J. E. Lovelock:

GAIA


Szkennelte, javította és tördelte: A Webtigris.


5. FEJEZET


A jelenkori légkör


Az emberi gondolkodásmód egyik sötét foltja mindig is a megrögzött előítélet volt.

Mindössze száz évvel ezelőtt egů egyébként értelmes és fogékony ember, Henry Mavhew úgy írt a londoni szegényekről, mintha ők valamilyen idegen fajhoz tartoznának. Mi másért különböznének tőlünk ennyire? - gondolhatta.
A viktoriánus korban majdnem hasonló jelentőséget tulajdonítottak az egyén társadalmi és családi hátterének, mint manapság néhány helyen az IQ értéknek. Mostanában, ha származást és kutyabőrt magasztaló embereket hallunk, nagy valószínűséggel gazdálkodókról, állattenyésztőkről, vagy zsoké- és kutyafuttató klubok tagjairól van szó.

Még ma is, ha meghallgatunk valakit, aki egy állásra pályázik, hajlamosak vagyunk túlságosan nagy szerepet tulajdonítani az iskolai, egyetemi háttérnek és a tudományos pályafutásnak. Ezt inkább tekintjük bizonyítéknak, mintsem, hogy megtennénk a nehezebb lépést és megpróbálnánk a magunk számára kideríteni, milyen és mire képes a pályázó valójában.

Pár évvel ezelőtt legtöbbünknek még hasonlóan szemellenzős képe volt bolygónkról is.
A figyelem a távoli múltra összpontosult. Mázsaszám készültek tankönyvek és cikkek kőzetmaradványokról és az ősi tengerek életéről, mi pedig hajlottunk annak elfogadására, hogy ez a múltbatekintő szemlélet képes velünk a Föld tulajdonságairól és képességeiről minden szükséges ismeretet közölni.
Ez majdnem annyira hibás, mintha az állásra pályázót ükapja csontjainak megvizsgálásával próbálnánk felmérni.
Annak köszönhetően, amit az űrkutatás segítségével bolygónkról megtanultunk és nap mint nap tanulunk, nemrégiben változott a kép.
A Holdról megpillantottuk Nap körül keringő űrbéli otthonunkat, és hirtelen tudatára ébredtünk annak, hogy nem közönséges bolygó lakói vagyunk, bármennyire is silány és mocskos közelről nézve az ember hozzájárulása ehhez a látványhoz.
Bármi is történt a távoli múltban, kétségtelenül élő részei vagyunk a Naprendszer eme különös és gyönyörű anomáliájának.
Figyelmünk afelé a Föld felé fordult, amit már képesek vagyunk az űrből tanulmányozni, különös tekintettel légkörének sajátosságaira. Jóval többet tudunk már akár legszélesebb látókörű apáinknál is a Földet borító megfoghatatlan gázfátyol viselkedéséről és összetételéről, annak kémiailag rendezetlen, de a stabilitását mindig megőrző, örökké áramló, reaktív gázok különös keverékével teli felszínközeli sűrűbb rétegeiről, valamint gyér külső elegyéről, amit a gravitációs erő tapaszt bolygóméretű házigazdájához.

Mielőtt azonban bemutatnánk a hidrogénatom viselkedését és kilépnénk a légkörből, álljunk meg és foglaljunk össze néhány tényt.

A légkörnek számos, jól elkülöníthető rétege van.
A földfelszínről induló űrhajós először a troposzférán, a legalsó, legsűrűbb rétegen halad keresztül. Ez a légréteg mintegy hét mérföldnyire nyúlik fel. Itt található majdnem valamennyi felhő és itt zajlik az időjárás. Itt van szinte az összes lélegző teremtmény számára a "levegő" is, melyben közvetlen érintkezés megy végbe Gaia élő és gáznemű része között.
Ez a réteg a légkör teljes tömegének több, mint háromnegyedét foglalja magában.
A troposzféra érdekes és szokatlan sajátossága - amit a többi légköri rétegnél nem találunk meg -, hogy két részre oszlik, nagyjából az Egyenlítő mentén. Az északi és déli levegő nem keveredik szabadon, amint azt bármilyen megfigyelő, aki hajón utazik keresztül a trópusi területeken, azonnal észrevehet, mert az ég a tiszta déli és a viszonylag piszkos északi félgömb között különbözö.

A legutóbbi időkig úgy vélték, hogy a troposzféra gázai nemigen keverednek egymással, kivéve talán villámlás vagy valami hasonló dolog heves hőtermelése következtében.
Sir David Bates, Christian Junge és Marcel Nicolet úttörő légkörkémiai kutatásainak köszönhetően ma már tudjuk, hogy a troposzféra gázai olymódon reagálnak egymással, mintha valami bolygóméretű, lassú, hideg tűzben égnének.
Számos gáz oxidálódik, és az oxigénnel való reakció során távozik a levegőből. Ezt a napsugárzás teszi lehetővé, ami reakciók bonyolult során keresztül az oxigént nagyobb reakcióképességű oxigénhordozókká, azaz ózonná, hidroxilgyökké és hasonlókká alakítja.

Hét és tíz mérföld között - attól függően, hogy a földfelszín melyik pontjáról szállt fel - űrhajósunk belép a sztratoszférába.
A réteget azért nevezik így, mert függőleges irányban nehezen keveredik, noha itt állandóan többszáz kilométeres sebességű erős szelek fújnak. A hőmérséklet a sztratoszféra alsó határán, a tropopauzánál igen alacsony, felfelé haladva azonban növekszik.
A két réteg természete szorosan összefügg a bennük jelentkező hőmérsékletgradienssel. A troposzféra folyamatos, felfelé százméterenként egyfokos hőmérsékletcsökkenése megkönnyíti a levegő függőleges mozgását és a megszokott alakú felhők képződése szabályszerűen ismétlődik.
A sztratoszférában, ahol feljebb van a meleg, a felmelegedett levegő nehezen emelkedik fel, ezért a vízszintes rétegű stabilitás az általános. A Nap ultraibolya sugárzásának rövidebb hullámhosszú és nagyobb energiatartalmú sugarai behatolnak a felső sztratoszférába, ahol az oxigént atomjaira bontják. Ezek hamarosan ismét összekapcsolódnak, igen gyakran ózont képezve. Az ibolyántúli sugárzás az ózont megint elbontja, így beáll az egyensúly, maximálisan mintegy ötmilliomod résznyi ózonsűrűségnél.
A sztratoszféra levegője nem sokkal sűrűbb a Marsénál, itt tehát semmilyen lélegző élőlény nem maradhatna életben. Mégha az alacsony nyomású környezetet nagynyomásúval helyettesítenénk is, az élet ózonmérgezésben gyorsan elpusztulna.
Amit néhány magasan repülő nagytávolságú légijárat összes utasa és személyzete ijedten és kényelmetlen érzéssel tudott meg: a sztratoszféra levegője még akkor sem felel meg belégzésre, ha elviselhető hőmérsékletűvé és nyomásúvá alakítják a repülőgép belsejében.
Ennél még a szmog is egészségesebb.
A sztratoszféra kémiája nagyon érdekli az elméleti tudósokat. Számos vegyi reakció megy végbe a gázfázis teljesen elvont viszonyai között. A tökéletességet semmilyen laboratóriumi edény fala nem korlátozza. Ezért nem meglepő, hogy majdnem az összes, a légköri kémiával foglalkozó tudományos munka mindeddig a sztratoszférára és a magasabb rétegekre összpontosított. A híres légkörkutató, Sidney Chapman által adott név - kémiai légkörtan - elég szokatlan.

Leszámítva az ózonbomlás feltételezett, de nem bizonyított következményeit, a felszíni élőlények kevesebbet törődnek a felsőbb rétegekkel, mint az azt kutató tudósok. Ezek nem bíráló megjegyzések akarnak lenni, csak tükrözik azt a tényt, hogy a tudósok hajlamosak azzal foglalkozni, ami mérhető és alátámasztható. Így lehetséges, hogy a légkör nagyobb részét alkotó troposzférát kevésbé mérték fel és értették meg, noha minden valószínűség szerint ez a rész kapcsolódik leginkább Gaiához.

A sztratoszféra feletti ionoszférában a levegő végtelenül ritka. Ahogyan felfelé emelkedve egyre inkább a Nap heves, szűretlen sugaraival kerülünk szembe, úgy gyorsul a kémiai reakciók sebessége is. Ezekben a rétegekben- kivéve a szén-monoxidot és a nitrogént - majdnem valamennyi molekuláris anyag hajlamos alkotó atomjaira bomlani. Néhány atom és molekula tovább bomlik ionokra és elektronokra, elektromosan vezető rétegeket képezve, melyek a műholdak pályára állítása előtti időkben rádióhullámokat visszaverő és a bolygóméretű kommunikációt lehetővé tevő tulajdonságuk miatt fontosak voltak.

A légkör legkülső rétegét képező rendkívűl ritka, köbcentiméterenként mindössze néhány száz atomot tartalmazó exoszféra a Nap hasonlóan ritka légkörével összefonódva képzelhető el. Egy időben feltételezték, hogy, a Föld oxigéntartalmú légkörét a hidrogén exoszférából való szökése alakította ki.
Ma már nemcsak azt vonjuk kétségbe, hogy ez a folyamat kellően nagy méretekben zajlott le ahhoz, hogy felelős lehessen az oxigénért, hanem sejtjük azt is, hogy a Napból eredő hidrogénáramlás ellensúlyozza vagy akár ki is egyenlíti a hidrogénatomok elvesztését. A 3. táblázat (az elektronikus szövegből kimaradt) a levegő fontos reaktív gázait, koncentrációjukat, tartózkodási idejüket a légkörben, valamint származásuk fő forrását mutatja.

Mint korábban elmondtam, először akkor kezdett érdekelni annak lehetősége, hogy a földi légkör biológiai együttes, nem pedig csupán gázok tárháza, amikor azt a feltételezést ellenőriztük, hogy egy bolygó légkörének összetételéből megállapítható-e az élet jelenléte vagy hiánya.
Tapasztalataink igazolták a feltevést, ugyanakkor meggyőztek arról, hogy a földi légkör annyira különös és ellentmondásos elegy, ami semmiképp sem jöhetett volna létre és maradhatott volna fenn véletlenül. Úgy látszott, majdnem minden tény szembeszegül az egyensúlyi kémia szabályaival, mégis sikerült ebben a nyilvánvaló rendezetlenségben valami módon viszonylag állandó és kedvező életfeltételeket fenntartani.
Ha valami váratlan dolog történik, olyasmi, ami véletlennel nem indokolható, akkor érdemes ésszerű magyarázatot keresni.
Meg fogjuk látni, hogy a Gaia-elméletnek az a feltételezése, miszerint a bioszféra a körülöttünk lévő levegő összetételét aktívan tartja fenn és szabályozza a földi élet számára optimális környezet érdekében, vajon meg tudja-e magyarázni légkörünk különös szerkezetét.
Ezért ugyanúgy megvizsgáljuk a légkört, ahogyan a fiziológus a vér összetevőit vizsgálja meg annak kiderítésére, hogy mi célt szolgálhat az élő teremtmény fenntartásában, melynek maga is részét képezi.

Kémiai tekintetben - nem pedig mennyiségi értelemben -az oxigén a levegő domináns gáza.
Bolygónkon az oxigén állítja be a kémiai energia vonatkoztatási szintjét. Ez bárhol a Földön lehetővé teszi a tűzgyújtást, amennyiben van jelen éghető anyag. Elég jelentős kémiai potenciálkülönbséget biztosít ahhoz, hogy a madarak repülhessenek, mi futhassunk, testünket pedig télen is melegen tarthassuk. Valószínűleg ez teszi lehetővé a gondolkodást is.
Az oxigénfeszültség jelenlegi szintje úgy hat a jelenkori bioszférára, mint ahogyan a nagyfeszültségű elektromos energia huszadik századi életmódunkra.
A dolgok enélkül is mennének a maguk útján, de a lehetőségeink lényegesen csökkennének.

A hasonlat találó, mivel kényelmi okokból a környezet oxidálóképességét a vegyészek is annak redukciós-oxidációs (redoxi) potenciáljával fejezik ki, elektromos úton mérik és voltokban adják meg. A kapott érték nem más, mint egy olyan elméleti telep feszültsége, aminek egyik elektródája az oxigénben, a másik a tápanyagban van.

Majdnem az összes oxigén, ami zöld növények és algák fotoszintézise során keletkezett, viszonylag rövid idő alatt keresztülhalad a légkörön és a másik alapvető élettevékenység, a légzés révén használódik fel.

Ez a kiegészítő folyamat azonban nyilvánvalóan soha nem hozhat létre nettó oxigéntartalom-növekedést.
Akkor hogyan halmozódott fel hát az oxigén a légkörben?

Egészen a legutóbbi időkig úgy gondolták, hogy a fő forrás a vízgőz felső légrétegekben végbemenő fotolízise.
Ennek során a vízmolekulák szétbomlanak, a könnyű hidrogénatomok pedig elhagyván a Föld gravitációs terét lehetővé teszik az oxigénatomok számára, hogy azok párosával oxigénmolekulákat vagy hármasával ózonmolekulákat képezzenek.

Ez a tényleges nettó oxigéntartalomnövekedést okozó folyamat - noha a múltban fontos lehetett - a jelenlegi bioszféra számára elhanyagolható oxigénforrás. Aligha kétséges, hogy a légköri oxigén fő termelője - amint azt először Rubey tételezte fel 1951-ben - a zöld növények és algák szöveteinek szerves anyagában megkötött szén egy részének eltemetődése az üledékes kőzetekben.
Évente a megkötött szén mintegy 0.1 százaléka kerül a föld alá a szárazföldekről a folyókba és tengerekbe mosott és fújt növényi maradványokkal, egy pótlólagos oxigénmolekulát juttatva a légkörbe minden egyes, a fotoszintézis és légzés körforgásából ily módon kivont szénatom ellenében.
Ha ez a folyamat nem létezne, akkor az oxigén lassan, de folyamatosan elfogyna a légkörből az éghajlati változások, földmozgások és vulkanikus kitörések miatt kiáramló redukáló anyagokkal való reakciók során.

Néha cinikusan jegyzik meg, hogy a tudós kiválósága annak az időnek a hosszával mérhető, ameddig saját területén feltartotta a haladást.
A nagy tudósok közül Pasteur sem volt kivétel az említett szabály alól.
Tőle származik az az elképzelés, hogy csak alacsonyrendű életformák létezhettek az oxigén légköri megjelenése előtt.
Ez a vélemény sokáig tartotta magát, de - ahogy a 2. fejezetben már jeleztük - mai elképzelésünk szerint már az első fotoszintetizálók is akkora kémiai potenciál mellett működtek, mint amekkora ma áll a mikroorganizmusok rendelkezésére.
Kezdetben ez a jelentős energiapotenciált képviselő gradiens csak az ilyen élőlények sejtjeinek belsejében volt megtalálható. Később, ahogy ezek sokasodtak a dolog mikrokörnyezetükre is kiterjedt, majd az élettel karöltve mindaddig folyamatosan terjeszkedett, amíg a Föld összes ősi redukáló anyaga mind oxidálódott és a légkörben végre megjelenhetett a szabad oxigén.
Az energiapotenciál különbsége a fotoszintetizáló sejtek oxigéntartalmú anyagai és a külső redukáló környezet között azonban kezdettől fogva ugyanakkora volt, amekkora ma a kívül lévő oxigén és a sejten belüli tápanyag között van.

Az erős potenciálforrások azonban - legyenek azok kémiaiak vagy elektromosak - kockázattal járnak.
Az oxigén különösen veszélyes. Jelenlegi atmoszféránk 21 %-os oxigéntartalmával az élet számára még biztonságos felső határon helyezkedik el. Már kis koncentrációnövekedés is jelentősen növelné a tüzek kockázatát. Annak valószínűsége, hogy villámcsapás következtében erdőtűz keletkezik, 70%-kal nőne, ha az oxigénkoncentráció 1 %-kal haladná meg a jelenlegi szintet.
25% feletti érték esetén mostani szárazföldi növényzetünknek nagyon kis része élné csak túl a dühöngő tűzvészeket. Ezek a trópusi esőerdöket és a sarki tundrát egyaránt elpusztítanák.
Andrew Watson, a Readingi Egyetem munkatársa a tűz valószínűségét kísérletileg vizsgálta meg, a természetes erdőkéhez hasonló feltételek mellett. Eredményeit az 5. ábra mutatja. (az elektronikus változatból kimaradt)

A természetes tüzeket villámcsapás vagy öngyulladás okozza, valószínűségük pedig nagyban függ a természetes szerves tüzelőanyagok nedvességtartalmától. Minden egyes görbe más nedvességtartalomnak felel meg, a teljesen száraztól (0%) a szemmel láthatóan nedvesig (45%). A jelenlegi oxigénsűrűség (21 %) mellett 15%-os nedvességtartalom felett nem keletkeznek tüzek. 25%-os oxigénszintnél még a nedves ágak és az őserdők aljnövényzete is meggyulladna.

Az oxigén mostani szintje azon az értéken van, ahol a kockázat és az előny éppen kiegyenlítik egymást. Vannak ugyan erdőtűzek, de nem túl gyakran, így nem befolyásolják azt a magas hatékonyságot, amit a 21 %-os oxigénszint biztosít.
Ez ismét csak úgy van, mint az elektromos energiánál.
A szállítás vesztesége és a kábelekben felhasznált rézmennyiség a tápláló feszültség növelésével jelentősen csökken, a háztartási villamos energia 250voltos (Nagy- Britanniában - a ford.) feszültsége azonban pontosan akkora, ami még éppen elfogadható anélkül, hogy ugyanakkor az áramütésből eredő halálesetek és az elektromos tüzek kockázata elviselhetetlenné válna.
Az erőművek mérnökei nem engedik találomra működni berendezéseiket, hanem nagy gonddal és gyakorlattal úgy üzemeltetik, hogy lakásaink elektromos hálózatának feszültsége állandóan biztonságos értéken legyen.

Ezek után hogyan marad állandó a levegő oxigénszintje?

Mielőtt megvitatnánk a biológiai szabályozás természetét, előbb az atmoszféra összetételét kell részletesebben megismernünk.
Ha távcsövön vagy mikroszkópon keresztül, esetleg kémcsőben vizsgáljuk valamelyik kiválasztott gázt, akkor keveset tudunk meg a levegő többi gázához való viszonyáról éppúgy, mintha egy mondat értelmét kiragadott szavainak elemzéséből próbálnánk megérteni.

A légkör információtartalma a gázok együttesében található.

Az oxigént - referenciagázunkat - tehát a levegő azon gázaival összefüggésben kell szemügyre vennünk, melyekkel reakcióra lép vagy léphet.
Kezdjük a metánnal.

Hutchinson harminc évvel ezelőtt mutatta ki, hogy a metán - más néven mocsárgáz - biológiai termék. Ugy gondolta, hogy a gáz leginkább a kérődzők beléből származik.
Noha ez a forrás kétségkívül létezik, ma már tudjuk, hogy a nagyobb rész abból a bakteriális erjedésből ered, ami a tengerfenék anaerob iszapjában és üledékében, valamint a mocsarakban, a nedves területeken és a folyóágyakban zajlik, vagyis mindenütt, ahol szén kerül vissza a mélybe.

A mikroorganizmusok által ily módon termelt metán mennyisége meglepően nagy, legalább egymilliárd tonna évente. (A lakásainkba engedett földgáz más eredetű, ez fosszilis gáz - a kőszén és a kőolaj gáznemű megfelelője. Készletei bolygóméretekben elhanyagolhatóak. Nagyjából tíz éven belül a csekély földgáztartalékok kimerülnek.)

A gáznemű környezetét az élet számára aktívan optimumon tartó önszabályozó bioszféra összefüggésében jogos a kérdés, hogy mi az egyes gázok, például a metán feladata.

Ez éppoly logikus, mint rákérdezni a vérben található cukor vagy inzulin feladatára.
A kérdésnek azonban csak Gaia szempontjából van célja és értelme, valószínűleg ezért nem tették fel már jóval korábban is.

Mi tehát a metán feladata, és milyen kapcsolatban van az oxigénnel?
Az egyik nyilvánvaló cél az eredetéül szolgáló anaerob zónák érintetlenségének biztosítása.
A bűzös iszapból folyamatosan felbugyborékoló metán eltávolítja a környékről a mérgező illóanyagokat - például az ólom és az arzén metilszármazékait - és persze magát az oxigént is, ezt az anaerob szempontból szintén mérgező elemet.

Amikor a metán eléri a légkört, ott az oxigéntartalom kétutas szabályozójaként jelenik meg, vagyis egyaránt képes azt egy kissé csökkenteni vagy növelni.

Az egyik rész a sztratoszférába jut. Itt szén-dioxiddá és vízgőzzé oxidálódik és ezzel a felső légkör elsődleges vízgőzforrásává válik. A víz ezután hidrogénre és oxigénre bomlik.
Az oxigén lesüllyed, a hidrogén az űrbe távozik. Hosszú- távon ez a folyamat a légköri oxigéntartalom mennyiségileg csekély, de valószínűleg nagyjelentőségű növekedését biztosítja. Egyensúlyban lévő mérleg esetén a hidrogén távozása mindig nettó oxigénnyereséget jelent.

Másrészt viszont a metán alsólégköri oxidációja jelentős mennyiségű oxigént használ fel, évente körülbelül 2000 megatonnát. Ez a folyamat - melynek bonyolult és finom reakcióit jórészt Michael McElroy és munkatársai tárták fel - lassan és folyamatosan megy végbe abban a levegőben, melyben élünk és mozgunk.

Egyszerű számítással kimutatható, hogy metántermelés hiányában az oxigénkoncentráció már 12000 év alatt is egy százalékkal nőne - ez igen veszélyes változás és geológiai idővel mérve túlságosan is gyors.

Rubey oxigénegyensúly-elmélete - amit Holland, Broecker és más kiváló tudósok fejlesztettek tovább - azt feltételezi, hogy a légköri oxigénmennyiséget az eltemetett szénből eredő nettó nyereség és a mélyből a földfelszínre jutó redukáló anyagok újraoxidációjából eredő nettó veszteség egyensúlya tartja állandó értéken.

A bioszféra azonban túlságosan nagyteljesítményű gép ahhoz, hogy szabadon futhasson, miközben csak - ahogy a mérnökök mondják - passzív szabályozórendszerrel van ellátva.
Ez olyasmi lenne, mintha az erőmű gőznyomását az elégetett tüzelőanyag és a turbinák hajtásához szükséges gőz mennyiségének egyensúlya határozná meg. Meleg vasárnapokon, mikor az energiafogyasztás kicsi, a nyomás addig emelkedne, amíg a kazánt robbanás nem fenyegetné, ugyanakkor csúcsidőben esne a nyomás és nem lehetne a fogyasztást kielégíteni.
A mérnökök ezért aktív szabályozórendszereket használnak.
Mint a 4. fejezetben bemutattuk, ezek rendelkeznek valamilyen érzékelő elemmel -például nyomásérzékelővel vagy hőmérővel - ami az optimális követelményektől való bármilyen eltérést jelez és a rendszer tápláló energiájának kis részét felhasználva megváltoztatja az üzemanyag égési sebességét.

Az oxigénkoncentráció állandósága aktív szabályozórendszer jelenlétét feltételezi.
Ez valószínűleg képes az optimális légköri oxigéntartalomtól való bármiféle eltérés érzékelésére és jelzésére, ami a széneltemetődés és a metántermelés folyamatával állhat kapcsolatban.

Amikor a széntartalmú anyag eléri a mély anaerob zónákat, két útja van: vagy metánt képez, vagy eltemetődik.
Jelenleg az évi egymilliárd tonna metán megtermelésében résztvevő szénmennyiség majdnem hússzorosa annak, mint amennyi a föld alá kerül. Ezért minden olyan folyamat, ami ezt az arányt meg tudja változtatni, képes az oxigéntartalmat hatásosan szabályozni. Amikor túl sok oxigén van a levegőben, a metántermelés útján valószínűleg felerősödik valamiféle figyelmeztető jel és a szabályozó gáz beáramlása a légkörbe hamarosan újra helyreállítja az állandósult állapot körülményeit.
A metánoxidáció során nyilvánvalóan elpazarolt energiát ily módon az aktív, kis időállandójú szabályozórendszer elkerülhetetlen fogyasztásának tekinthetjük.

Érdekes az a gondolat, hogy a pocsolyák, tavak és a tengerfenék büdös iszapjában élő anaerob mikroflóra támogatása nélkül nem írhatnánk és olvashatnánk könyveket.
Az általuk termelt metán hiányában az oxigénkoncentráció elkerülhetetlenül olyan mértékűre nőne, amiben minden tűz általános pusztulást jelentene és a szárazföldi élet lehetetlen volna, kivéve a nedves területek mikroflóráját.

A másik rejtélyes légköri gáz a nitrogén-oxid.

A metánhoz hasonlóan közel hárommilliomod résznyi mennyiségben van jelen a levegőben és - ismét csak a metánhoz hasonlóan - pillanatnyi koncentrációja nincs összefüggésben azzal, hogy milyen sebességgel termelik a tenger és a talaj mikroorganizmusai. A nitrogén-oxid keletkező menynyisége évi 30 megatonna. Ez nagyjából tizede annak, mint amennyi nitrogén a légkörbe visszakerül.
Körülöttünk sok nitrogén és nagyon kevés nitrogén-oxid van, mert a nitrogén igen stabil, így felhalmozódik, ugyanakkor a nitrogén-oxidot a Nap ibolyántúli sugárzása gyorsan elbontja.

Biztosra vehetjük, hogy a hatékony bioszféra nem pazarolna energiát ennek a különös gáznak a létrehozására, ha az nem rendelkezne valamilyen hasznos feladattal.




A 6. ábra szövege:

Az oxigén és szén körforgása a földi légkör, a szárazföldek és tengerek főbb készletei között.
A mennyiségeket tetramól egységekben adtuk meg: 1 tetramólnyi szén = 12 megatonna,1 tetramólnyi oxigén = 32 megatonna.
A körökbe írt számok évi forgalmat jelentenek. A légkör és az üledékes kőzetek készleteinek számadatai azok nagyságát jelzik.
Figyeljük meg, hogy a szén, útban a tenger alatti üledékes kőzetekben, a mocsarakban és a nedves területeken zajló eltemetődése felé, legnagyobb részben "mocsárgázként", metánként jut vissza a légkörbe.




Két lehetséges felhasználás kerül szóba, mivel pedig a biológiában megszokott dolog, hogy ugyanaz az anyag egyszerre több célt is szolgál, ezért mindkettő fontos lehet.
Az első: a nitrogén-oxid - hasonlóan a metánhoz - részt vehet az oxigénszabályozás feladatában. Az az oxigénmennyiség, ami a talajból és a tengerfenékből eredő nitrogén-oxid útján kerül a légkörbe, kétszerese annak, ami képes lenne a mélyből a Föld felszínére jutó redukáló anyagok oxidációja révén keletkező veszteség kiegyenlítésére.
A nitrogén-oxid ennélfogva ellensúlyt képezhet a metánnal szemben. Mindenesetre elképzelhető, hogy a metán és a nitrogén-oxid termelése kiegészítik egymást, és mindkettő eszköze lehet az oxigénkoncentráció gyors szabályozásának.

A nitrogén-oxid másik lehetséges fontos tevékenysége a sztratoszférabeli viselkedésére vonatkozik.

A nitrogén-oxid itt elbomlik, többek között nitrogén-monoxidot képezve. Utóbbi állítólag az ózonpusztulás katalizátora. Ez félelmetesnek tűnhet a környezetvédők figyelmeztetéseinek fényében, mely szerint a világunkat jelenleg fenyegető legnagyobb katasztrófa a sztratoszféra ózonrétegének pusztulása a szuperszónikus repülés és a szórópalackos termékek következtében.
De ha a nitrogén-oxidok elbontják az ózont, akkor a természet már nagyon-nagyon régóta foglalkozik az ózonréteg elpusztításával.
Túl sok ózon éppoly ártalmas, mint a túl kevés. Itt is, akárcsak a légkör többi összetevőjénél, van egy kívánatos optimum. Az ózonmennyiség még 0. 15%-kal növekedhet. Ismereteink szerint több ózon éghajlati szempontból kedvezőtlen lenne.

Azt is már határozottan tudjuk, hogy a Nap ibolyántúli sugárzása (UV) bizonyos tekintetben hasznos és előnyös, a vastagabb ózonréteg pedig megakadályozná, hogy elegendő mennyiség érje a Föld felszínét. Az emberben akkor képződik D-vitamin, ha a bőr ki van téve ibolyántúli sugárzásnak. Túl sok UV bőrrákot okozhat, túl kevés - sokkal biztosabban - angolkórt.

Noha abból, hogy a mikroorganizmusok nitrogén-oxidot termelnek, nem várhatunk el valamiféle különleges, az egész bolygóra kiterjedő előnyt saját fajtánk számára, de ettől még a kisenergiájú UV-sugárzás más fajok számára - általunk még ismeretlen módon - előnyös lehet.
Valamilyen szabályozóeszköz mindenképpen a segítségünkre lenne, a nitrogén-oxid és a másik, nemrég felfedezett biológiai eredetű légköri gáz, a metil-klorid pedig ezt a célt szolgálhatná.

Ha ez így lenne, akkor a gaiai szabályozórendszer rendelkezne eszközzel annak érzékelésére, hogy túl sok vagy túl kevés ibolyántúli sugárzás jut át az ózonrétegen, és képes lenne a nitrogén-oxid termelését eszerint irányítani.

A másik nitrogéntartalmú gáz, ami nagy mennyiségben keletkezik a talajban és a tengerben, majd onnan a légkörbe jut, az ammónia.
Ennek a gáznak a mennyiségét nehéz meghatározni, de becslés szerint nagyjából 1000 megatonna keletkezik évente. A bioszféra, akárcsak a metán esetében, rengeteg energiát fordít a kizárólag biológiai eredetű ammónia előállítására.

Az ammónia feladata majdnem biztosan a környezet savasságának szabályozása.
Ha számba vesszük a nitrogén és a kén oxidációja következtében keletkező savak összmennyiségét, akkor láthatjuk, hogy a bioszféra által termelt ammónia éppen elegendő ahhoz hogy az esővíz pH értékét 8-hoz közeli értéken tarthassa, ami optimális az élet számára.
Ammónia nélkül mindenütt körülbelül 3-as pH értékű eső esne.
Ez nagyjából az ecet savasságának felel meg.
Skandinávia és Észak-Amerika egyes részein a dolog már megtörtént és állítólag erőteljesen korlátozta a növekedést. Úgy vélik, ennek oka az iparban és otthonokban felhasznált tüzelőanyagok égetése az érintett területeken, valamint a környező sűrűn lakott térségben.
A legtöbb fűtőanyag ként tartalmaz, aminek elégetés után nagy része az esőcseppekkel kénsav formájában kerül vissza a talajba, az érintett körzetekbe pedig az uralkodó széljárás juttatja el.

Az élet képes a savasság elviselésére. Gyomrunk emésztőnedvei szolgáltatnak erre bizonyítékot, az ecetsavasságú környezet azonban messze van az optimálistól.
Igazán szerencsés dolog, hogy az ammónia és a savak a természet világában mindenütt egyensúlyban vannak, az eső pedig se nem túl savas, se nem túl lúgos.

Ha elfogadjuk, hogy Gaia kibernetikus szabályozórendszere aktívan tartja fenn ezt az egyensúlyt, akkor az ammóniatermelésben kifejezett energiaköltséget a teljes fotoszintézis-számla részeként foghatjuk fel.

A légkör legnagyobb bőségben fellelhető gáza a nitrogén.
Ez teszi ki a belélegzett levegő 79%-át. A két nitrogénatomot nitrogénmolekulává egyesítő kötés az egyik legerősebb a kémiában, ezért a nitrogén vonakodva lép reakcióra bármivel is.
A nitrogén felhalmozódott a légkörben, miután a denitráló baktériumok és az élő sejtek egyéb folyamatai révén odakerült. Innen csak lassan jut vissza különféle szervetlen folyamatok, például a zivatarok következtében természetes lelőhelyére, a tengerbe.

Kevesen tudják, hogy a nitrogén stabil formája nem gáz, hanem a tengervíz oldott nitrátionja.
Amint a 3. fejezetben már láttuk, az élet megszűnésekor a levegő nitrogénjének legnagyobb része legvégül oxigénnel vegyülne és nitrátalakban térne vissza a tengerbe.

Milyen előnyei származnak a bioszférának abból, hogy - eltérően az egyensúlyi kémia elvárásaitól - folyamatosan nitrogént pumpál a levegőbe?

Létezik néhány lehetőség.
Egyrészt az egyenletes éghajlat szempontjából valószínűleg szükség van a légkör jelenlegi sűrűségére, a nitrogén pedig megfelelő nyomásképző.
Másrészt viszont valamilyen, a nitrogénhez hasonlóan lassan reagáló gáz, feltehetőleg jobb eszköz a légköri oxigén töménységének csökkentésére, hiszen láttuk, hogy a tiszta oxigénatmoszféra katasztrofális következményekkel járna.
Harmadrészt, ha az összes nitrogén nitrátion formájában a tengerben lenne, ez csak súlyosbítaná azt az amúgyis nehéz problémát, hogy miként lehet a sótartalmat az élethez szükséges alacsony értéken tartani.
Ahogy a következő fejezetben látni fogjuk, a sejtmembrán végletesen érzékeny környezetének sótartalmára és elpusztul, ha az meghaladja a 0.8 molaritást.
Ebből a szempontból nincs jelentősége, hogy az adott só klorid, nitrát vagy a kettő keveréke.

Ha az összes nitrogén nitrátalakban a tengerben lenne, a molaritás 0.6-ról 0.8-ra nőne.
Ez olymértékben megnövelné a tenger ionizáltságát, ami már összeegyezhetetlen lenne az élet majd minden ismert formájával.
Végezetül pedig, a magas nitrátkoncentráció a tenger sótartalmára gyakorolt hatásától függetlenül is mérgező.
Az erős nitráttartalmú környezethez való alkalmazkodás a bioszféra számára körülményesebb és energiaigényesebb volna, mint a nitrogén egyszerű légköri tárolása.

Az előzőek bármelyike tényleges oka lehet azoknak a biológiai folyamatoknak, melyek a tengerből és a szárazföldről a levegőbe juttatják vissza a nitrogént.

Nyilvánvaló, hogy egy adott légköri gáz mennyisége nem jelzi annak fontosságát.
Az ammónia például százmilliószorta ritkább, mint a nitrogén, szerepe azonban a szabályozás szempontjából éppoly fontos.
Az évente termelt ammóniamennyiség valójában ugyanakkora, mint a nitrogéné, az ammóniaforgalom azonban gyorsabb. A légköri gázok mennyiségét sokkal inkább reakciósebességük, mint keletkezésük gyorsasága határozza meg.
Úgy tűnik, hogy a ritkább gázok nagyobb mértékben vesznek részt az élet dolgaiban.

Az egyik legértékesebb hozzájárulás a jelenkor kémiájához a légköri gázok bonyolult reakcióinak feltárása volt.
ebből tudjuk, hogy a nyomokban jelenlévő hidrogén, szén-monoxid - a metán és oxigén közötti reakció közbenső termékei, ennélfogva éppúgy biológiai eredetűnek tekinthetők mint elődeik. A levegő többi, nyomokban jelenlévő gáza - mint az ózon, a nitrogén-monoxid vagy nitrogén-dioxid - ebbe a kategóriába esik nagyszámú átmeneti reakciótermékkel együtt, melyeket a vegyészek szabad gyököknek neveznek.

Ezek egyike a metilgyök, a metiloxidáció első terméke.
Évente nagyjából egymilliárd tonnányi halad keresztül a levegőn, de - mivel a metilgyök élettartama kevesebb, mint egy másodperc - csupán egyetlen darab jut a levegő minden egyes köbcentiméterére. Ehelyütt nincs módunkban bővebben beszámolni a reaktív gyökök átfogó kémiájáról, de a dolog érdekes lehet azok számára, akik a levegő gázairól többet szeretnének tudni.

A levegő úgynevezett ritka nemesgázai nem különösebben ritkák, és nem teljesen nemesek.
Egy időben ezeket ellenállónak hitték bármilyen vegyi hatással szemben, és úgy gondolták, hogy - a nemesfémekhez, vagyis az aranyhoz és a platinához hasonlóan - kiállnák a savpróbát. Ma már tudjuk, hogy közülük kettő - a kripton és a xenon - képes vegyületeket alkotni. A család legelterjedtebb tagja az argon, ami - a héliummal és a neonnal együtt - a levegő majd egy százalékát teszi ki, úgyhogy aligha nevezhető ritkának.
Ezek az egyértelműen szervetlen eredetű, mozdulatlan gázok hasznos segítségünkre vannak az élettelen háttér - mint az említett teljesen sima, homokos tengerpart - és az élő környezet szembeállításában.

Az ember által előállított gázok - például a fluor-karbonok -, melyek legfőbb forrása a vegyipar, és melyek az ipar megjelenése előtt soha nem kerültek a levegőbe, alkalmasak az élettevékenység jelzésére.
A Földet a Világűrből figyelő külső szemlélő, miután felfedezte a légkörben az aeroszol-hajtógázokat, nem kételkedne abban, hogy bolygónk életet és valószínűleg valamiféle értelmet is hordoz.
A természettől való, magunkra vállalt tartós elidegenedés során hajlamosak vagyunk azt hinni, hogy ipari termékeink nem "természetesek". Valójában éppen úgy természetesek, mint a Föld bármely más kémiai anyaga, mivel mi, akik nyilvánvalóan élőlények vagyunk, állítottuk őket elő.

Ezek az anyagok lehetnek persze agresszívek vagy veszélyesek - mint az ideggázok - de nem jobban, mint a botulinus bacilus által termelt toxin.

Végezetül elérkeztünk a légkörnek és magának az életnek is lényeges alkotórészeihez, a szén-dioxidhoz és a vízhez. Az élet számára alapvető fontosságúak, de biológiai szabályozottságuk lehetőségének igazolása nem egyszerű. A legtöbb biokémikus egyetért abban, hogy a légkör 0.03%-os széndioxid-tartalmát rövid távon a tengervízzel való egyszerű reakciók tartják állandó értéken. Vagy, ha a műszaki gondolkodásúaknak jobban tetszik: a szén-dioxid és a víz egyensúlyban van a bikarbonsavval és oldott anionjával.

Az óceánban közel ötvenszer annyi szén-dioxid van ilyen oldott formában, mint a levegőben. Ha a levegő széndioxid-tartalma bármilyen okból visszaesne, akkor az óceán hatalmas tartalékainak egy része felszabadulna és helyreállítaná az eredeti szintet. Jelenleg a légkörben a széndioxid-mennyiség növekszik a fosszilis tüzelőanyagok széleskörű felhasználása miatt. Ha holnap abbahagynánk ezeknek a fűtőanyagoknak az elégetését, akkor nem tartana sokáig - talán harminc évig - hogy a légköri széndioxid-tartalom beálljon normális szintjére, ahol egyensúlyban van a tenger bikarbonát ionjával.

A szerves tüzelőanyagok elégetése a légköri szén-dioxid-mennyiséget 12%-kal emelte. Ennek az ember által okozott változásnak a jelentőségét a 7. fejezetben vitatjuk meg.

Ha a széndioxid-tartalmat Gaia szabályozza, akkor közvetett módon valószínűleg inkább segíti az egyensúly elérését, nem pedig ellene dolgozik. Visszatérve a tengerparti hasonlathoz, a homokvár építése előtt célszerű a göröngyös homokfelületet lesimítani. Nem könnyű azonban különbséget tenni az indukált és a természetes egyensúlyi állapotok között, ez kizárólag csak a környezeti bizonyítékok alapján végezhető el.
Hosszútávon, geológiai időtartamban mérve a földkéreg és az óceánok szilikát- és karbonátkőzetei közötti egyensúly - ahogyan Urey feltételezte - még jelentősebb tartalékokat biztosít a széndioxid-szint állandó értéken tartásához. Szükség van-e Gaia beavatkozására, ha a helyzet ennyire szabályozott? Szükség lehet rá abban az esetben, ha a bioszféra szempontjából az egyensúly elérése nem elég gyors. Ez hasonlít ahhoz az esethez, amikor az ember egy kora tavaszi reggelen felfedezi, hogy nem tud munkába menni, mert az ajtót eltorlaszolta a hó. Tudjuk, hogy az idővel majd elolvad, de nem tehetjük meg, hogy a természetre várunk, amíg rendbehozza a dolgot, hanem lapátot kell ragadnunk és gyorsan eltakarítanunk.

Sok jele van annak, hogy Gaia türelmetlenül nézi, ahogy a szén-dioxid kényelmesen halad a természetes egyensúlya felé. A legtöbb élő szervezetben fellelhető a karbon-anhidráz nevű enzim, ami a szén-dioxid és a víz reakcióját gyorsitja meg.
Karbonáttartalmú csontvázak folyamatos árama halad a tengerfenék felé. Ezek végül kréta- és mészkőágyakat képeznek, megakadályozva ezáltal, hogy a szén-dioxid megrekedjen a tenger felsőbb rétegeiben. Dr. A.E. Ringwood pedig azt feltételezi, hogy amikor a különféle életformák feltörik a sziklákat és a talajt, ez meggyorsítja a szén-dioxid és a víz, illetve a karbonáttartalmú kőzetek közötti reakciót.

Lehetségesnek tűnik, hogy az élet közbeavatkozása nélkül a szén-dioxid veszélyes mértékben halmozódna fel az atmoszférában. "Üvegház-gázként" való jelenléte a jelenlegi légkörben - a vízgőzzel együtt - több tíz fokkal magasabb hőmérsékletet okozna, mint amennyi egyébként uralkodik. Ha a széndioxid-szint a szerves tüzelőanyagok elégetése következtében gyorsabban emelkedne, mint amivel az egyensúlyra törekvő szervetlen folyamatok meg tudnak birkózni, akkor komollyá válhat a túlmelegedés fenyegetése.
Szerencsére ez az üvegház-gáz erős kölcsönhatásban van a bioszférával. A szén-dioxid nemcsak a fotoszintézishez szükséges szén forrása, de valamennyi heterotrof (nem fotoszintetizáló) szervezet is kivonja azt a légkörből és szerves anyaggá alakítja. Még az állatok is használnak fel kis mennyiségű légköri szén-dioxidot és természetesen majdnem az összes élő szervezet szén-dioxidot ad le légzése során.
Minél inkább úgy tűnik, hogy egy adott gáz légköri koncentrációját szervetlen egyensúlyi vagy állandósult állapotbeli folyamatok tartják fenn, valószínűleg annál nagyobb a biológiai szerepe.
Ez nem meglepő a környezetet aktívan szabályozó bioszféra fényében, melynek célja, hogy a meglévő körülményeket mindig saját hasznára fordítsa.

Egy másik különös és sokoldalú anyagnak, a hidrogén-oxidnak, - más néven víznek - biológiai szerepe hasonlóan alakul, de az még alapvetőbb.
A víz körforgását az óceánból a légkörön keresztül a szárazföldre nagyrészt a Nap energiája hajtja, de párolgás révén az élet is ragaszkodik a részvételhez. A napfény ugyan vizet párologtat el a tengerből, ami azután eső formájában a szárazföldre jut, de nem képes a Föld felszínén spontánul a vízből kihasítani az oxigénatomot, sem pedig bonyolult vegyületekhez és struktúrákhoz vezető reakciókat gerjeszteni.

A Föld a víz bolygója. Víz nélkül nem lenne élet és az még mindig végletesen függ a víz részrehajlás nélküli bőkezűségétől.
Minden eltávolodás az egyensúlyi helyzettől a víz vonatkoztatási szintjétől való eltérést jelenti.

A savasság és lúgosság értékét, valamint az oxidációs és redukciós potenciálokat a víz semlegességéhez viszonyítva mérjük. Az emberi faj az átlagos tengerszintet használja a magasság- és mélységmérés kiindulópontjául.

A szén-dioxidhoz hasonlóan a vízgőz is üvegházi tulajdonságú, és szoros kapcsolatban áll a bioszférával is. Ha elfogadjuk azt az elméletet, hogy az élet a légköri környezetet aktívan szabályozza és szükségleteihez igazítja, akkor a vízgőzzel való kapcsolata igazolja azt a következtetésünket, hogy a biológiai körfolyamatok és a szervetlen egyensúlyi folyamatok összeférhetetlensége inkább csak látszólagos, nem pedig valóságos.


Következő fejezet | Előző fejezet | Vissza a tartalomjegyzékhez