Jak víme, že přebytečný CO2 pochází z fosilních paliv?

Kouřící komíny
autor: AI GEMINI

Základem všeho jsou izotopy uhlíku

Představte si atom jako rodinu. Každý atom uhlíku má ve svém jádru šest protonů, ale počet neutronů v jádru se může lišit. Těmto odlišným atomům jednoho prvku, se říká izotopy. Většina uhlíku kolem nás je takzvaný uhlík-12 (¹²C), který má tedy 6 protonů a 6 neutronů. Je to lehký a stabilní člen rodiny, který tvoří zhruba 99 % veškerého uhlíku na Zemi. Pak je tu jeho o něco těžší bratr, uhlík-13 (¹³C), který má o jeden neutron navíc. Ten je stále stabilní, ale v přírodě je ho mnohem méně. A nakonec existuje vzácný a nestabilní uhlík-14 (¹⁴C), který je radioaktivní a vzniká vysoko v atmosféře díky kosmickému záření.

Tato různorodost uhlíku je pro nás klíčová, protože příroda s těmito izotopy nepracuje náhodně. Rostliny jsou v tomto směru velmi vybíravé. Během fotosyntézy, kdy nasávají oxid uhličitý ze vzduchu, dávají přednost lehčímu izotopu ¹²C. Je pro ně chemicky „snazší“ ho zpracovat. Výsledkem je, že všechno zelené na této planetě – od trávy na zahradě až po obrovské pralesy – má v sobě nižší poměr těžkého uhlíku-13 než okolní atmosféra. Jsou to v podstatě „lehké“ organismy.

Z pravěkých bažin do spalovacího motoru

Teď se dostáváme k jádru argumentu pro fosilní paliva. Uhlí, ropa a zemní plyn nejsou nic jiného než miliardy tun dávno mrtvých rostlin a planktonu, které byly po miliony let stlačeny pod obrovským tlakem v hloubi země. Protože tato paliva vznikla z rostlin, nesou si v sobě onen specifický „lehký“ otisk – mají v sobě mnohem více uhlíku-12 než uhlíku-13.

Když tato paliva těžíme a spalujeme, vracíme do atmosféry uhlík, který byl ze systému vyřazen před desítkami či stovkami milionů let. A právě tady přichází ten rozhodující důkaz. Pokud by za nárůst CO₂ mohly například oceány, které uvolňují plyn při ohřívání, poměr izotopů v atmosféře by vypadal úplně jinak. Oceány v sobě totiž drží mnohem více těžkého uhlíku-13. Jenže měření z observatoří po celém světě ukazují přesný opak.

Od počátku průmyslové revoluce podíl těžkého uhlíku-13 v atmosféře vytrvale klesá. Atmosféra se stává „lehčí“ přesně v takovém tempu, jaké odpovídá množství spáleného uhlí a ropy.

Příběh radioaktivního uhlíku

Abychom byli kompletní, musíme se podívat na již zmíněný uhlík-14. Protože je radioaktivní, víme přesně, jak rychle se rozpadá. Jeho poločas rozpadu je asi 5730 let. To znamená, že v čemkoliv, co je starší než zhruba 50 000 let. Po každých zhruba 5 730 letech se jeho množství sníží zhruba o polovinu.

Fosilní paliva jsou stará miliony let, takže v nich není po uhlíku-14 ani památky. Naproti tomu CO₂, které se do vzduchu dostává například z lesních požárů, v sobě uhlík-14 má, protože tyto organismy čerpaly uhlík z atmosféry nedávno.

Vědci si všimli fenoménu, kterému se říká Suessův efekt. Jakmile jsme začali ve velkém spalovat fosilní paliva, začala koncentrace radioaktivního uhlíku-14 v atmosféře vzhledem k celkovému množství uhlíku klesat. Tento pokles je tak zřetelný, že ho můžeme číst i v letokruzích stromů. Strom, který rostl v roce 1850, má v daném letokruhu jiný poměr izotopů uhlíku než letokruh z roku 1950. Je to přímý historický záznam lidské činnosti zapsaný v tkáních živých organismů.

Skvěle to popisuje následující video:

Chybějící kyslík

Třetí důkaz si vystačí se základní chemií základní školy. Pokud je nárůst CO₂ v atmosféře způsoben hořením, musíme vidět odpovídající úbytek kyslíku. Hoření je totiž oxidace – atom uhlíku se spojí se dvěma atomy kyslíku, které si „vypůjčí“ z okolního vzduchu. Měření to potvrzují. Kdyby CO₂ přicházelo ze sopek, hladina kyslíku by se neměnila, protože sopky CO₂ prostě vyfukují z nitra Země.

Zatímco koncentrace CO2 v atmosféře vzrostla o desítky procent, (přes 20 %, tedy 209 500 ppm), úbytek kyslíku, o kterém mluvíme, je v porovnání s celkovým množstvím kyslíku nepatrný – za posledních 30 let jsme přišli o zlomek procenta. Pro naše dýchání to nepředstavuje žádné riziko; i kdybychom spálili všechny známé zásoby fosilních paliv, kyslíku budeme mít stále dost.

Ale pro vědce je tento nepatrný pokles naprosto klíčový. Ralph Keeling (syn slavného Charlese Keelinga) vyvinul metody, jak tyto drobné změny měřit, a výsledky jsou neúprosné. Křivka úbytku kyslíku je zrcadlovým obrazem křivky nárůstu CO2. Když tyto dvě křivky položíte přes sebe, sedí naprosto přesně.

Graf níže ukazuje právě tuto Keelingovu křivku.

Cykly koncentrací CO2 a OC v atmosféře

Žádný přírodní proces, kromě masivního hoření biomasy (které ale nepozorujeme v takovém měřítku), nedokáže vysvětlit tento synchronizovaný tanec přibývajícího oxidu uhličitého a ubývajícího kyslíku. Je to pravděpodobně nejčistší důkaz lidského vlivu na složení atmosféry, jaký máme k dispozici. Podrobněji tady: https://youtu.be/wDpkmcFEwnA?si=zcYOg6f1P7sUxaqS

Jak se dostalo CO₂ do nitra země? Aneb sopky jako zdroj CO₂

Tento výfuk si můžeme představit jako otevření lahve sektu. A kde se tam CO₂ vzal? Část ho byla uvězněna v nitru země už od dob, kdy země před 4,5 miliony let vznikla.

Největší „továrnou“ na sopečné CO₂ jsou oblasti, kde se jedna tektonická deska zasouvá pod druhou (tzv. subdukční zóny). Na oceánském dně jsou miliony let usazeny schránky mořských živočichů, korýšů a planktonu. Tyto schránky jsou tvořeny uhličitanem vápenatým (CaCO3).

Zasouvající se deska narazí na extrémní teploty a tlaky. Uhličitany se začnou tavit a chemicky reagovat s okolními křemičitany. Dojde k procesu, kterému říkáme dekarbonizace. Zjednodušeně řečeno: hornina se „rozloží“ a uvolní čistý oxid uhličitý, který se rozpustí v okolním magmatu jako bublinky v sodovce nebo sektu.

Třetím způsobem jak vznikne CO₂ v nitru země je cesta magmatu k povrchu. Magma taví okolní horniny bohaté na uhlík a opět vzniká CO₂, který se přidá k celkovému objemu sopečných plynů.

Aktivita sopek je velmi častým argumentem skeptiků. Jistě, sopka vypouští mračna plynů, ale v globálním měřítku jsou aktuálně vulkány jen drobní hráči. Celosvětová sopečná činnost vyprodukuje ročně zhruba 0,2 až 0,3 miliardy tun CO₂. To zní jako hodně, dokud to nesrovnáte s lidskou činností, která ročně vyprodukuje přes 35 miliard tun. Lidstvo tedy každoročně „překoná“ všechny sopky světa více než stonásobně. Navíc, jak jsme si vysvětlili, sopečný plyn má jiné izotopové složení a nespotřebovává atmosférický kyslík. Má mnohem větší zastoupení ¹³C.

A co oceány?

Oceány jsou dalším kandidátem, na kterého se často ukazuje. Je pravda, že oceány CO₂ uvolňují, ale také pohlcují, což vede k jejich okyselování (vzniká kyselina uhličitá). Pokud by oceány CO₂ uvolňovaly, jejich pH by se neměnilo nebo by stoupalo, ale ono klesá.

Oceány hrají v příběhu o uhlíku roli obrovského „tlumiče“. Jsou největším aktivním rezervoárem uhlíku na planetě (pokud nepočítáme samotné horniny v zemské kůře) a fungují jako gigantická houba, která neustále nasává a zase vydechuje plyny. Pro pochopení klimatické změny je klíčový mechanismus, kterému říkáme Henryho zákon. vPředstavte si uzavřenou nádobu, kde je v dolní polovině voda a v horní polovině vzduch s oxidem uhličitým. Molekuly CO₂ neustále létají vzduchem, narážejí do hladiny a některé z nich se do vody „vnoří“ a rozpustí se v ní. Zároveň se ale molekuly, které už ve vodě jsou, neustále uvolňují zpět do vzduchu.

Henryho zákon říká, že množství rozpuštěného plynu v kapalině je přímo úměrné tlaku tohoto plynu nad kapalinou.

Pokud do horní části nádoby napumpujete více CO₂ (zvýšíte jeho parciální tlak), molekuly budou do hladiny narážet mnohem častěji. Systém se vyvede z rovnováhy a začne do vody „tlačit“ více plynu, dokud se nenastolí nová rovnováha. A přesně to se teď děje s naší planetou. Atmosféra je ona horní část nádoby a světový oceán je ta spodní. Tím, že spalováním fosilních paliv zvyšujeme koncentraci CO₂ v ovzduší, doslova nutíme oceány, aby ho do sebe nasávaly více.

Henryho zákon má ale jeden zásadní háček, který skeptici často používají jako argument: rozpustnost plynů klesá s rostoucí teplotou. To znáte z vlastní zkušenosti – teplé pivo nebo teplá cola vyprchají mnohem rychleji než ty vychlazené. Studená voda dokáže „udržet“ mnohem více molekul CO₂ než voda teplá.

Argument skeptiků tedy zní: „Oceány se oteplují kvůli slunci (nebo jiným cyklům), a proto vypouštějí CO₂ podle Henryho zákona. Nárůst CO₂ v atmosféře je tedy následek oteplení, ne jeho příčina.“

Jenže my díky tisícům bójí a měřicích stanic víme, že v oceánech CO₂ přibývá, nikoliv ubývá. Přestože se oceány oteplují (což by je teoreticky nutilo plyn uvolňovat), my do atmosféry přidáváme tolik nového CO₂, že tento „tlak shora“ (Henryho zákon) úplně přebije efekt teploty.

To, co vědce skutečně znepokojuje, je moment, kdy se tyto dva efekty střetnou. Do určité míry nás oceány zachraňují – pohltily už asi 30 % emisí, které jsme vyprodukovali. Bez nich by už dnes bylo v atmosféře přes 500 nebo 600 ppm (částic na milion) CO₂ místo dnešních cca 420 ppm.

Ale čím budou oceány teplejší, tím „líněji“ budou podle Henryho zákona plyn pohlcovat. Pokud budeme planetu dál zahřívat, schopnost oceánů čistit naši atmosféru se bude snižovat. V nejhorším scénáři by se mohlo stát, že oceány začnou CO₂ skutečně ve velkém uvolňovat, což by vytvořilo smrtící smyčku: oteplení způsobí únik CO₂, což způsobí ještě větší oteplení.

Vidět tyto souvislosti neznamená propadat panice, ale přijmout zodpovědnost. Víme přesně, co se děje, víme, proč se to děje, a máme nástroje na to, abychom viděli následky svých činů. Tyto poznatky nám neříkají jen to, kdo je „viníkem“, ale také nám ukazují cestu, jak můžeme složení atmosféry opět stabilizovat.

zdroje


Fakta o klimatu