Hiilidioksidi – hiljainen tuhoaja vai välttämätön elinehto?

Ilmastonlämpenemisestä puhuttaessa monille tulee mieleen kasvihuonekaasut. Merkittävin ihmisen toiminnasta aiheutuva kasvihuonekaasu on hiilidioksidi. Se on ilmastoa lämmittävä, sillä se absorboi voimakkaasti infrapunasäteilyä ja hiilidioksidin määrän lisääntyminen ilmakehässä kasvattaa maapallon lämpötilaa.

Hiilidioksidi ei kuitenkaan ole pelkästään paha, vaan se on myös välttämätön elinehto. Kasvit tarvitsevat hiilidioksidia yhteyttämiseen ja se on edellytys myös muiden auringonvaloa hyödyntävien autotrofien elintoiminnoille. Lisäksi ilmakehän hiilidioksidi pitää maapallon lämpötilan elinkelpoisena. Jos hiilidioksidia ei olisi ilmakehässä, maapallon luontainen kasvihuoneilmiö olisi liian heikko pitämään globaalia pintalämpötilaa plussan puolella.

Hiili kiertää jatkuvasti

Ihmisen toiminta ja teollisuuden päästöt eivät suinkaan ole ainoa hiilidioksidin lähde. Hiilidioksidia vapautuu ilmakehään kaikesta elämästä: eliöiden hengityksestä, orgaanisten aineiden mätänemisestä, tulivuoren purkauksista ja jopa kuumista lähteistä. Ympäristöä kuormittavaa on kuitenkin nykyihmisen elintaso. Merkittävin hiilidioksidipäästöjen lähde on fossiilisten polttoaineiden polttaminen. Niitä käyttävissä voimaloissa tuotetaan maailmanlaajuisesti suurin osa sähköstä. Myös muut ihmisen toimet lisäävät ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta. Näistä merkittäviä ovat mm. rakentaminen, teollisuus ja liikenne.

Jos siis ihminen ei toiminnallaan aiheuttaisi hiilidioksidipäästöjä, maapallon oma ekosysteemi riittäisi pitämään hiilidioksidipitoisuuden optimaalisena. Hiilidioksidia varastoituu maaperän ja valtamerien kiviainekseen sekä vesistöihin ja ympäristö toimiikin eräänlaisena termostaattina, joka säätelee maapallon lämpötiloja. Tämä termostaatti vaikuttaa osana hiilen hidasta kiertoa. Lyhyemmillä, kymmenientuhansien vuosien, aikaväleillä Maan lämpötila kuitenkin muuttuu. Tästä todisteena on mm. jääkaudet ja muut lyhytaikaiset lämpötilan muutokset, joita hiilen kierron vaiheet saattavat jopa vahvistaa.

Hiilen kierrolla tarkoitetaan kaasumaisen hiilidioksidin jatkuvaa liikkumista maapallon hiilivarantojen välillä. Sen voi jakaa hitaaseen ja nopeaan kiertoon. Hidas kierto tarkoittaa prosesseja, jotka ajallisesti tarkasteltuna tapahtuvat 100–200 miljoonan vuoden aikana. Nopea kierto puolestaan käsitetään joka vuosi tapahtuvana. Periaate molemmissa on sama: hiiltä sitoutuu, jonka jälkeen se taas vapautuu ilmakehään. Maapallolla oli siis keino pitää hiilidioksidipitoisuus sopivana ennen teollistumista.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on vaihdellut luontaisesti eri aikakausina. Ennen teollistumista se oli noin 0,028 %, eli 280 miljoonasosaa (ppm) ilmakehän kaasuista. Tällä hetkellä se on 417 ppm. Pitoisuus on siis noussut lähes puolella. Monille on varmasti selvää, että hiilidioksidin määrän lisääntyminen aiheuttaa ilmastonlämpenemistä. Harvempi kuitenkin tiedostaa, että vaihtelua hiilidioksidin määrässä on ollut aina: esimerkiksi 100 miljoona vuotta sitten liitukaudella pitoisuus on nykytutkimuksen valossa ollut jopa 2 000 ppm. Tuolloin maapallon keskilämpötila oli 5°C–10°C lämpimämpi ja merien pinnat 50–100 metriä korkeammalla, kuin nykyhetkessä. Selvää on, että nyky-yhteiskunta ei pärjäisi vastaavien olosuhteiden vallitessa.

Liika on liikaa

Ilmastonlämpeneminen on siis todellinen ongelma. Vaikkakin Maa on aikojen saatossa selvinnyt suuristakin lämpötilavaihteluista, niin me emme selviä. Jos hiilidioksidipitoisuus nousee yli 450 ppm:n, jäätiköiden sulaminen aiheuttaa merien pintojen nousemista jopa 6 metriä. Pitoisuuden noustessa vuosittain 2 yksikköä, edellä kuvattu tilanne on mahdollinen jo kahden vuosikymmenen aikana. Jos globaali energiantarve jatkaa nopeaa kasvuaan ja se täytetään etupäässä fossiilisilla polttoaineilla, vuosisadan lopulla hiilidioksidipitoisuus voi olla jopa yli 800 ppm – korkeimmillaan Maassa lähes 50 miljoonaan vuoteen.

Ilmastonlämpeneminen ei valitettavasti ole ainoa hiilidioksidipitoisuuden nousemisen haitta. Hiilidioksidi liukenee vesistöihin ja reagoidessaan veden kanssa muodostaa hiilihappoa, joka laskee mm. valtamerien pH-pitoisuutta. Hiilihappo reagoi vedessä olevien karbonaatti-ionien kanssa muuttaen ne bikarbonaatiksi. Karbonaatti-ioneilla on kuitenkin tärkeä tehtävä meressä.

Korallit ja muut kuoria rakentavat merieliöt käyttävät karbonaattia kalsiumkarbonaattikuoren tekemiseen. Kun karbonaattia on saatavilla vähemmän, eläinten on käytettävä enemmän energiaa kuorensa rakentamiseen. Tämän seurauksena kuorista tulee ohuempia ja hauraampia. Hiilidioksidi siis tekee vedestä happamampaa käyttäessään reaktioonsa eliöiden kuorenrakennusainetta ja lisäksi lisääntynyt happamuus hajottaa heikoksi jääneitä kalsiumkarbonaattikuoria.

Merien happamoituminen on ikävä kierre. Mitä happamampaa vesi on, sitä happamammaksi se muuttuu. Hapan vesi rapauttaa kalliota. Kallion rapautuessa siitä vapautuu karbonaattia, jonka kanssa hiilihappo reagoi. Lisääntyneen karbonaattipitoisuuden vuoksi meren kapasiteetti sitoa ylimääräistä hiiltä kasvaa ja vesi happanee entisestään.

Tulevaisuus ei siis tässä valossa näytä kovin lupaavalta. Suurin osa maailman maista on tästä syystä solminut Pariisin ilmastosopimuksen, jonka pyrkimys on pysäyttää ilmastonlämpeneminen. Tavoitteena on, että maapallon keskilämpötila ei nousisi yli 1,5 astetta verrattuna esiteolliseen aikaan, joka päättyi 1700–1800-luvun vaihteessa. Tavoitteen toteutumiseksi koko maailman pitäisi olla hiilineutraali vuoteen 2050 mennessä. Hiilineutraaliuden saavuttamisen jälkeen seuraava askel on hiilinegatiivisuus. Tällöin hiilinielut ovat suuremmat, kuin hiilipäästöt.

Tämän toteuttaminen onnistuu joko kasvattamalla nieluja, tai pienentämällä päästöjä. Tarvitaan mittavia toimenpiteitä ja uusia teknologioita, jotta maapallosta saadaan hiilinegatiivinen. BEHI-hankkeessa osallistutaan tähän tärkeään kehitykseen sekä tekemällä betonista entistäkin tehokkaampi hiilinielu että pienentämällä päästöjä. Tutkimuksen onnistuessa betonin sideainekoostumusta voidaan muuttaa, ja sementin määrää pienentää.

Kerron lisää näistä toimenpiteistä myöhemmin tässä blogissa. Pysy siis kuulolla!