Akcija za hitro zaustavitev globalnega segrevanja in mračenja:
ZMANJŠAJMO TVORBO SAJ

Logična analiza klimatskih pojavov in dejstev

Jože Podboj
1. junij 2008

Povzetek:

Vrsta zelo neprijetnih klimatskih pojavov v zadnjih letih nas je končno prepričala, da na našem planetu prihaja do globalnega segrevanja in istočasno do globalnega upadanja direktne osvetljenosti tal. Logična analiza teh pojavov in fizikalnih dejstev nakazuje, da je snov, ki lahko povzroča oba efekta hkrati, edino aerosol črne barve s sposobnostjo dolgotrajnega lebdenja – torej črni ogljik ali saje. Ker je verjetno teh črnih delcev v ozračju dovolj, da povzročajo tolikšne klimatske spremembe, je torej formula za odpravo klimatskih težav: ZMANJŠATI TVORBO SAJ. Gre predvsem za letalske motorje in to na velikih višinah, kjer se tvorijo zaradi velike ekspanzije zelo majhni delci, ki lahko lebdijo zelo dolgo. Tvorbo saj lahko zmanjšamo z zmanjšanjem kilometrine ali z izboljšanjem kvalitete motorjev. Efekt bomo zaznali zelo hitro.

V članku argumentiram hipotezo, da so ravno saje glavni krivec.

Uvod – opažene klimatske spremembe

Neprijetne klimatske spremembe nam v zadnjih letih povzročajo vedno večje težave. Vedno bolj pogosto se dogajajo nevarni vremenski dogodki kot so viharji oziroma orkani, poplave pa tudi hude suše, večajo se puščave in manjšajo se ledeniki. V teh nesrečah vedno bolj narašča tudi število smrtnih žrtev. Nastaja tudi velika gospodarska škoda.

Prevladuje splošno prepričanje, da je temu vzrok globalno segrevanje. Medvladni forum za spremembe podnebja (The Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) ugotavlja, da se je povprečna svetovna temperatura zraka ob zemljini površini dvignila v zadnjem stoletju za okoli 0.74 stopinje Celzija in, da je to zelo verjetno povzročila naraščajoča vsebnost antropogenih toplogrednih plinov v ozračju. ^[1] V glavnem je pri tem mišljen CO₂. Na gori Mauna Loa, Hawai (višina gore: okrog 4000 m; položaj: sredi Tihega oceana), so leta 1958 izmerili 315 ppm vol. CO₂; leta 1980: 337; leta 1990: 354; leta 2000: 369; leta 2007: 383.

Toplogredni plini imajo to lastnost, da absorbirajo toplotne žarke, ki jih izžareva zemlja (ne morejo pa absorbirati direktnih in tudi ne odbitih sončnih žarkov) in tako, kot nekakšno pokrivalo zavirajo ohlajanje oziroma povzročajo ogrevanje. Toda kljub dolgoletnemu mednarodnemu prizadevanju, da bi izpuste CO₂ v skladu z dogovorom v Kyotu čim bolj omejili, je vedno bolj očitno, da ta ukrep ni zadosten. Čeprav se več ali manj uspešno izvaja že več let, efekta ni zaznati. Po mojem mnenju sploh ni glavni problem CO₂. Menim, da igra odločilno vlogo onesnaženje zraka. Ob tem je treba poudariti, da CO₂ nikakor ni nesnaga, saj je to vendar plin, ki ga nujno potrebujemo kot surovino za reakcijo fotosinteze, ki nam pretvarja svetlobno energijo v potencialno kemično energijo, kar omogoča življenje na zemlji. Zato se mi zdi kar nenaravno tako na silo zmanjševati izpuste CO₂. Izgleda pa tudi malo verjetno, da bi plin, ki ga je v ozračju komaj 383 ppm ali približno 0,04 volumskega procenta, lahko samo zaradi povečanja deleža povzročal tolikšen dodatni toplogredni efekt. Menim, da je vzrok za globalno ogrevanje v hitrem razvoju industrije in v še hitrejšem širjenju avtomobilskega in letalskega prometa, kar nam onesnažuje ozračje.

Vzporedno z globalnim segrevanjem pa se pojavlja še drug vznemirljiv pojav: globalno mračenje oziroma postopno upadanje količine globalne direktne osvetlitve zemljine površine. Ta pojav opazujejo vse od leta 1950, ko so začeli s sistematičnimi meritvami. Te meritve so zelo zapletene in je ekstremne rezultate zato treba jemati z določeno rezervo. Zaradi velikega števila merjenj je težko reči katera vrednost je prava.^{[3][4][5][6][7][8][9][10]} Obveljalo je mnenje, da upada osvetlitev s povprečno hitrostjo 2-3% v dekadi. To pa je kar 10-15% v 50 letih.

Ob tem spoznanju se je vendar treba resno zamisliti. Sončna svetloba je vendar za vse živo na zemlji najpomembnejša, saj pomeni globalno gledano edini vir energije. Alfa in omega našega bivanja. Znižana osvetljenost tal ali pomračitev vendar pomeni, da je na zemlji ovirana fotosinteza, da iz oceanov in drugih vodnih površin izhlapeva manj vode in še to, da bi se morala globalna temperatura znižati in ne zvišati kot ugotavljamo.

Fotosinteza je kemična reakcija, ki uporablja energijo svetlobe za tvorbo glukoze in kisika iz vode in CO₂ :

6 CO₂ + 12 H₂O + svetlobna energija → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

in je temeljnega pomena za življenje na zemlji, za floro in posledično za favno na kopnem in na morju. Brez te reakcije v zemljinem ozračju sploh ne bi bilo kisika. Znižana osvetljenost tal pomeni počasnejšo rast vseh rastlin tako kmetijskih pridelkov kot gozdov na kopnem in fitoplanktona na morju, ki je hrana morskim živalim. Fotosintezo lahko enostavno definiramo kot pretvorbo svetlobne energije v kemično energijo s pomočjo živih organizmov. Na njeno intenzivnost vpliva jakost osvetlitve, koncentracija CO₂ in temperatura. To pomeni, da se ob določeni temperaturi in določeni jakosti osvetlitve vzpostavi v ozračju mejna koncentracija CO₂, ki predstavlja prag za potekanje reakcije. Reakcijski prostor je v našem primeru zemeljska površina in celotno ozračje. V ta reakcijski prostor nenehno dotekajo nove količine plina CO₂, ki nastaja ob izdihavanju ljudi in živali ter ob trohnenju lesa oziroma ob sežiganju lesa, premoga, naftnih derivatov itd. Vendar se ves ta plin, čim je presežena mejna koncentracija, s pomočjo fotosinteze sproti pretvori v rastline oziroma v fitoplankton. Ker je jakost osvetlitve, kot smo ugotovili, zdaj nižja kot v preteklih desetletjih, je posledično mejna koncentracija CO₂ zato zdaj zvišana in se je ne da znižati z omejevanjem izpustov CO₂! Znižali bi jo lahko ob enaki temperaturi le z zvišanjem jakosti osvetlitve!

Upočasnjena rast rastlin kot posledica znižane osvetljenosti tal nas zaenkrat še ne prizadene tako hudo, saj fotosinteza še vedno uspe sproti predelati ves dotok CO₂. Veliko bolj direktno nas prizadene zmanjšano izhlapevanje vode iz oceanov in drugih vodnih površin. Meteorologi so namreč s posebnimi meritvami potrdili, da upad osvetlitve vodne površine proporcionalno zmanjša izhlapevanje vode in to neodvisno od njene temperature. Iz tega je mogoče sklepati, da zdaj iz oceanov resnično izhlapeva 10 do 15% manj vode kot pred 50 leti in, da je zato ustrezno manj padavin. Posledica so neobičajno dolga sušna obdobja, ki hromijo poljedelstvo. Primanjkuje pitne vode. Puščavske površine se povečujejo na račun zelenih površin.

Saje kot glavni krivec

Argumentiral bom hipotezo, da so saje glavni krivec za globalno segrevanje in hkrati za mračenje.

Kljub pričakovanju, da bi se spričo ugotovljenega globalnega mračenja morala globalna temperatura znižati, pa opažamo prav obraten trend. Nimamo več pravih zim. Meteorologi nam kar naprej sporočajo podatke o novih vročinskih rekordih. Svetovni ledeniki se hitro zmanjšujejo. Ni dvoma, da globalna temperatura res narašča in to relativno hitro. Gre torej za sočasno senčenje in ogrevanje zemeljske površine. Snov, ki lahko povzroča takšne efekte je samo aerosol črne barve s sposobnostjo dolgotrajnega lebdenja. To pa je seveda črni ogljik ali saje.

Saje so stranski produkt nepopolnega zgorevanja naftnih derivatov in drugih organskih snovi: premoga, lesa, listja pa tudi cigaret itd. V glavnem gre za črno komponento motorskih izpuhov. Saje so amorfna oblika ogljika, ki ima ekstremno veliko površino v razmerju z volumnom. Zato zlahka lebdijo v zraku in prestrežejo veliko količino žarkov tako direktnih pa tudi odbitih svetlobnih in tudi toplotnih, ki jih izžareva zemlja. Zaradi svoje izjemne lastnosti, da so popolnoma črne, pa v skladu z definicijo črnih teles, vse te žarke vsrkajo, nič ne propuščajo in nič ne odbijajo! Pretvorijo jih v toploto, ki jo v glavnem s prevajanjem in konvekcijo oddajo sosednjim molekulam zraka. Saje delujejo torej podobno kot toplogredni plini, ampak mnogo bolj učinkovito, saj ne lovijo samo toplotnih žarkov, ampak tudi direktne sončne žarke tako vpadne kot tudi odbite od zemlje. Pri tem sodelujejo vse saje: od letalskega in od zemeljskega prometa, od raznih motorskih izpuhov pa tudi od požarov in od kurišč. Izgleda, da nas še posebej ogroža vedno večja količina saj, ki jih tvorijo letalski motorji visoko v ozračju na višini 10 km. Menim, da lahko ob teh pogojih zaradi velike ekspanzije nastajajo še manjši delci kot sicer in da imajo zaradi tega tudi drugačne lastnosti: še večje razmerje med površino in volumnom in pa, da je njihova barva “in statu nascendi” v čistem okolju, kjer ni svetlih prašnih delcev, še posebej črna. Ti črni delci povzročajo nenaravno situacijo, da del svetlobne energije, ki jo zemlja dobiva od sonca ne pride do zemljinega površja, pač pa ogreva direktno ozračje. Namesto običajnega talnega ogrevanja imamo nekakšno stropno varianto, ko z ogretim višinskim zrakom gospodarijo vetrovi oziroma viharji in s tem prinašajo k tlom od saj ujeti del toplotne energije. To pa očitno povzroča, da je poleti ozračje zelo nemirno – nastajajo viharji in orkanske nevihte, ter da se zemlja ponoči ne more dovolj ohladiti – zato je pozimi vedno manj snega in nasploh mraza. Oslabljeno obsevanje vodnih površin pa povzroča manjše izhlapevanje in posledično pomankanje padavin in pitne vode.

Globalno segrevanje pa po mojem prepričanju nastaja le v manjši meri zaradi povečane prisotnosti toplogrednih plinov. V glavnem nastaja ta pojav zaradi izjemne lastnosti črnih delcev aerosola, da svetlobe praktično nič ne odbijajo, pač pa vso vsrkajo. Zato s svojo prisotnostjo spreminjajo planetarni albedo v smislu upadanja odboja vpadne svetlobne energije. Z drugimi besedami: gledano iz vsemirja je naš planet postal zaradi velike količine lebdečih črnih saj za malenkost temnejši (bolj črn) tako, da je odboj svetlobe nazaj v vesolje zato zmanjšan. Zemlja kot celota tako ob enaki osvetlitvi dejansko obdrži malo večjo količino svetlobne energije v časovni enoti. To pa pomeni globalno segrevanje.

Če bi delci aerosola bili svetle barve bi povečevali odboj in bi s tem povzročali poleg enakega globalnega mračenja še prav obratni efekt: globalno ohlajanje.

Saje so kemično zelo inertna snov. Ne načenjajo jih niti kisline niti lugi. V zraku zagorijo šele pri visoki temperaturi. Zreagirajo pa že pri sobni temperaturi z ozonom! Tako je zelo verjetno, da se na višini 10 km, kar je že spodnja meja stratosfere, srečujejo od sončnih žarkov ugrete saje in ozon in tudi zreagirajo med seboj. Pri tem nastane kisik in CO₂. Tako nam saje povzročajo še to nesrečo, da nam razredčujejo zaščitni ozonski sloj, ki nas varuje pred nevarnimi ultravijoličnimi sončnimi žarki. Ali pa je celo obratno res, da saje celo pomagajo pri zaščiti pred visokoenergijskimi sončnimi žarki s tem, da jih vsrkajo in se pri tem tako močno ugrejejo, da zreagirajo celo s kisikom. O tem dogajanju lahko samo ugibamo. Vendar pa se zdi zelo verjetno, da velik delež saj nastalih v visokih slojih ozračja relativno hitro zgori v CO₂ in tako poskrbi za delno očiščenje ozračja. To je mogoče sklepati iz dogodkov v New Yorku 11. septembra 2001, ko je bil prizemljen celotni letalski promet ZDA. Čeprav je trajala prizemljitev samo tri dni, so meteorologi ugotovili takojšnji intenziven klimatski odziv - porast dnevne temperaturne variacije.^[11]

Saje so, odvisno od nastanka, po velikosti delcev zelo različne. Zato imajo tudi zelo različno življensko dobo. Tisti delci, ki v ozračju ne zgorijo, lebdijo v zraku različno dolgo pač odvisno od oblike. Nekatere nosijo vetrovi zelo daleč, izgleda, da celo preko oceanov, preden pristanejo na vodni površini, na kopnem ali na ledenikih. Zaradi kemične inertnosti saje ostanejo nespremenjene. V vodi potonejo, na kopnem jih deževnica odplakne v zemljo, na ledenikih pa naredijo veliko škode. Led namreč v veliki meri odbija svetlobne žarke nazaj v vesolje medtem, ko jih črne saje na njem v celoti vpijajo in pretvorijo v toploto, ki povzroča taljenje. Delujejo neprekinjeno, dokler ne izginejo s površja.

Še eno zanimivo lastnost imajo saje. Ker ne odbijajo svetlobnih žarkov, jih ob temnem ozadju (na jasnem nebu) ni mogoče videti! Tako so za letali vidni le svetli aerosoli in vodne kapljice, ne pa tudi saje, ki jih nikakor ni malo. Saje postanejo vidne samo, če so v ozadju beli oblaki, ki ob njihovi prisotnosti v ozračju (na poti od naših oči do oblaka) posivijo. Taka podoba oblakov je kar pogosta.

Zaključek

Menim, da je prav ta “nevidnost saj” vzrok za prevladujočo napačno oceno, da je saj v ozračju tako malo, da ne morejo povzročati večjih težav.

Formula za hitro zaustavitev globalnega segrevanja in mračenja se torej glasi:
ZMANJŠATI TVORBO SAJ! Za očiščenje ozračja bo itak narava poskrbela sama!

Tvorbo saj lahko zmanjšamo seveda na več načinov. Lahko zmanjšamo dnevno ali tedensko kilometrino letalskih letov in prometa na tleh. Lahko izboljšamo kvaliteto motorjev tako, da bi bilo v izpuhih manj saj. Morda zamenjava goriva in podobno. Najbolj učinkovita bi gotovo bila kombinacija več navedenih ukrepov. Pričakovati je, da se bo dal celo učinek delnih ukrepov zaznati zelo hitro tako, kot se je to zgodilo ob zgoraj omenjenih dogodkih v New Yorku 11. septembra 2001. Tudi v začetku januarja opažamo vsako leto porast temperature, kajti za praznike se število poletov močno poveča.

Uspeh bo vsekakor odvisen od politične volje velikih držav. Trdno upam, da bo prišlo do dogovora v dobro vseh prebivalcev zemlje. Vsi bi radi imeli spet normalno klimo brez novih temperaturnih rekordov, dneve s hladnimi jutri pa dovolj padavin in pozimi dovolj snega, brez orkanov in povodnji tako, kot nekoč, pa dovolj hrane, pitne vode in čistega zraka. Če nam bo uspelo zmanjšati tvorbo saj na minimum, bomo resnično imeli klimo spet tako, kot nekoč - nekako pred sto leti. Tudi vsebnost CO₂ v ozračju bi padla, neodvisno od količine izpustov CO₂, na nivo, kot je bil nekoč!

Znano je, da so saje nastale iz naftnih derivatov zaradi vsebnosti aromatskih spojin še posebej kancerogene in so zato zelo verjetno odgovorne za visoko pojavnost kanceroznih obolenj zadnjega časa. Upam, da nam bo tudi raka uspelo obrzdati na nivo, kot je bil nekoč.

Izgleda, da si je človeštvo s pretirano porabo nafte v zadnjih sto letih poleg velikega tehničnega napredka napravilo tudi nekaj zelo slabih uslug.

Predlagani mehanizem – saje - uspe zadovoljivo pojasniti hkrati obe vrsti pojavov – globalno segrevanje in mračenje. To mu daje dovolj kredibilnosti, da zasluži večjo pozornost kot doslej. Apeliram na institucije, ki so primerno mersko opremljene, da kvantitativno preverijo,

koliko je saj v ozračju in kolikšen je izpust saj iz letal. Kvantitativni dokazi bi laže pripomogli k politični volji, da se čim prej ustrezno ukrepa!

Literatura:

1. ^ Report of Intergovernmental Panel on Climate Change (2007-02-05)
2. Image from Global Warming Art: Mauna Loa Carbon dioxide
3. ^ Ohmura, A. and Lang, H. (June 1989). in Lenoble, J. and Geleyn, J.-F. (Eds): Secular variation of global radiation in Europe. In IRS '88: Current Problems in Atmospheric Radiation, A. Deepak Publ., Hampton, VA (in English). , Hampton, VA: Deepak Publ., (635) pp. 298-301.
4. ^ Liepert, B. G. et al. (2004). "Can Aerosols spin down the water cycle in a warmer and moister world? ". Geophysical Research Letters 31. DOI:10.1029/2003GL019060
5. ^ Abakumova, G.M. et al. (1996). "Evaluation of long-term changes in radiation, cloudiness and surface temperature on the territory of the former Soviet Union". Journal of Climate 9 (6): pp. 1319-1327.
6. ^ Stanhill, G. & Moreshet, S. (1990).
   "Global radiation climate changes in Israel".
   Climatic Change 22 (2004-11-06), str. 121-138. | doi: 10.1007/BF00142962.
7. ^ Beckman, Mary (2005).
   "Earth lightens up".
   Pacific Northwest National Laboratory (5.maj 2005).
8. ^ Eddy, John A., Gilliland, Ronald L. & Hoyt, Douglas V. (1982-12-23).
   "Changes in the solar constant and climatic effects".
   Nature 300 (23.dec.1982), str. 689-693. | doi: 10.1038/300689a0.
9. ^ Gilgen, H., Wild, M., Ohmura, A. (1996).
   "Means and trends of shortwave irradiance at the surface estimated from global energy balance archive data".
   Journal of Climate 11, izd. 8 (avg.1998), str. 2042-2061. | doi: 10.1175/1520-0442(1998)011<2042:MATOSI>2.0.CO;2
10. ^ Stanhill, Gerald & Cohen, Shabtai (2000).
    "Global dimming: a review of the evidence for a widespread and significant reduction in global radiation with discussion of its probable causes and possible agricultural consequences".
    Agricultural and Forest Meteorology 107, izd. 4 (19.apr.2001), str. 255-278. | doi: 10.1016/S0168-1923(00)00241-0.
11. ^ Travis, David J., Carleton, Andrew M. & Lauritsen, Ryan G. (2002).
    "Climatology: Contrails reduce daily temperature range".
    Nature 418 (8.avg.2002), str. 601. | doi: 10.1038/418601a.