Ha a Földnek nem lenne légköre, az átlaghőmérséklete nagyjából -18 °C lenne, ehelyett körülbelül +15 °C, és ezt a mintegy 33 fokos különbséget néhány gáz adja, amik a levegőnek csak elenyésző részét teszik ki.
Nos, ezt a jelenséget nevezzük üvegházhatásnak, és a klímaváltozás körüli vitákban ritkán kerül szóba, hogy a fizikája régóta ismert, laboratóriumban mérhető, és a tankönyvekben már a 19. század óta szerepel. Hogyan jut el a napfény energiája a Föld felszínétől a világűrig, és mi változik ezen az úton, ha a levegőben egyre több a szén-dioxid?
A napfény, ami akadálytalanul átjut a légkörön
A Napból érkező energia nagy része látható fény formájában éri el a Földet, és ezt a légkör gázai jórészt átengedik. A fény egy része visszaverődik a felhőkről, a jégről és a világos felszínekről, a többit a szárazföld és az óceán elnyeli, ennek következtében felmelegszik.
Egy felmelegedett test viszont maga is hőt ad le, vagyis infravörös sugárzást bocsát ki. Ezt érezzük, amikor naplemente után kővel és betonnal fedett területeken még órákig árad a meleg, holott a nap már rég nem süti.
A hő, aminek a szén-dioxid útját állja
A felszín által kisugárzott hő egy részét a vízgőz, a szén-dioxid és néhány más gáz elnyeli, majd minden irányba, így részben vissza a felszín felé sugározza ki. Ettől a felszín melegebb marad, mint amilyen gázok nélkül lenne, a takaró hasonlat pedig ezért pontosabb az üvegháznál, hiszen a gázok a hő távozását fogják lassítani.
Az első kísérletet Eunice Foote amerikai tudós végezte 1856-ban, amikor különböző gázokkal töltött üveghengereket állított a napra, és azt találta, hogy a szén-dioxidos henger melegedett fel a legjobban. A mechanizmust John Tyndall ír fizikus mérte meg 1859-ben, amikor maga által előállított hősugárzást vezetett gázokkal töltött csöveken keresztül. Kimutatta, hogy az oxigén és a nitrogén alig nyel el belőle, a szén-dioxid és a vízgőz viszont erősen.
A levegő 99 %-a nitrogén és oxigén, vagyis az üvegházhatást a maradék 1 % adja. Ebből következik az is, hogy már viszonylag kis mennyiségi változás is számít, mert egy olyan gáz mennyisége nő, ami az összetételnek ugyan kis része, a hőmérlegnek viszont a kulcsszereplőjének számít.
Mennyivel több szén-dioxid van ma a levegőben?
Nagyjából másfélszer annyi, mint az ipari forradalom előtt. A jégfuratok alapján mérhető a légkör szén-dioxid-tartalma, aminek a mértékét a ppm jelöli, ahol a ppm a milliomodrészt mutatja, vagyis azt, hány szén-dioxid-molekula jut egymillió levegőrészecskére.
A hawaii Mauna Loa mérőállomás 1958 óta folyamatosan méri ezt az értéket, és 2025-ben az éves átlag 427,35 ppm volt. A Meteorológiai Világszervezet szerint 2024-ben a globális átlag 3,5 ppm-mel nőtt, ami a mérések kezdete óta a legnagyobb emelkedésnek számít egy év leforgása alatt.
Mekkora melegedést okoz a kétszeres mennyiségű szén-dioxid-tartalom?
A legjobb becslés szerint körülbelül 3 °C-ot, és ezt az értéket a kutatók klímaérzékenységnek nevezik. Azt mutatja meg, mennyivel melegszik a Föld hosszú távon, ha a légkör szén-dioxid-tartalma megduplázódik. Az ENSZ éghajlatváltozási kormányközi testülete, az IPCC 2021-es jelentése a valószínű tartományt 2,5 és 4 °C közé teszi.
Az első becslést Svante Arrhenius svéd kémikus készítette 1896-ban, papíron, kézi számolással, és 5-6 °C-ot kapott. A ma használt modellek őse Syukuro Manabe és Richard Wetherald 1967-es számítása volt, ami 2 fok feletti melegedési eredményt adott. Azt is megjósolta, hogy közben a légkör magasabb rétege, a sztratoszféra lehűl, és pontosan így is történt.
Ez a lehűlés az egyik legerősebb bizonyíték arra, hogy a melegedést nem a Nap okozza, hiszen az a légkör minden rétegét melegítené. Manabe ezért a munkájáért 2021-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat, Klaus Hasselmann német klímakutatóval megosztva.
A többlethő, ami jórészt az óceánba kerül
Ha a szén-dioxid több hőt tart vissza, a Föld kevesebb energiát sugároz ki, mint amennyit a Naptól kap, és ezt a különbséget energiamérleg-többletnek nevezik. A 2025-ben közölt legfrissebb összesítés szerint ez 2005 és 2024 között átlagosan 0,89 watt volt négyzetméterenként, az utolsó évtizedben pedig nagyjából 1 watt.
Ez a szám kicsinek tűnik, de a bolygó teljes felszínére vetítve nagyjából hússzor annyi energiát jelent, mint amennyit az emberiség összesen felhasznál. A többlethő mintegy 90 %-a az óceánba kerül, és csak kis része melegíti közvetlenül a levegőt, ezért a felszíni melegedés lassabban követi a változást, mint maga a hőfelhalmozás.
A felszínen ennek ellenére jól mérhető a hatás, hiszen a Meteorológiai Világszervezet szerint 2024 volt az első naptári év, amikor a globális átlaghőmérséklet 1,55 °C-kal meghaladta az 1850–1900-as szintet.
Beváltak a régi klímamodellek előrejelzései?
Nagyrészt igen, és ezt utólag ellenőrizni is lehet, hiszen az 1970-es és 1980-as évek modelljei olyan évtizedekre adtak előrejelzést, amik azóta már elteltek. Zeke Hausfather és munkatársai 2020-ban tizenhét darab, 1970 és 2007 között közölt előrejelzést vetettek össze a mérésekkel, és ezek közül 10 egyezett a ténylegesen bekövetkezett melegedéssel.
Ha a modellekbe utólag a valóban bekövetkezett kibocsátást írták be a korábban feltételezett helyett, akkor 17-ből 14 bizonyult pontosnak. James Hansen 1988-as, sokat idézett előrejelzése például nagyjából 54 százalékkal túlbecsülte a melegedést. Ennek oka az volt, hogy több metán és freonféle gáz kibocsátásával számolt, mint amennyi végül a légkörbe került, és a tényleges kibocsátással a modellje jól teljesített.
Mit kezdjünk ezzel a tudással a saját életünkben?
A fizika egyik legfontosabb gyakorlati következménye, hogy a melegedés nagysága szinte egyenesen arányos az összesen kibocsátott szén-dioxid mennyiségével. Az IPCC becslése szerint minden 1000 milliárd tonna kibocsátott szén-dioxid nagyjából 0,45 °C melegedést okoz. Ebből az következik, hogy minden egyes tonna számít, a melegedés pedig nagyjából akkor áll meg, amikor a nettó kibocsátás nullára csökken.
A háztartások szintjén ezért azokra a területekre érdemes figyelnünk, ahol a legtöbb fosszilis energia fogy, vagyis a fűtésre, a közlekedésre és a repülésre. Ha szigeteljük a házak falait, alacsonyabbra állítjuk a termosztátot vagy autó helyett vonattal közlekedünk, máris sokat tettünk a változásért.
Emellett tudásunk bővítése is segít, hiszen ezáltal a környzetünket is edukálhatjuk a klímahelyzet fontosságáról. Lawrence M. Krauss A klímaváltozás fizikája című ismeretterjesztő könyvében bolygónk éghajlatára fordítja a figyelmét. A könyv abból indul ki, hogy az éghajlati modellek ugyan összetettek, de a mögöttük álló fizika alapvető természeti törvényekre épül, amiket bárki megérthet.
A szerző bemutatja a Föld éghajlatát formáló fizikai erőket, a korábbi előrejelzések beigazolódását és azt, hogy a megértésen alapuló, racionális cselekvés jelenti a legjobb esélyt. A 182 oldalas kötetet Torma Péter fordította, és a Typotex Kiadó adta ki 2025 októberében.
