Ugrás a tartalomhoz

Az éghajlatváltozás okai és következményei

Gelencsér András, Molnár Ágnes, Imre Kornélia (2012)

Pannon Egyetem

4.2 A 14C /12C arány mérése

4.2 A 14C /12C arány mérése

Az egyik ilyen lehetőség a radioaktív szénizotóp (14C) arányának meghatározása. A 14C a felső légkörben folyamatosan keletkezik a nitrogénatomok és a galaktikus kozmikus sugárzás kölcsönhatásából. Légköri koncentrációjának aránya a szén természetes izotópjához (12C) mindössze 10-10 %  Béta sugárzással bomlik, felezési ideje 5730 év. Emiatt a bioszférában mindenütt megtalálható, de a fosszilis tüzelőanyagokból rövid felezési ideje miatt teljesen hiányzik. Így a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó szén-dioxidban a 14C /12C arány 0. A mért koncentrációarányt egy 1955-ben termelt cukorrépából kivont oxálsav 14C /12C arányához, mint referenciaértékhez viszonyítva fejezik ki. Ha a légköri szén-dioxidban meghatározzuk a 14C /12C arányt, és ismerjük a biomasszában mérhető hasonló arányt, akkor az adatokból megbecsülhető a fosszilis szén hozzájárulásának hányada.

A becslést nehezíti, ugyanakkor a szén biogeokémiai körforgásának megértését nagyban segítette, hogy 1955. és 1963. között számos katonai célú nukleáris robbantást hajtottak végre. Ennek során a felszabaduló hatalmas energiamennyiség hatására a természetes szintet jelentősen meghaladó mennyiségű 14C-izotóp került a légkörbe. Az atomsorompó egyezmény életbe lépését követően a légköri szén-dioxid 14C /12C arányának nyomon követésével első ízben vált lehetővé a légköri szén az óceánba és a bioszférába történő beépülési sebességének közvetlen kísérleti tanulmányozása a teljes Föld-légkör rendszerben! A 4.2 ábrán látható, hogy a rendellenesen magas arány eleinte gyorsan, majd egyre lassabban csökkent a légköri szén-dioxidban.

4.2. ábra - A 14C mennyiségének változása az 1955-1981 közötti időszakban. (Warneck, 1988).

A 14C mennyiségének változása az 1955-1981 közötti időszakban. (Warneck, 1988).


E változások mértékéből a nyelő folyamatok sebességére és időállandójára lehet következtetni. Az óceán felszíni rétegébe és a bioszférába történő beépülés csak addig megy kellő sebességgel végbe, amíg az egymással közvetlen kapcsolatot tartó tározók egyensúlya többé-kevésbé be nem áll. Az egyensúly beállása azt is jelenti, hogy a légkör a hatalmas anyagáramú és ezáltal gyors egyensúlyi kicserélődési folyamatok révén már nem képes számottevő mennyiségű 114C-izotóptól megszabadulni. A kezdeti gyors légköri koncentrációcsökkenés oka éppen ezen két egyensúlyi kicserélődési folyamat (időállandója 7–10 év), azt ezt követő lassú csökkenés már a fosszilis tüzelőanyagokból származó 14C-mentes szén-dioxid hígító hatásának köszönhető (az ún. Suess-effektus). Ez utóbbi hatás önmagában – vagyis a nukleáris robbantások hatása nélkül is – felhasználható a szén biogeokémiai körforgásának tanulmányozására. Az óceánokban például kimutatható, hogy hol található most az emberiség által eddig kibocsátott fosszilis szén az óceánban (4.3 ábra).

4.3. ábra - Globális szén ciklus a fő források fluxusaival (A fekete értékek a természetes forrásokat, a piros értékek az antropogén források fluxusait mutatják) (Forrás: NASA, IPCC adatok alapján).

Globális szén ciklus a fő források fluxusaival (A fekete értékek a természetes forrásokat, a piros értékek az antropogén források fluxusait mutatják) (Forrás: NASA, IPCC adatok alapján).


Az ábrán látható, hogy a beoldódott fosszilis szén zöme az óceánokban még a felszíni rétegekben található, de lassú penetrációja megindult a termoklin zóna illetve a mélyóceán felé. Az izotópmérések hátránya, hogy rendkívül költségesek, és általános érvényű információt csak a légkörre vonatkozóan nyerhetünk belőlük, míg az óceánban és a bioszférában elvégzett mérések eredményei csak bonyolult modellek segítségével általánosíthatók.