На прв поглед

Од прединдустриската ера, согоруваме сè поголеми количини на фосилни горива. Ова можеме да го видиме самите, честопати само гледајќи низ прозорецот или слушајќи, слушајќи го протокот на сообраќај. Глетките и звуците на согорувањето на фосилните горива, постојани, непрекинати.

Не можеме да видиме или да вкусиме јаглеродниот диоксид, еден од двата главни продукти на тоа согорување, а другиот е водена пареа. Но, постојано се упатува кон нашата атмосфера - само во 2021 година бројката за такви емисии, според Меѓународната агенција за енергија, изнесувала 36.300.000.000 тони од сè ова. Замислете само за момент толкаво количество песок натрупано на куп!

Штом се горе, една клучна разлика помеѓу јаглеродниот диоксид и водената пареа станува критично важна. Водената пареа се кондензира за да формира облаци и се замрзнува за да формира ледени кристали. Дожд, град, лапавица и снег паѓаат од облаците - тоа е постојан, тековен цикличен процес, иако на различни места се гледа многу повеќе - или многу помалку врнежи.

Јаглеродниот диоксид нема течна состојба при притисокот што се среќава во атмосферата на Земјата. Наместо тоа, при нормални атмосферски притисоци, тој се сублимира од цврста форма во гас на -78 °C. Цврстиот јаглерод диоксид е познат и како сув мраз, но не може да се формира во опсегот на температури кои се наоѓаат во атмосферата на Земјата, иако се произведува индустриски за различни намени. Така, за разлика од водената пареа, јаглеродниот диоксид е пример за гас што не се кондензира: штом еднаш е таму горе, останува таму горе долго време. Затоа нашите огромни емисии на CO₂ предизвикуваат нивоа на гас да се создаваат и создаваат.

Ако ви требаше непобитен доказ за да го прифатите горенаведеното, има еден: јаглеродниот диоксид добиен од согорувањето на фосилните горива има многу изразен хемиски отпечаток кој лесно може да се измери во примероците од воздухот. За да дознаете како го правиме тоа, прочитајте ги дополнителните детали подолу. Ваквите мерења, со тренд прецизно следејќи ја патеката што би ја очекувале поради нашите зголемени емисии, покажуваат дека далеку од тоа дека се туѓ проблем, вака или онака, сите ние во овој случај правиме нешто погрешно.

Дополнителни детали

Ако сакате да најдете непобитен доказ во однос на емисиите на човечкиот јаглерод и нивната улога во глобалното затоплување, каде би погледнале? Постојат неколку и верзијата на средно ниво на списоците за побивање и опишува многу од нив, но ќе започнеме овде со најважната.

Производството и употребата на фосилни горива се добро документирани. Поради таа причина, емисиите на CO₂ се исто така добро документирани. Во 2019 година, околу 44,25 милијарди тони (или гигатони) биле емитирани во атмосферата (IPCC AR6, WG III Техничко резиме 2022 година). Таа бројка била највисока забележана во постојан нагорен годишен тренд од година во година.

Значи, многу добро знаеме дека секоја година доцна додаваме десетици милијарди тони CO₂ во атмосферата. Како да го откриеме тој потпис на фосилни горива во воздухот?

Сл. 1: човечки отпечатоци на местото на злосторството на климатските промени. Забележете неколку линии на докази се однесуваат на „јаглерод од фосилно гориво“. Сега прочитајте….

Одговорот лежи во јаглеродните изотопи.

Повеќето хемиски елементи постојат во природата како повеќе од една верзија. Овие различни верзии се изотопи на елементот. Јаглеродот не е исклучок од правилото. Неговите најважни природни изотопи се јаглерод 12, јаглерод 13 и јаглерод 14, напишани 12C, 13C и 14C. Сите три содржат шест протони во нивните атомски јадра - тоа е атомскиот број на јаглеродот и тој е фиксен. Но, атомските јадра на јаглерод 12 содржат шест неутрони, додека 13С има седум, а 14С има осум.

Јаглеродот 14 се јавува само во ситни траги - околу еден атом на грам јаглерод е вистинска фигура. Се формира во природата преку неутронско бомбардирање на азотни атоми од космичките зраци во близина на врвот на нашата атмосфера. Човекот имал помош и тука: нуклеарните експлозии, исто така, произведуваат неутрони со висока енергија, а манијата за тестирање оружје минатиот век ја зголемила количината од 14C за два реда на магнитуда. Изотопот е корисен бидејќи е радиоактивен и може да се користи за радиометриско датирање на геолошки млади материјали. Бидејќи неговата стапка на распаѓање е брза (полуживот од 5.700 години), нешто повеќе од околу 50.000 години е премногу осиромашено за 14C за датира радиојаглерод. Фосилните горива, стари милиони до стотици милиони години, немаат температура од 14 степени Целзиусови.

Јаглеродот 12 е стабилен и многу вообичаен, сочинува 98,93% од целиот јаглерод на Земјата, а јаглеродот 13 го сочинува остатокот, освен малата количина на јаглерод 14. Во тој витален процес на фотосинтеза, јаглеродниот диоксид и водата се апсорбираат од растенијата. Овие сирови состојки се претвораат во хранливи материи (шеќер) и како нуспроизвод, две третини од нивниот содржан кислород се ослободуваат во атмосферата, што ја добар за дишење од нас и нашите други форми на живот. Важно е дека за време на фотосинтезата, јаглеродните изотопи се фракционираат, што значи дека пропорциите на 12C и 13C се менуваат од вклучените хемиски реакции, со преференцијално навлегување од 12C во тој шеќер. Така, фотосинтезата произведува поместување во корист на 12C.

Секој примерок што носи јаглерод - шише масло, грутка јаглен, парче калциум карбонат како варовник или морска школка, колба со воздух - има бројни примери - може да се анализира и да се утврди неговиот јаглероден изотопски состав. Затоа, неговиот сооднос од 13C до 12C (познат како делта или d13C) може да се пресмета и спореди со меѓународно договорениот стандарден состав. Равенката е следна:

делта 13C = ((13C/12C примерок)/(13C/12C стандард) -1) x 1000%

Сега, поради тоа преференцијално зафаќање на 12C во растенијата, вредноста на d13C, изразена во ‰, на сè што произлегува од нивното распаѓање, согорување, зачувување или потрошувачка ќе биде слична. Како таква, помалата (или понегативна) вредност на d13C го шири синџирот на исхрана, се зачувува во наоѓалишта на јаглен, нафта или гас, во карбонатни карпи како варовници и во фосили од лушпи.

Затоа, не треба да изненадува ако ископате и запалите фосилни горива, CO₂ што се испушта во тој процес ќе ѝ даде на атмосферата понегативен d13C - и токму тоа го наоѓаме. Ако целиот CO₂ во атмосферата бил толку испразнет од вулканите, ќе видиме d13C поблиску до нула; наместо тоа, тековниот тренд е сè понегативен; кумулативната парцела од станиците за земање примероци на воздух во Мауна Лоа и Јужниот Пол (слика 1) покажува вредности од -7,5‰ во 1980 година, што се движи константно надолу до -8,5‰ во 2020 година. Проценетата прединдустриска вредност е околу -6,6‰ (Graven et al. 2020). Ова е еден непобитен доказ на вештачки емисии на јаглерод диоксид. Друг е дека бидејќи фосилните горива немаат 14C, следува дека емисиите на CO₂ од фосилните горива исто така се - со што дополнително се разредува и онака малата количина од 14C во атмосферата.

Сл. 1: запис за изотоп на јаглерод, 1975-2022 година. Црни точки: месечен просечен однос на јаглеродниот изотоп (d13C) на атмосферскиот јаглерод диоксид во опсерваторијата Мауна Лоа, Хаваи. Како и кај Килинг кривата на нивоата на CO₂, графиконот го прикажува сезонското двоумење предизвикано од фотосинтетичките растенија додека лисјата растат, а потоа умираат. Црвени точки: месечен просечен d13C на атмосферски јаглерод диоксид на Јужниот пол, Антарктик.

Односите на изотопи на јаглерод се исто така многу корисни во геологијата. Ненадејните промени во нивните вредности, познати како позитивни или негативни „екскурзии“, ни кажуваат дека нешто монументално се случило. На пример, една од најголемите негативни екскурзии на d13C во геолошките записи го означува крајното пермско масовно истребување, пред 250 милиони години (Saitoh & Isozaki 2021).

Дека една од најдолгите и најобемните епизоди на вулканизам во изминатите 500 милиони години се случила во исто време со крајното пермско масовно изумирање сугерира дека во тоа време бил ослободен многу CO₂. Но, вулканогениот CO₂, кој потекнува од Земјината прекривка, има „потешки“ или попозитивни d13C од околу -6‰. Не можело да предизвика негативна екскурзија, но едно можело. Во седиментниот слив низ кој магмата се издигнала од длабоко во Земјата имало огромни наоѓалишта на нафта и јаглен и тие биле сеопфатно изгорени во процесот. Се проценува дека како последица, ерупциите на Сибирските стапици ослободиле помеѓу десет трилиони и сто трилиони тони јаглерод диоксид во текот на само неколку десетици илјади години, некои од вулканско потекло, но многу од тие изгорени депозити на фосилни горива. Она што се случило во Сибир пред 250 милиони години, на тој начин му го претставува на човештвото најстрого можно предупредување за играње со јаглеродниот циклус на Земјата.