második, lassú szénciklus is, amely geológiai időskálákon működik. A földtörténet során a CO₂-szintek hirtelen változásai elsősorban a vulkanizmushoz kötődtek, olyan mértékben, amilyet ember – élő vagy holt – soha nem tapasztalt. A fosszilis leletek pedig egyértelműen azt mutatják: a következmények sohasem voltak kedvezőek.

A fosszilis tüzelőanyagok a lassú szénciklus részét képezik. Ezek a szénnek egy olyan hosszú távú geológiai raktárát jelentik, ahol az hosszú időre elzárva marad. Mivel azonban mi kibányásszuk vagy kiszivattyúzzuk a fosszilis tüzelőanyagokat a földből, majd elégetjük őket, mi magunk avatkozunk be a lassú szénciklusba. Egyetlen más faj sem avatkozott bele szándékosan a lassú szénciklusba: ez az első alkalom a 4,5 milliárd éves Föld történetében. A fenti mítoszban idézett személy geológus. Jobban kellene tudnia.

Részletesebb magyarázat

Valószínűleg az iskolában hallottál először a szén-dioxidról, ahol azt tanították, hogy oxigént lélegzünk be, és szén-dioxidot lélegzünk ki. Ezt a folyamatot aerob légzésnek nevezik, és az állatok túlnyomó többsége így működik. Sejtjeinkben a következő, enzimek által irányított reakció zajlik:

C₆H₁₂O₆+6O₂ → 6CO₂+6H₂O

Ez persze kicsit bonyolultabb, de az egyenlet jól mutatja a lényeget. A szénhidrát oxidálódik szén-dioxiddá és vízzé. A reakció exergonikus, vagyis energiát szabadít fel – körülbelül 3000 kilojoule-t glükózmólonként. És bár a belélegzett levegő közel 420 ppm CO₂-t tartalmaz (2023-as adat), nem meglepő, hogy a kilélegzett levegő 40 000–50 000 ppm (4–5%) CO₂-t tartalmaz, tehát százszoros mennyiséget. Ez az aerob légzés eredménye.

Amikor a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó kibocsátás csökkentésének kihívásával szembesülünk, egyesek dühösen kijelentik: „Miért törődjünk ezzel? Még a kilégzés is szén-dioxid-kibocsátást jelent!”

Aki ilyet mond, két lényeges dolgot nem vesz észre. Először is, a légzésünk a nagy egészben elhanyagolható. A szénbiomassza tekintetében össze sem hasonlítható a növényvilággal: az állatok a Föld közel 500 milliárd tonna biomassza-szénjének mindössze 0,4%-át képviselik. A növények ezzel szemben 90%-ot.

A fotoszintézis során a növények szén-dioxidot vesznek fel és oxigént bocsátanak ki – ez a kémiai reakció lényegében az ellenkezője az aerob légzésnek. Igaz, hogy a növények is végeznek légzést, hiszen nekik is szükségük van anyagcserére, de ezt messze ellensúlyozza a fotoszintézis. A levegőből felvett szén-dioxidból – fotoszintézis révén – szénhidrátok képződnek, amelyekből a növények szövetei épülnek fel: gyökerek, szárak, levelek, termések stb. Ezeket a szöveteket aztán különféle állatok fogyasztják, amelyeket további állatok esznek meg. Mi, emberek is ennek a táplálékláncnak a részei vagyunk. A testünkben található összes szén közvetlenül vagy közvetve a növényekből származik, amelyek nemrég vonták ki azt a levegőből. Amikor kilélegzünk, a szén-dioxid, amit kibocsátunk, egyszerűen visszakerül ugyanoda, ahonnan jött. Csak visszaadjuk azt a szenet, amely már eleve ott volt. Ezzel aktívan részt veszünk a gyors szénciklusban – de a hozzájárulásunk a növényekéhez képest elenyésző.

A Keeling-görbe (1. ábra) a Mauna Loa-n és más obszervatóriumokban mért emelkedő CO₂-szinteket mutató grafikon. Ezen jól látható a növényvilág részvétele a gyors szénciklusban. A fotoszintézis miatt a CO₂-szint éves ingadozást mutat, ami egy szabályos „kilengést” eredményez. A lefelé irányuló szakasz az északi félteke növekedési időszakát tükrözi. Mivel a Föld szárazföldjeinek többsége itt található, a CO₂-csökkenés is nagyrészt itt megy végbe. Az északi félteke telén, amikor a legtöbb növény nyugalmi állapotban van, következik a felfelé irányuló szakasz. Ez a kilengés olyan, mint a bolygó szívverése: egy szabályos ritmus, amely rátevődik a folyamatosan emelkedő trendre – ez pedig az általunk elégetett fosszilis tüzelőanyagokból származó kibocsátásokat tükrözi.

1. ábra: A Keeling-görbe – havi átlagos CO₂-koncentráció adatok (az időnkénti vulkáni anomáliák kiszűrésével), Mauna Loa Obszervatórium, 1958–2022. A kis ábra az éves „kilengést” mutatja, amelyet az északi félteke növényzetének szezonális növekedése és pusztulása okoz. A kép a Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International licenc alatt érhető el.

Másodszor, a fosszilis tüzelőanyagok a gyors szénciklus maradványai, amelyeket a geológiai időskálán szerencsés módon különböző időpontokban temetett és konzervált el a természet. Ez a betemetődés és konzerválódás kizárta őket a gyors szénciklusból, és a lassú szénciklus hosszú távú raktározási részébe helyezte. Normál esetben a lassú szénciklus geológiai időléptékeken működik. Így például az általunk kibányászott szén egy része több mint 300 millió éve – a Karbon időszakban – lett eltárolva.

Felejtsd el a légzést. A lassú szénciklusból származó szén-dioxid-kibocsátásunk a) óriási és b) geológiailag egyedülálló. A Föld történetében egyetlen más faj sem zavarta meg szándékosan a lassú szénciklust. De geológiai folyamatok olykor igen. Előfordult például, hogy magma „sütötte meg” a széntelepeket, ahogy azt Szibériában is megfigyelték (2. ábra). Ez a gyors felszabadulási epizód, a perm időszak végén, 250 millió évvel ezelőtt, katasztrofális következményekkel járt. A biodiverzitás hatalmas csapást szenvedett el. Végül helyreállt – de a felépülés körülbelül tízmillió évig tartott.

2. ábra: Széntelepek bazaltba ágyazódva a Szibériai Trap nagy magmás tartományában, Elkins-Tanton et al., 2020. A felszínre törő magma reakcióba lépett egy hatalmas szénmedencével, és teljesen kiégette azt, néhány ezer év alatt óriási mennyiségű fosszilis szenet szabadítva fel. Az eredmény katasztrofális volt: a teljes fosszilis rekord legnagyobb tömeges kihalása. Fotó: Scott Simper, Lindy Elkins-Tanton jóvoltából.

A mállás, a lemeztektonika, a kőzetek deformációja és metamorfózisa mind hatással volt a CO₂-szintekre – de millió évek alatt. És éppen ez a lényeg. Mi most néhány évszázad alatt azt tesszük a légkörünkkel, amit a legtöbb geológiai folyamat csak évmilliók alatt tudott volna véghezvinni. A fosszilis tüzelőanyagok elégetésével egy példátlan, hatalmas és ellenőrizetlen kísérletet hajtunk végre a bolygónkkal – az egyetlen otthonnal, amink van.

Az alábbi animációt Dr. Patrick T. Brown (Carnegie Institution for Science, Stanford University) tette közzé 2018 szeptemberében, hogy bemutassa, hogyan illeszkedik az emberi légzés az egész folyamatba.