Hány %-kal csökken a légkör oxigéntartalma?
(2025 március)
Abstract Even today, if we are suffocating from the city air, it is mainly due to high humidity or pollution. But the human body reacts sensitively to even a small drop in oxygen content, with dizziness and inattention. Our sensitivity to O2 should be measured (saturation does not measure sensitivity, but blood oxygen content) and is an opened question. It is possible that the decreasing oxygen content of urban air will cause health damage in the near future.
A Föld története során a légkör oxigénszintje jelentősen ingadozott, ami befolyásolta az éghajlatot, az élet alakulását. Kb. 2,4 milliárd évvel ezelőtt az oxigén felhalmozódott a légkörben a fotoszintetikus organizmusok, például a cianobaktériumok miatt, az esemény megváltoztatta a Föld légkörének összetételét. A Kambriumban, körülbelül 538 millió évvel ezelőtt, az oxigénszint emelkedett, ami elősegítette az összetett életformák fejlődését. Az oxigénkoncentráció a légkör térfogatának 15%-a és 35%-a között ingadozott. Körülbelül 300 millió évvel ezelőtt az oxigénszint 35% körül érte el a csúcsot, valószínűleg a kiterjedt erdők és az oxigénbontók csökkent oxigénfogyasztása miatt. A magas oxigénszint támogatta az óriási rovarok és más nagyméretű organizmusok létezését (https://en.wikipedia.org/wiki/Geological_history_of_oxygen). A kutatás módja internetes keresés volt, célja az ismeretterjesztés.
Az elmúlt néhány évszázadban az oxigénszint viszonylag stabil, 21% (felett volt régen) körüli szinten maradt az emberi tevékenységek, például az erdőirtás és az iparosítás, háborúk által okozott helyi ingadozások ellenére, aminek két oka is van: az oxigén igen reakcióképes, és az, hogy az oxigéntartalom relatív változása kicsi, és ezért nehéz meghatározni. Napi adatok nem érhetőek el az irodalomban. Ausztrál kutatók Tasmania északnyugati sarkán lévő meteorológiai állomáson már 20 éve vesznek rendszeres időközökben mintát a tengeri levegőből. A mintáknak az oxigéntartalmát meghatározva arra az eredményre jutottak, hogy a légkör oxigéntartalma az elmúlt húsz évben csak 0,03 százalékkal csökkent (Frankfurter Allgemeine Zeitung, https://earthhow.com/atmosphere-history/). Máshol is hasonló lehet a csökkenés. Ezért, ha a nagyvárosi levegőtől fulladunk, annak az oka első sorban a levegő magas páratartalma**, vagy szennyezettsége. De az emberi szervezet a kis mértékű csökkenésre is érzékenyen reagál szédüléssel, figyelmetlenséggel. 15% -os körüli oxigénszintnél már légzési- és szívelégtelenség lép fel. Az O2 érzékenységünket mérhetővé kéne tenni (a szaturáció nem az érzékenységet méri, hanem a vér oxigéntartalmát). Feltehető, hogy a nagyvárosi levegő oxigéntartalmának csökkenése a közeljövőben egészségkárosodást okoz.
Az 1992-2015 években az O2 csökkenés* időfüggése
(éves ingadozás a növényzet mennyiségének függvényében, https://www.oxygenlevels.org/)
A Föld légkörében az oxigén mennyisége körülbelül 0,2%-kal csökkent az elmúlt 800 ezer évben. Az Antarktisz jegében 1,5 millió évig megőrződött légbuborékok elemzése segítségével megértjük, hogy hogyan kezdett el a légköri oxigénszint csökkenni a pleisztocén végén. A jegesedés nagyjából ugyanebben az időben vált intenzívebbé, ami fokozta a kőzetek és az ásványok erózióját, felaprózódását, a fémek oxidációját. Például a vas rozsdásodása esetén vöröses színű vas-oxid képződik a légköri oxigénnek kitett vasfelületeken. Az oxidációs folyamatok fogyasztják az oxigént.
A jégmagokban lévő légbuborékokat vizsgálták az oxigén arány kimutatásához. A jégmag a régmúltban kialakult, majd az idők folyamán kikristályosodott hó és jég tömegéből vett minta, melyeket fúrással emelnek ki. Arra jutottak, hogy az elmúlt 800 ezer évben körülbelül 0,2%-kal csökkent a légköri oxigén mennyisége. A Föld jelenleg egy interglaciális periódusban van, egy jégkorszak egy viszonylag melegebb időszakában van, ez a jégkorszak pedig körülbelül 2,7 millió évvel ezelőtt kezdődött. Több tucat jégciklusra is sor került, melyek során váltakozva nőttek a jégsapkák, amelyek a bolygó akár egyharmadát is beboríthatták, majd a ciklus végén visszahúzódtak a sarkokra. Mindegyik ciklus körülbelül 40 ezer évig tartott nagyjából 1 millió évvel ezelőttig. Körülbelül ekkor két változás is történt: a légkör oxigéntartalma csökkenni kezdett, a jeges ciklusok pedig immár jóval tovább – 100 ezer évig tartottak. A csökkenés alapvetően egyértelmű okra vezethető vissza: a termelődő oxigén aránya alacsonyabb volt, mint az elfogyasztott oxigéné ebben az időszakban. A Föld bioszférája lényegében egyensúlyban van, tehát annyi oxigént von ki a légkörből, amennyit megtermel. Csak valamilyen geológiai folyamat jöhet szóba okként, és ezek közül az erózió, a mállás a legvalószínűbb.
A kutatók, hogy az oxigéntartalom csökkenését a fokozódó mállással magyarázzák, két forgatókönyvet is kitaláltak: amikor a gleccserek előretörnek, csökken a globális tengerszint (mivel kevesebb a víz és több a jég). Amikor azonban a glaciális ciklusok hossza több mint kétszeresére nőtt, akkor a tengerszint ingadozásának a mértéke is növekedett – és ahogy előrébb haladtak a partvonalak, úgy a korábban vízzel borított területek a légköri oxigén oxidáló hatásának lettek kitéve, tehát megnövekedett maga felület, amely mállásnak volt kitéve, és fogyasztotta a légköri oxigént. Mindez azonban a számítások szerint csak a megfigyelt csökkenés nagyjából egynegyedéért lehet felelős. Sajnos nem ismert pontosan, hogy az egyes glaciális ciklusokban pontosan mekkora mértékben borította be a jég a bolygót. A másik forgatókönyv szerint a jégerózió által közvetlen okozott kémiai mállást is figyelembe kell venni. A kutatók szerint viszont ez a folyamat nehezen számítható, de a bizonyítékok alapján nem kizárt, hogy elegendő oxigént használt fel ahhoz, hogy megmagyarázza a csökkenés fennmaradó részét (https://www.eurekalert.org/news-releases/938602).
Tehát a Föld légkörének oxigéntartalma viszonylag stabil maradt az elmúlt évszázad során, a légkör térfogatának 20,95%-a körül mozgott. A stabilitás természetes folyamatoknak köszönhető, például a növények és a fitoplanktonok fotoszintézisének, amelyek oxigént termelnek, valamint az azt elfogyasztó légzési és bomlási folyamatoknak. Míg a légköri oxigénszint stabil, bizonyos környezetekben lokális ingadozások léphetnek fel olyan tényezők miatt, mint a szennyezés, az erdőirtás, erdőtüzek és az urbanizáció. A változások viszonylag kicsik, és nem változtatják meg jelentősen a légkör általános összetételét, de a trend egyértelmű, a csökkenés sebessége nő.
*
The Scripps Institute report oxygen measurements as changes in the O2/N2 ratio of air relative to a reference. They compute:
δ = ((O2/N2)sample – (O2/N2)reference)/ (O2/N2)reference)
where (O2/N2)sample is the O2/N2 mole ratio of an air sample and (O2/N2) reference is the O2/N2 mole ratio of their reference. (For interesting others see: https://www.climatelevels.org/?pid=2degreesinstitute&theme=grid-light) Their reference is based on tanks of air pumped in the mid 1980s which are stored at the Scripps Institute laboratory in La Jolla, California./ A Scripps Intézetben az O2/N2 arány változását egy δ -val jelölt hányadossal mérik, amiben O2/N2 a molnyi mennyiségek arányát jelöli a mintában, illetve egy referenciaérték esetén. Egyszerűbb lenne %-okban mérni, a szükséhes műyzerek nem olcsó készülékek (ld. pl. https://www.profishop.com/hu/p/greisinger-gmh-3692-leveg-oxign-mr-kszuelk-rzkel-nlkuel-605919).
**
Köztudott, hogy a szélsőséges hőség jelentős problémákat okozhat az infrastruktúrában és veszélyes az emberi egészségre, és a szélsőségek az éghajlatváltozás miatt gyakoribbak és intenzívebbek. A páratartalom fontosságát és annak időbeli változását kevésbé veszik figyelembe, mint a CO2 hatását. A bőrünk hőmérséklete változó, átlagosan 33°C és 37°C között mozog. Általában a nedves bőr hőmérséklete ez alatt a szint alatt van, így a víz (izzadtság) elpárolog a bőrről, és a bőr hűvösebb lesz, a nedves hőmérő is hasonlóan működik. Ha azonban a környezet hőmérséklete eléri a bőrhőmérsékletét, a szervezet párologtatással való hűtési képessége csökken. Ez az oka annak, hogy ha a nedves hőmérséklet 35°C vagy annál magasabb, a terület lakhatatlannak minősül az ember számára. (https://ng.24.hu/tudomany/2020/03/14/a-hohullamok-12-milliard-embert-fognak-erinteni-2100-ra/, https://www.metoffice.gov.uk/about-us/news-and-media/media-centre/weather-and-climate-news/2023/new-global-dataset-shines-a-light-on-humidity-extremes).
A páratartalom szélsőséges nyári értékei az utolsó évtizedekben (https://www.metoffice.gov.uk/about-us/news-and-media/media-centre/weather-and-climate-news/2023/new-global-dataset-shines-a-light-on-humidity-extremes)
A páratartalom a globális hőmérséklet emelkedésével nő, mert a melegebb levegő több nedvességet képes tárolni. A levegőben tárolható vízgőz mennyisége exponenciálisan növekszik a hőmérséklettel, ami azt jelenti, hogy a Föld éghajlatváltozás miatti felmelegedésével a légkör több vízgőzt tartalmaz. A többlet nedvesség intenzívebb időjárási mintázatokhoz vezethet, beleértve a hevesebb esőzéseket és erősebb viharokat. A hőhullámok hatásait is súlyosbítja, mivel a magas páratartalom miatt az emberi szervezet nehezebben hűl.
A tudósok mérik, hogy a globális hőmérséklet emelkedésével mind az abszolút páratartalom (a levegőben lévő vízgőz teljes mennyisége), mind a relatív páratartalom (a levegő nedvességtartalmának százalékos aránya az adott hőmérsékleten a maximumhoz viszonyítva) mekkora változást mutat a helytől és az éghajlati viszonyoktól függően.