Klimato istorija ir dabartis

Eksperimentiniai modeliai liudija, jog tuo metų šiltnamio dujų – anglies dioksido koncentracija atmosferoje galėjo būti net aštuonis kartus didesnė, negu prieš prasidedant pramonės revoliucijai. Dėl to reiktų kaltinti aktyviai veikusius ugnikalnius. Vadinasi, Žemės klimatas itin jautriai reaguoja į šių dujų kiekio pokyčius. Štai kodėl anglies dioksido kiekio didėjimas atmosferoje mokslininkams kelia didžiulį susirūpinimą.

 

Kaip teigia VU Hidrologijos ir klimatologijos katedros vedėjas, prof. Arūnas Bukantis, anglies dioksidas – tik viena iš komponenčių, lemiančių klimato kaitos procesus. Kalbama apie įvairias dujas, kurios sugeria ilgabangį žemės spinduliavimą, kurį skleidžia Žemė kaip planeta. Jeigu spinduliavimas nebūtų sugeriamas tam tikrų dujų komponentų atmosferoje, iškeliautų atgal į kosminę erdvę. Atmosferoje esančios dujos: anglies dvideginis, metanas, azoto suboksidas, ozonas sugeria tą spinduliavimą ir gražina jį atgal. Taip ta šiluma kaupiasi žemutiniuose atmosferos sluoksniuose.

 

Taigi, saulės spindulių įkaitinta Žemė, gaubiama atmosferos, geriau išsaugo šilumą. Kuo daugiau tą spinduliavimą sugeriančių dujų, tuo daugiau šilumos sulaikoma. Taip stiprėja šilnamio efektas ir kyla temperatūra.

 

Problemų daugėja

 

Šiltnamio efektas egzistavo visada. Nuo tada, kai daugiau kaip prieš tris milijardus metų Žemėje susiformavo atmosfera. Jeigu nebūtų atmosferos ir šiltnamio efekto, vidutinė temperatūra mūsų planetoje būtų 33 laipsniais žemesnė. Taigi, už klimatą reikia dėkoti atmosferai. Tačiau šiltnamio dujų kiekis keitėsi, bėgant laikui. Iš pradžių buvo anglies dioksido kiekis buvo kur kas didesnis dėl aktyvesnės vulkanų veiklos. Atsiradus augalijai, anglies dioksido kiekis ėmė mažėti. Dabartinis šių dujų kiekis yra pats didžiausias per visus 800,000 metų. Tai laikotarpis, kai mes jau gana tiksliai žinome anglies dioksido svyravimus. Jie nustatomi pagal ledo kernų burbuliukuose užsikonservavusią atmosferos dujinę sudėtį. Pagal tai galima nustatyti, kaip keitėsi atmosfera. Ledyno duomenys patys tiksliausi.

 

Viena bėda – ne bėda. Išsiskiriantis anglies dioksidas kaupiasi ne tik atmosferoje, bet tirpsta ir vandenynuose. Tai keičia jo rūgštinę terpę. Prof. A. Bukantis sako, jog sekliame vandenyne buvo didesnė medžiagų koncentracija. Dabartinėje ekosistemoje vandens cheminė sudėtis ir jo rūgštingumas (pH reikšmė) yra visai kitoks. Organizmai negali prisitaikyti prie taip greitai kintančio vandenyno rūgštingumo. Per keleris metus pH nukrinta keliomis dešimtosiomis dalimis. Anksčiau gamtoje tokių greitų pokyčių nebuvo.

 

Žemės klimato sistema – sudėtinga ir labai dinamiška. Įvairios ekosistemos sugeria arba išskiria anglies dioksidą, kitas dujas. Tokias, kaip metanas. Be to, žmonija irgi teršia atmosferą įvairiausiomis, lakiomis cheminėmis medžiagomis. Todėl mokslininkai nuolat matuoja šių dujų apykaitos pokyčius, jos dinamiką. Tai vyksta ir žiemą ir vasarą, Afrikoje ir Europoje.

Žmogus sugebėjo išmesti į atmosferą tokius komponentus, kurie anksčiau apskritai neegzistavo. Tai chloro ir fluoro vandeniliai. Jie atsirado tik po Antrojo pasaulinio karo. Jie labai agresyvūs, labai efektyviai kuria šiltnamio efektą. Tūkstančius kartų efektyviau, negu anglies dioksidas. Todėl ne vien apie jį reikia mąstyti. Dėl to ateitis atrodo labai niūri ir neaiški. Plonėjant ozono sluoksniui, iškyla grėsmė visai Žemės ekosistemai.

 

Kaip tai išmatuoti?

 

Situaciją įmanoma vertinti tik tuomet, kai tiksliai žinoma, kaip kinta įvairių dujų koncetracija atmosferoje. Todėl reikėjo sukurti įvairių dujų apykaitos matavimo metodus. Anglies dioksido tiesioginiai matavimai prasidėjo tik 1957 metais Havajuose. Po to buvo įkurta dar keli šimtai stočių. Dabar mokslininkai jau labai tiksliai žino, kokie buvo įvairių dujinių komponenčių pokyčiai. Vertinama daugiau kaip du šimtai rodiklių. Jie yra lyginami su netiesioginiais duomenimis, gaunamais tyrinėjant nuosėdas vandenynuose, ledynuose etc. Taip atkuriama atmosferos evoliucijos istorija. Įvertinami ir gamtiniai, ir antropogeniniai šimtnamio dujų svyravimo faktoriai. Iki XIX a. vidurio žmogaus veikla buvo nereikšminga. Pramonės procesai nebuvo tokie galingi. Dabartinė situacija rodo, kad žmogus pajėgus iš esmės keisti atmosferos sudėtį.

Pateiksime pora pavyzdžių, kaip atliekami matavimai ir ką jie parodo.

 

Šiaurės rytų Vokietijos pelkėse, kaip ir daugelyje kitų vietų Europoje, tiriami klimato pokyčiai. Netgi pačiame viduržemyje mokslininkai matuoja šiltnamio dujų apykaitą tarp augalų, dirvos ir atmosferos. Duomenys gaunami ir automatiškai, ir rankiniu būdu. Naudodami specialias kameras, mokslininkai tiria, ar augalai žiemą dalyvauja šių dujų apykaitos procese. Netgi esantis ramybės būklėje augalas naudoja deguonį, o išskiria anglies dioksidą. Tyrėjai taip pat ieško metano bei azoto oksido pėdsakų. Tai irgi yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos.

 

Be abejo, net žiemos metu vyksta šiltnamio dujų apykaita. Dirvoje esantys mikroorganizmai be paliovos transformuoja organines medžiagas. Šiuo atveju paverčia jas anglies dioksidu ar metanu. Net jeigu labai šalta ir dirva sušalusi, išsiskiria nemažai azoto oksido. Štai kodėl reikia įvertinti žiemos metu vykstančios šiltnamio dujų apykaitos mąstą. Taip galima nustatyti, kiek šių dujų išskiriama į atmosferą šioje vietovėje per visus metus.

 

Dujų apykaita labai kinta. Pokyčiai priklauso nuo vietovės. Įvairiose pelkės vietose dujos išsiskiria labai nevienodai. Tai itin sunku įvertinti ir registruoti. Norint nustatyti bent apytiksles reikšmes, reikia labai dažnai matuoti šių dujų apykaitą.

 

Lenkijoje dirbantys mokslininkai, finansuojami Europos Sąjungos, mėgina patobulinti matavimo metodus. Matavimai atliekami durpyne, kur yra nemažai organinės medžiagos. Todėl šioje sistemoje išsiskiria daug anglies dioksido ir metano. Ypač tuomet, kai temperatūra ima augti, prasideda augalų vegetacijos periodas. Todėl čia vyksta labai intensyvi anglies dioksido apykaita. Šias dujas augalai sugeria fotosintezės metu, o jos išskiria iš dirvos, vykstant kvėpavimo procesams. Rezultatai liudija, kad procesą labai stipriai veikia temperatūros pokyčiai ir kritulių kiekis. Ši ekosistema sugeria daug anglies dioksido.

 

Kaip dauguma centrinės ir rytų Europos šalių, Lenkija irgi gali pasigirti didžiuliais miškais. Juos reikia nuolat stebėti, kad būtų galima visapusiškai įvertinti situaciją. Miško anglies dioksido apykaita irgi priklauso nuo daugybės faktorių. Pavyzdžiui, jaunas miškas išskiria anglį, o senas miškas labai efektyviai jį sugeria.

 

Yra keletas dujų apykaitos atmosferoje teorijų. Daugelio tų teorijų autoriai mano, kad dujos atmosferoje juda burbuliukų forma. Naudodami specialią sistemą, mokslininkai sugaudo į viršų kylančius dujų burbuliukus ir besileidžiančius į apačią. Tikslas – stebėti dujų apykaitos procesus įvairiose ekosistemose ir taip sukurti kuo tikslesnį vaizdą, kaip sąveikauja augalai, dirvožemis ir atmosfera.

 

Iki šiol tyrėjai buvo linkę galvoti, kad žemės paviršius, kuriame gyvename ir atmosfera – du skirtingi dalykai. Tačiau iš tiesų ne visai taip. Norint nustatyti kokių nors dujų koncentraciją atmosferoje, reikia įvertinti tų dujų apykaitos tarp žemės paviršiaus ir atmosferos intensyvumą ir mąstą. Sunku padaryti išvadas, kai reikia įvertinti tiek daug skirtingų faktorių. Įvairi dirva ir augalija sugeria skirtingas dujas. Priklausomai nuo temperatūros, saulės šviesos intensyvumo, vandens ploto ir kritulių kiekio.

 

Žiemą pelkės – metano šaltinis. Na, o anglies dioksido sugeriama ir išskiriama vienodai. Taip yra ir žiemą, kai nėra vegetacijos. Tačiau pavasarį, sužaliavus augalams, pieva ir pelkė ims intensyviai sugerti šiltnamio dujas. Kartu sumažės ir metano išskyrimas į atmosferą.

 

Sukūrus modelius, taps aiškiau, kaip skirtingos, nevienodai eksploatuojamos ekosistemos veikia atmosferos šiltnamio dujų sudėtį. Palyginę tuos du srautus: anglies dioksido sugėrimą ir metano išskyrimą į atmosferą, mokslininkai galės įvertinti, kaip ši sistemą padeda mums, žmonėms sumažinti šiltnamio efektą.

 

Globalios problemos ir pastangos

 

Turbūt visi esame girdėję, kad miškai yra Žemės plaučiai. Medžiai ir augalai apskritai – vieni iš tų geradarių, padėjusių pakeisti Žemės atmosferą, praturtinusių ją deguonimi. Vykstant fotosintezei, kai šviečia saulė, augalų lapai sugeria anglies dioksidą, o išskiria deguonį. Tačiau ne visada. Medžiui mirus, jis pats tampa šiltnamio dujų šaltiniu. Todėl tarp daugybės įvairių idėjų kaip sumažinti anglies dvideginio išskyrimą į atmosferą, yra netgi planuojama laidoti nuvirtusius, mirusius medžius.

 

Tokie ciklai egzistuoja, tačiau anksčiau jų trukmė buvo keliasdešimt tūkstančių metų. Dabar tas ciklas matuojamas keliasdešimčia metų. Kaitos tempai padidėjo šimtus kartų. Todėl gamta nespėja prisitaikyti. Tai paliečia ne tik pramonę, bet ir maisto produktų gamybą, miškų ūkį etc. Kylantis vandenyno lygis irgi kelia didelį pavojų Azijai, Europai. Ar įmanoma ką nors pakeisti, ir kada pajustume efektą?

 

Prof. A. Bukančio įsitikinimu, yra įvairių būdų sumažinti atmosferos taršą, tik reikia veikti kartu. Egzistuoja Jungtinių tautų bendroji klimato kaitos konvencija, Kioto protokolas, Monrealio protokolas. Jie įpareigoja valstybes laikytis tam tikrų principų, saugant klimatą. Bet šiltnamio dujos išsilaiko atmosferoje net 17,000 metų. Atmosferos sudėties pasikeitimas užprogramuotas daugeliui metų į priekį. Besivystančios šalys dar tik didina taršą. Prognozuojamas tolesnis šiltnamio efekto didėjimas, ozono sluoksnio nykimas. Dar nėra požymių, kad šis sluoksnis pradėtų atsistatyti. egzistuoja ir grįžtamieji, vadinamieji antriniai efektai. Pavyzdžiui, tirpsta amžinojo įšalo zona. O tirpstant iš dirvožemio išsiskiria papildomi metano kiekiai. Tokiu būdu grandininė reakcija sustiprina pirminį efektą.

 

KarboAfrika

 

Kongo respublikoje,kuri yra centrinėje Afrikoje, taip pat dirba klimato tyrėjai. Juos domina medžių mediena ir lapija. Tyrėjai matuoja ir sveria lapus, augančius ir nukritusius. Jie nori sužinoti, kiek maistingųjų medžiagų ir anglies dioksido šie medžiai gali sugerti įvairiuose augimo etapuose.

 

Eukaliptas auga labai greitai. Todėl jis „sugaudo” ir daug anglies. Augalas minta atmosferos anglies dvideginiu. Patekusi į kamieno vidų, dalis anglies lieka jame. Augalas perneša anglį ir į žievę, dirvožemį, šakas ir lapus. Jie supus, suformuodami organines medžiagas, prisotintas anglies, azoto ir kitų mineralinių medžiagų.

 

Tyrėjams reikia išmatuoti anglies kiekį, susikaupusį medžio šaknyse ir jas supančiame dirvožemyje. Iškasamos kelios šešių metrų gylio duobės. Iš jų įvairiuose lygiuose paimami vandens mėginiai. Po to jie tiriami laboratorijoje, ieškant atsakymų į įvairius klausimus.

 

Kongo respublikoje nedaug gyventojų, beveik nėra ir pramonės. Urbanizuota tik nedidelis šalies kampelis. 60% šalies dengia miškai, taigi Kongo respublika nėra didelė atmosferos teršėja. Anglies apykaitos ciklas išlieka paslaptimi. Niekas gerai nežino, kiek anglies dioksido ar kitų šiltnamio dujų išskiriama žemyne, arba kiek jų sugeria jo ekosistemos.

 

Europos sąjungos remiamas projektas „KarboAfrika” ketina išanalizuoti padėtį. Europos ir Afrikos komandos dirba kartu, siekdamos geriau suprasti anglies apykaitos ciklą ir jo evoliuciją. Tos žinios padės vietiniams efektyviau išnaudoti vietos resursus. Pavyzdžiui, Kongo medžio anglies gamintojai ne vieną šimtmetį degina tropines medžių rūšis. Tai reiškia, kad į atmosferą išmetamas anglies dioksidas, kurį sugeria vis mažiau medžių. Dabar medžio anglies degintojai raginami naudoti medieną iš dirbtinių plantacijų, užveistų anksčiau nenaudojamoje savanoje. Afrikoje yra savana, auga tropiniai miškai, plantacijos, taip pat yra dykumos. Ekosistemų įvairovė privertė mokslininkus naudoti įvairias technologijas.

 

Mokslininkus domina savana, nes joje beveik niekas neauga. Jie nori sužinoti, kaip tokiomis sąlygomis absorbuojamas anglies dioksidas. Juk augalams čia išgyventi nelengva. Įvairiuose tęstiniuose apželdinimo projektuose, kaip šis Konge, eukaliptai sodinami ne tik tokio tipo savanoje. Todėl norima palyginti, kas nutinka prie sodinimą ir po jo. Koks anglies kiekis surišamas, kai pasodinami eukaliptai.

 

Naudinga žinoti ir dirvožemio drėgnumą, kadangi tai yra svarbus ekosistemos augimo faktorius. Žolei reikia drėgmės. Kuo greičiau auga augalas, tuo vešlesnė jo lapija. Vadinasi, fotosintezė irgi vyksta greičiau.

 

Už devynių tūkstančių kilometrų nuo Kongo savanos, Viduržemio jūros regiono ažuolų giraitėje „Karbo Afrika” projektą koordinuoja Italų tyrėjai iš Toskanos universiteto. Afrikoje surinkti duomenys analizuojami ir rezultatai lyginami su gautaisiais 65 metrų aukščio bokštuose. Jie matuoja anglies pokyčius virš miško. Bokštai pradėti naudoti prieš du dešimtmečius. Dabar jie yra pagrindiniai GEOSS – Globalios Žemės stebėsenos sistemų sistemos instrumentai.

 

Šis stebėsenos tinklas leidžia susidaryti bendrą šiltnamio dujų išskyrimo vaizdą. Visame pasaulyje yra beveik 400 tokių bokštų. Visi jie matuoja dujų išskyrimą į atmosferą ir jų sugėrimą kiaurą parą. Europoje duomenys surenkami ir analizuojami. Susiejus šiuos duomenis su gautais iš palydovų, tiksliau nustatomi šiltnamio dujų pokyčiai.

 

Tyrėjai apskaičiuoja žaliuosius šo miško plotus, išmatavę saulės spinduliuotę, kurią nufiltruoja lapai. Duomenys padeda prognozuoti, kaip ir kokiais kiekiais sveikos ekosistemos gali absorbuoti šiltnamio dujas. Atogrąžų miškų kirtimas yra pagrindinis augančios šiltnamio dujų koncentracijos faktorius.

 

Siekiant stabilizuoti globalų klimatą, būtina stabdyti šių miškų kirtimą. Šiandien beveik 2 mlrd. tonų anglies dioksido patenka į atmosferą dėl sumažėjusių atogrąžų miškų ploto. Įskaitant deginimus, legalius ir nelegalius kirtimus. Tai sudaro apie 30% pasaulio iškastinio kuro emisijos. Štai kodėl svarbu, kad būtų kuo greičiau rasti būdai sumažinti šių dujų išmetimą į atmosferą. Reikia kuo skubiau stabdyti miškų kirtimą ir jų nykimą.

 

Kongo respublikoje būtent to ir siekiama. Žmonės atsodino kelis šimtus tipiškų atogražų miško rūšių medžių. Tikslas: užtikrinti bioįvairovę ir pagerinti miško ekonominę vertę, kartu padidinant anglies sugėrimą.

 

Vietoj epilogo

 

Gamtoje viskas susiję. Augant anglies dioksido koncetracijai atmosferoje, klimatas šyla. Tirpsta ledynai, o iš amžino įšalo zonos į atmosferą skiriasi dar labiau šiltnamio efektą skatinančios metano dujos. Kylantis vanduo užtvindo vis daugiau sausumos. Naujausi kompiuteriai modeliai teigia: jeigu ir toliau taip teršime atmosferą anglies dioksido dujomis, per artimiausius du šimtus metų jo kiekis išaugs keturis kartus. Vadinasi, galime sulaukti naujo šiltmečio. Bet ar mums iš tiesų reikia didelių potvynių, karščių ir krokodilų šiaurės ašigalyje?

 

Nustatyta, kad pagrindiniai atmosferos teršėjai yra energetikai. Todėl pirmiausia reiktų surinkti ir palaidoti energetikos įmonių išlakas. Siūloma tą daryti vandenyno dugne, arba nebenaudojamuose gręžiniuose. Tačiau niekas nežino, kokios gali būti pasekmės. Ar tai nepadidins vandenyno rūgštingumo? Be to, šie metodai labai brangūs. Taigi, ar sugebėsime ką nors pakeisti, priklauso nuo mokslininkų sukauptų duomenų, naujų metodų ir bendrų žmonijos pastangų.

 

R. Maskoliūnas