Gadányi Péter egyetemi docens: A Föld egy „szerencsés” bolygó

Az utóbbi hónapokban bőven el voltunk látva olyan hírekkel, melyek a világ távoli tájain bekövetkezett természeti katasztrófákról szóltak. Hamuvá égett sok millió hektár amazonasi őserdő Brazíliában. Magyarországnyi területet felperzselő bozóttüzek Ausztráliában. Százezrek életét közvetlenül fenyegető vulkánkitörés a Fülöp-szigeteken. Egyes szakértők szerint ezek a jelenségek a Föld, az Élő Bolygó válaszai az emberi tevékenységre. Több milliárd éves történetéhez képest az egész emberi történelem, azonban csak egy röpke pillanat.

A klímaváltozás kapcsán sok szó esik manapság a földi légkörről. A kérdéskört ezúttal földtörténeti léptékben vizsgáltuk. – Milliárd években mérhető, nagyon összetett, bonyolult folyamatok eredménye az általunk ismert földi légkör – kezdi mondandóját Gadányi Péter, az ELTE SEK Földrajzi Tanszékének egyetemi docense.

Gravitáció, napszél, mágneses mező

– A Föld mai tudásunk alapján 4,6 milliárd éve keletkezett. Az élet szempontjából nélkülözhetetlen földi légkör kialakulásához több, alapvető tényező szerencsés együttállása kellett. Az egyik ilyen fontos tulajdonság a gravitáció. Ennek nagysága dönti el, hogy lesz-e légköre egy égitestnek, azaz képes-e vonzásában tartani kisebb fajsúlyú anyagokat, például a gázokat. A gázburok, azaz a légkör megtartásának másik fontos feltétele, hogy az égitest képes-e az úgynevezett napszél hatását valahogyan kiküszöbölni. Lényegében a Napból érkező sugárzásról, anyagi részecskék, protonok, elektronok áramlásáról van szó, de ez képes „elfújni” hosszabb-rövidebb idő alatt egy égitest légkörét. Az üstökösök csóvája is ennek köszönhető van. Ez a hatás a Naptól való távolsággal csökken, de védelmet nyújthat például a mágneses mező, ami eltéríti ezt a sodró hatású „áramlást”. A harmadik fontos tényező, hogy valahonnan az adott bolygóra oda kell jutnia gázoknak. Történhet úgy, hogy kívülről, a kozmikus térből a gravitáció bevonz gázrészecskéket, illetve különböző, gázokat is tartalmazó meteoritok, meteorok, üstökösök csapódnak az égitestbe.

- A víz például ilyen óriási „piszkos hógolyók” formájában érkezett a Földre. A légkör keletkezésének másik lehetősége a vulkanizmus, a vulkánok kitörése. Ennek révén ugyanis újra és újra szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagok jutnak a felszínre. Fontos azt is megemlítenünk, hogy egy anyag halmazállapotát, mint például a vízét is, két fontos tényező határozza meg. Az egyik a hőmérséklet, a másik a nyomás.

A Föld egy „szerencsés bolygó”

A mi Holdunk például ma egy légkör nélküli, nagyrészt kihűlt, hideg égitest, egy poros pusztaság. Kicsi a gravitációja, ezért bár valaha volt légköre, mivel nincs mágneses mezője, a gázburkot a napszél már rég „elfújta”. Bár valaha volt a felszínén vulkanizmus, mára ez megszűnt, az égitest „kihűlt”. Ugyanakkor a Hold hat a klímánkra, azáltal, hogy stabilizálja, kiegyensúlyozza a Föld mozgását. Kicsit olyan, mint az autók kerekén a centrírozás. Ha nem lenne a Hold, vagy távolabb lenne, a Föld gyorsabban forogna, rövidebbek lennének a nappalok, nem tudna a felszín úgy felmelegedni, ahogyan most. Ezenkívül imbolyogna keringés közben, így a klíma gyorsan változna, amit a ma ismert élővilág biztosan nem viselne el. Merkúr túl közel van a naphoz, így a napszél erős és hiába van nagy mágneses mezője, az nem elegendő a sodró hatás ellensúlyozására. Lassan forog, ezért túlságosan felmelegszik, így cseppfolyós vize sincs. És nincs széndioxidos légköre sem. A Marson kisebb a gravitáció, a vulkanizmus alábbhagyásával kiritkult a légkör, a mágneses mezője is kisebb, a napszél hatása erősebb. Kicsi a légnyomás ezért a víz fagyáspontja és forráspontja ugyanaz, így nincs cseppfolyós víz. A jég, amint felolvad, rögtön légneművé változik. Mivel nincs cseppfolyós víz, ezért nem lehet olyan típusú élet, mint a Földön.

A Földnek elég nagy a gravitációja, hogy vonzásban tartson olyan fontos gázokat, mint a szén-dioxid, a nitrogén és a vízgőz. A mágneses mező elég erős ahhoz, hogy megvédje a bolygó gázburkát a napszéltől. A szén-dioxid azért kulcsfontosságú az élet kialakulása és létezése szempontjából, mert főként ez hozta létre a globális hőcsapdát, népszerűbb nevén az üvegházhatást, aminek következtében felmelegedett a bolygó. Enélkül 32 fokkal lenne hidegebb a Földön. Ugyanis a nap sugarai áthatolnak a gázburkon, felmelegítik a felszínt, a felszín által kisugárzott hő viszont már elnyelődik az üvegházhatású gázokban, felmelegszik a légkör, általunk is lakott alsó része.

A földi légkör a vulkanizmusnak köszönhető

A szén-dioxidos légkör kialakulásában a vulkanizmus kulcsfontosságú szerepet játszott és játszik ma is. A vulkanizmus a földkéreg összetörött lemezeinek mozgásából származik. Ezek egyes helyeken szétsodródnak, másutt egymáshoz ütköznek. Ez a mozgás okozza a földrengéseket is. A kőzetlemezek találkozásakor az egyik lemez alábukik, mélyebbre kerül, közben felolvad. A víz jelenléte meglepő módon a vulkánosság fenntartásában is fontos. Ugyanis a víz csökkenti az olvadáspontját, az alábukó kőzet környezetének. Így tud a kőzetlemez belesüllyedni a Föld belsejébe. A Föld belseje ugyanis nem olvadt állapotú, csak bizonyos részeken. Ott ahol sok víz jut be a Föld kőzetburka alatti földköpenybe. A kőzetlemez alábukása tehát a víz olvadáspont csökkentő hatásának következménye. A vulkanizmus most is zajlik, szerencsére jórészt a vizek mélyén. Hetvenezer kilométer hosszú vulkáni láncolat van az óceánok alatt. Egy vulkánkitörés akár sokkal több széndioxidot is kibocsájthat, mint amennyit az emberiség valaha is.

A légkör 10-12 kilométeres magasságában már mínusz 50 fok van. A meleg levegő felfelé száll, lehűl, a víz kicsapódik, és csapadék formájában visszahull. Ez a földi hidegcsapda. Ez tartja meg a vizet a Föld légkörében.

Gadányi Péter szerint a víz jelenléte nélkül a földi légkör hasonló lenne a hozzánk legközelebb lévő Mars és Vénusz légköréhez, ahol a fő alkotó a szén-dioxid (95%). A melegedés lehetővé tette a cseppfolyós víz létrejöttét és a víz körforgalmának megindulását. A víz jelenlétének köszönhető, hogy kezdetben kémiai folyamatok hatására, később az élőlények működésének következményeként, a szén-dioxid szép lassan kivonódott a légkörből.

Az élet 4 milliárd éve jelent meg az óceánok mély rétegeiben. A tengeri állatok meszes vázaiból mészkő keletkezett. A fotoszintézis az óceánokban 3,5 milliárd éve kezdődött. Az oxigén ezután kezdett felhalmozódni a légkörben. A háromatomos oxigénből, 30-50 km-es magasságban kialakult az ózonpajzs, mely megszűri a káros sugarakat, így az élet kimerészkedett a szárazföldre.

Nem valószínű, hogy az emberiség képes a földi életet elpusztítani

A maihoz nagyon hasonló összetételű légkör 400 millió éve alakult ki. Ez a kémiai egyensúlytól teljesen eltér, mert biológiai eredetű és ma is az élő bolygó tartja fenn. Ma az oxigén közel 21 százalék, a szén-dioxid pedig 0,032 százalék körüli. Az egykori 95 százalék körüli szén-dioxid nagy része tehát megkötődött. Oldott formában ma is ott van az óceánokban, megkötve a mészkőben, a dolomitban, a fotoszintézis révén a fosszilis tüzelőanyagként ismert biológiai üledékekben, a tőzegben, lignitben, a kőszénben, kőolajban, a földgázban és a talajban. No és persze ott van az élőlények testében, a tengeri planktonban, a korallokban, az erdőkben.

A bioszféra önszabályozó képessége biztosítja az éghajlat stabilitását, a légkör oxigén szintjének szabályozását. Az élet ma ismert rendszerei azonban nagyon érzékenyek a változásra. Az üvegházhatású gázok mindenekelőtt a széndioxid és a metán szintjének kicsi emelkedése is az emberiség számára katasztrófális változásokat eredményez.

Amikor autózunk, fűtünk, erőműveket működtetünk, a fosszilis tüzelőanyagok használatával lényegében visszajuttatjuk a légkörbe azt a szén-dioxidot, ami évmilliárdok alatt megkötődött. Az erdők irtásával, a fotoszintetizáló felület elpusztításával pedig csökkentjük annak esélyét, hogy a szén-dioxid kivonódjon a légkörből és visszakerüljön az élőlények testébe.

Nem valószínű, hogy a Homo sapiens képes a földi életet megszüntetni. A kérdés csak az, hogy az emberiség és a ma ismert élővilág számára lakható lesz-e Föld.