Dr. Héjjas István ESÉLYEINK A TÚLÉLÉSRE 3

Átírás

1

2 2

3 Dr. Héjjas István ESÉLYEINK A TÚLÉLÉSRE 3

4 ESÉLYEINK A TÚLÉLÉSRE Dr. Héjjas István, 2008 ISBN ANNO Kiadó, MMVIII 4

5 TARTALOM Előszó 7 Az emberiség kockázatai 8 Amit a Földről tudni érdemes 11 A víz körforgása 14 A széndioxid körforgása 21 Az ózon körforgása 26 Az ökológiai lábnyom 31 Mi is az az üvegház? 35 Az önszabályozó bioszféra 40 Zöld energiák 48 Atomenergia 54 Vízenergia 61 Szélenergia 66 Napenergia 72 Geotermikus energia 81 Környezetbarát üzemanyagok 85 Hőszivattyúk 95 Hulladékok, és szennyvizek 102 Táplálkozás és életmód 107 Természetes eredetű sugárzások 111 Mesterséges eredetű sugárzások 120 Az emberiség kilátásai 130 Irodalomjegyzék 139 5

6 6

7 ELŐSZÓ A földi élet veszélyben van, és ezt ma már egyre többen, egyre magasabb fórumokon hangoztatják. Ámde a kedvezőtlen folyamatokat mégsem lehet megállítani, akkor sem, ha egyes vélemények szerint, ha a dolgok így mennek tovább, el fogjuk pusztítani a bolygót, de legalábbis a bioszférát. Ez persze túlzás. Legfeljebb arról lehet szó, hogy az emberiség önmagát számolja fel a Földön, és a távozásunk után majd a bioszféra előbb-utóbb regenerálódik. Persze az emberiség nézőpontjából ez is elég nagy baj. A kedvezőtlen tendenciák oka sokrétű és főleg az emberiség túlnépesedésében, valamint a modern fogyasztói társadalom gazdasági ideológiájában keresendő. Ráadásul ezeket a hatásokat tovább erősítik bizonyos emberi tevékenységtől független természetes geofizikai és egyéb folyamatok is. A környezet és a természet megóvása érdekében számos környezetvédő mozgalom szervez megmozdulásokat, ezek azonban eddig csaknem hatástalanok voltak. Ráadásul a természetvédő tiltakozások nem mindig a legnagyobb veszélyeket célozzák meg, ezért sok esetben érdemes lehet azt is megvizsgálni, hogy valóban ott van-e a legnagyobb kockázat, ahol leghangosabb a tiltakozás. Ez a könyv főleg azok számára íródott, akik szeretnének többet megtudni azokról a folyamatokról, amelyek az emberiség fennmaradásának kockázatát érinthetik, de nem rendelkeznek alaposabb ismeretekkel az ehhez kapcsolódó szaktudományok (fizikai kémia, energetika, légkörfizika, geofizika, optika, stb.) terén. Aki pedig részletesebben szeretne tájékozódni e kérdésekben, az irodalomjegyzékben felsorolt művekben, és az Interneten is találhat sok fontos információt. Budapest, július 7

8 AZ EMBERISÉG KOCKÁZATAI Geológiai rétegvizsgálatokból a tudósok arra következtetnek, hogy 300 millió évvel ezelőtt a földi légkör oxigén tartalma akár 30% is lehetett. Mintegy 250 millió évvel ezelőtt azután egy természeti katasztrófa miatt az oxigén tartalom hosszú időre a harmadára csökkent, és közben az élővilág 90 %-a elpusztult. A katasztrófa oka ismeretlen. Egyes feltevések szerint a galaxisunkban bekövetkezett szupernóva robbanás sugárzása pusztította el az élőlényeket, majd az ezek bomló tetemeiben lezajló kémiai folyamatok emésztették fel a légköri oxigén jelentős részét. Nem tudhatjuk biztosan, hogy ez tényleg így történt-e. Az viszont nem kétséges, hogy a Föld mintegy négy és fél milliárd éves történetében sokszor fordult elő globális katasztrófa. Ezek okai között szerepelt kisbolygó becsapódás, nagy erejű szuper-vulkáni tevékenység, özönvíz, gyilkos sugárözön, stb. Szerencsére az ilyen nagyságú természeti katasztrófák ritkák, csak több millió évenként fordulnak elő. Ma sokkal nagyobb a kockázata az olyan globális katasztrófának, amelyet az emberiség természetkárosító tevékenysége idézhet elő. A globalizálódó fogyasztói társadalom melléktermékei, például a különféle ártalmas vegyületek megtalálhatók a talajban, az élő vizekben, a levegőben, az élelmiszerekben és az élőlények szervezetében. Ezek közvetlen élettani hatása nagyrészt közismert. Az is köztudott, hogy a növényzetet károsító savas esőket a több száz vagy több ezer méter magasba feljutó kénvegyületeknek köszönhetjük. Kevésbé nyilvánvalóak azonban a közvetlenül nem tapasztalható, hosszabb távon észrevétlenül kialakuló veszélyforrások, amelyeket főleg a tengerekbe és a magasabb légköri rétegekbe feljutó ipari szennyeződések okoznak. Az emberi tevékenység természetkárosító hatásai két fő csoportba sorolhatók. Vannak lokális és globális hatások. 8

9 Bár a lokális hatások következménye egy szűkebb földrajzi környezetben katasztrofális lehet, ámde az ilyen események mégsem fenyegetik az emberiséget megsemmisüléssel. Lokális hatásra példa a talaj és ivóvíz ólom, kén, klór, stb. vegyületekkel való helyi szennyeződése, de ebbe a kategóriába tartozik még pl. a csernobili atombaleset is. A globális hatások nagyszámú lokális hatás összegeződése révén alakulhatnak ki. Ezek közül az emberiséget leginkább a tengervíz és a légkör összetételének és fizikai paramétereinek egymással kölcsönhatásban álló megváltozása fenyegetheti, amelynek következtében megváltozhat az éghajlat és a légkör nem képes hatékonyan kiszűrni a világűrből érkező egészségkárosító sugárzásokat. A kedvezőtlen tendenciákra számos jel utal. Ámde a szakemberek között is vita tárgyát képezi, hogy ezek előidézésében mekkora a szerepe az emberi tevékenységnek. Ismerünk ugyanis számos természetes folyamatot, amelyek hasonló hatást képesek kifejteni. A Föld történetében azonban az ehhez hasonló folyamatok sokkal lassabban zajlottak le, ezért jogosan feltételezhető, hogy a jelenleg folyó klímaváltozáshoz az emberi tevékenység is jelentősen hozzájárul. Az emberiség ugyanis rohamosan szaporodik, miközben az emberek életmódjának megváltozása miatt a természeti erőforrások egy főre jutó átlagos kiaknázása állandóan növekszik, amihez hozzájárul a modern társadalom nagyobb fogyasztásra és állandó gazdasági növekedésre ösztönző mentalitása. A fogyasztói társadalom közgazdasági irányelveit angol és amerikai közgazdászok dolgozták ki még az 1930-as években, főleg az évi gazdasági világválság hatására, de a szélesebb körű gyakorlati megvalósításra csak a II. Világháború után került sor. Az elméleti alapokat 1936-ban John Maynard Keynes fejtette ki General Theory of Employment, Interest and Money című könyvében. Eszerint a gazdaságnak szüntelenül növekednie kell, ami csak úgy lehetséges, ha az emberek egyre többet fogyasztanak. Az ember biológiai fogyasztó képessége azonban korlátozott. Ezért az embereket rá kellett nevelni arra, hogy olyasmiket is megvásároljanak, amikre nincs szükségük. Ezt célozzák az egyre agresszívabb reklámkampányok, amelyek arra 9

10 buzdítanak, hogy dobjuk ki a még használható ámde divatjamúlt cipőnket, ruhánkat, mosógépünket, mobiltelefonunkat, rádiónkat, TV készülékünket, és vegyünk helyettük újat, hogy ne kelljen szégyenkeznünk az ismerőseink előtt. Ámde a fogyasztói modellel az a baj, hogy a Földön rendelkezésre álló erőforrások mennyisége és a természet regenerálódási képessége korlátozott. Az utóbbi ma már a teherbíró képességének határán van. Ráadásul a természeti javak elosztása rendkívül aránytalan és igazságtalan a gazdag és szegény országok állampolgárai között. A fokozódó termelés egyre több hulladék és melléktermék keletkezésével jár együtt. A fejlett fogyasztói társadalmakban ezért az értéktermelő tevékenységek mellett egyre fontosabb szerepet kap a korábban megtermelt és hulladékká vált értékek megsemmisítése. A modern emberiség ezzel a viselkedésével voltaképpen hadat üzent a természetnek, és e harakiri típusú hadviselés során veszélyesen befolyásolja a Föld éghajlatát, és ezzel elősegíti a káros klímaváltozási tendenciákat. A problémákat azonban nem csupán a mai ember életmódja okozza. Két évezreddel ezelőtt ugyanis az emberiség létszáma még nem érte el a 100 milliót, ma viszont meghaladja a 6 milliárdot. Ez több mint 60- szoros létszámnövekedés. Ekkora létszám mellett a fűtésből, sütésfőzésből, és egyéb tevékenységekből eredő széndioxid kibocsátás, valamint az erdők kivágása miatt az oxigéntermelő növényzet csökkenése következtében a klímaegyensúly akkor is veszélybe kerülhetne, ha az emberiség ugyanolyan technikai színvonalon élne, mint 2000 éve. A mai emberiség feltehetően nem jobb, de nem is rosszabb, mint akkor volt. Az embereket ma is ugyanolyan vágyak, indulatok, szenvedélyek mozgatják, és az értelmi képességeink is azonosak. Csakhogy most sokkal többen vagyunk, és sokkal több hatékony eszköz áll rendelkezésünkre, mint annak idején. 10

11 AMIT A FÖLDRŐL TUDNI ÉRDEMES A Föld mintegy négyezer hatszáz millió évvel ezelőtt keletkezett. Hogy hogyan, az ma is vita tárgyát képezi. A leginkább elfogadott elmélet szerint naprendszerünk központi csillaga, a Nap, szupernóva robbanásból származó csillagközi por és gázfelhőkből alakult ki, és miközben a gravitáció hatására összehúzódott, a forgása felgyorsult, és belőle a centrifugális erő miatt anyagtömegek szakadtak le, amelyek bolygókká sűrűsödtek. A Föld kezdetben izzó állapotú volt, amelyben a gravitáció és a centrifugális erő együttes hatására különböző sűrűségű és halmazállapotú rétegek, azaz gömbhéjak alakultak ki. Ma a legfelső réteg a szilárd földkéreg, amely a szárazföldeknél mintegy km, az óceánok alatt pedig mindössze 6 7 km vastagságú. Ez alatt C fok körüli olvadt kőzetekből álló képlékeny rétegek helyezkednek el, a Föld legbelső magja pedig, amely túlnyomóan nehéz fémekből (vas, nikkel, stb.) áll, feltehetően szilárd halmazállapotú. Az utóbbi időben publikáltak olyan elméletet is, amely szerint a Föld középpontjában 8 km átmérőjű uránium gömb található, amely 6000 fok hőmérsékletű atomreaktorként működve folyamatosan termeli a hőenergiát, és nem engedi kihűlni a Földet. Az alábbiakban röviden áttekintjük, hogy a Föld keletkezése óta milyen fontosabb események történtek ezen a bolygón. A Földön az első élőlények mintegy millió évvel ezelőtt jelentek meg. Ezek még nagyon primitív mikroorganizmusok voltak. 11

12 Az első többsejtű élőlények a Föld területének túlnyomó részét borító tengerekben kb millió évvel ezelőtt bukkantak fel, 650 millió évvel ezelőtt pedig a tengerekben már algák és primitív gerinctelenek is éltek. Mintegy 590 millió évvel ezelőtt jelentek meg a mészhéjú puhatestűek, 560 millió évvel ezelőtt a tengeri csigák, ősrákok, és szivacsfélék, 500 millió évvel ezelőtt a tengerekben a páncélos őshalak, korallok, kagylók és gerincesek, a kialakuló szárazföldeken pedig a mohafélék. Kb. 470 millió évvel ezelőtt a tengerekben megjelentek a tengeri csillagok és a csontvázas halak, a szárazföldeken a kezdetleges növények, harasztok. Kb. 400 millió évvel ezelőtt a tengerekben megjelentek a kétéltűek, a szárazföldeken pedig a páfrányok, ősfák és ősrovarok. Kb. 360 millió évvel ezelőtt a szárazföldeken kialakultak a kőszéntelepek, megjelentek az örökzöld erdők és a szárnyas rovarok, 40 millió évvel később pedig már a fenyőfélék, és a füves mezők is. Kb. 290 millió évvel ezelőtt a szárazföldön megjelentek a repülő hüllők és az ősmadarak, 280 millió évvel ezelőtt a lombhullató fák és a bokrok, 270 millió évvel ezelőtt a dinoszauruszok, majd pedig 250 millió évvel ezelőtt az első emlősállatok. Kb. 240 millió évvel ezelőtt jelentek meg a tengeri teknőcök, 10 millió évvel később viszont kihaltak a dinoszauruszok. Kb. 220 millió évvel ezelőtt megjelentek a Földön a krokodilok, és a maihoz hasonló kétéltűek, 210 millió évvel ezelőtt a maihoz hasonló madarak, 180 millió évvel ezelőtt a főemlősök és a gabonafélék, 140 millió évvel ezelőtt a bálnák, a fókák, a maihoz hasonló halak, és a szárazföldi teknősök. Kb. 100 millió évvel ezelőtt jelentek meg az első majmok, 85 millió évvel ezelőtt a rágcsálók, 75 millió évvel ezelőtt a denevérek, 60 millió évvel ezelőtt a trópusi dzsungelek, a virágok, és az első majmok. Kb. 40 millió évvel ezelőtt játszódott le a lánchegységek felgyűrődése, és nagyjából ezzel egy időben a nagytestű szárazföldi ragadozók megjelenése, 30 millió évvel ezelőtt pedig az európai és ázsiai kontinens összekapcsolódott, ezzel kialakultak a mai kontinensek, és nagy füves legelőkön megjelentek az első növényevő emlősök. 12

13 Az első ősember mintegy 3 millió évvel ezelőtt jelent meg a Földön, az emberi civilizáció kezdeteit pedig legfeljebb néhányszor tízezer évvel ezelőttre tehetjük. Hát most itt tartunk. Ha a Föld keletkezése óta eltelt időt mindössze 24 órának tekintenénk, akkor az ipari civilizáció kialakulása mindössze az éjfél előtti utolsó századmásodpercben zajlott le. Vajon meddig tarthat még a civilizációnk? Hány század másodpercig? A kérdést sokan úgy teszik fel, hogy: Elpusztulhat-e a Föld? Ez a kérdés aggaszt manapság sok olyan embert, akik a bioszféra állapotáért aggódnak, és közöttük egyaránt találunk lelkes természetvédőket, szenzációra éhes újságírókat, rádió és TV riportereket. A válasz pozitív: Igen, elpusztulhat. Például úgy, hogy a Földdel összeütközik egy hatalmas kozmikus égitest, vagy a közelünkben pusztító erejű szupernóva robbanás történik. Ilyen esemény belátható időn belüli bekövetkezésének valószínűsége azonban nagyon csekély. Az emberiség a Földet elpusztítani biztosan nem tudja, ekkora pusztításhoz ugyanis a rendelkezésünkre álló technológia hatékonysága után oda kellene írni még nullát. A bioszféra állapotát azonban képesek lehetünk olyan mértékben befolyásolni, hogy a Földön az emberi élet lehetetlenné váljon, ami az emberiség megszűnését eredményezné, hiszen az emberiség nagyon sérülékeny élőlényfaj, amely annyira hozzászokott a technikai civilizáció által létrehozott környezethez, hogy az érintetlen ősi vad természetben akkor is kétséges lenne a túlélés, ha egyébként a bioszféra állapotában nem történne jelentősebb változás. Az emberiség megszűnése esetén viszont a bioszféra néhány millió év alatt regenerálódna, és beállhatna egy olyan ökológiai állapot, amelyben esetleg újra kifejlődhetne a mai emberiséghez hasonló szellemi képességű élőlényfaj. Azután ez az egész folyamat kezdődhetne elölről Még az sem zárható ki, hogy nem mi vagyunk az első gondolkodó élőlényfaj ezen a bolygón, és csupán azt az utat járjuk újra meg újra, amit az elődeink már többször végig vittek. 13

14 A VÍZ KÖRFORGÁSA A Földet nem véletlenül hívják kék bolygónak, hiszen felszínének mintegy 70%-át tavak, tengerek, óceánok, vagyis szabad vízfelületek borítják. Az oxigén tartalmú levegő mellett a víz teszi lehetővé, hogy a Földön lehetséges emberi élet. A testünk kétharmad része ugyanis víz, és ha ez az arány lecsökken, az életünk veszélybe kerül. A víz nagyon különleges anyag. A környezetünkben található anyagok szilárd, folyékony, vagy légnemű (gáz vagy gőz) halmazállapotban lehetnek. A víz ugyanakkor és ugyanott egyszerre jelenhet meg mind a három halmazállapotban. Gondoljunk csak arra, hogy a tavaszi olvadáskor, amikor a folyóvíz felszínén jégtáblák úsznak, felette páradús köd is jelen van. A legtöbb anyag melegben kitágul, hidegben összehúzódik. A víz kivétel. A víz +4 C fokon a legsűrűbb, vagyis ilyenkor a legnagyobb a fajsúlya. Ez teszi lehetővé, hogy télen a jég a tavak és folyók felszínén úszik, és nem süllyed le a meder aljára. Ha lesüllyedne, a vizekben nem alakulhatott volna ki élet. Fontos tulajdonsága a víznek a magas felületi feszültség. Ez például abban mutatkozik meg, hogy ha egy poharat színültig megtöltünk vízzel, az nem csorog ki mindjárt, hanem a felszíne a pohár szélein felfelé domborodva a helyén marad. A felszínt alkotó vízmolekulák ugyanis rugalmas vékony a milliméter milliomod részének megfelelő vastagságú hártyát alkotnak. Vannak könnyű testű vízi bogarak például a molnárka amelyek képesek a víz felszínén szaladgálni. A víz hatékony oldószer, olyannyira, hogy az élőlények így az ember testének belseje is voltaképpen fizikai-kémiai nézőpontból nem más, mint híg vizes oldat. 14

15 A víz kiváló oldóképességében fontos szerepe van annak, hogy a vízmolekula villamos dipólus jellegű, vagyis van pozitív és negatív vége, akárcsak egy miniatűr zseblámpaelemnek, és ezek emiatt a megfelelő végükkel képesek hozzátapadni a vízben oldott negatív és pozitív töltésű ionokhoz, például a konyhasó (NaCl) ionjaihoz. Így azután a víz mindenféle biológiai anyagcsere folyamatban intenzíven részt vesz, még a növények fotoszintézisében is. A víz részt vesz a Föld felszínén lezajló geológiai, geofizikai folyamatokban is. Ebben szerepet játszik a víz magas fajhője, olvadási hője és párolgási hője, amely befolyásolja a bolygón a hőáramlási viszonyokat, továbbá az a képessége, hogy a kőzetekből ki tud oldani különféle ásványi vegyületeket. Nagyon fontos tulajdonsága a víznek az is, hogy megfagyáskor, jég állapotban, a térfogata jelentősen (kb. 9% mértékben) megnő. Ez az oka annak, hogy a sziklák hasadékaiba került víz télen szét tudja repeszteni a kőzeteket, és kulcs szerepet játszik az eróziós folyamatokban. Ami pedig a vízgőzt illeti, ez igen jelentős üvegházhatású gáz, amelynek túlnyomó része a sztratoszféra alatt a troposzférában, az alacsony légköri rétegekben helyezkedik el. Egyes becslések szerint, a teljes légkör infravörös elnyelő képességének nagyobb részét mintegy 60%-át maga a vízgőz okozza. Mivel azonban ezt közvetlenül befolyásolni alig lehet, a további globális melegedés megfékezésére mégiscsak a széndioxid kibocsátás visszafogása a járhatóbb út. Annál is inkább, mert ha a sztratoszférában a széndioxid koncentráció megnő, az üvegház erősödése miatt a felszíni vizek párolgása is fokozódik, és ezzel önmagát erősítő-gerjesztő melegedési folyamat tud kialakulni. Ráadásul a páratartalom fokozódása miatt a csapadékok mennyisége is megnő, és emiatt gyakoribbá válhatnak a jelentősebb árvizek és az időjárási szélsőségek. A Földön a folyékony halmazállapotú víz évmilliárdokkal ezelőtt jelent meg, amikor már az izzó bolygó megfelelően lehűlt. Ekkor a légkörből a vízgőz lecsapódott, és sós csapadékként lehullott, majd a felszínen keletkezett barázdákon keresztül az alacsonyabb fekvésű különböző mélyedésekben, medencékben összegyűlt, létrehozva a folyókat és a tengereket. 15

16 A Földön található összes víz mennyisége millió köbkilométer körül becsülhető. Ennek túlnyomó részét a tengerek és a felszín alatti vizek képezik, amelyek állandó mozgásban, átalakulásban vannak. Ámde még a földalatti talajrétegeket átitató, vagy jéggé fagyott, valamint a kőzetekben kristályvíz formájában megtalálható vizek is mozognak, és szerepet játszanak a víz körforgásában. A kéreg alatti magmába süllyedő kőzetek víztartalma miatt vízgőz a működő vulkánok által kibocsátott gázokban és gőzökben is jelen van. Érdemes azt is megemlíteni, hogy a víz a világűrben sem annyira ritka, mint azt korábban gondolták, és a naprendszerünk bolygóin és holdjain és az üstökösökben is számos helyen előfordul. A víz a bolygónkon természetes körforgást végez, amely főleg a tengerek, tavak és folyóvizek párolgásából, valamint csapadékképződésből és ennek elfolyásából áll. A párolgás nagyon intenzív folyamat. A napsütés hatására például a szabad vízfelületekről főleg az óceánokból átlagosan 2 percenként párolog el akkora vízmennyiség, mint amennyi a Balatonban van. A légköri nedvesség nem csupán a felszíni vizek párolgásából táplálkozik. Ehhez hozzáadódik a sarkvidékeken és a magas hegyeken található jég és hó szublimációja, valamint a talajnedvesség kipárolgása is, továbbá az élőlények által kilégzett nedvesség. A légkör teljes nedvességtartalma mintegy 12 ezer köbkilométer körül becsülhető, ami nem éri el a Földön található összes víz mennyiség százezred részét sem. A légkör páratartalmából alakulnak ki a felhők. Ezek nagy részét a szél a szárazföldek felé tereli, és a hegyeknél, a felfelé való áramlás során lehűlve belőlük csapadék képződik. Ehhez azonban az szükséges, hogy a levegő nedvesség tartalma elérje a telítési szintet, az ún. harmatpontot, amely szükséges a páraképződéshez. Minél hidegebb a levegő, ehhez annál kisebb nedvesség tartalom elegendő. Ez azt jelenti, hogy ha a vízgőzt tartalmazó levegő lehűl a harmatpontig, belőle a vízgőz vízcseppek formájában kicsapódik. A kicsapódást elősegítik a levegőben található apró részecskék, az ún. kondenzációs magok. A kicsi cseppek azután ütközések révén egyesülnek, egyre nagyobb és nehezebb cseppek alakulnak ki, és ezek végül eső formájában lehullanak. 16

17 A lehulló csapadék táplálja a felszíni vizeket, és ebből származik a felszín alá jutó talajvíz is. Ezek részt vesznek a bolygón a víz viszonylag gyors körforgásában. A vizek másik része azonban a földalatti üregekben vagy a felszínen található jégtakarók és gleccserek formájában esetleg évezredekig, vagy évmilliókig időzik. A párolgás a különböző földrajzi térségekben nagyon eltérő. Hűvösebb éghajlatú vidékeken a lehulló csapadékból patakok, folyók és tavak képződnek, míg a forró sivatagokban a ritkán előforduló heves záporok vize azonnal elpárolog, és felszíni vizek nem tudnak kialakulni, ámde a víz körforgása ebben a formában még itt is működik. Bármennyire meglepő, a Föld összes folyójában és patakjában mindössze kb köbkilométer víz található, ami a bolygó teljes vízkészletének alig milliomod része. Ha ezt a víztömeget egyenletesen elosztanánk a Föld felszínén, csupán 2 milliméteres vízréteget kapnánk. Ennek ellenére a folyókból minden évben átlagosan köbkilométer víz kerül a tengerekbe, vagyis a folyókban található víz évenként mintegy 30 alkalommal (10-12 naponként) kicserélődik és körbefordul. Úgy látszik szó szerint is igaza lehetett Hérakleitosznak, az ókori görög bölcsnek, hogy nem lehet kétszer belépni ugyanabba a folyóba. Érdemes megjegyezni, hogy a Földön az élőlények (állatok és növények) szervezetében található vízmennyiség köbkilométer körül van, csaknem annyi, mint a folyóvizekben. A víz nem csak a természetben végez körforgást, hanem a testünk belsejében is, ahol gondoskodik a tápanyagok feloldásáról és felszívódásáról, és fontos szerepet játszik a vér összetételének, valamint a test hőmérsékletének szabályozásában is. Az emberi szervezetben a víz körforgása nagyon intenzív. A vesén például naponta 180 liter víz halad keresztül, vagyis a testünk víztartalma sokszor körbefordul. Egy átlagos felnőtt emberből a vizeletben, székletben, verejtékben, valamint a kilégzett levegővel naponta mintegy kettő és fél liter víz távozik el, amelynek rendszeres pótlása nélkül nem tudnánk életben maradni. Érdemes megemlíteni, hogy a létfontosságú ivóvíz mennyisége nem éri el a Föld teljes vízkészletének egy százalékát sem, ezért az édesvíz 17

18 készletek megóvása, az ezzel való takarékoskodás az emberiség jövőjének meghatározó tényezője lehet. A globális melegedés miatt egyre pesszimistább jóslatokat publikálnak az óceánok vízszintjének emelkedéséről is. Egyes becslések szerint az elmúlt évszázad során a tengerszint átlagos emelkedése cm között lehet. Egy nemzetközi tanulmány pedig azt jósolja, hogy a tengerek szintje a 21. évszázad folyamán akár további egy méterrel is megemelkedhet, és emiatt a víz legalább ötmillió négyzetkilométer szárazföldet áraszthat el a part menti területekből, ráadásul a sós tengervíz beszivárgása a talajba tönkre tehetné az ivóvíz készletek jelentős részét. Ellenvetésül meg szokás említeni, hogy évvel ezelőtt, vagyis a legutóbbi jégkorszakban, az óceánok szintje akár 120 méterrel is alacsonyabban lehetett, mint ma. Ha tehát ebből a 120 méterből a modern emberiség 100 év alatt mindössze centiméter produkált, akkor a helyzet nem is látszik annyira tragikusnak. A tengerszint emelkedés kérdése nem egyszerű, a számítógépes szimulációs modellek nagyon bonyolultak, bennük túl sok paraméter szerepel, és emiatt csak közelítő számítások elvégzése lehetséges. Ráadásul a kiindulási adatok sem eléggé pontosak, márpedig az input adatokban mutatkozó csekély eltérés jelentősen megváltoztathatja a számítások végeredményét. A problémát nehezíti, hogy a számítógépen modellezett folyamatokat olyan ellentétes hatású tényezők határozzák meg, amelyek általában egymással csaknem egyensúlyban vannak, és attól függően, hogy az egyensúly akár csekély mértékben melyik irányban billen fel, a következmény katasztrofálisan eltérő lehet. Így azután azon sem lehet csodálkozni, hogy a különféle matematikai modellekre épülő számítógépes programok ugyanarra a problémára gyakran teljesen ellentmondó eredményeket adnak. A tengerszint emelkedés legfontosabb tényezőjeként általában a sarki jégtakarók felolvadását szokás tekinteni. Ámde jelentős különbség van az Északi és a Déli sarki jégmezők között. Az Északi Sark és környéke hatalmas tenger, amelyet szárazföldek vesznek körül, a Déli Sark és környéke pedig hatalmas szárazföld, amelyet tengerek vesznek körül. Emiatt az 18

19 Északi Sarknál a jég a víz felszínén úszik, míg a Déli Sarknál a jégmezők a szárazföldön helyezkednek el. Vegyük elsőként az Északi Sarkot. Talán sokan emlékeznek még arra beugrató fizikai érettségi példára, amely a következőképpen szól: Ejtsünk bele egy 10 grammos jégdarabot egy 2 decis pohárba, majd töltsük fel a poharat színültig vízzel. Kérdés: a jégdarab elolvadása során mennyi víz fog kicsorogni a pohár peremén? A helyes válasz: Egyetlen csepp sem fog kicsorogni. A magyarázat Archimédesz tételében rejlik, amely szerint minden vízbe mártott test a súlyából annyit veszít, amennyi az általa kiszorított víz súlya. Más szóval: a vízen úszó jég, amikor elolvad, víz formájában éppen annyi helyet fog elfoglalni, amennyi vizet korábban kiszorított. Ez tehát azt jelenti, hogyha az Északi Sark teljes jégtakarója elolvadna, akkor ettől még a tengerek szintje gyakorlatilag változatlan maradhatna. Más a helyzet a Déli Sark körüli jégtakaróval, amelynek elolvadása valóban megemelhetné az óceánok szintjét. De vajon tényleg megemelné-e, és milyen mértékben? Ezen jégtömegek teljes elolvadása csak akkor következhetne be, ha a Föld átlagos éves középhőmérséklete annyira megnőne, hogy a sarkvidékek környékén is megközelítené a nulla C fokot. Ez azonban azt jelentené, hogy az Egyenlítő környékén olyan magas hőmérsékletek alakulnának ki, hogy ott már lehetetlen volna az emberi élet. Ilyen hőmérsékleteken a felszíni vizek párolgása jelentősen fokozódna, ami a vízszint csökkenését eredményezné, vagyis valamilyen mértékben kompenzálná az olvadásból adódó vízszint emelkedést. Hasonló jelenség egyes édesvizű tavaknál jelenleg is megfigyelhető. Ezek vízszintje csökken, területük összehúzódik, némelyek kiszáradnak. A kérdés vizsgálatát tovább bonyolítja, hogy a sarki jégtömegek gyakorlatilag sómentesek, ezért a felolvadásuk a sós tengereket felhígítja, és emiatt a tengervíz sótartalma és ezzel a sűrűsége (fajsúlya) is megváltozik. Ráadásul az olvadt víznek is van tágulási együtthatója, ami azt jelenti, hogy +4 C fok felett a víz a hőmérséklet emelkedésével egyre nagyobb térfogatra terjed ki. Márpedig az óceánok vizének hőmérsékletét főleg a 19

20 felszín közelében (gyakorlatilag több száz méter mélységig) számottevően befolyásolja a felette lévő levegőréteg átlagos hőmérséklete. A globális melegedés során a felszíni vizek fokozott párolgása azt is jelenti, hogy a levegő abszolút nedvességtartalma növekszik. A levegő pedig a melegedése miatt egyre több nedvességet képes befogadni, ezért egy darabig emiatt nem lesz pára kicsapódás és fokozódik az üvegházhatás és ezzel a globális melegedés. Előbb-utóbb azonban a levegő nedvesség tartalma egyre több helyen megközelíti vagy meghaladja a már említett harmatpontot, és ez fokozódó köd és felhő képződést okoz. A felhők pedig fehér felületeket képeznek, amelyek jó hatásfokkal verik vissza a felülről érkező napsugárzást, és ez mérséklően hat az üvegházhatásra. Van még egy tényező, amely befolyásolhatja (szerencsés esetben fékezheti) a melegedési folyamatot, ez pedig a Nap aktivitása, amelyre jellemző többek között a megfigyelhető napfolttevékenység mértéke. A Nap sugárzási intenzitása ugyanis időszakonként változik, jelenleg pedig valószínűleg csökkenő tendenciát mutat. A 17. században pl. emiatt a Földön már lezajlott egy ún. kis jégkorszak, amely alatt az átlagos hőmérséklet több fokkal alacsonyabb volt a korábbinál. A Nap aktivitásának csökkenése két módon mérsékelheti a Föld felszíni hőmérsékletének emelkedését. Az egyik, hogy a Nap kevesebb hőenergiát sugároz a Földre. A másik, hogy a világűrből érkező kozmikus sugárzást a Nap mérsékeltebb elektromágneses hatása kevésbé téríti el, emiatt a Földet érő megnövekedett ionizáló besugárzás elősegíti a köd és felhő képződést, és ezzel fokozza a napsugarak visszaverődését. E jelenség hatásmechanizmusának részletesebb ismertetése megtalálható pl. a NewScientist c. nemzetközi tudományos folyóirat szeptember 16-i számában. Mindebből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a globális melegedés hatása a tengerszint emelkedés mértékére legalábbis vitatható, mivel a kérdést csak a jelenleginél sokkal fejlettebb szimulációs programokkal lehetne csak eldönteni. Ámde, még ha a globális klímaváltozás esetleg nem is befolyásolná számottevően az óceánok szintjét, azért még az egyéb következményei az emberiségre nézve akár katasztrofálisak is lehetnek. 20

21 A SZÉNDIOXID KÖRFORGÁSA Az emberi tevékenységből származó természet károsítás legnagyobb kockázata alighanem az éghajlat megváltozása, amelynek fő oka az üvegházhatás fokozódása. Maga az üvegház effektus önmagában hasznos, nélküle a Föld fagyott bolygó lenne, és nem volna lehetséges rajta emberi élet. A probléma azonban az, hogy ha az üvegház túlságosan felerősödik, akkor az olyan mértékű klímaváltozáshoz, valamint a természeti katasztrófák olyan mértékű megszaporodásához vezethet, amely veszélybe sodorhatja az egész emberiséget. Az üvegház működési mechanizmusára egy későbbi fejezetben részletesebben visszatérünk, itt csupán azzal foglalkozunk, hogy mi a szerepe ebben a levegőben található széndioxidnak, és hogyan működnek a széndioxid körforgását befolyásoló természetes mechanizmusok A levegőben lévő széndioxid kiemelt fontosságú jelentősége az, hogy ez az a vegyület, amely a teljes üvegházhatás jelentős részét okozza. A széndioxid ugyanis jól átengedi a Napból a Földre érkező fénysugárzást, ámde elnyeli a Föld felszínéről a világűr felé kisugárzott infravörös sugárzást, és ezzel hozzájárul a melegedéshez. Bár a légkörben több olyan gáznemű anyag található, amelyek infravörös elnyelő képessége nagyságrendekkel meghaladja a széndioxidot, ámde ezek mennyisége elenyészően csekély a széndioxidhoz képest, amely így a mennyiségbeli fölénye révén kap kitüntetett szerepet. A Földön az összes szén mennyisége adott és gyakorlatilag változatlan. Ennek egy része a levegőben lebeg széndioxid (CO 2) formájában, másik része a növények és állatok testében lévő szerves vegyületekben található, a fennmaradó része pedig el van temetve a talajszint alatt, és a tengerek mélyén kőzetek alkotórészeként, fosszilis tüzelőanyagok (szén, kőolaj, földgáz), valamint különféle vízben oldódó vegyületek formájában. 21

22 A levegőben lévő széndioxid üvegház hatása tehát azon múlik, hogy az összes szén mekkora hányada képezi a levegőben lebegő széndioxidot, és hogy ez a hányad hogyan változik. Ez utóbbi adatra útbaigazítást kapunk, ha megmérjük a levegőben a széndioxid koncentráció arányát. Bár ilyen méréseket csak néhány évtizede végeznek, azonban a geológiai vizsgálatokból eléggé jól rekonstruálható, hogy a régebbi korokban mekkora lehetett a levegő széndioxid tartalma. Eszerint az ipari forradalom előtt a levegőben a széndioxid tartalom kb. 280 ppmv, azaz kb. 0,028 térfogat-százalék volt, jelenleg pedig már eléri a 380 ppmv, azaz térfogat-arányban a 0,038 % értéket. Ezt az adatot az amerikai National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) intézet tette közzé néhány évvel ezelőtt. Az utóbbi időben tehát a széndioxid tartalom jelentős mértékben megnőtt. Hogy mekkora ebben az ember által működtetett ipar és közlekedés szerepe, az vita tárgyát képezi. Bár a jelenségben természetes tényezők is közrejátszhatnak, ámde az emberi tevékenység szerepe bizonyosan így is jelentős. Vizsgáljuk meg először a széndioxid természetes körforgását, vagyis azt a folyamatot, ahogyan az a Föld bio-ökológiai rendszerében emberi beavatkozás nélkül működik. A körfolyamat fontosabb lépései a következők: A levegőben lévő széndioxid a mindenütt jelenlévő vízgőzzel vegyülve szénsavat alkot (CO 2 + H 2O = H 2CO 3), és ez savanyú eső formájában lehullik. Fontos tudni, hogy a savanyú eső olyasfajta folyadék, mint az enyhe szódavíz, és nem tévesztendő össze az ipari tevékenység egyik káros következményével, a kén tartalmú savas esővel. A savanyú eső jelentős része az óceánokba hullik, és a tengeráramlatok leviszik a mélybe, ahol a széntartalma különféle fizikai-kémiai folyamatokban nagyrészt tartósan lekötődik. A savanyú eső másik része a szárazföldre jut, és jelentős mennyiségben érintkezésbe kerül a vulkanikus eredetű bazalt kőzetekkel, amelyre eróziós hatást fejt ki. A bazalt a Földön az egyik leggyakoribb kőzetféleség. Összetétele változó. A geokémiában alkáliákban (kálium, nátrium) szegény és alkáli bazaltot szokás megkülönböztetni. A bazalt többnyire fekete vagy szürkésfekete színű, de egyes bazaltok vöröses árnyalatúak a 22

23 bennük található vasoxid miatt. Bármilyen is a bazalt összetétele, a tömegének jelentős részét kalcium-szilikát (CaSiO 3) alkotja. Ezzel lép kölcsönhatásba a savanyú eső, és bomlástermékként víz keletkezése mellett mészkő (kalcium-karbonát) és kvarchomok (szilíciumdioxid) jön létre (H 2CO 3 + CaSiO 3 = H 2O + CaCO 3 + SiO 2). Így azután a mészkőben a savanyú eső széntartalma lekötődik. Mivel a tűzhányók jelentős része az óceánok mélyén működik, ezért a vulkánikus bazaltképződés nagyobbik része is itt zajlik le, és a tengeráramlatok által az óceánok fenekére lejutó szénsav itt is kifejti a fentebb vázolt kölcsönhatást. Mint tudjuk, a földkéreg állandó mozgásban, átalakulásban van. Ennek következtében a felszínt és a tengerfeneket borító kőzetek lesüllyednek és előbb-utóbb eljutnak abba a mélységbe, ahol olyan nyomás és hőmérséklet tartományba kerülnek, ahol már a kőzet megolvad, és a benne található mészkő elbomlik (CaCO 3 = CaO + CO 2), és a bomlás során keletkező széndioxid a tűzhányókon és termálvizeken keresztül ismét kijut a légkörbe. Ezzel a szén geokémiai körfolyamata bezárul. Érdemes észrevenni, hogy a körfolyamatban működik egy bizonyos önszabályozó visszacsatolás, amely a levegőben lévő széndioxid koncentrációt elvileg képes lehet bizonyos határértékek között stabilizálni. Ha ugyanis a levegőben a széndioxid koncentráció feldúsul, akkor emiatt fokozódik az üvegház hatás, és a felszíni vizek fokozott párolgása miatt nagyobb lesz a levegő páratartalma is. A levegőben lévő egyre több széndioxid és egyre több vízgőz miatt felgyorsul a savanyú eső képződés és ezzel egyre több szén távozik a légkörből. Ha pedig a széndioxid koncentráció egy bizonyos szint alá süllyed, a szénsavképződés is jelentősen mérséklődik. A geokémiai körfolyamat mellett létezik a bioszférában biológiai önszabályozás is. Ennek hatásmechanizmusa úgy működik, hogy amikor több a levegőben széndioxid és magasabb a hőmérséklet, a növények és állatok aránya megváltozik, és a több növény több széndioxidot bont le, mint amennyit a lecsökkenő állatállomány termel. Ha pedig a levegőben kevés a széndioxid, a folyamat az ellenkezőjére fordul. 23

24 Sajnos a tervszerű mezőgazdasági tevékenységgel az emberiség a növények és állatok arányába olyan mértékben beleavatkozik, hogy az ökoszisztéma természetes biológiai önszabályozása ma már alig működik. A klímaváltozással kapcsolatban az emberiség szerepét gyakran azzal vitatják, hogy amikor még nem is létezett emberiség, akkor is voltak élőlény fajok tömeges kipusztulását okozó óriási globális katasztrófák és klímaváltozások. Kétségtelen, hogy a földtörténet során több jelentős kihalási eseményről tudunk. Ezek közül talán a legismertebb a kréta időszak végén történt, és véget vetett a dinoszauruszok szárazföldi uralmának. A kihalást kiváltó okokról azonban még ma is vita folyik. Sőt, mintegy 800 millió évvel ezelőtt az üvegház annyira meggyengült, hogy a Föld egészen az Egyenlítő térségéig eljegesedett. Az ide vezető folyamat feltehetően óriási vulkanikus aktivitással kezdődött. A hatalmas bazaltkiömlés az Egyenlítő környékén történhetett, aminek eredményeként mállékony felület jött létre, és ez olyan mértékben megkötötte a levegő szén-dioxidját, hogy annak koncentrációja körülbelül 100 ppmv (0,01%) alá csökkent, és ez okozta a lehűlést. Az esemény legfontosabb bizonyítéka, hogy a nyolcszázmillió éves meleg égövi kőzetekben olyan oxigénizotóp-összetételeket találtak, amelyek a gleccserjéggel való kölcsönhatást igazolják. Sajnos a jelenlegi kb. 380 ppmv (0,038%) légköri széndioxid koncentráció tovább növekszik, fokozván a veszélyes melegedési tendenciát. Ma már a legszkeptikusabb szakemberek is elismerik, hogy ebben a folyamatban az emberiségnek jelentős szerepe van. Az ipar és közlekedés ugyanis olyan sok széndioxidot juttat a levegőbe, hogy azt már a természetes önszabályozó mechanizmusok nem képesek kompenzálni. A legnagyobb kibocsátó a közlekedés, a villamos energia termelés és a fűtés, vagyis azok a tevékenységek, ahol energiát (pontosabban mechanikai, villamos vagy hő-energiát) hozunk létre. Nemzetközi statisztikai adatok szerint pl évben a világ energia felhasználása több mint tízmilliárd tonna kőolajjal volt egyenértékű, és ebben a fosszilis tüzelőanyagok (szén, kőolaj, földgáz) aránya 80% körül volt. További 11%-ot tett ki biomassza elégetése, ami voltaképpen ugyancsak széndioxid kibocsátó tevékenység. A széndioxid mentes energiater- 24

25 melés aránya pedig mindössze 9% százalék volt, amiből 7%-ot tett ki az atomenergiával történő villamos energia termelés. Érdemes azt is megemlíteni, hogy egy ezer megawatt teljesítményű hagyományos széntüzelésű hőerőmű egy év alatt átlagosan mintegy három és fél millió tonna szenet éget el, és ennek eredményeként kb. 11 millió tonna széndioxidot bocsát ki a levegőbe. A villamos energia termelésben az ilyen erőművek termelik a legtöbb széndioxidot. 25

26 AZ ÓZON KÖRFORGÁSA Az ózon az oxigén háromatomos módosulata. Ritka gázként a napsugárzás hatására keletkezik a magasabb légköri rétegekben, pontosabban a sztratoszférában, nagyjából a talajszint felett kb km magasságban, ahol igen ritka gázként szétoszolva van jelen. A sztratoszférában lévő ózon mennyisége annyira csekély, hogy ha a teljes ózon mennyiséget lehoznánk a Föld felszínére, akkor az a normál atmoszférikus nyomáson mindössze kb. 3 mm vastagon borítaná be a földet. A magaslégköri ózon azonban a viszonylag csekély mennyisége ellenére nagyon fontos a földi élet szempontjától, mert ez védi meg az élőlényeket a pusztító ultraibolya (UV) sugárzástól. Az ózon ugyanakkor szer hatékonyabb üvegházhatású gáz, mint a széndioxid. Így azután, csekély mennyisége ellenére észrevehető mértékben részt vesz globális üvegházhatás létrehozásában. Az persze mégsem lenne szerencsés, ha az üvegházhatás erősödése az ózonkoncentráció csökkenése miatt mérséklődne, hiszen ez az UV sugárzás veszélyes mértékű erősödésével járna. A sztratoszféra mellett a talaj közelében is találkozhatunk ózonnal. Ózon található a gépkocsik kipufogó gázaiban, éppen ez a városi szmog egyik káros összetevője. Ózon képződik mesterséges ultraibolya fény hatására is, a szoláriumokban, higanygőzlámpák közelében, és ívhegesztő készülékek használatakor. Az ózon mérgező, ezért a belélegzése súlyos légzőszervi károsodást okozhat. Az ózon ugyanis az egyik legerősebb oxidálószer. Ez utóbbi tulajdonsága miatt viszont alkalmas ivóvíz fertőtlenítésére, szennyvíz és élelmiszer sterilizálásra is. Mint említettük, a veszélyes UV sugárzások felerősödnek, ha meggyengül az ózonréteg. A hatás alattomosan jelentkezik, hiszen az UV 26

27 sugárzás hullámhossza rövidebb a még éppen látható ibolya színű fénynél ezért is nevezik ultraibolyának így szemmel nem látható. Az UV sugárzás hullámhossz tartománya három sávra tagolható. Ezek megnevezése és hullámhossz tartománya: UVA (0,10-0,28 mikron), UVB (0,28-0,32 mikron) és UVC (0,32-0,40 mikron). A Napból érkező UV sugárzást a légkör legfelső, 100 km feletti rétege, vagyis az ionoszféra gyakorlatilag csaknem teljesen átengedi. Az ionoszféra alatt található a sztratoszféra, amely nagyjából a légkör 10 és 100 km közötti magasságú rétegét jelenti. Itt az UV sugárzás legveszélyesebb komponense, az UVC sugárzás túlnyomórészt elnyelődik, és az elnyelődés során felbontja a két atomos oxigén molekulákat, és ezek bomlásából képződik a három atomos ózon. A sztratoszférában ily módon a Napból érkező UVC sugárzás hatására naponta mintegy 300 millió tonna ózon jön létre nagyrészt az Egyenlítő felett, ahonnan a sarkok felé szétterülve fokozatosan lebomlik és viszszaalakul kétatomos normál oxigénné. A sztratoszférában található ózon képezi az ún. ózonréteget, amely, mint említettük, a föld felett mintegy km közötti magasságban a levegővel összekeveredett ritka gáz. Az ózonréteg szűrési hatékonysága nagyon jelentős, mert képes elnyelni az egészségre ártalmas UVB sugárzás legnagyobb részét, így annak csak csekély hányada éri el a felszínt. A harmadik fajta UV sugárzás, az UVA jelentős része eléri a talaj szintet, és az állatok és emberek bőrében pigment képződést vált ki és hozzájárul a D-vitamin szintézishez, növényekben pedig a klorofill képzésben és fotoszintézisben játszik szerepet. Az utóbbi folyamatnál a növény leveleiben vízből és széndioxidból oxigén felszabadulás mellett szénhidrátok képződnek. Ez a Földön a legfontosabb és legjelentősebb élelmiszer és oxigén termelő folyamat. A sztratoszférában az ózon bomlását jelentősen fokozhatják különféle kémiai vegyületek, főleg az ipari eredetű szennyező gázok. Így alakulhat ki az ún. ózonlyuk. Az ózonréteg vastagságát Dobson egységben mérik. Egy Dobson egység akkora ózon mennyiséget jelent, amelyet ha a sztratoszférából lehoznánk a talajszintre, atmoszférikus nyomáson 0,01 mm vastag gázré- 27

28 teget képezhetne. Normális körülmények esetén a mérsékelt égövben az ózonréteg 320 Dobson egység vastagságú. Ózonlyukról akkor beszélünk, ha az ózonréteg mérőszáma 200 Dobson egység alá esik. Ilyen esetben a talajszinten a veszélyes UVB sugárzás intenzitása aggasztó mértékben felerősödhet, ráadásul az eloszlása is kedvezőtlen módon megváltozik, mivel benne a rövidebb hullámhosszúságú, és ezért keményebb, egészségre ártalmasabb komponensek aránya jelentősen megnő. Az ózonlyuk nemcsak a szárazföldi élőlényekre káros, de a tengeri élővilágot is veszélyezteti. A víz ugyanis (és ezért természetesen a felhő is) jól átengedi az ultraibolya sugárzást, és ezért az UVB besugárzás jelentős hatással lehet a tengeri táplálékláncban fontos szerepet játszó planktonokra és puhatestűekre és ezen keresztül a tengerekben található valamennyi élőlényre. A sztratoszférába feljutó halogének, a klór, a fluor, és a bróm gyorsítja az ózon lebomlását, és ez főleg a téli hónapokban ózonlyuk kialakulásához vezethet. A szabad klór atom a lebontást két lépésben valósítja meg. Először egy ózon molekulával reakcióba lépve klóroxid és kétatomos oxigén keletkezik (Cl + O 3 = ClO + O 2), a második lépésben pedig a létrejött klóroxid lép reakcióba egy újabb ózon molekulával, aminek eredményeként egy szabad klór atom és két darab kétatomos oxigén molekula keletkezik (ClO + O 3 = Cl + 2O 2). Ezután a magányos klóratom elölről kezdi az első lépést, olyannyira, hogy egyetlen klórmolekula akár ózonmolekulát is képes lehet lebontani. Hasonló katalizátor mechanizmus szerint működik a többi halogén kémiai elem. A sztratoszférába ezek az elemek főleg halogénezett szénhidrogének (freonok-halonok) formájában jutnak fel, és azokból az intenzív UV sugárzás hatására felbomolva szabad halogén atomok szabadulnak fel. Bár ezek a vegyületek egy idő múlva a nagyobb fajsúlyuk miatt kiülepszenek, azonban ez hosszú időt vesz igénybe, és ez alatt jelentős káros hatást képesek kifejteni. Ámde nem csupán az ipari eredetű gázok károsítják az ózonréteget. Erdőtüzeknél és szerves anyagok bomlásakor is kerülhetnek klór vegyületek a magasabb légköri rétegekbe. 28

29 Magát az ózonréteget 1913-ban fedezte fel Charles Fabry. Ezt követően még az 1920-as években G. M. B. Dobson kifejlesztette a róla elnevezett Dobson spektrométert, amelynek segítségével nagy pontossággal megmérhető a sztratoszférában az ózon mennyisége. A méréseket azóta is rendszeresen végzik, és ennek köszönhető, hogy az 1970-es években sikerült kimutatni az ózonkoncentráció jelentős csökkenését az Antarktisz felett. Ezt követően nemzetközi tanácskozások kezdődtek annak érdekében, hogy milyen intézkedésekkel lehetne megakadályozni az ózonréteg további károsodását. Elsőként Svédország tiltotta be az ózonréteget károsító aeroszol permetek (spray-ek) használatát. Rövidesen megszületett a Bécsi (1985), a Montreali (1987), és a Kyotoi (1997) Egyezmény is, és az aláíró országok kötelezték magukat az ózonréteget károsító kémiai anyagok kibocsátásának korlátozására, illetve a kibocsátás betiltására. A 2003-as műholdas mérések szerint az ózonréteg károsodása lényegesen lelassult. Van azonban még néhány megválaszolatlan kérdés az ózon képződési és lebomlási körfolyamattal kapcsolatban. Mint említettük, az ózon túlnyomórészt az Egyenlítő felett képződik, és a sarkok felé szétterülve fokozatosan lebomlik, akkor is, ha semmiféle káros anyag a bomlást nem sietteti. Az Egyenlítő felől a sarkok felé áramló ózon egyik fele az északi, másik fele a déli féltekén sodródik, és ezek egymással már nem keverednek. A mérések szerint azonban a déli féltekén az ózon lebomlása gyorsabb, ezért főleg itt keletkeznek ózonlyukak, annak ellenére, hogy az ózont károsító ipari gázok túlnyomó részét az északi féltekén bocsátják a levegőbe. Ez a paradoxon tudományos körökben számos vitát váltott ki. A lehetséges magyarázat szerint a jelenség oka az eltérő földrajzi környezetben keresendő. A Déli Sarkon ugyanis egy hóval és jéggel borított hatalmas szárazföld helyezkedik el, amelyet tengerek vesznek körül, az Északi Sarkon viszont egy hatalmas tenger van, amelyet szárazföldek vesznek körül. Ezen túlmenően a déli félteke felszínének nagy része vízfelület, míg az északi féltekén helyezkedik el a szárazföldek túlnyomó többsége. Mindezek miatt nem azonos a Déli és az Északi Sark felett a légkör hőmérsékleti rétegeződése, és különböznek az ezekben kialakuló áramlá- 29

30 sok is, és a levegőben lebegő mikro-méretű megfagyott jég kristályok mérete és koncentrációja is eltérő. Ezek a körülmények pedig jelentősen befolyásolhatják az ózon lebomlásának folyamatát. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy az ózonlyukak kialakulásban az ember ipari tevékenysége mellett természetes tényezők is hatékonyan közrejátszanak. 30

31 AZ ÖKOLÓGIAI LÁBNYOM Az emberiség létszámának rohamos gyarapodása, a globális klímaváltozás, a környezet és a természet károsodása miatt az emberiség korábban ismeretlen új kihívásokkal kénytelen szembenézni. A problémák egyik fontos oka, hogy a természeti erőforrásokkal nem megfelelően gazdálkodunk. A megfelelő gazdálkodás pedig azt jelenthetné, hogy csak olyan mértékben használjuk fel az erőforrásokat, amilyen ütemben azt a természet képes pótolni. Természeti erőforrás minden, amit az életünkhöz felhasználunk, például többek között az iható tiszta víz, a beszívható tiszta, egészséges levegő, a szennyezésektől mentes termőföld, az élelmiszerek, az ipar nyersanyagai, az energiahordozók és energiaforrások, továbbá ezek regenerációs képessége. Amikor szennyvizet engedünk egy tóba vagy folyóba, ezzel igénybevettük azt a természeti erőforrást, amely a szennyezést lebontja, közömbösíti. Amikor fát, szenet, olajat, földgázt termelünk ki és égetünk el, igénybe vesszük azokat a természeti erőforrásokat, amelyek mindezeket újra termelik, az égéstermékeket hatástalanítják, és a levegőt ismét tisztává teszik. Amikor olyan kémiai vegyületeket juttatunk a levegőbe, amelyek az ózont lebontják, igénybe vesszük azt a természeti erőforrást, amely képes ugyanannyi ózont képezni, mint amennyit lebontottunk. Amikor pedig éveken keresztül ugyanazon a területen tömegesen termesztünk ipari növényeket és kimerítjük a talaj termőképességét, akkor igénybe vesszük azokat a természeti erőforrásokat, amelyek képesek a talajt regenerálni. Rees és Wackermagel a problémák megoldására a fenntartható fejlődés koncepcióját javasolja. Ez az emberiség olyan magatartás formáját jelenti, amely egyrészt megőrzi a természetet a következő generáció számára, másrészt biztosítja a ma élő emberiség alapvető szükségleteinek kielégítését is. 31

32 A fenntartható fejlődés fontos tényezője az ún. bio-regionalizmus. Ennek alapelve, hogy az életünkhöz szükséges javakat lehetőleg a helyszínen (régión belül) termeljük meg, állítsuk elő, elkerülvén ezzel azt a hatalmas erőforrás pazarlást, amit a nagy távolságú szállítások jelentenek. Azokat a javakat pedig, amelyeket a régióban nem lehet előállítani, lehetőleg a szomszéd régióból kell behozni, bár néhány alapvető, nélkülözhetetlen termék távolabbról is beszerezhető. Egyúttal fel kell mérni a vonatkozó régió eltartó képességét, és azon a szinten kell stabilizálni a népesség létszámát. Az eltartható népesség meghatározásának egyik módszere az ún. ökológiai lábnyom (ecological footprint). Ez azt jelenti, hogy a felhasznált természeti erőforrásokat területben fejezzük ki, és az így kapott számérték megmutatja, hogy mekkora földterület kell egy ember, egy embercsoport, egy nemzet, vagy akár a teljes emberiség szükségleteinek kielégítéséhez. Rees és Wackermagel számításai szerint a fenntartható fejlődés szabályainak betartása mellett a Földön élő minden egyes emberre két hektár terület jutna, ámde ehelyett már ma is mintegy 20%-kal több erőforrást veszünk igénybe. A különbség az ún. ökológiai deficit, amelynek eredménye számos környezeti katasztrófa, a természetes erőforrások kizsákmányolása és elszennyezése, valamint a nemzetek közötti gazdasági, diplomáciai, sőt háborús konfliktusok. A modern fogyasztói társadalomban azonban a fogyasztás és a termelés folyamatos növekedése a cél, és ez ellentmond a fenntartható fejlődés követelményeinek, olyannyira, hogy Rees és Wackermagel szerint ha a világon mindenki az EU normái szerint akarna élni, akkor ehhez még legalább további két Föld bolygóra lenne szükség. Adataik szerint az is probléma, hogy az erőforrások nagyon egyenlőtlenül oszlanak meg, mivel az emberiség mindössze 6%-a birtokolja a rendelkezésre álló összes erőforrás csaknem 60%-át, miközben a Földön minden második ember alultáplált. Az ökológia lábnyomra vonatkozó számítások azonban valószínűleg félrevezetők. A helyzet alighanem még rosszabb. Mert például a szén, kőolaj és földgáz bányászatnál csak a kitermeléssel kapcsolatos erőforrás 32

33 ráfordítást, valamint az ezek elégetésénél felmerülő széndioxid kibocsátást és egyéb környezetterhelést vették figyelembe, azt már nem, hogy a kibányászott mennyiség természetes úton mennyi idő alatt tudna újratermelődni. A fosszilis energiahordozók kitermelése ugyanis olyan mértékű, hogy amennyit ezekből egyetlen év alatt felszínre hozunk és felhasználunk, annak természetes úton való újra képződéséhez százezer év sem lenne elég. Nem csoda, hogy ezek a források lassacskán teljesen kimerülnek. A problémát fokozza, hogy az emberiség létszáma folyamatosan növekszik, az elosztható erőforrás mennyiség viszont nem lesz nagyobb, sőt egyes erőforrás típusoknál még csökken is. Van-e megoldás a súlyosbodó erőforrás problémára, vagy esetleg bele kell törődni abba, hogy az emberiség előbb-utóbb felhasználja az összes lehetséges erőforrást, és annyira elszennyezi a természetet, hogy azzal saját magát is elpusztítja. Az egyik lehetőség új műszaki megoldások kidolgozása, feltalálása. Ilyen irányban jelentős kutatómunka folyik jelentős számú magasan kvalifikált tudós közreműködésével. A probléma több kérdéscsoportot érint. Az egyik ezek közül a nyersanyag készletek kimerülése. Az ipar egyre több fémet, ásványi anyagot, stb. igényel, és a készletek kifogyóban vannak. E probléma megoldása azonban műszakilag lehetségesnek látszik egyrészt a hulladékok újra hasznosításával, másfelől anyagtakarékosabb műszaki konstrukciók alkalmazásával. Szóba jöhetne még a haszontalan és felesleges, csupán divat jellegű termékek előállításának mérséklése is, amely azonban jelentős üzleti érdekeket sérthet. Másik probléma az egyre növekvő energia igények biztosítása, méghozzá lehetőleg olyan megoldásokkal, amelyek sem a működésükkel, sem a létesítésükhöz szükséges műszaki berendezések előállításával nem okoznak számottevő üvegházhatást. Ez a feladat talán megoldható lesz az ún. fúziós energia hasznosításával, amire már eddig is dollár milliárdokat költöttek, egyelőre mérsékelt eredménnyel. A ténylegesen hasznosítható megoldás legkorábban év múlva kerülhet alkalmazásra. Ámde addig meg kell elégedni a már létező megoldásokkal. 33

34 További probléma az emberiség élelmiszer ellátása, és a betegségek gyógyítása. Ma a Földön több száz millió ember rendszeresen éhezik és milliók halnak meg alultápláltság és megfelelő gyógyszerek hiánya miatt. Ez a probléma a népesség rohamos növekedésével állandóan súlyosbodik. Megoldás egyelőre nincs. Meg lehetne próbálkozni az életmód és az étkezési szokások megváltoztatásával, ami azonban egyelőre túl sok eredményt még nem hozott. Következtetésként azt mondhatjuk, hogy az emberiség, és ezen belül az egyes országok ökológiai lábnyoma folyamatosan növekszik, és ennek megfékezésére nem rendelkezünk hatékony megoldással. Abban pedig biztosak lehetünk, hogy nincs egyszerű megoldás. Csak nagyon bonyolult megoldások képzelhetők el, amelyekben sok önmagában is bonyolult rész-megoldás alkothat egy hatékony összehangolt stratégiai folyamatot. A műszaki-tudományos feladaton túlmenően azonban arra is számítani kell, hogy egy igazán hatékony megoldás mindig gazdasági érdekeket sért, és emiatt a megvalósítása jelentős ellenállásba ütközik. 34

35 MI IS AZ AZ ÜVEGHÁZ? Sokan láttak már fóliasátrat, amely alatt friss zöldségeket termesztenek, holott kívül még meglehetősen hűvös kora tavaszi időjárás uralkodik. Máshol ehhez üvegházat használnak, de a működési elv ugyanaz. Az üveg és a fólia optikai tulajdonságai sok tekintetben hasonlóak. A napsugarak jól áthatolnak az üvegen vagy a fólián és bár a fény egy része visszaverődik és szóródik, ámde bent a napfény energiájának másik része elnyelődik bármilyen tárgyban, talajban, berendezési tárgyban, a növények szárán vagy levelein, és ezeket felmelegíti. Az elnyelő tárgyak azután a felvett energiát előbb-utóbb ismét kisugározzák, csakhogy nem látható fényként, hanem infravörös sugárzás formájában. Ez utóbbi azonban nem, vagy csak alig tud áthatolni a fólián vagy az üvegen, ezért az energiája csapdába kerül, bent marad a fóliasátorban vagy az üvegházban és a belső teret melegíti. Hasonlóan működik a Föld üvegháza is, csakhogy itt a fóliát vagy az üveget a Földet körülvevő, beborító levegő réteg, vagyis az atmoszféra helyettesíti. Ezáltal jön létre az a kellemes klíma, amely a bolygónkat alkalmassá teszi az emberi életre. A földi üvegház számunkra optimális állapotát rendkívül kényes egyensúly tartja fenn. Ha ez az egyensúly megbomlik, akár olyan mértékű klímaváltozás is bekövetkezhet, amely veszélybe sodorhatja az emberiséget. Az éghajlati egyensúly kapcsolatban van a Föld felszínének éves átlagos hőmérsékletével, amely attól függ, hogy egyensúlyban van-e egyfelől a Földre beérkező és a Földön termelődő hőenergia, másfelől a Földről a világűrbe kiáramló hőenergia mennyisége, más szóval, hogy optimális mértékű-e a bolygónk hűtése. A Földet túlnyomórészt a Nap melegíti, de ehhez hozzá adódik az a hőenergia is, ami a Föld belsejében zajló radioaktív bomlásokból, vulkáni tevékenységből, erdőtüzekből, és egyéb természetes hő termelő folyama- 35

36 tokból származik, továbbá az a hőenergia is, amelyet az emberi tevékenység termel. A napból érkező besugárzás és a Földről a világűr felé haladó kisugárzás egyaránt a légkörön halad át, amely bizonyos sugárzásokat átereszt, másokat elnyel, visszaver, vagy szétszór. Atmoszférikus ablaknak nevezik azokat a hullámhossz tartományokat, amelyekben a légkör áteresztő képessége magas. A Nap felszínén a hőmérséklet mintegy kelvin fok, ez mintegy húszszor akkora, mint a Földön. Ennek megfelelően a maximális sugárzási intenzitása a zöld színnek megfelelő 0,5 mikron hullámhossz körül van. A Nap felszíne négyzetméterenként kb megawatt teljesítménnyel sugároz, nagyrészt a látható fény frekvenciatartományában. Ebből a Földre négyzetméterenként kb. 1,3 1,4 kilowatt besugárzási teljesítmény jut, és ennek kb %-át a légkör a 0,4-1,3 mikron közötti atmoszférikus ablakon átengedi és az eljut a felszínre, amely a sugárzás kb. 30%-át visszaveri, 70%-át pedig elnyeli. A föld felszíne az elnyelt hőenergia hatására felmelegszik, és hőmérsékleti sugárzást bocsát ki a szemmel láthatatlan infravörös tartományban. Ennek legnagyobb intenzitása 9-10 mikron hullámhossz körül van. Az infravörös kisugárzás 60-70%-át a légkör a 7,5-14 mikron közötti atmoszférikus ablakon át kiereszti a világűrbe, a többit elnyeli, majd ennek jelentős részét visszasugározza a felszínre. A visszasugárzás következménye az üvegházhatás, vagyis egy járulékos melegedés az atmoszféramentes állapothoz képest. A Földön az átlagos éves középhőmérséklet +16 C körül van. Ha nem volna üvegház, de a felszín elnyelési tulajdonságai nem változnának, az átlagos hőmérséklet csak 18 C lenne. Az üvegház stabilitása, optimális energetikai egyensúlya létfontosságú a bioszférát benépesítő élőlények szempontjából. Az egyensúly kisebb mértékű megbomlása esetén természetes önszabályozó folyamatok negatív visszacsatolások gondoskodnak az egyensúly helyreállításáról. Az egyensúlyi állapot nagyobb mértékű megbomlása esetén azonban egy bizonyos kritikus állapot elérésekor a negatív visszacsatolások helyett önmagát rohamosan felerősítő láncreakciószerű folyamat (pozitív visszacsatolás) alakulhat ki. 36

37 Ha például az üvegház hatás csökkenne, a hőmérséklet is csökkenne, több víz fagyna meg, és mivel a jég és hó sok fényt ver vissza, ez tovább gyorsítaná a lehűlést. Lehetséges, hogy a Marson egykor sűrű légkör és folyékony víz volt, de üvegháza meggyengült és a víz, majd a levegőben lévő széndioxid megfagyott, a maradék levegő jelentős része pedig a világűrbe elillant. A Marson az átlagos hőmérséklet 60 C, de éjszakánként ez 150 C alá süllyedhet. Az üvegházi egyensúly ellenkező irányban is felborulhat. Ha az üvegház hatás erősödik, a víz fokozott párolgása miatt a levegő páratartalma növekszik és mivel a vízgőz jó infravörös elnyelő, a melegedés erősíti önmagát. Talán hasonló módon vált forró bolygóvá a Vénusz, ahol az átlagos hőmérséklet +460 C, habár ez üvegház nélkül csak +22 C lenne. Bár az üvegházi egyensúly elvileg mindkét irányban felborulhat, jelenleg a Földön a melegedési típusú egyensúlyvesztés jelenti a nagyobb kockázatot. A Földön az üvegházhatást a légkörben lévő infravörös elnyelő vegyületek okozzák. A főleg természetes eredetű ilyen anyagok közül a legfontosabbak a széndioxid, a vízgőz, a metán és az ózon. Egyes üvegház gázok azonban, mint amilyen a dinitrogénoxid és freon, kizárólag az emberi tevékenység következményei. Ha 100%-nak tekintjük azt az energia mennyiséget, amely a sztratoszférában vagyis a 10 km feletti légköri rétegekben az infravörös sugárzásból elnyelődik, akkor a különböző gázok által képviselt elnyelési hányad hozzávetőlegesen a következő: széndioxid kb. 66%, metán kb. 20%, ózon kb. 8%, dinitrogénoxid, freon, és egyéb ipari eredetű gázok összesen kb. 6%. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a felsorolt komponensek ilyen megoszlásban vannak jelen a sztratoszférában, ugyanis a különféle vegyületek infravörös elnyelő képessége jelentősen eltér. Azonos térfogatú, nyomású és hőmérsékletű gázok esetén például az ózon kb szer, a freon mintegy szer, a dinitrogénoxid pedig csaknem 300-szor hatékonyabb infravörös elnyelő, mint a széndioxid. Ámde a széndioxid sokkal nagyobb koncentrációban van jelen, ezért ez alkotja a sztratoszféra infravörös elnyelő képességének nagyobb részét. 37

38 Az emberi tevékenység évenként mintegy milliárd tonna széndioxidot juttat a levegőbe, ami a légkör széndioxid tartalmának közel 1%-a. A jelentős kibocsátás ellenére a légköri széndioxid koncentráció évenként csak 0,5%-kal növekszik, mert a természetes önszabályozó folyamatok a hatást részben ellensúlyozzák. Az ember azonban a bioszféra egyensúlyába annyira beavatkozik, hogy az önszabályozások már csak mérsékelten működnek. A még ki nem bányászott szén, kőolaj és földgáz széntartalmát milliárd tonnára becsülik. Ha ezt mind kitermelnénk és elégetnénk, a légköri széndioxid koncentráció megháromszorozódna és az üvegház fokozódása miatt az átlagos hőmérséklet 10 C mértékben növekedne. Az üvegházhatásban természetesen nemcsak a sztratoszféra infravörös elnyelő képessége játszik jelentős szerepet, hanem a talajszinthez közelebbi légrétegekből álló troposzféra is, amelyben az általunk közvetlenül tapasztalható időjárási jelenségek lezajlanak. A troposzférában érvényesül egy további, igen hatékony infravörös elnyelő, nevezetesen a vízgőz, amelynek koncentrációja azonban az időjárási körülményektől függően széles határok között ingadozik. A melegedést és az üvegház hatást fokozza az egyre több út és épület is, mivel így a Föld felszínének hőelnyelő képessége növekszik, fényviszszaverő képessége csökken. Fokozza a melegedést az is, hogy számos iparág nyersanyag szükségletének jelentős részét erdők kivágásával biztosítják és ezzel leépítik a biológiai mechanizmust, amely a széndioxidot lebontja és a szenet leköti. Ezenkívül az ipar és közlekedés sok hőt is termel, hiszen minden befektetett energia végül hővé alakul át. A klímaváltozást sokan valamiféle távoli, megfoghatatlan jelenségként kezelik, amelynek a hatásait talán csak az unokáink unokái fogják tapasztalni. Egy nemzetközi kutatócsoport tanulmánya szerint azonban az éghajlat változása sokkal hamarabb bekövetkezhet, mint gondoltuk. A legsúlyosabb helyzetben a trópusi esős és száraz évszakokat meghatározó monszun van, főleg Ázsia déli részén, ahol néhány éven belül összeomolhat a monszun váltakozása, Nyugat-Afrikában pedig éven belül. 38

39 Egy-két évtizeden belül elolvadhat az északi sarkvidék jege, a Grönlandot borító jég és az Antarktisz nyugati nagy jéglemeze viszont még 300 évig kitarthat. Száz éven belül leállhatnak vagy megváltozhatnak az Atlanti-óceán tengeráramlatai, főleg a Golf Áramlat, márpedig ez az óceán hőháztartásának összeomlását és az El Niño néven ismert szélsőséges időjárási jelenség katasztrofális mértékű felerősödését okozhatja. A Föld legnagyobb oxigéntermelőinek, az amazonasi esőerdőnek, valamint a kanadai és a szibériai tajgákat borító erdőknek még ötven évük lehet a kipusztulásig. Ha azt kérdezzük, hogyan lehetne a melegedési folyamatot megállítani, a válasz meglehetősen bizonytalan. Az emberiség létszámának korlátozása nem lehetséges. Ugyancsak nem lehetséges az egy főre jutó materiális igények növekedésének megállítása, hiszen a józan önmérsékeltre buzdító minden eddigi kezdeményezés kudarcot vallott. 39

40 AZ ÖNSZABÁLYOZÓ BIOSZFÉRA A bioszféra a talaj illetve tengerszint felett és alatt elhelyezkedő zóna, amelyben organikus élet található. A bioszféra a tengerszinttől felfelé akár 8-10 km magasságig, a szárazföldeken több száz méter, helyenként akár több ezer méter mélységig terjedhet, az óceánokban pedig gyakorlatilag egészen a meder aljáig tart. A bioszférában az élőlények és a természeti erőforrások közötti kölcsönhatások következtében amelyek során szinte minden mindennel összefügg szüntelen mozgás, változás, átalakulás zajlik, ámde úgy, hogy közben a rendszer bizonyos kulcsfontosságú jellemzői viszonylag hosszú időn keresztül nagyfokú stabilitást mutatnak. Természet és környezetvédelmi szempontból azonban ismételten felmerül az aggodalom, hogy az ember az ipari és mezőgazdasági tevékenységével olyan mértékben megzavarhatja a bioszféra ökológiai rendjét, hogy az már az emberiség létét veszélyezteti. Ebben a megfogalmazásban indirekt módon benne van az előfeltevés, amely szerint létezik a természetnek valamiféle őseredeti, természetes ökológia rendje, és az ember ezt a rendet megbolygatja. A valóság azonban az, hogy ilyen őseredeti rend voltaképpen nem létezik. A természetben léteznek nagyon hatékony önszabályozó folyamatok, amelyek ellentétes hatások átmeneti egyensúlya révén időnként olyan képet mutatnak, mintha létezne valamiféle tartósan stabil állapot. A Föld fejlődése során azonban számos alkalommal megbomlott ez az egyensúly, és időnként olyan óriási katasztrófák léptek fel, amelyekben az élővilág jelentős része elpusztult. Még a viszonylagos egyensúly állapotában is a természet az egyes élőlény egyedekhez kegyetlen és kíméletlen módon viszonyul. Példaként említhetjük azt a dél-amerikai törzset, amelyben a 16 életévüket betöltött fiúk férfivá avatása a következő módon zajlik: 40

41 A fiút alapos előzetes kiképzés után mezítláb kiküldik egy hónapra az őserdőbe. Minden ruházata egy ágyékkötő. Ezen kívül csak egy tőrt vihet magával. Ha túléli az egy hónapot és élve visszatér, férfinak tekintik, ha nem, ünnepélyesen elsiratják. Európai ember, ha magával vihetne annyi holmit, amennyit egy hátizsákban elbír, legfeljebb addig maradhatna életben, amíg el nem fogy az utolsó tölténye, az utolsó csepp ivóvize, vagy az utolsó antibiotikum tablettája. A természet ugyanis az emberrel szemben ellenséges, kíméletlen, kegyetlen. Az egész emberi civilizáció úgy alakult ki, hogy folyamatosan küzdeni kellett egyrészt a természettel, másrészt egymással, a gyakran szűkös erőforrásokért. A természet azonban nemcsak az emberrel kegyetlen, hanem az öszszes élőlénnyel. A természet ökológiai egyensúlyában ugyanis fontos szerepet játszik az ún. táplálkozási lánc. Ez azt jelenti, hogy az élőlények kölcsönösen megeszik egymást. Minden élőlény más élőlényekkel táplálkozik, és minden élőlény egyúttal tápláléka, prédája más élőlényeknek. Hogy mi magunk is táplálék vagyunk, arról könnyen meggyőződhetünk, ha pl. a fűben óvatlanul ráülünk egy hangyabolyra. Az ökológiai szabályozó rendszerben tehát fontos szerepet játszik az élőlények viselkedése, főleg az, hogy minden egyes élőlény igyekszik táplálékot szerezni és elkerülni azt, hogy önmaga táplálék legyen. Ennek a rendszernek az ember is szerves része. Az a kérdés persze felvethető, hogy az ember túlszaporodott, és az intelligenciájával olyannyira maga alá gyűrte a többi élőlényt, hogy az már az egész rendszer felborulását eredményezheti. Ez a felvetés jogos. Jogos az a kérdés is, hogy mi az az ésszerű határ, amelyen belül az ökológiai rendszerbe való beavatkozásunk még elfogadható mértékű. Vegyünk egy nagyon egyszerű példát. Tegyük fel, hogy valaki egy szép nyári estén kiül a Balaton partjára és szomorúan tapasztalja, hogy percenként átlag 100 szúnyogcsípést kénytelen elviselni. Valószínűleg szóvá teszi, hogy a hatóságok miért nem intézkednek e remek üdülő terület szúnyog-mentesítésére. Van azonban ennek a kérdésnek egy másik oldala is. A Balaton vizét ugyanis jelentősen szennyezik különféle nitrogén vegyületek. A szúnyog lárvák ezeket a vegyületeket felhasználják a testük felépítéséhez. Így az- 41

42 után egy-egy szúnyog kirajzás óriási mennyiségű szennyezést távolít el a vízből. Ráadásul a szúnyog fontos része a táplálkozási láncnak, az énekes madarak tápláléka. A rendszeres szúnyogirtás pedig durva beavatkozás a természet ökológiai önszabályozó rendszerébe. Meg kell ezért különböztetni a természetvédelmet és a környezetvédelmet. A környezetvédelem azt jelenti, hogy az ember számára kellemes, élhető környezeti feltételeket teremtünk. Ennek során azonban átalakítjuk a természetes ökológiai rendet. Amikor utakat, házakat építünk, bozótot, parlagfüvet irtunk, kellemes parkokat, sétányokat alakítunk ki, feltörjük a parlagföldeket és ezeken gabonát, zöldséget, gyümölcsöt termesztünk, beavatkozunk a bioszféra működésébe. Kérdés, hogy az ún. fenntartható fejlődés, vagy ha ez nem megy, akkor legalább a fenntartható stagnálás során milyen mértékű lehet az a beavatkozás, amely még nem veszélyezteti az emberiséget. Más szóval: mi az az emberi oldalról még megengedhető maximális beavatkozás, amelyet a bioszféra természetes önszabályozó mechanizmusa még éppen kompenzálni képes. A bioszféra önszabályozásának egyik legszemléletesebb modellje J. E. Lovelock GAIA elmélete. Az elmélet megnevezése Gaia istenasszony nevéből ered. Ő volt az ógörög mitológiában a Föld istenasszonya, Uránosz Ég-isten felesége. Gyermekeik pedig a százkezű óriások, az egyszemű küklopszok, az Olimposz isteneivel hadakozó kígyólábú gigászok, és nem utolsó sorban a titánok, akik között talán legfontosabb Krónosz, az idők ura, aki felfalta gyermekeit, kivéve Zeuszt, aki később a világ urává és főistenné lépett elő. A vonatkozó mitológiai történetek jól szimbolizálják az egymással ellentétes természeti erők küzdelmét, a természet szakadatlan változását, dinamikus jellegét. Lovelock szerint a földi bioszféra ahhoz hasonlóan működik és viselkedik, mint egy élőlény szervezete, mint például az emberi test, amely többmilliárd sejtből épül fel. A testben mindegyik sejt önmagában is egy-egy élőlény, hiszen ha egy sejtet kiemelünk a helyéről, az képes lehet megfelelő tápoldatban tovább élni, sőt akár szaporodni is. A sejtek mellett sokmillió további élőlény él 42

43 szimbiózisban az emberrel. Ilyenek például a bélflórát alkotó baktériumok, amelyek nélkül nem tudnánk megemészteni a táplálékot. Az emberi testben bonyolult önszabályozó mechanizmusok működnek, amelyek optimális szinten tartják a testhőmérsékletet, a vércukorszintet, a testnedvek ph értékét, a sejteken belüli nátrium, kálium, kalcium, foszfor ionkoncentrációt és számos egyéb kulcsparamétert, mert ezek nélkül az ember nem lenne életképes. A szabályozó rendszerek megfelelő működtetése a testünket alkotó sokmilliárd sejt, valamint a szimbiózisban résztvevő mikroorganizmusok hatékony együttműködése útján valósul meg. Az ember életképességéhez azonban nemcsak belső szabályozásokra van szükség, hanem alkalmas külső feltételekre is, ezért az ember a környezetét céltudatosan alakítja, házat épít, ruházatot, fegyvereket, járműveket készít, stb. Lovelock szerint a bioszférában lévő élőlények és a természet önmagában élettelen erőforrásai közötti kölcsönhatások ehhez hasonló önszabályozó és környezetalakító rendszert alkotnak. Más szóval: a bioszférában található élőlény populációk nemcsak passzívan élvezik a Földön az életnek kedvező környezeti feltételeket, hanem azt aktív módon alakítják, sőt a kedvezőnek mutatkozó állapotot a lehetőségek határain belül stabilizálják. A Földön az élet mintegy 3 és fél milliárd évvel ezelőtt kezdett kialakulni, és azóta a földi klíma meglepően stabil, annak ellenére, hogy közben a Földet hatalmas környezeti katasztrófák érték. Előfordult, hogy hosszú ideig olyan intenzív kozmikus eredetű ionizáló sugárzás érte a bioszférát, amelyhez hasonlót legfeljebb néhány napra lehetne előidézni, ha az atomhatalmak a nukleáris bombáikat egyszerre felrobbantanák. Máskor a napsugárzás több millió évig 30%-kal volt gyengébb, mint most, és ez akár fok hőmérséklet csökkenést okozhatott volna, ámde a Földön az átlagos éves középhőmérséklet alig változott, mivel a csökkenő besugárzást az üvegház effektus felerősödése kompenzálta. Az is előfordult, hogy az ózonréteg nemcsak meggyengült, de hosszú időre teljesen megszűnt létezni, mivel a sztratoszférából az összes ózon eltűnt, de a bioszféra ezt is túlélte. 43

44 A GAIA elmélet szerint a klíma szabályozásában nem a nagytestű álatok és növények, hanem a mikro élőlények, baktériumok, penészgombák, moszatok, kék és zöld algák, korallok játsszák a főszerepet. Bár ezek klímaszabályozó képessége lassú, de nagyon hatékony. Lovelock példaként hozza fel, hogy sokmilliárd elpusztult korall mészkővázából több kilométer magas és több ezer kilométer hosszú tenger alatti zátonyok épültek fel. Ekkora építmények olyan hatalmas terhelést képeznek az óceánok alatti vékony föld-kérgen, hogy képesek befolyásolni a tengeráramlatokat és a lemez-tektonikai folyamatokat, s ezen keresztül a földrengéseket, vulkáni tevékenységeket, sőt még akár a kontinensek vándorlását is. Mikro-élőlények tömegeinek önfeláldozó-önpusztító tevékenysége képes megváltoztatni a mély-tengerek és a magasabb légrétegek közti gázcserét, s ezzel befolyásolni a sztratoszféra metán, halogén, szénhidrogén és ózon tartalmát, ezen keresztül az üvegházhatás, sőt az ultraibolya sugárzás erősségét is. Lovelock szerint is lehetséges, hogy 3 és fél milliárd évvel ezelőtt véletlenül jöttek létre azok a környezeti feltételek, amelyek lehetővé tették az organikus életet. Ámde ami ezután történt, nem lehet véletlen. A világűrben ugyanis a rendszeres szupernóva robbanások miatt a csillagközi és bolygóközi térben lebegő porfelhőkben minden lehetséges kémiai elem tömegesen előfordul, és mivel a csillagok közelében hatalmas intenzitású ionizáló sugárzás van jelen, ezért ezekből folyamatosan képződnek a legkülönfélébb szerves és szervetlen molekulák. Azt is mondhatjuk, hogy a világegyetem folyamatosan ontja magából a szerves élet építőköveit, és ha ezek olyan bolygóra kerülnek, ahol az élethez szükséges klímaviszonyok megvannak, az élet létrejön. Ha pedig az élet létrejön, az élő egyedek olyan komplex rendszert alkotnak, amelyek szabályozni képesek a környezeti feltételeket úgy, hogy az élet hosszabb távon fennmaradjon. Ebben a szabályozási folyamatban jelentős szerepet kap a természetes kiválasztódás, amely újabb meg újabb élőlényfajokat hoz létre, de az is rendszeresen előfordul, hogy a bioszféra stabilitásának megőrzése érdekében egyes élőlények tömegesen elpusztulnak, ahhoz hasonlóan, ahogyan például az emberi szervezet az immunrendszer működése során 44

45 önmagukat feláldozó fehérvérsejtek tömeges pusztulása árán hárít el egy veszélyes fertőzést. Időnként persze az emberi szervezethez hasonlóan a bioszférában is létrejöhet rákos daganat, egy élőlény populáció gátlástalan elszaporodása, amely az önszabályozó mechanizmusok megzavarása révén veszélybe sodorhatja a bioszférát. A bioszféra ilyenkor a veszélyes populáció megsemmisítésére mozgósítja az erőforrásait. A bioszféra célja nem az, hogy az emberiséget boldoggá tegye. Az emberiség csupán egyike a bioszférát alkotó számtalan élőlény populációnak, és hasznos tényezője lehet ennek a hatalmas önszabályozó rendszernek, de fennáll az a kockázat is, hogy előbb-utóbb a nemkívánatos rákos daganat szerepét fogja betölteni, és akkor a bioszféra az erőforrásait az emberiség felszámolására fogja irányítani. Mindebből az is következik, hogy amikor természetvédelemről beszélünk, az olyan, mintha egy pincsikutya meg akarna védeni egy elefántot. Pedig jobban tenné, ha arra törekedne, nehogy véletlenül az elefánt talpa alá kerüljön, és nem ingerelné az elefántot például azzal, hogy harapdálja az ormányát. Önhittségünkben ugyanis úgy vélhetjük, hogy kísérletezünk a természettel. Valószínűbb azonban, hogy a természet kísérletezik velünk, és ha a kísérlet eredménye nem megfelelő, az emberiség megszüntetésére kerülhet sor. Mit jelent ez a gyakorlatban? Azt, hogy az ember nem képes elpusztítani a bioszférát, ehhez nincs elég hatalma, eszköze és energiája, ámde önmaga pusztulását azért még előidézheti. A természet erejének illusztrálására elegendő arra gondolni, hogy a Karácsonykor bekövetkezett Csendes óceáni földrengés és szökőár ( tsunami ) akkora energiákat mozgatott meg, amely megfelel több ezer atombomba robbanóerejének. És bár nagyon sok halálos áldozat volt, a bioszféra alig károsodott. A természet számára mindez legfeljebb kisebb szúnyogcsípést jelentett. Másik példaként hozhatjuk fel azt az egyébként tiszteletreméltó szokást, hogy jószívű emberek madáretetőket helyeznek el a szabadban, hogy télen a madarak ne éhezzenek. 45

46 Érdemes azonban arra is gondolni, hogy amikor a Földön megjelent az első ember, akkor már több száz millió éve röpködtek a levegőben a madarak, és amikor az emberiség végleg kipusztul, a madarak még alighanem további több száz millió év múlva is vidáman csiripelnek majd a fákon. Ha a bioszféra ilyen hatékonyan működik, jogosan vetődik fel a kérdés, hogy a mi bolygónk mennyire tekinthető speciális kivételnek. A GAIA elméletből ugyanis az a következtetés is leszűrhető, hogy az élet az univerzumban számtalan egyéb bolygón is hasonló módon kialakulhat. Ezt a véleményt támasztja alá a fizikai Nobel díjas Leon Ledermann professzor megállapítása is, amely szerint mi most voltaképpen egy átlagosnak mondható galaxis átlagos csillagának átlagos bolygóján élünk, és a világegyetemben még sok milliárd hozzánk hasonló bolygó létezhet. Más szóval: lehetséges-e, hogy az univerzum úgy van kialakítva, hogy abban számtalan helyen törvényszerűen megjelenik az élet, sőt az értelemmel rendelkező élet. A kérdés szorosan összefügg a természet működését meghatározó állandó paraméterek számszerű értékével, amelyek biztosítják, hogy a fizikai, kémiai, biológiai folyamatok mindig ugyanolyan törvényszerűségek szerint működjenek. A természeti állandókat két fő csoportba lehet sorolni: vannak matematikai és vannak fizikai állandók. Matematikai állandóra példa a π szám (3, ), amely megadja a kör kerületének és átmérőjének viszonyát egy euklideszi típusú térben, vagy például az e szám (2, ), amely a természetes logaritmus alapszáma. A fizikai állandók nem függetlenek a matematikai állandóktól, azokkal szoros kapcsolatban vannak. Fizikai állandóra példa lehet a fénysebesség, az elektron töltése és tömege, a gravitációs állandó, a Planck féle állandó, a Boltzmann állandó, stb. A fizikai állandók száma jelentős, és kombinálásukkal újabb meg újabb állandókat képezhetünk. Felvethető ezért a kérdés, hogy hány olyan független fizikai állandó létezik amelyeket a többi állandóból nem lehet levezetni. Prof. dr. John C. Baez (University of California) szerint a független fizikai állandók száma 26. Felvethető az a kérdés is, hogy a fizikai állandók öröktől fogva léteznek-e, vagy csak a feltételezett ősrob- 46

47 banás során alakultak ki, s az is, hogy miért éppen akkorák a fizikai állandók, amekkorák. A kérdés azért fontos, mert bármelyik fizikai állandó csekély mértékű megváltozása megváltoztatná a világ működését, olyannyira, hogy pl. a csillagok nem tudnának sugározni, mert bennük nem működne termonukleáris reakció, vagy az atomok nem tudnának szerves molekulákat alkotni, és ezért nem jöhetett volna létre az élet, sőt esetleg egyáltalán nem létezhetnének atomok, mert az elektronok nem lennének képesek az atommagok körül stabil pályákon keringeni, stb. Hogy a világ éppen olyan, amilyen, az a fizikai állandók precíz összehangolásának következménye. Az egyik legfontosabb természeti állandó, nevezetesen az ún. finomszerkezeti állandó pl. akkora pontossággal van beállítva az éppen optimális értékre, mintha a Holdon elhelyezett egyforintos érme közepébe találnánk puskával a Földről. A természeti állandók pontos összehangolásának következménye az is, hogy a víz +4 C fokos állapotában a legsűrűbb, s ezért a jég nem sülylyed le a víz fenekére, hanem a tetején úszik. Ha nem így lenne, a folyókban, tavakban és tengerekben nem lehetne élet. Valószínűtlen, hogy a természeti állandók pontos összhangja csupán a vak véletlen műve, mert egy ilyen véletlennek kisebb a valószínűsége, mintha valakinek minden héten ötös találata lenne a lottón. Ebből a felismerésből kiindulva több természettudós feltételezi, hogy megalapozott az ún. antropikus elv, amely szerint az univerzum azért ilyen, hogy létezhessen benne értelmes lény, aki megfigyeli. A gyenge antropikus elv szerint több világegyetem keletkezett, ezekben véletlenszerűen alakultak ki a természeti állandók, és mi egy olyan világegyetemben élünk, ahol véletlenül összejöttek a megfelelő paraméter kombinációk, és ezáltal lehetővé vált az életünk. Ez az elgondolás tulajdonképpen egyfajta kozmológiai darwinizmusként is felfogható. Az erős antropikus elv szerint ezzel szemben létezik egy kozmikus intelligencia, amely szándékosan úgy irányította a természeti állandók kialakulását, hogy az élet létrejöhessen. A kérdés ilyen interpretálása azonban már alapvető filozófiai és teológiai kérdésekhez vezet, amelyek nem képezik a jelen könyv témáját. 47

48 ZÖLD ENERGIÁK A szakembereket és környezetvédőket régóta foglalkoztatja a kérdés, hogyan lehetne üvegház gázok főleg széndioxid kibocsátása nélkül nagy mennyiségben, gazdaságosan energiát termelni. Kézenfekvő megoldásnak kínálkozik a természetben meglévő energiák, így a Nap, a szél, a víz, a Föld belső melegének energiáját felhasználni erre a célra. Az optimista jóslatok ellenére azonban az ilyen energiaforrások hasznosítása viszonylag csekély mértékű, és általában költségesebb is a hagyományos energiatermelésekhez viszonyítva. Érdemes ezért alaposabban megvizsgálni a kérdést, hogy melyek azok az akadályok, amelyek késleltetik az ilyen megoldások szélesebb elterjedését. Példa kedvéért tegyük fel, hogy építeni akarunk mondjuk egy szél, egy Nap, vagy egy geotermikus erőművet. Fogadjuk el, hogy bármennyire is zöld egy ilyen erőmű, azért mégiscsak termelni fog üvegházgázokat. Ennek oka abban van, hogy bármilyen erőművet építünk, biztosak lehetünk, hogy az nem fog örökké tartani, és az életciklusa során a következő szakaszokra kell számítani: Fel kell építeni az erőművet, vagyis ki kell ásni az alapokat, le kell gyártani a szükséges cementet, betonvasat, acél, színesfém, és műanyag alkatrészeket, stb. Ezek előállítása gyártási (kohászati, vegyipari, stb.) műveleteket igényel, majd mindezt a helyszínre kell szállítani, pl. vasúton, vagy teherautókkal, majd össze kell szerelni, és ki kell építeni az országos villamos hálózattal a távvezetékes kapcsolatot, majd az erőművet üzembe kell helyezni. Mindez azt jelenti, hogy egy erőmű puszta létesítése, mielőtt még energiát termelne, megváltoztatja az ökológiai környezetet és szükségszerűen üvegház gázok kibocsátással jár. Működtetni kell az erőművet. Ennek során az erőmű nem, vagy csak alig termel üvegház gázokat, mindaddig, amíg hibátlanul mű- 48

49 ködik. Csakhogy az ördög nem alszik. Ami ugyanis elromolhat, az általában el is romlik. A működtetés során tehát gondoskodni kell a berendezések rendszeres karbantartásáról, javításáról, működésének ellenőrzéséről. Ha pl. szélerőművünk van, a gépalkatrészek elkopnak, időnként el fog törni egy csapágy, vagy egy erős szélvihar letöri az egyik propeller szárnyat, stb. A javításokhoz a pótalkatrészeket le kell gyártani, helyszínre kell szállítani, stb. Ha napelemekkel borítunk be nagy felületet, akkor az időjárási körülmények, vagy a cellák természetes öregedése miatt a meghibásodott elemeket időnként ki kell cserélni. Gondoskodni kell a keletkezett veszélyes elektronikus hulladék ártalmatlanításáról, és ezek helyett újakat kell gyártani, ami ugyancsak környezetterhelést okoz. Ha pedig pl. meleg vizet szivattyúzunk fel a mélyebb földrétegekből, akkor az abban lévő fémsók és egyéb vegyületek tönkre fogják tenni a csővezetékeinket, amelyek előbb-utóbb vagy kilukadnak, vagy eltömődnek. Ráadásul valahogyan vissza is kell pumpálni a föld alá a kitermelt termálvizet, ha nem akarunk kémiai és radioaktív szennyezést juttatni a felszíni talajrétegekbe, stb. Egyetlen erőmű sem örökéletű. Előbb-utóbb általában néhány évtizeden belül be fogja fejezni a pályafutását, és akkor majd az egészet le kell bontani, helyre kell állítani a természet eredeti állapotát, és valahogyan meg kell szabadulni a bontás során keletkező veszélyes hulladékoktól. Ez is okozni fog többek között üvegházgáz termelődést. Ha mindezt végig gondoljuk, megpróbálhatjuk kiszámítani, hogy egy erőmű teljes élettartama alatt összesen milyen mennyiségű (hány kilowatt-óra vagy megawatt-óra) villamos energiát fog előállítani. Naperőművek esetén pl. fel kell mérni, hogy mennyi lehetett a hasznos napsütéses órák száma, és a Nap tényleg olyankor sütött-e, amikor szükség volt sok energiára, stb. Ezek után el kell osztani a teljes életciklus során okozott összes környezet-terhelést, illetve üvegházgáz kibocsátást az összes megtermelt hasznos energia mennyiségével, és akkor megkapjuk, hogy egységnyi villamos energiához mennyi üvegház és mennyi egyéb környezetterhelés tartozik. 49

50 Ebbe a kalkulációba természetesen azt is bele kell számítani, hogy az illető erőmű típus hogyan befolyásolja a teljes villamos hálózat működésének stabilitását, pl. tényleg olyankor termel-e áramot, amikor a legnagyobb a fogyasztás, és ha nem, milyen további műszaki intézkedések szükségesek a hálózat stabil működése érdekében, az energia esetleges átmeneti tárolására, stb. Ha alapos elemzéseket végzünk a különféle erőmű típusokra, kiderül, hogy a zöldnek hitt energia már nem is annyira zöld. Valódi zöld energia csak a fantáziában létezik, a valóságban nem. Legfeljebb arról beszélhetünk, hogy egyik vagy másik erőmű típus természetkárosító hatása kisebb vagy nagyobb. A világon ma kiváló tudósok, közöttük Nobel díjasok keresik az optimális megoldást, egyelőre mérsékelt eredménnyel. A reményfutamok között szerepel nukleáris fúziós energiatermelés, tóriummal működő atomerőművek, napenergiával hajtott járművek, magas hatásfokú villamos energiatárolók, stb. Nem valószínű azonban, hogy valaha is rendelkezésre fog állni olyan energiaforrás, amely semmilyen tekintetben egyáltalán nem terheli a környezetet. A műszaki megoldás keresése mellett ezért egyre sürgetőbb az emberiség energia felhasználásának visszafogása, mérséklése. Ezt azonban csak kevésbé pazarló, igénytelenebb, mondhatni puritánabb emberi magatartással lehetne elérni. Ha sorba állítjuk a jelenleg ismert erőmű típusokat, a legrosszabb megoldás kétségtelenül a hagyományos széntüzelésű hőerőmű. Egy ezer megawatt teljesítményű ilyen erőmű eléget évenként átlagosan 3,5 millió tonna szenet, és a szabadba kibocsát mintegy 11 millió tonna széndioxidot, 3 millió tonna hamut, 500 ezer tonna gipszet, 30 ezer tonna salakot, 16 ezer tonna kéndioxidot, ezer tonna port, sőt még kb. 5-6 tonna urániumot is, és ezzel még a radioaktív szennyezések szempontjából is veszélyesebb, mint egy atomerőmű. Ha sikerülne kivonni a felhasznált több millió tonna szén uránium tartalmát és a szenet visszatöltenénk a föld mélyére, ahonnan kibányásztuk, akkor az így kinyert urániumból egy atomreaktorban csaknem annyi energiát lehetne termelni, amenyit a szénerőmű termel. 50

51 Nem túl kedvező a helyzet a szénhidrogén (olaj, gáz) üzemű erőművek esetén sem. Bár ezek salakot és urániumot nem bocsátanak ki, azonban jelentős a szerepük a széndioxid kibocsátásban. Azt is érdemes tekintetbe venni, hogy a szénhidrogének értékes vegyipari nyersanyagok, többek között műanyagok, gyógyszerek, műtrágyák, stb. gyártásához, ezért az elégetésük voltaképpen a fogyatkozó nyersanyag készletek felelőtlen pazarlásaként is felfogható. Mivel a világ villamos energia termelése túlnyomórészt fosszilis energiahordozókra (szén, szénhidrogén) épül, ezért az elektromos áram termelése okozza az összes széndioxid kibocsátás több mint 36%-át (ld. New Scientist, szeptember 3. szám). Nemzetközi statisztikai adatok szerint a világon jelenleg az összes megtermelt és felhasznált energia forrása az alábbi megoszlást mutatja: Olaj kb. 36 % Szén kb. 23 % Földgáz kb. 21 % Biomassza kb. 11 % Nukleáris kb. 7 % Vízi és szélerőmű kb. 2 % Igen jelentős környezetterhelést jelent a motorizáció, vagyis a belső égésű motorokkal meghajtott közúti járművek számának rohamos növekedése is, olyannyira, hogy a környezet és természet károsító tényezők között az autózás jelenti az egyik legnagyobb kockázatot. A belső égésű motorokban ugyanis magas hőfokon és nyomáson lép kémiai reakcióba a szénhidrogén (benzin, diesel olaj, PB gáz, stb.) üzemanyagot alkotó szén és hidrogén, valamint a levegőben lévő oxigén és nitrogén, és ezért nagy mennyiségben keletkezik legalább három üvegházhatású vegyület, mégpedig a széndioxid, a vízgőz, valamint a különféle nitrogénoxidok. A Földön már ma is több mint félmilliárd gépkocsi közlekedik. Ezek elégetnek naponta több mint 2 millió tonna üzemanyagot, másodpercenként legalább litert. Leselejteznek évenként több mint 30 millió tönkrement gépkocsit, nagyjából minden másodpercben egyet, és a szemétbe kerül még másodpercenként 5-6 akkumulátor és gumiabroncs is. 51

52 Ha ezen kívül azt is számításba vesszük, hogy a gépjármű közlekedés milyen járulékos háttéripart és infrastruktúrát igényel (autópálya építés, üzemanyagtöltő állomások, olajbányászat és finomítás, stb.), akkor nem túlzás azt állítani, hogy ma a teljes környezetterhelés nagyobbik felét éppen a közúti közlekedés jelenti. Az üvegház gázok kibocsátása mellett a gépjárművek okozzák a nagyvárosokban a talaj-közeli levegőszennyezés legnagyobb részét is, és ebben számos veszélyes komponens található, pl. szénmonoxid, szénhidrogén gőzök, nitrogénoxidok, ólomvegyületek, kéndioxid, klór és fluor vegyületek, ammónia, továbbá szilárd lebegő részecskék. Ugyanakkor a levegőszennyezés mellett a gépkocsi forgalom jelenti a városi zajterhelés legnagyobb részét is. A közlekedéssel és az energia termeléssel kapcsolatos károk mérséklése érdekében komoly erőfeszítések folynak olyan használati eszközök megvalósítására, amelyek kevesebb üzemanyag és/vagy villamos energia felhasználással nyújtják ugyanazt a szolgáltatást. Nagyon fontos szerepe van ebben az alacsony üzemanyag fogyasztású gépkocsik kifejlesztésének. Jelentős energia megtakarítást jelenthet az iparban és a háztartásban alkalmazott elektromos és elektronikus eszközök teljesítmény igényének csökkentése is, pl. energia takarékos izzók, LCD képernyős TV készülékek és számítógépek alkalmazása, jobb hatásfokú fűtéstechnika, épületek fokozottabb hőszigetelése, stb. Ami a széndioxidot nem képező energiatermelési eljárásokat illeti, ezen a téren elsősorban a Nap, a szél és a vízi energia fokozott hasznosítása jöhetne szóba. Ezek különleges előnye, hogy olyan energetikai folyamatokat csapolnak meg, amelyek energiája egyébként is magától hővé alakult volna át, így gyakorlatilag még többlet hőtermelést sem okoznak. Sajnos a Nap és szél erőművek hátránya, hogy csak olyankor termelnek energiát, amikor süt a Nap vagy fúj a szél, és ezért a megtermelt energiát valahogyan tárolni kellene, hogy akkor lehessen felhasználni, amikor szükséges. A keletkező hatalmas mennyiségű villamos energia tárolására azonban ma még csak olyan technológiai megoldások állnak rendelkezésre, amelyek nagyon költségesek és/vagy környezetkárosítók és/vagy fokozottan baleset veszélyesek. 52

53 A jelenleg rendelkezésre álló műszaki-technológiai lehetőségek mellett a széndioxidmentes energiatermelés két leghatékonyabb megoldása a vízi energia és a nukleáris energia. Ezek közül is főleg az utóbbi, mert ebből lehet kivenni a nagyobb teljesítményt. Mindkettő rendelkezik azonban olyan hátrányokkal, amelyek miatt alkalmazásuk a környezetvédő mozgalmak élénk tiltakozásába ütközik. A közlekedésben ígéretes kezdeményezésnek látszik a növényi eredetű bio-üzemanyagok (bio-diesel, bio-etanol) alkalmazása is. Ámde ez is legfeljebb csak enyhítheti a problémát, de teljesen meg nem oldhatja. További lehetőség hidrogén hajtású járművek alkalmazása. Itt azonban figyelembe kell venni, hogy a hidrogén csupán energiahordozó, amelyet valamilyen más energia felhasználásával mesterségesen kell előállítani. Az üvegház-gázok mérséklésére irányuló megoldásokat a következő fejezetekben részletezzük. Ennek keretében a következő témákról lesz szó: maghasadásos atomerőművek vízerőművek szélerőművek Nap erőművek geotermikus erőművek bio és hidrogén üzemanyagok 53

54 ATOMENERGIA Mint említettük, üvegház gáz kibocsátást nem okozó energiatermelésre a jelenleg ismert egyik leghatékonyabb megoldás a nukleáris energia, amelynek azonban olyan vélt vagy valóságos hátrányai vannak, amelyek miatt az alkalmazása a környezetvédő mozgalmak élénk tiltakozásába ütközik. Az egyik ellenvetés szerint az ilyen erőművek balesetveszélyesek és nagy egészségi kockázattal járnak. Ámde a tapasztalat szerint a megtermelt megawatt-órákra vetített fajlagos baleseti gyakoriság itt lényegesen alacsonyabb, mint a fosszilis tüzelőanyaggal működő hagyományos erőműveknél, sőt alacsonyabb a kémiai és radioaktív szennyezők miatt kialakuló daganatos, érrendszeri és légzőszervi egészségi ártalmak gyakorisága is. Összehasonlításul érdemes arra gondolni, hogy a világon egyetlen hónap alatt több ember hal meg közlekedési balesetben, mint amennyi az összes eddigi atomerőmű baleset áldozatainak száma. Azt is érdemes figyelembe venni, hogy a hagyományos széntüzelésű erőművek közelében a szénben található radioaktív izotópok miatt az emberek általában nagyobb sugárterhelésnek vannak kitéve, mint azok, akik atomerőműben dolgoznak, pedig ez utóbbiak veszélyességi pótlékot kapnak, sőt munkaidő és nyugdíj korkedvezményeket élveznek. A nukleáris energia természetes energia, nem az ember találta fel. A Nap például attól képes sugározni, mert benne nukleáris fúziós reakció zajlik. A Föld belseje pedig azért forró, mert benne termonukleáris folyamatok termelik a hőt. Voltaképpen ez a világegyetemben az egyetlen igazi elsődleges, primer energia, amelyből közvetve minden egyéb energia származik. Természetes eredetű termonukleáris folyamatok a Földön még a talajszint közelében sem ritkák. Az afrikai Gabon államban pl. több olyan természetes földalatti atomreaktor működik, amelyek mintegy 2 millió évvel ezelőtt jöttek létre, 54

55 amikor az urániumban az U-235 izotóp aránya még 3% körül mozgott, a jelenlegi átlagosan 0,7%-kal szemben, és ezért a lassú termonukleáris folyamat magától be tudott indulni és jelenleg is zajlik. A Földön ősidők óta ki vagyunk téve ionizáló sugárzásoknak. Nem csak a Földből felszivárgó radioaktív radon gázt szívjuk nap mint nap a tüdőnkbe, de a Napból és a világűrből érkező ionizáló sugarak is minden másodpercben tömegesen hatolnak keresztül a testünkön. Ionizáló sugárzások nélkül nem alakulhatott volna ki élet a Földön. Az ilyen sugárzások ugyanakkor szerepet játszanak többféle egészségi ártalomban, többek között rosszindulatú daganatok képződésében. A daganatos betegségek szempontjából azonban nem ez a legjelentősebb kockázati tényező, hanem sokkal inkább a különféle nem radioaktív kémiai vegyületek. Érdemes megemlíteni, hogy a legutóbbi világháborúban a tokiói szőnyegbombázás több halálos áldozatot követelt, mint a hirosimai és nagaszaki atomtámadás együttvéve és a robbanó és gyújtó bombák működése során keletkező rákkeltő vegyületek is a túlélőkben legalább annyi daganatos betegséget okoztak, mint az atomtámadások. Az ionizáló sugárzásoknak nemcsak káros hatásuk van. Ilyen besugárzásra is szükségünk van ahhoz, hogy egészségesek legyünk és tovább éljünk. Ma már számos adat bizonyítja, hogy nemcsak a magas, hanem a túlzottan alacsony besugárzási szint miatt is jelentősen megnövekedhet a daganatos betegségek gyakorisága, vagyis ebben is van optimális középút. Az emberi szervezetben állandóan képződnek degenerált, selejtes sejtek, amelyekből daganatok alakulhatnak ki. A mérsékelt ionizáló besugárzás főleg az ilyen sejteket pusztítja, miközben az egészséges sejteket viszonylag megkíméli. Az elpusztított sejtek bomlástermékei egyúttal stimulálják és ezzel mintegy edzésben tartják az immunrendszert. Régebben a radioaktivitás pozitív hatása is közismert volt. Néhány évtizede számos termálfürdő hirdette, hogy radioaktív gyógyvize jó hatású a mozgásszervi betegségekre és az emésztőszervi panaszok enyhítésére. A termálvizek és a mélyfúrású kutakból nyert ásványvizek jelenleg is számottevő mennyiségben tartalmaznak radioaktív izotópokat, bár ezt ma már nem illendő reklámozni, aminek oka egyrészt a hidegháborús időszak propagandája, amelyben a nukleáris eredetű sugárzások veszé- 55

56 lyességét irreális mértékben eltúlozták, valamint a csernobili baleset, amelynek hatása szinte sokkolta a közvéleményt. Ami az atomreaktorok működési elvét illeti, ezek felépítése sok tekintetben hasonló a hagyományos hőerőművekhez. A reaktorban az uránium atommagok hasadása során keletkező hővel valamilyen folyékony közeg (ún. hűtőközeg) közvetítésével kazánt fűtenek, és magas hőmérsékletű, nagy nyomású gőzt állítanak elő, amely turbinát, ez utóbbi pedig generátort hajt meg, amely villamos energiát termel. A turbinán áthaladó gőz lehűl, és a nyomása lecsökken, és ekkor egy ún. kondenzátorba jut, ahol visszaalakul folyékony vízzé, majd ismét visszajut a kazánba, ahol megint csak gőz lesz belőle, és ezzel a körfolyamat zárul. Szemben a szén, olaj, gáz, hulladék, stb. fűtésű erőművekkel, amelyekben hatalmas mennyiségű fűtőanyagot kell eltüzelni, az atomerőmű üzemanyag szükséglete nagyon kicsi. Egyetlen aszpirin tabletta méretű uránium darabban nagyjából annyi kitermelhető energia lapul, amely fedezi egy átlagos méretű lakás egész éves villamos energia szükségletét. Ez teszi lehetővé, hogy viszonylag kevés üzemanyaggal hatalmas mennyiségű villamos energiát lehessen gazdaságosan megtermelni. A kezdeti heves tiltakozások ellenére a környezetvédő mozgalmak álláspontja is változóban van. Lassan ugyanis rá kell jönni arra, hogy nem az a kérdés, hogy szabad-e atomenergiát használni, hanem sokkal inkább az, hogy ha meg akarjuk fékezni az egyre aggasztóbb klímaváltozást, akkor megengedheti-e magának az emberiség azt a luxust, hogy lemond az atomenergiában rejlő lehetőségről. A 20. században ugyanis mindössze egy évszázad alatt az emberiség energia fogyasztása 20-szorosára nőtt, és abban is biztosak lehetünk, hogy az energiaigény a jövőben még tovább növekszik, aminek oka az emberiség létszámának növekedése, és az, hogy a kevésbé fejlett országok is igyekeznek felzárkózni a nyugati társadalmak életszínvonalához. 56

57 Új energiatermelési megoldások kifejlesztése több évtizedet igényel. Így azután belátható időn belül két-három évtizedes távlatban nem vehető számításba semmiféle olyan műszaki megoldás, amelyet ma még nem ismerünk. A problémákat tehát itt és most olyan módszerekkel lehet és kell megoldani, amelyek működési elvét már ismerjük. Bár sok környezetvédő még ma is potenciális atombombának tekinti az atomerőműveket, ámde egyre többen gondolják úgy, hogy a globális felmelegedés ellen elsősorban az atomenergia alkalmazása segíthet, hiszen nyilvánvaló, hogy a klímaváltozásért felelős vegyületek túlnyomó része a szénerőművekből jut a légkörbe. Itt érdemes megemlíteni, hogy a Gaia-elmélet kidolgozója, James Lovelock is határozottan kiállt az atomenergia békés felhasználása mellett, és az álláspontját támogatta Hugh Montefiore, a Friends of the Earth környezetvédő szervezet egyik vezetője is, sőt Patrick Moore, a Greenpeace mozgalom egyik alapítója is csatlakozott az atomenergia pártiakhoz. Az persze nem kétséges, hogy időnként az atomerőművekben is fordulnak elő balesetek, és ezek mindig nagy szenzációt keltenek. Ha azonban összevetjük az ilyen balesetek áldozatainak számát az egyéb energia termeléshez kapcsolódó balesetekkel, megállapíthatjuk, hogy az atomerőművek a legbiztonságosabb erőmű típusok közé sorolhatók. Jelenleg a világ összes energia termelésének kb. 7%-a, villamos energia termelésének pedig csaknem 16%-a származik atomenergiából. Az Amerikai Egyesült Államok, Franciaország és Japán adja a világ nukleáris energiájának 57%-át. Ez utóbbi ország azért figyelemre méltó, mert a japánok tapasztalták meg az atomenergia pusztító hatását, de mégis az elsők között ismerték fel, hogy ez az az energiaféleség, amely lehetővé teszi még nagyobb katasztrófák megelőzését. Az is figyelemre méltó, hogy bár az Egyesült Államok termeli a legtöbb atomenergiát, ez csupán az összes villamos energia fogyasztásának mintegy 20%-át fedezi. Franciaországban viszont a teljes villamos energia termelés 80%-át atomerőművek biztosítják. Az Európai Unió államaiban a villamos energia termelés 30%-át képezi a nukleáris energia, de az egyes EU országok közötti különbségek jelentősek, pl. Ausztriában és Írországban nincsenek működő atomerőművek. 57

58 Magyarországon a villamos energia termelés kb. 40%-át adja a Paksi Atomerőmű, és főleg ez teszi lehetővé, hogy a széndioxid kibocsátásunk az előírt színt alatt marad. Ez gazdaságilag is előnyös, mert a felesleges kontingens a nemzetközi forgalomban értékesíthető. Érdemes megemlíteni a finnországi atomenergia programot is. A finn energiatermelésben az atomenergia az 1980-as évek eleje óta játszik fontos szerepet, és ma már az összes villamos energia 27 %-át atomerőművekben állítják elő. Ennek köszönhető a villamos energia alacsony ára, és a villamosenergia-termelésből fakadó széndioxid-kibocsátás alacsony szintje. A finn Nemzeti Éghajlat-stratégiát a kormány 2001-ben fogadta el, és ebben meghatározták azokat az intézkedéseket, hogy Finnország meg tudjon felelni a Kiotói Egyezményben előírt üvegházgáz-kibocsátási határértékeknek. Ennek érdekében úgy döntöttek, hogy jelentősen korlátozni kell a szén használatát, és a kieső kapacitásokat földgáz és atomenergia használatával kell pótolni. Az atomenergia belépése miatt nemcsak a széndioxid kibocsátás csökkent, de észrevehetően kevesebb lett a levegőbe kibocsátott kén-dioxid és nitrogén-oxidok mennyisége is. Érdemes megemlíteni, hogy a fix helyre telepített nukleáris erőművek mellett sok hadsereg és néhány polgári célú jégtörő hajó is alkalmaz nukleáris meghajtást. Ami a nukleáris erőművek biztonságát illeti, ezen a téren is jelentős a haladás. A legújabb erőműtípusoknál a környezeti kibocsátással járó üzemzavarok valószínűségét és az esetleg kibocsátott aktivitás mennyiségét rendkívül kis értékre sikerült leszorítani, olyannyira, hogy az ebből származó veszély kockázata nagyságrendekkel kisebb más ipari ártalmak kockázatánál. Problémát jelent viszont a radioaktív hulladékok elhelyezése. Az atomerőművekben kétféle ilyen hulladék keletkezik. Az egyik az üzemeltetéssel járó kis és közepes aktivitású szilárd és folyékony hulladék, míg a másik fajta hulladékot a használt, de még hosszú ideig sugárzó kiégett fűtőelemek képezik. A kis és közepes aktivitású hulladékok biztonságos végső elhelyezését már több országban a gyakorlatban jól megoldották. A nagy aktivitású hulladékokat is erre alkalmas geológiai formációkban néhány száz méter- 58

59 rel a föld alatt jól el lehet szigetelni a környezettől. Ilyen létesítményt már helyeztek üzembe az USA-ban. Az minden esetre kétségtelen, hogy ezen a téren még további jelentős fejlesztések várhatók. Nem szabad elfelejteni, hogy a föld mélyén jelentős mennyiségű természetes eredetű radioaktív anyag található akkor is, ha nem temetünk el semmit. Ezen alapul az az elképzelés, amely szerint csak annyi aktivitású hulladékot temessünk a földkéregbe, amennyit onnan az ércekkel kitermeltünk, és akkor nem lépjük túl a természetes háttérsugárzás szintjét. Van azonban egy további probléma a nukleáris erőművekkel kapcsolatban. Ugyanis nemcsak a szén, kőolaj és földgáz készleteink végesek, de a Föld uránium kincse is korlátozott, ez is el fog fogyni előbb-utóbb. Lehetséges megoldásként kínálkozik a nukleáris fűtőanyag megtöbbszörözése szaporító reaktorok segítségével. Másik lehetőség atommag hasadásos erőművek helyett fúziós erőművek alkalmazása. Ennek lényege, hogy különféle hidrogén izotópok (deutérium, tricium) atommagjainak egyesítésével hélium atommagokat hozunk létre és ennek során hasonló módon termeljük az energiát, ahogyan az évmilliárdok óta a Nap belsejében történik. E technológiának több változata van. Van ugyanakkor számtalan olyan műszaki probléma, amelyek megoldása még évtizedeket vehet igénybe. Rövidebb távlatban talán ígéretesebb lehet ennél a Carlo Rubbia Nobel díjas fizikus által javasolt megoldás. Rubbia szerint uránium helyett tóriumot kellene használni maghasadásos fűtőanyagként. Neutron besugárzás hatására ugyanis a tórium 233 tömegszámú uránium izótóppá alakul át, amely már alkalmas atomreaktor működtetésére. Maga az atomreaktor pedig folyamatosan termeli a szükséges neutron sugárzást. Rubbia elképzelése szerint mélyen a föld alatt egymás mellé kellene telepíteni tóriumos blokkokat, és a sor elején elhelyezni egy kisebb teljesítményű uránium blokkot. Kezdetben ez termelné az energiát, majd az általa kibocsátott neutron sugárzás hatására a szomszédos tórium blokk lassan aktivizálódna, és a folyamat így haladna tovább a sor végéig. Egy ilyen erőmű akár száz évig is biztonságosan működhetne, és az üzemidejének befejezésekor nem kellene foglalkozni a hulladékok eltemetésével sem, az egészet egyszerűen ott kellene hagyni a föld alatt. 59

60 Bár egy ilyen technológia kifejlesztése is évtizedeket vehet igénybe, a megoldás bíztatónak látszik, és esetleg gyorsabban válhat iparilag alkalmazhatóvá, mint a hidrogén fúziós megoldás. Az mindenesetre kétségtelen, hogy nukleáris energia alkalmazása nélkül nehezen képzelhető el a 21. században az emberi civilizáció további fejlődése és ezzel egy időben a klímaváltozás megfékezése is. 60

61 VÍZENERGIA A nukleáris erőművek mellett az üvegház-gázokat ki nem bocsátó viszonylag tiszta és hatékony energiatermelési lehetőség a vízenergia, vagyis vizek mozgási és potenciális energiájának hasznosítása, villamos energiává alakítása. Vízenergia nyerhető elsősorban folyók duzzasztásával, valamint tengerpartokon, az árapály-dagály során fellépő szintingadozások felhasználásával. Bár egy vízerőmű felépítése és üzembe helyezése a közvetlen környezetében megváltoztatja az ökológiai rendszert, azonban ilyen helyeken általában kialakul egy másfajta ökológiai egyensúly, amely képes normálisan beleilleszkedni a természet rendjébe. Amikor a folyóvíz energiáját hasznosítjuk, közvetve a Napból származó energiát csapoljuk meg. A folyókban haladó víz ugyanis része a víz globális körforgásának, amelyet a Nap működtet, oly módon, hogy a felszíni vizek párologtatásával táplálja azokat a felhőket, amelyekből eső formájában jut a víz a vízgyűjtő területekre, ahonnan a folyók erednek. Amikor pedig a tengerek árapály-dagály szintmozgását hasznosítjuk, akkor közvetve a víztömegeket megmozgató Hold gravitációs erejét hasznosítjuk. E hatalmas energiájú folyamatoknak persze csak csekély hányadát tudjuk a gyakorlatban villamos energia termelésére felhasználni, de még ez is óriási energiatermelési lehetőséget nyújt. A víz energiáját az emberiség ősidők óta hasznosítja. A legrégebbi ismert vízkerék Mezopotámiából származik, és nagyjából i.e körül készülhetett. Az ókori Kínában és Egyiptomban is használtak már vízkerekeket öntözésre és ivóvíz továbbítására. A Római Birodalomban pedig vízimalmokat használtak gabonaőrlésre, sőt voltak hajókra épített úszó vízimalmok is. Vízkerekek energiáját használták még fűrészmalmokban és kovácsműhelyekben is, és sok helyen vízenergiával szivattyúzták ki a bányákból a vizet. 61

62 A 19. század első felében, nagyjából a 30-as évektől kezdve a vízkerekek helyett megjelentek az első igazi vízturbinák, amelyek képesek voltak a nagy esésű és nagy vízhozamú folyók energiáját hasznosítani. Az 1860-as években azután Werner von Siemens vízturbinával hajtott villamos generátort épített, amellyel elektromos energiát lehetett termelni, 1896-ban pedig Thomas Alva Edison és Nicola Tesla közreműködésével megépült a Niagara Vízesésnél a világ első váltóáramú villamos vízerőműve. A hagyományos vízkerekek két alapváltozata az alulcsapó és a felülcsapó megoldás, de létezik ezek kombinációja is, az ún. derékba csapó vízkerék, és van még ún. merülő vízkerék is. Egy modern felülcsapó vízkerék teljesítménye több 10 kilowatt lehet, és a hatásfoka elérheti a 80%-ot, ami megfelel a legkorszerűbb vízturbinák hatásfokának. A felülcsapó megoldás főleg a víz helyzeti energiáját használja fel, de ehhez hozzáadódik a víz mozgási energiája is. A magas hatásfokhoz szükséges legalább 4 8 méteres vízszint különbség azonban általában csak a folyó duzzasztásával érhető el, amely jelentős beruházást igényel, ráadásul ki kell építeni olyan megkerülő csatornát is, amely áradások idején elvezeti a fölösleges vizet. Az alulcsapó vízkerék teljesítménye és hatásfoka kisebb, de kevesebb beruházást igényel, és a telepítése is egyszerűbb. Ennél a szokásos vízszint különbség legfeljebb 1 2 méter. Az ilyen megoldás teljesítménye általában néhány kilowatt, hatásfoka pedig legfeljebb 25-30%, ami azonban korszerű lapátformával és a mederben kialakított vízterelőkkel akár 60-70%-ig javítható. Az alulcsapó megoldás extrém változata a merülő vízkerék, amelynél gyakorlatilag egyáltalán nincs vízszint különbség, és a vízkereket csupán az áramló víz mozgási energiája működteti. 62

63 Ilyen megoldásokat már az ókorban is használtak a világ nagy folyóin, mint amilyenek a Tigris, az Eufrátesz, vagy a Nílus. Van a merülő vízkeréknek egy különleges változata is, ez pedig a hajómalom, vagyis a hajóra szerelt úszó vízkerék, amely könnyen áttelepíthető, és a működése független a folyó pillanatnyi vízszintjétől, vagyis áradás idején is működőképes. Magyarországon a Dunán egészen a 19. század végéig használtak hajómalmokat. Figyelemre méltó hagyományos megoldás még az árapály-dagály malom, amely azt az energiát hasznosítja, amellyel a Hold a Föld körüli mozgása során a tömegvonzásával a felszíni vizek szintváltozását előidézi. Ezt az energiaforrást már több száz évvel ezelőtt is felhasználták. Ehhez olyan mesterséges vagy természetes öblöket alakítottak ki, amelyeket csupán keskeny csatorna kötött össze a tengerrel, és ebbe a csatornába telepítették a vízkerekeket, amelyek forgása azonban naponta négyszer irányt váltott. Ilyen malmokat építettek például Nagy-Britanniában és Észak-Amerikában az as években. Az angliai Suffolk városban például a mai napig látható egy ilyen műemlék jellegű de még működőképes vízimalom. A modern vízerőművek turbináit akár úgy is tekinthetjük, mint amelyek a felülcsapó vízimalom modern továbbfejlesztései. Mindegyik megoldási változat jelentős mérnöki alkotó munka eredménye. Néhány fontosabb vízturbina megoldás tulajdonságait az alábbiakban foglaljuk röviden össze. Az Francis turbina alapötletét még 1826-ban dolgozta ki Benoit Fourneyron, majd 1848-ban ezt James B. Francis továbbfejlesztette, és ezzel sikerült nagyteljesítményű, 80% körüli hatásfokú turbinát előállítani. Ennél a turbinánál a víz a turbina kerületénél lép be érintőlegesen, majd a speciális lapátkialakításoknak köszönhetően többszöri irányváltoztatás során leadja az energiáját, és a turbina tengelyének irányában lefelé lép ki a berendezésből. Ez ma a világon az egyik legjobban elterjedt megoldás, mivel közepesnek mondható vízhozam és méter közötti esési magasság mellett gazdaságosan alkalmazható. Kis esésmagassághoz ennél alkalmasabb a Kaplan turbina, amelyet Victor Kaplan dolgozott ki 1913-ban, és amellyel akár 90% hatásfok is elérhető. 63

64 Ennél a megoldásnál egy csigaház kialakítású csövön oldal irányból belépő víz az energiáját felülről lefelé haladva egy hajócsavarhoz hasonló, függőleges tengelyű, állítható lapátszögű propellernek adja át, amely körül állítható álló terelőlapátok helyezkednek el. Van a Kaplan turbinának egyszerűbb változata is, a fix lapátszögű propellerturbina. Ezt főleg kis esésű és kis vízhozamú folyókban alkalmazzák. Fontos turbina típus még a Pelton turbina, amelyet nagy esési magasság, de kis vízhozam esetén lehet gazdaságosan alkalmazni. Ezt Lester Allan Pelton dolgozta ki és szabadalmaztatta Amerikában. Első példányát 1887-ben helyezték üzembe Sierra Nevada-ban. Ezt követően Pelton San Francisco-ban gyárat alapított, ahol sorozatban kezdték gyártani ezt a turbina típust. Érdemes megemlíteni, hogy a vízturbinák fejlődéséhez egy magyar akadémikus professzor, Bánki Donát ( ), a karburátor társfeltalálója is hozzájárult. Mivel azonban hasonló megoldásokat nagyjából egy időben mások is kidolgoztak, erre a fajta turbinára a nemzetközi szakirodalomban gyakran Bánki Michell Crossflow Ossberger turbina megnevezéssel hivatkoznak. A folyami vízerőművek mellett a víz energiájának másik fontos hasznosítási módját képezik a tengerparton létesíthető apály-dagály erőművek, valamint a tengeráramlat erőművek. A tengeráramlat erőmű konstrukciója hasonlít a szélerőművekhez. Ámde mivel a víz több mint 700-szor sűrűbb, mint a levegő, ezért az ilyen erőmű sokkal nagyobb teljesítménnyel és sokkal jobb hatásfokkal képes működni. A teljesítményük 64

65 megawatt nagyságrendű, és csoportos elhelyezéssel nagyon nagy teljesítményű erőmű blokkok is kialakíthatók. Még az 1950-es években merült fel az Egyesült Államokban az a probléma, hogy az egyre bővülő kapacitású villamos erőművek éjszaka nem tudták annyira visszafogni a termelésüket, mint amennyire a fogyasztás csökkent, ezért az éjjel termelt villamos energia jelentős része elveszett. Ilyen problémára találták ki a szivattyúturbinás energiatárolást. Ennek lényege, hogy a nappal turbinaként működő vízerőmű éjszaka szivattyúként működik és a villamos hálózatról felvett felesleges energiával vizet szivattyúz fel egy alacsonyabb vízvételi helyről egy magasabb helyen kiépített tározóba, nappal pedig turbinaként áramot termel. Ez természetesen azt is jelenti, hogy a turbinával nappal meghajtott villamos generátor éjjel villanymotorként működik. Később az ilyen megoldások világszerte elterjedtek. Érdemes megemlíteni, hogy a szivattyúturbinás megoldáshoz hasonló műszaki konstrukciókat használnak a tengerpart menti apály-dagály erőművekben is. A különféle típusú vízerőművek alkalmazásának előnye, hogy mivel nincs széndioxid kibocsátás, ezért kímélik a környezetet és nem erősítik az üvegházat, hatékony árvízvédelmet tesznek lehetővé, továbbá, hogy mivel a folyami turbinák védelmében az erőmű előtt a folyóból a hulladékokat el kell távolítani, ezzel csökken a folyók szennyeződése. A vízerőművek alkalmazásának hátránya azonban, hogy átalakítják az ökológiai környezetet, akadályozzák a halak természetes vándorlását, és a duzzasztás során az áramlás lelassulása miatt csökkenhet a víz oxigén tartalma. Mindezek ellenére, becslések szerint, egy 1000 Megawatt teljesítményű folyami vízerőmű létesítése nagyjából akkora ökológiai változást okozhat a környezetben, mint egy 5-6 km hosszúságú autópálya szakasz megépítése, azzal az eltéréssel, hogy egy ilyen létesítmény működése nem jár ártalmas füstgázok kibocsátásával. 65

66 SZÉLENERGIA A szélenergia hasznosítása olyan energiatermelési lehetőség, amelynél elvileg nem lép fel környezetkárosítás és üvegház-gázok kibocsátása. Sajnos egy szélerőmű hatékonysága lényegesen alacsonyabb, mint a vízerőműveké. Ennek oka az, hogy a levegő sokkal ritkább, mint a víz, továbbá, hogy a szélturbinán fellépő nyomásesés is sokkal kisebb, mint ami egy vízturbinán felléphet. Egy köbméter víz tömege egy tonna, vagyis kg. Tételezzük fel a példa kedvéért, hogy egy vízerőműben a turbinát 10 méter víz-szint különbségről működtetjük. Minden 1 kg tömegű vízre kb. 10 Newton súlyerő hat, és ezért a 10 méteres esési magasság miatt 10*10=100 joule potenciális energiát képvisel. Minden egyes köbméter víz lezúdulása tehát a turbinán keresztül 100*1.000 = joule bruttó energia tartalmat jelent, amiből 60% hatásfokot feltételezve kb joule villamos energia termelődik. Most nézzük meg ugyanezt egy szélturbina esetén egy köbméter levegővel. Egy köbméter levegő tömege 1 kg és 293 gramm. Egy szélturbina akkor dolgozik maximális teljesítménnyel, ha a szélsebesség kb. 25 km/óra. Akár kisebb, akár nagyobb ennél a szélsebesség, a szélturbina hatásfoka romlik, sőt egy bizonyos szélsebesség fölött a turbinát teljesen le kell állítani, nehogy tönkremenjen. Könnyen kiszámítható, hogy 25 km/óra sebességgel haladó 1 kg levegő mozgási energiája (m*v 2 /2) kb. 24 joule. Egy köbméter levegő ezért maximum 24*1,293 = kb. 30 joule energiát lenne képes leadni. A szélerőmű hatásfoka azonban semmivel sem jobb, mint egy vízerőműé, ezért a nettó villamos energia termelés legfeljebb 18 joule. 66

67 Ez azt jelenti, hogy egy szélturbinán legalább /18 = köbméter levegőt kell átáramoltatni, ha optimális szélsebesség mellett annyi energiát szeretnénk termelni, mint amennyi egy vízerőműben egy köbméter vízből kinyerhető. Csakhogy a szélsebesség csak nagyon ritkán szokott éppen optimális lenni. A különbséget azzal is szemléltethetjük, ha figyelembe vesszük, hogy egy szélturbinán hasznosítható nyomásesés mindig több nagyságrenddel kisebb, mint egy vízturbinán. Miközben egy vízturbinán a nyomásesés több atmoszféra (bar) is lehet, ami több 10 méteres vízoszlopnyomásnak felel meg, egy szélturbinán legfeljebb néhány cm vízoszlopnyomásnak megfelelő nyomásesés alakulhat ki. A túl nagy légköri nyomáskülönbség pedig akkora vihart okozhat, amely tönkre teheti a szélturbinát. Az utóbbi évtizedek egyik legnagyobb pusztító erejű vihara pl. a Katrina nevű hurrikán volt, amely aug. 29.-én romba döntötte az amerikai New Orleans nagyváros épületeinek jelentős részét. A hurrikán belsejében a légköri nyomás kb. 920 mbar volt, szemben a forgószéltölcsér külső peremén mérhető kb mbar nyomással. A nyomáskülönbség tehát mintegy 81 mbar volt, ami azt jelenti, hogy a 200 km/óra feletti sebességű szelet kb. 80 cm magasságú vízoszlopnak megfelelő nyomáskülönbség idézte elő. Egyetlen vízturbina teljesítményének kiváltása csak több ezer szélturbinával volna lehetséges, ha pedig egy egész ország villamos energia termelését szeretnénk szélerőművekkel megoldani, az ahhoz hasonlítható, mintha több millió zseblámpaelem összekapcsolásával próbálnánk meghajtani egy villanymozdonyt. Egy vízerőmű teljesítményével összemérhető szélerőmű létesítéséhez hatalmas szélturbina erdőt kell felépíteni, és ebbe nagyságrendekkel több acélt, rezet, műanyagot, szigetelőanyagot, elektronikát, stb. kell beépíteni, mint az azonos teljesítményű vízerőműbe, és ezek legyártásához a nyersanyagok kohászati, vegyipari, stb. módon történő előállítása óriási környezet terhelést okoz. Erre persze azt lehetne válaszolni, hogy ha egyszer meghoztuk ezt az áldozatot, akkor ettől kezdve a szélerőmű ingyen termel. Csakhogy az ilyen erőművekben rendszeresen előfordulnak meghibásodások, ezért rendszeres karbantartási, javítási, és alkatrészcsere problémák is felme- 67

68 rülnek. Ráadásul az ilyen erőművek sem tartanak örökké. Élettartamuk néhány évtizedre becsülhető, amelynek lejárta után ezeket le kell bontani, és meg kell szabadulni az így keletkező veszélyes hulladékoktól. Mindezek miatt a szélenergia ma a legdrágább energia a napenergia után. Több országban ezért az állam szubvencionált felvásárlói árat garantál az energiatermelőknek. Így azután ez a megújuló energia nagyon sokba kerül az adófizetőknek és a felhasználóknak. Talán nem véletlen, hogy Európán belül Dániában a legdrágább a villamos energia. Ha pedig felbecsüljük a létesítés és a felszámolás során jelentkező környezetterhelést, és ezt elosztjuk az erőmű élettartama alatt termelt hasznosítható villamos energiával, kiderül, hogy környezetterhelési szempontból is a megoldás hozadéka meglehetősen csekély. De még ezt a hozadékot is tovább rontja az a körülmény, hogy a szélturbina csak akkor termel energiát, ha fúj a szél. Mivel a villamos energia nem tárolható, ezért a villamos hálózatba minden pillanatban annyi energiát kell betáplálni, amennyit abból a fogyasztók éppen kivesznek. Szélerőművek kiszámíthatatlan teljesítmény ingadozását csak úgy lehet kompenzálni, ha a hálózaton működő szabályozható erőművek teljesítményét folyamatosan változtatjuk. Ez azt jelenti, hogy hagyományos erőműveket kell készenléti (standby) üzemmódban járatni, hogy a kieső energiát bármikor pótolni tudják. Emiatt a széndioxid kibocsátás vonatkozásában a nagy teljesítményű hálózati szélerőművek nettó hozadéka gyakorlatilag zérus. Mint említettük, egy országos villamos energia hálózat csak akkor működik stabilan, ha az erőművek által betáplált, valamint a fogyasztók által kivett energia mindig egyensúlyban van. Ha az egyensúly hirtelen megváltozik, a rendszerben ugrásszerű feszültségingadozás léphet fel. Ilyen esetben a katasztrofális károk elkerülése érdekében egy önműködő védelmi rendszer automatikusan lekapcsol a hálózatról egyes fogyasztói körzeteket és/vagy erőműveket. A lekapcsolás azonban szerencsétlen esetben újabb lökésszerű egyensúlyi problémát okozhat, aminek következményeként esetleg az egész rendszer működése 68