Légből kapott

Az űrben száguldó anyagok – csillagközi por, aszteroidák, üstökösmaradványok – rendszeresen bombázzák bolygónkat, növelve annak tömegét, miközben a Föld légköréből gázok illannak el a bolygóközi térbe. Ha a Föld ­folyamatosan anyagot ad le, de egyúttal be is fogad, növekszik a tömege, vagy csökken? Inkább az utóbbi. Évente­ hat Eiffel-toronynak megfelelő tömeget veszít a bolygó.

BRAZIL-ENVIRONMENT-DEFORESTATION Fotó: FLORIAN PLAUCHEUR Forrás: Europress/AFP

A Föld típusú bolygók keletkezése nem minden részletében tisztázott, de a modellek szerint a legnagyobb méretű bolygókezdemények néhány tízezer, olykor néhány százezer év alatt fejlődnek akár több ezer kilométer átmérőjű bolygókká. A teljes összeállási folyamat a mikrométeres szemcséktől a nagy méretű kőzetbolygóig több millió évet vesz igénybe – olvasható a termvil.hu-n. 

A Föld körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt jött létre, de az anyagáramlás azóta sem állt le. Guillaume Gronoff, az amerikai űrügynökség (NASA) Langley Kutatóközpontjának munkatársa a légkör tömegének csökkenéséről írt tanulmányt. 

Azt állítja, ha elhanyagolható mértékben is, de apad a légkör tömege. Előbb azonban néhány szó arról, hogyan alakult ki ez a védőréteg, amely megfelelő hőmérsékletet biztosít ahhoz, hogy a víz egy része folyékony halmazállapotban maradva az élet alapját adja. Sőt a gázburok a kozmikus sugárzás egy részétől, valamint bizonyos mérettartományig a meteoritoktól is védelmet nyújt.

Egy bolygó légköre mulandó lehet, a Föld esetében sincs ez másképp. Az ősi légkör kozmikus eredetű hidrogénből, héliumból, metánból, ammóniából, vízgőzből és kén-hidrogénből állhatott. 

Ezek a bolygó szilárd alkotóelemeivel kémiai reakcióba léptek, majd a napszél, vagyis a Napból kiáramló nagy energiájú töltött részecskék hatására elillantak. Azt olvasni, hogy viszonylag hosszú ideig nem volt légköre a Földnek. 

Bolygónk másodlagos atmoszférája a vulkáni működések során felszabaduló gázokból és vízgőzből jött létre – azaz nem kozmikus eredetű. Nitrogén mellett némi szén-dioxid, vízgőz, kén, nitrogén és hidrogén alkotta eleinte. (Némi túlzással az élet kialakulásának kezdetén nitrogénlégkörünk volt, amelyben még nem volt oxigén.)

Melegedés és lehűlés

Az előbb említett gázok – olvasható az Országos Meteorológiai Szolgálat szakmai anyagában – vékony rétegben halmozódtak fel a Föld felszíne fölött. A vízgőztartalom emelkedésével megindult a víz körforgása, és a földfelszín mélyedéseiben összegyűlt csapadékból kialakultak az ősóceánok. 

A Napból érkező veszélyes ultraibolya sugárzás ekkortájt még akadálytalanul juthatott a víz felszínére, hiszen a légkör alig tartalmazott oxigént és ózont. Közel tízméteres vízréteg azonban már kellő biztonságot nyújtott a sugárzás ellen – a tengeri élőlények kialakulásához szükséges fény ilyen mélységben éppen elegendő volt. 

A fotoszintetizáló élőlények anyagcseréjének köszönhetően a légkörben egyre több oxigén gyűlt össze, amely idővel lehetővé tette a szárazföldi élet kialakulását. Az oxigén jelenlegi formájában mintegy 2,4 milliárd éve jelent meg, az oxigénszint növekedésével erősödött az ózonréteg, és kialakult a Földünket körülvevő, védelmet nyújtó ózonpajzs. 

Négyszázmillió évvel ezelőtt stabilizálódott az éltető gáz mennyisége és állt be a jelenlegi 21 százalékra. A földi levegőnek 78 százaléka nitrogén, a maradék egy százalékot adja a többi gáz. Az összetétele tehát alapvetően eltér a szomszéd bolygók légkörétől: a Vénuszt nagynyomású, a Marsot kisnyomású szén-dioxidból álló gázburok övezi.

A légkörrel kapcsolatban tavaly nyáron a következő izgalmas hír jelent meg: a szén-dioxid-kibocsátás miatt zsugorodik a sztratoszféra.

A légkörnek a földfelszíntől számított második rétege négyszáz méterrel vékonyabb, mint az 1980-as években. Ennek oka elsősorban az üvegházhatású gázok kibocsátása – idézte az origo.hu az Environmental Research Letters című lapban megjelent tanulmányt. 

Eszerint a sztratoszféra 2080-ig akár további 1,3 kilométernyit zsugorodhat, ha tovább növekszik az üvegházhatású gáz kibocsátása. (Minden jel erre utal.) A jelenség hátterében vélhetően a szén-dioxid-kibocsátásnak a különböző légköri rétegekben eltérő módon jelentkező hatása áll. 

Míg az üvegházhatású gáz a troposzférában jelentősen hozzájárul a melegedéshez, a sztratoszférában épp ellenkező a hatása: ott a lehűlést ösztönzi. A jelenséget azért kell figyelemmel követni, mert a légköri rétegek eltolódása hatással lehet a műholdak élettartamára és röppályájára, a globális helymeghatározó rendszerek, például a GPS-eszközök pontosságára.

Elpárolgó óceánok?

A Nature Geoscience című szaklapban ugyancsak tavaly publikált tanulmány arra hívta fel a figyelmet, hogy az oxigénben gazdag atmoszféra a lakható bolygók életében átmeneti állapot. A Föld esetében az egyre erősödő napsugárzás lassan lebontja a szén-dioxidot, amelyből így kevesebb lesz a légkörben. 

A csökkenő szén-dioxid miatt a fotoszintetizáló növények kevesebb erőforrásból gazdálkodnak, ami értelemszerűen az oxigéntermelés visszaesésével jár majd. Chris Reinhard, a Georgia Institute of Technology kutatója a New Scientist magazinnak arról beszélt, hogy egymilliárd év múlva olyan kevés oxigén lesz a levegőben – gyakorlatilag a mai mennyiség milliomod része –, hogy a bolygó lakhatatlan lesz a komplex szervezetek számára. 

A téma szakértői egyébként korábban már kimutatták, hogy az erősödő napsugárzás kétmilliárd éven belül elpárologtatja az óceánokat, ám az újabb szimulációk alapján bolygónk már az ezt megelőző időszakban lakhatatlanná válik az oxigénszint extrém csökkenése miatt. (Az úgynevezett anaerob életformák léte nem függ az oxigéntől. Valószínűleg ezek az organizmusok az oxigén nagy részének eltűnése után is fennmaradnak.)

Az, hogy mi lesz egy-két milliárd év múlva, fontos kérdés, de mégsem olyan megfogható, hogy a légkör jelenleg sem tudja megőrizni valamennyi elemét. Szerencsére nagyon lassú elszivárgásról van szó, hiszen bármilyen tárgynak, legyen az gázmolekula, ember, rakéta vagy macska, a Föld gravitációs erejének legyőzéséhez hatalmas energiára van szüksége. 

A britannica.com portál szemléletes hasonlata szerint egy tonna TNT energiája szükséges ahhoz, hogy egy embert felgyorsítsunk arra a sebességre, amellyel elhagyhatja a Földet. 

Leszámítva a szerencsére ritkán előforduló nagy méretű aszteroidabecsapódást, amikor a légkör jelentékeny része dobódik ki az űrbe, alapvetően minimális hidrogén és hélium illan el a Földről. A légkör tetején némelyik gáz annyi energiát kap a Naptól, hogy könnyen önállósíthatja magát, másokat gyorsan mozgó, töltött részecskék indítanak útnak. 

A Föld mágneses tere szerencsére kellő védelmet nyújt a légkörnek. Ha nem lenne mágneses tere, egészen másként nézne ki a bolygó. (A Marsnak például nincs, így ritka légkörét folyamatosan szaggatja a napszél.)

A mágneses tér óvó hatása ellenére a légkör annyi hidrogént veszít, amennyi másodpercenként megtöltene egy egy méter átmérőjű ballont. De hogyan befolyásolja a csillagközi anyag befogása és a légköri gázok elvesztése a Föld teljes tömegét?

Ötmilliárd évnyi haladék

A NASA-nak szakértő Guillaume Gronoff a Live Science portálnak arról beszélt, hogy mivel nem tudjuk a Föld tömegét olyan pontossággal mérni, hogy lássuk, az veszít a tömegéből vagy dagad, a kellő matematikával alátámasztott becslésre kell hagyatkoznunk. 

A műholdadatokkal is erősített koncepció szerint évente körülbelül 75 ezer tonna – 7,5 Eiffel-torony tömegével egyenlő – gáz távozik. Évente körülbelül 15 ezer tonna – nagyjából másfél Eiffel-toronnyi – Naprendszerből érkező anyag növeli a bolygó tömegét. 

Azaz a Föld tömege körülbelül hatvanezer tonnával apad évente. Bár ez soknak hangzik, az egész bolygót tekintve nagyon-nagyon kicsi. Gronoff kalkulá­ciója szerint az évi hatvanezer tonna veszteség mellett ötmilliárd évbe telne, mire eltűnne a Föld légköre. 

Egyes természeti folyamatok, például a vulkánkitörések, azonban némileg pótolják a légkör deficitjét. Az előbb említett ötmilliárd évnél ezért jóval több idő alatt tűnne el a légkör.

Csillagunk egymilliárd év múlva eléri legforróbb állapotát, amikor energiakibocsátása 26 százalékkal meghaladja a mai értéket. Ennek következtében a földi óceánok elpárolognak, bolygónk gyakorlatilag újra olvadt állapotba kerül.

A Nap néhány évmilliárd múlva vörös óriássá válik, ennek az lesz az eredménye, hogy felfúvódó központi csillagunk kiterjedő légköre az összes belső bolygót elnyeli majd.

Üvegházhatás

Az elmúlt kétezer évben a szén-dioxid koncentrációja egészen a XVIII. századig 270–285 ppm (részecske per millió) között mozgott a légkörben. Éppen ezzel az éghajlati stabilitással magyarázzák az emberiség dinamikus fejlődését. Az ipari forradalom óta azonban jelentős a növekedés. E gáz koncentrációjának átlagértéke 2020-ban 413,22 ppm volt, amely az iparosodás (1750) előtti szint 149 százaléka. 

Miért fontos ez? Mert a szén-dioxid a legjelentősebb üvegházhatású gáz, a Föld felmelegedésének 66 százalékáért felelős. Utoljára három-ötmillió éve lehetett ilyen magas a földi szén-dioxid-koncentráció, akkoriban a hőmérséklet két-három Celsius-fokkal, a tengerszint pedig tíz-húsz méterrel volt magasabb.

Borítókép: Légi felvétel a brazíliai erdőirtásról. Az oxigénben gazdag atmoszféra csak átmeneti állapot (Fotó: Europress/AFP)