Röviden

Tudtad, hogy a 18. század végén a csillagászok az átlagos Föld–Nap távolságot a helyes, 149,6 millió kilométeres értékhez képest 3%-os pontossággal határozták meg? Ez hihetetlen teljesítmény volt akkoriban, fáradságos mérésekkel és komoly számításokkal, természetesen számítógépek nélkül.

Miért kerül ez itt szóba, kérdezheted. Azért, mert nem sokkal később, az 1820-as években Jean Joseph Baptiste Fourier francia fizikus egy másik, kulcsfontosságú számítást végzett el. Azt állapította meg, hogy ezen a távolságon a Naptól a Földnek valójában egy lakhatatlan jéglabdának kellene lennie.

Fourier azt vetette fel, hogy lennie kell valamilyen szigetelő „takarónak” a légkörben. Az évszázad végére Eunice Foote és John Tyndall kísérletekkel igazolták, hogy igaza volt, majd Svante Arrhenius 1896-ban számszerűsítette a hatást, és még a CO2-koncentráció megduplázásának következményeit is kiszámította. Lényegében már akkoriban is nagyrészt tisztában voltak vele.

Ha még mindig kételkedsz abban, hogy a Földön valóban létezik üvegházhatás, van egy egyszerű ellenőrzési lehetőséged: menj el a Holdra.

Nos, személyesen nem kell odautaznod – hála a távérzékelésnek és a Holdra szállásoknak, személyzettel ellátott és ember nélküli űrhajókkal egyaránt. Ezeknek a merész küldetéseknek köszönhetően rengeteg adatunk van a Hold tulajdonságairól. A Hold nagyjából ugyanannyira van a Naptól, mint a Föld, de a holdi légkör olyan vékony, mintha nem is létezne. Gyakorlatilag semmi sem akadályozza a hőáramlást, se befelé, se kifelé.

A Hold emellett a Földhöz képest lassan fordul el a tengelye körül. Míg itt egy átlagos nap 24 óráig tart, a Holdon ez majdnem egy hónapig. Így ott nagyjából két hétig tartó, megszakítás nélküli napsugárzás hevíti a felszínt, majd hasonló hosszúságú lehűlés következik a hosszú holdi éjszakában. Na de mennyi is a hőmérséklet?

A holdi egyenlítő közelében nappal a hőmérséklet végül eléri a forró 120 °C-ot. Az éjszaka során aztán ez leesik -130 °C-ra. Nincs légkör, tehát nincs üvegházhatás. Az egész hosszú holdi nappal során felhalmozódott hő egyszerűen visszasugárzódik az űrbe. A Földön ugyan rövidebbek az éjszakák, de üvegházhatás nélkül itt is brutálisak lennének.

Közeli szomszédunk, a Földdel nagyjából azonos méretű, de a Naphoz közelebb eső Vénusz egészen más. Sűrű, masszív légköre van, amelynek nagy része szén-dioxidból áll, némi kén-dioxid kíséretében. A felszíni légnyomás olyan nagy, hogy a Földön kb. egy kilométer mélységben, az óceánban találhatnánk hasonlót. A bolygó nagyon lassan forog a tengelye körül, így a nappalok és éjszakák még a holdiaknál is hosszabbak. A Vénusz azonban – a Holddal ellentétben – mindig forró: a felszíni hőmérséklet több mint 450 °C, nappal és éjszaka egyaránt. Ezt a szélsőséges üvegházhatás tartja fenn.

Emlékezz: légkör híján nincs üvegházhatás, így elképzelhetetlenül hidegek a holdi éjszakák. De a Vénusz példája megmutatja, hogy a jóból is lehet túl sok. A Föld igazából egy Aranyhajú-bolygó: éppen megfelelő [ez egy utalás az Aranyhajú és a három medve című mesére].

Részletesebb magyarázat

Egyes klímatagadók vitatják az „üvegházhatás” létezését. Itt az érvelésük a nevetségestől a teljesen abszurdig terjed. Az üvegházhatás a Föld felszíni hőmérsékletét kb. 33 °C-kal melegebben tartja, mintha nem lennének üvegházhatású gázok a légkörben. Más szóval: üvegházhatás nélkül a Föld gyakorlatilag lakhatatlan lenne.

1. ábra: Az üvegházhatás inkább analógia, nem tudományos modell; ezért a kritikusok a rossz modellt támadják. (forrás: jg)

Hogyan tudhatjuk biztosan, hogy ez a hatás valóban létezik? Az elvet az alapfizika is igazolja: egy csupasz kőzetbolygónak, amely a Nap–Föld átlagos távolságán (149,6 millió kilométer) kering, sokkal hidegebbnek kellene lennie, mint amilyen a Föld valójában. Ezt Jean Joseph Baptiste Fourier már az 1820-as években felismerte, de a magyarázat, hogy miért van így, csak évtizedekkel később született meg. Fourier szerint a légkör valamiképpen egyfajta szigetelő takaróként viselkedik.

Fourier feltételezett „takarójának” létezését kísérleti úton erősítették meg az 1850-es években, egymástól függetlenül, az Atlanti-óceán két oldalán dolgozó kutatók: Eunice Foote és John Tyndall. Foote eredményeit 1856-ban ismertették az American Association for the Advancement of Science ülésén, és még ugyanabban az évben publikálták az American Journal of Science and Arts folyóiratban. A tanulmány címe: ‘Circumstances Affecting the Heat of the Sun’s Rays’ („A Nap sugarainak hőhatását befolyásoló körülmények”), amelyről Ortiz és Jackson (2020) kiváló, friss áttekintést adott. Egy kulcsfontosságú részlet így hangzik:

„A nap sugarainak legnagyobb hatását a szénsavban [szén-dioxidban] találtam. Egy ilyen gázból álló légkör a Földnek magas hőmérsékletet adna; és ha – amint egyesek feltételezik – történetének valamely időszakában a levegő nagyobb arányban tartalmazta volna ezt a gázt, mint most, akkor szükségszerűen magasabb hőmérséklet következett volna be, mind a gáz saját hatásából, mind a megnövekedett tömegből fakadóan.”

Tyndall az 1861-ben megjelent tanulmányában (On the absorption and radiation of heat by gases and vapours, and on the physical connexion of radiation, absorption, and conduction – PDF formátumban itt) a következőt állította:

„Ha – amint a fenti kísérletek jelzik – a legfőbb hatást a vízgőz fejti ki, akkor e komponens minden változása éghajlati változásokat kell, hogy okozzon. Hasonló megjegyzések vonatkoznak a levegőben oldott szénsavra [szén-dioxidra]; míg bármely szénhidrogéngőz szinte észrevehetetlen mennyisége is jelentős hatást gyakorolna a földfelszín által kibocsátott sugárzásra, és ennek megfelelő éghajlati változásokat idézne elő.”

Tyndall tehát saját szavaival azonosította a metánt még a szén-dioxidnál is erősebb üvegházhatású gázként. Később a század végén a svéd tudós Svante Arrhenius számszerűsítette a kapcsolatot az üvegházhatású gázok koncentrációja és a felszíni hőmérséklet között. Ő már ki tudta számítani, hogy a légköri CO₂-koncentráció megduplázódása 5–6 °C globális átlagú melegedést eredményezne – ami meglehetősen közel áll a mai modern becslésekhez.

Empirikus bizonyítékok az üvegházhatásra

Elég a Holdra pillantanunk, hogy képet kapjunk arról, milyen lenne a Föld légkör és üvegházhatás nélkül. Na nem mintha hiányozna az adat a Holdról: a felszíne a hosszú holdi nappal idején az egyenlítőn 120 °C-ra hevül, míg éjszaka a hőmérséklet -130 °C-ra zuhan.

Mivel a Hold nagyjából ugyanakkora távolságra van a Naptól, mint a Föld, joggal tehetjük fel a kérdést: miért nem hűl le éjszaka a Föld is ugyanennyire? A válasz: a Földdel ellentétben a Holdnak nincs szigetelő takarója üvegházhatású gázokból, mert gyakorlatilag nincs is légköre. A mi védő légkörünk és üvegházhatásunk nélkül a Föld olyan sivár lenne, mint a Hold. A légkörben (illetve a talajban és az óceánokban) megtartott hő hiányában az éjszakák olyan dermesztően hidegek lennének, hogy alig élne túl növény vagy állat akár egyetlen éjszakát is.

Az üvegházhatás és a CO₂ szerepének végső bizonyítéka azonban a felszíni és műholdas mérésekben is látható. A Napból érkező hőt össze tudjuk hasonlítani a Földről távozó hővel – mindkettőt rendkívül pontosan mérjük. Az eredmény: kevesebb hosszúhullámú sugárzás (hő) távozik, mint amennyi beérkezik. Az 1970-es évektől kezdve egyre kevesebb sugárzás hagyja el a Földet, mivel a CO₂ és más üvegházhatású gázok koncentrációja folyamatosan nő. Mivel minden sugárzást a hullámhosszával lehet azonosítani, láthatjuk, hogy pontosan azokat a frekvenciákat nyeli el a légkör, amelyeket az üvegházhatású gázok elnyelnek.

Az üvegházhatás valóságát tagadni annyi, mint évszázadok tudományát, a fizika törvényeit és a közvetlen megfigyeléseket kétségbe vonni. Üvegházhatás nélkül mi magunk sem lennénk itt, hogy erről vitatkozzunk.