1. leht 1-st

Keemiku sõna keemia-aastal: Kuhu kaob süsihappegaas?

Postitatud: 23 Mär 2011, 08:32
Postitas tauri
Maa globaalset soojenemist seostatakse inimtegevuse tagajärjel atmosfääri paisatava süsihappegaasiga. Väidetakse ka, et atmosfääri sattuv süsinikdioksiid jääb sinna pea piiramatuks ajaks. See väide on aga vastuolus ühe looduses kehtiva põhilise seaduspärasuse – süsiniku ringlusega geosfääris.

Keemikuna on minu töö seotud looduslike objektide vanuse määramisega radiosüsiniku (C14) sisalduse kaudu. Selle, paljudel teadusaladel rakendust leidnud uurimisviisi põhialused on tihedalt seotud ka süsiniku ringlusega Maa geosfääris.

Juba radiosüsiniku meetodi välja töötamisel ja kasutuskõlblikkuse tõestamisel tehti ulatuslikke uuringuid, mis andsid küllaltki selge pildi nii süsiniku levikust kui ka liikumise dünaamikast geosfääri eri osades, olgu selleks siis atmosfäär, biosfäär või hüdrosfäär.


Tuumakatsetuste jälgedes

Veelgi täpsemad ja täiendavad tulemused saadi 1960. aastate Nõukogude ja Hiina tuumakatsetuste tagajärgi uurides. Nimelt tekib tuumapommi plahvatusel peale teiste radioaktiivsete isotoopide ka suures koguses süsiniku radioaktiivset isotoopi C14. Need, esialgu stratosfääri paisatud radiosüsiniku aatomid ühinesid õhuhapniku aatomitega radioaktiivseks süsihappegaasiks ja levisid õhuvoolude mõjul ühtlaselt Maa atmosfääris. Koos looduslike mitteradioaktiivsete süsihappegaasi molekulidega jätkasid ka radioaktiivsed molekulid liikumist Maa geosfääris, markeerides sel viisil süsiniku dünaamikat maakeral.


Järgnevail aastail määrati mitmel pool maailmas, teiste hulgas ka Tartu ülikooli radiosüsniku laboris C14 sisaldust Maa geosfääri eri osadest pärinevates proovides. Saadud tulemused näitasid, et tuumakatsetustele järgnenud aastail suurenes atmosfääri radiosüsiniku sisaldus võrreldes tuumakatsetuste eelse ajaga ligi kaks korda. Sama juhtus ka neil aastail kasvanud taimede radiosüsiniku sisaldusega.


Seoses kliima soojenemise teooriatega olen kohanud väiteid, nagu puuduksid süsinikuringes efektiivsed tagasisidemehhanismid, mis liigse süsinikdioksiidi atmosfäärist taas eemaldaksid, ning tagajärjeks ongi süsihappegaasi kuhjumine atmosfääri ja sellest tingitud globaalne soojenemine. Sellest teooriast lähtudes oleks ka tuumakatsetuste tulemusena atmosfääri paisatud radiosüsinik pidanud sinna jääma pea piiramatuks ajaks. Mida aga näitasid nii Tartus kui ka teistes radiosüsiniku laborites tehtud uuringud? Näitasid vastupidist: vähem kui kümme aastat pärast tuumakatsetuste keelustamist atmosfääris oli esialgsest radiosüsiniku hulgast atmosfääris säilinud vaevalt pool; veel kümne aasta pärast vähem kui veerand jne.


Meie viimased, mõni aeg tagasi tehtud mõõtmised näitasid, et kunagi Nõukogude Liidu ja Hiina tuumakatsetustest atmosfääri paisatud radiosüsinik on sealt praktiliselt kadunud.
Süsinikuringlus kui tasakaaluline protsess


Kuhu siis tuumakatsetustel atmosfääri sattunud radiosüsinik kadus? Vastuse annab süsiniku ringlus Maa geosfääris.


Kuna keemilise elemendi isotoobid oma füüsikaliste, keemiliste ning bioloogiliste omaduste poolest üksteisest oluliselt ei erine, kulges tuumakatsetuste tagajärjel tekkinud radioaktiivne süsihappegaas samu teid mööda nagu tavalinegi. Järelikult neelas osa radioaktiivsest süsihappegaasist taimestik. See ladestus ja on praegugi mõõdetav vastavail aastail kasvanud puude aastaringides, samuti neil aastatel sadestunud turbalasundeis ja järvede põhjasetetes. Põhiline osa tuumakatsetustel atmosfääri paisatud radiosüsinikust uhuti aga vihmaveega ning ookeanilainetega maailmamerre.


Maa süsinikuringes käib aga pidevalt ka vastupidine protsess. Taimede ja loomade hingamise, samuti orgaanilise aine lagunemise ja kõdunemise tulemusel läheb süsinik süsihappegaasina biosfäärist atmosfääri. Ookeanide pinnakihilt aurub atmosfääri vesi ja eraldub ka vees lahustunud süsihappegaas.


Tegelikult on süsinikuringlus aastatuhandete jooksul maakeral välja kujunenud dünaamiline tasakaaluline protsess, kus kehtib füüsikast ja keemiast teadaolev mõju ja vastumõju seadus. Atmosfäärifüüsik Olavi Kärner nimetab seda negatiivseks tagasisideks. Kui suureneb süsihappegaasi kontsentratsioon atmosfääris, intensiivistub taimede assimilatsiooniprotsess ja kiireneb ka süsinikdioksiidi üleminek atmosfäärist biosfääri. Samuti suureneb süsihappegaasi lahustumine merevette. Kuna temperatuuri tõusuga väheneb süsihappegaasi lahustuvus merevees, võib mõningane maakera temperatuuritõus viia ka süsihappegaasi kontsentratsiooni teatava suurenemiseni atmosfääris. Ongi kindlaks tehtud, et jäävaheaegadel on kasvuhoonegaaside sisaldus Maa atmosfääris olnud kõrgem kui jääaegadel. Siinjuures ei saa aga olla tõene väide, nagu viiks maakera mõningane temperatuuri tõus ookeani pinnakihi küllastumiseni atmosfääri süsihappegaasist ja sellega lakkaks merevee võime neelata õhust süsihappegaasi.

Uuringud on näidanud, et ookeanis toimub merehoovuste ja tormilainete mõjul pidev liikumine ja segunemine, samuti surnud organismide ja süsinikku sisaldavate mineraalainete põhja sadenemine, mis alandab süsinikdioksiidi sisaldust pinnakihtides. Tuletan meelde, et geosfääris ringlevast süsinikust kõige suurem osa, umbes 90 protsenti, sisaldub just ookeanivees: põhiliselt seal lahustunud süsihappegaasi ja hüdrokarbonaadina, mis tekib süsinikdioksiidi reageerimisel veega. Samal ajal on atmosfääris vaid umbes poolteist protsenti kogu Maal ringlevast süsiniku hulgast. Võiks veel lisada, et vetikad neelavad isegi rohkem süsihappegaasi kui maismaataimed, vähendades ka sel viisil ookeanide pinnakihis oleva süsihappegaasi hulka. Seega pole küll põhjust väita ega karta, et ookeani- ja ka maismaataimestik pole ühel päeval enam võimeline võtma vastu inimtegevuse tulemusel ja ka looduslikult atmosfääri paisatava süsihappegaasi hulka, isegi kui see suureneb.

Praegu inimtegevuse mõjul atmosfääri jõudev süsinikdioksiidi hulk moodustab ainult viis protsenti üldisest igal aastal atmosfääri sattuvast süsihappegaasi hulgast. Ülejäänud 95 protsenti annavad looduslikud protsessid – vulkanism, orgaanilise aine lagunemine, metsatulekahjud, organismide hingamine ja muud allikad. Seega on loodus ise, sõltumata inimtegevusest, aastamiljonite vältel varustanud Maa atmosfääri elutegevuseks vajaliku süsihappegaasiga, hoides seda taimede assimilatsiooniprotsessiks sobivas tasakaalus. Kõige selle tulemusena ongi tekkinud kütusevaru, mida täna kasutame – kivisüsi, nafta, maagaas, põlevkivi, turvas ja muud põlevad loodusvarad.

Öeldu ei tähenda, et peaksime jätkama loodusvarade raiskamist senises tempos ja fossiilkütuseid piiramatult tarbima. Seetõttu võib praegusest kasvuhoonegaaside piiramise kampaaniast lõppkokkuvõttes isegi omajagu kasu olla. Priiskamist piirates võiksime aga nimetada asju õigete nimedega.

ARVI LIIVA (1930) on lõpetanud 1954 Tartu Ülikooli keemiaosakonna füüsikalise keemia erialal. 1957–1995 töötas TA Zooloogia ja Botaanika Instituudis, kus rajas ja arendas välja ühe esimese radiosüsiniku laboratooriumi Nõukogude Liidus. Keemiakandidaat 1967. Võtnud osa ekspeditsioonidest Karjalas, Kesk-Aasias ja Mongoolias. Tšernobõli tuumajaama avariile järgnevail aastail tegeles ka seente radioaktiivse saaste uurimisega. Alates 1995. aastast Tartu Ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudi geoloogia osakonna radiosüsiniku labori juhataja.

Allikas:
http://forte.delfi.ee/news/teadus/keemi ... d=42554909