Spotkałeś się może ze stwierdzeniem, że ilości dwutlenku węgla emitowane przez ludzi są znikome w porównaniu z emisjami ze źródeł naturalnych? To prawda – ludzie emitują do atmosfery zaledwie 4% tego gazu emitowanego ze źródeł naturalnych, takich jak ocean czy rośliny. Emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych na poziomie 8,5 mld ton pierwiastka węgla jest o rząd wielkości mniejsza od ilości CO2 emitowanych przez oceany lub rośliny. 10 mld ton w porównaniu z 90 mld ton z oceanów, 60 mld z gleby czy 60 mld ton z roślin to na pierwszy rzut oka niewiele. Patrząc na poprzednie wykresy zauważyłeś jednak, że dzieje się obecnie coś wyjątkowego, a wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla idzie w parze z naszymi emisjami tego gazu. Aby zrozumieć ten pozorny paradoks, przyjrzyjmy się cyklowi krążenia węgla w przyrodzie i zmianom, jakie do tego cyklu wprowadzamy.
Rys. Cykl węglowy. Ilości węgla w poszczególnych „rezerwuarach” oraz roczne przepływy są podane w gigatonach (miliardach ton). Uwaga: wartości dotyczą węgla, aby przeliczyć je na ilości CO2, należy je przemnożyć przez 3,66 (stosunek masy molowej CO2 – 44g/mol i węgla – 12g/mol). Źródło: Wikipedia
Węgiel krąży pomiędzy rezerwuarami: biosferą, glebą, skałami, wodami, atmosferą Ziemi i osadami (w tym paliwami kopalnymi). Sumaryczna ilość węgla krążącego w tym cyklu węglowym nie zmienia się w krótkich skalach czasowych. Źródła naturalne równoważą się – 90,6 mld ton emisji z oceanów odpowiada pochłanianie przez oceany 92,2 mld ton, 119,6 mld ton emisji z roślin i gleby odpowiada pochłanianie 122,6 mld ton. Nasza emisja stanowi stałą nadwyżkę, gromadzącą się w atmosferze, co widać w danych pomiarowych wykazujących stały wzrost stężenia CO2. Jednym z argumentów serwowanych przez osoby zaprzeczające naszemu wpływowi na wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla jest użycie argumentu, że „sami Chińczycy wydychają więcej CO2, niż emitują wszystkie polskie elektrownie, samochody i fabryki”. Liczby się zgadzają, ale logika nie. Skąd Chińczyk wziął węgiel, który wydycha z dwutlenkiem węgla? Z jedzenia – z rośliny, którą zjadł (albo ze zwierzaka, który zjadł roślinę). A skąd wzięła ten węgiel w sobie roślina? Z atmosfery. A więc węgiel z atmosfery trafił do rośliny, potem do Chińczyka, a na koniec powrócił do atmosfery, gdzie był na samym początku. Bilans całej tej operacji wynosi ZERO.
A skąd my bierzemy paliwa kopalne? Sięgamy po nie pod ziemię, gdzie leżały przez dziesiątki i setki milionów lat, po czym spalając je wpuszczamy dodatkowy węgiel do cyklu węglowego. Rezerwuar paliw kopalnych jest naprawdę duży, sięga 4000 mld ton węgla (a może nawet więcej) – to więcej, niż łączna ilość węgla w atmosferze, glebach, roślinności i powierzchniowych warstwach oceanu. Jeśli spalimy całość paliw kopalnych, drastycznie zwiększymy ilość węgla krążącego w cyklu węglowym.
Coroczny wzrost o 2 ppm oznacza zwiększanie ilości atmosferycznego CO2 o 4,5 mld ton, co przy całościowej naszej emisji na poziomie 8,5 mld ton oznacza, że ponad 50 procent zostaje w atmosferze. Druga połowa jest pochłaniana przez oceany (około 3 mld ton) i lądy (około 1 mld ton). Nie możemy jednak liczyć na to, że mechanizmy te będą wybawiać nas z kłopotu. Ocean zakwasza się, a poziom równowagi pomiędzy atmosferycznym dwutlenkiem węgla i dwutlenkiem węgla rozpuszczonym w oceanach przesuwa się w kierunku coraz wyższych koncentracji tego gazu. Ponadto, ciepła woda może pomieścić w sobie mniej dwutlenku węgla niż zimna, w miarę więc ocieplania się oceanów będą one chciały pozbyć się tego gazu, a nie pochłonąć go jeszcze więcej. Roślinność z reguły lepiej rośnie w warunkach większej koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla, wspomagamy też jej wzrost masowym stosowaniem aktywnego azotu, który przy okazji nawozi też lasy. Jednak przesuwanie się stref klimatycznych, ograniczenia w dostępie do wody, wylesianie i ryzyko wyłączenia pompy biotycznej spowodują, że roślinność nie będzie w stanie pochłonąć większej ilości dwutlenku węgla. Wraz ze wzrostem temperatury przyspieszą też procesy gnicia i respiracji węgla z gleby.
Dojdzie do tego tajanie wiecznej zmarzliny, w której od dziesiątek a nawet setek tysięcy lat uwięzione są materiały organiczne. Przez cały ten czas „uśpione” w torfie bakterie produkowały metan i dwutlenek węgla, przez co w zmrożonej zmarzlinie nagromadziły się olbrzymie ilości tych gazów. Szacuje się, że w samej powierzchniowej warstwie wiecznej zmarzliny, o głębokości do 3 metrów, zgromadzone jest ponad 1600 miliardów ton węgla, czyli dwa razy więcej, niż w atmosferze. Wraz ze wzrostem temperatury aktywność bakterii rośnie, a wyzwalający energię proces – jak dla wielkiej masy kompostu – powoduje dalsze wewnętrzne podgrzewanie i przyspiesza rozmarzanie. Roztopienie się wiecznej zmarzliny oznaczać będzie uwolnienie się do atmosfery gazów cieplarnianych odpowiadających 10 – 100% naszych emisji z paliw kopalnych, wzmagając spiralę efektu cieplarnianego. Jeszcze w tym stuleciu lądy zamiast pochłaniać nasze emisje, mogą stać się ich źródłem.
A więc, biorąc pod uwagę spowolnienie pochłaniania dwutlenku węgla przez nasycające się nim oceany i zaprzestanie pochłaniania tego gazu przez lądy, jak długo wyemitowany przez nas gaz pozostanie w atmosferze? To zależy, ile go wyemitujemy. Na razie wyemitowaliśmy około 340 mld ton węgla (czyli około 1 200 mld ton CO2). Cykl węglowy poradzi sobie z umiarkowaną ilością dodatkowego węgla, spalenie całości paliw kopalnych wrzuci do cyklu węglowego tak wielką ilość węgla, że zmieni go zupełnie.
Zielona linia pokazuje, jak w ciągu najbliższych 10 tysięcy lat zmieni się koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze, jeśli spalimy całość ropy, gazu i połowę rezerw węgla. Czerwona linia to scenariusz, w którym spalimy wszystkie paliwa kopalne, łącznie z piaskami roponośnymi, gazem łupkowym i częścią hydratów metanu.
Rys. Przewidywane zmiany koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze w najbliższych 10 tysiącach lat w zależności od ilości naszych emisji. Koncentracja dwutlenku węgla przed początkiem epoki przemysłowej wynosiła 280 ppm.
Często wydaje nam się, że dwutlenek węgla zachowa się jak każde zanieczyszczenie i jeśli tylko zmniejszymy jego emisje, to również jego ilość w atmosferze się zmniejszy. Nic bardziej mylnego. Mechanizmy usuwające węgiel z cyklu węglowego są bardzo powolne. Niezależnie od tego, czy utrzymamy emisje na obecnym poziomie, zwiększymy je dwukrotnie czy zmniejszymy o połowę, decydujące jest ile węgla uwięzionego dotychczas w złożach paliw kopalnych wpuścimy do atmosfery i dalej do oceanu.
W scenariuszu spalenia całości paliw kopalnych (5000 miliardów ton) koncentracja dwutlenku węgla rośnie do około 2000 ppm, po czym ciągu kilku tysięcy lat spada do poziomu 1000 ppm i równowaga utrzymuje się na tym poziomie. W tym scenariuszu z każdej tony wyemitowanego dziś przez nas dwutlenku węgla po tysiącu lat w atmosferze pozostaje 30-50%. Stopniowo zintensyfikowane w wysokiej temperaturze wietrzenie skał wyciągnie nadmiar dwutlenku węgla, jednak są to procesy o czasowej skali działania rzędu stu tysięcy lat. Najbliższej epoki lodowcowej nie będzie.
Fot. My i Nasz dwutlenek węgla – Na Zawsze Razem…
Następna część cyklu: Krok w przeszłość
