Karbondioksit ve Metan Gibi Sera Gazları, Küresel Isınmaya Tam Olarak Nasıl Sebep Oluyor?

Daha önceki yazılarımızdan da okumuş olabileceğiniz gibi, karbondioksit ve diğer sera gazları, gezegenin etrafını adeta bir battaniye gibi sararak, aksi takdirde Dünya'dan uzaya geri saçılacak ısı ve ışınların bir kısmını tutar. Bu, işin basit anlatımıdır. Bu nedenle şu soru sorulabilir: "İyi de, neden atmosferde eser miktarda bulunan karbondioksit? Neden %78 oranında bulunan azot, %20.9 oranında bulunan oksijen veya %0.9 oranında bulunan argon değil de, %0.04 oranında bulunan karbondioksit?" Bu sorunun cevabı, fizik ve kimyada yatmaktadır.

Öncelikle, sorunun yüklü bir soru olmasından kaçınmak adına, sera gazlarının sadece karbondioksitle ilgili olmadığını vurgulamakta fayda vardır: Karbondioksit (CO₂), metan (CH₄), Nitröz oksit (N₂O) ve sanayi atığı olarak üretilen hidroflorokarbonlar (HFC), perflorokarbonlar (PFC), sülfür hekzaflorür (SF₆) ve azot triflorür (NF₃) gibi florlu gazlar sera gazlarıdır.^[1] Buna ek olarak su buharı ve ozon da sera etkisini tetikleyebilir; ancak insanlar tarafından üretilen su buharının etkisi yok denecek kadar azdır ve ozon da atmosferin üst tabakalarında doğal olarak oluşur - ve insan faaliyetinden bağımsızdır.^[2]

Atmosferik Gazlar ile Kızılötesi Dalgaların Etkileşimi

Güneş'ten gelen ışınlar yeryüzüne ulaştığında, okyanuslar ve karalar tarafından bir ksımı emilir, gerisi ise kızılötesi ışınlar olarak uzaya geri yansıtılr. İşte bizim yeryüzünde "ısı" olarak deneyimlediğimiz şey, bu yansıyan ışınlardır. Eğer sıcak bir günde, siyah bir kayanın üzerine elinizi hafif bir boşlukla koyacak olursanız, elinizi ısıtanın gökyüzünden gelen ışınlardan ziyade, kayadan yansıyan ışınlar olduğunu deneyimleyebilirsiniz. İşte bu geri yansıyan ışınlar, eğer önlerine bir engel çıkmayacak olursa, uzay boşluğuna geri saçılırlar.

Columbia University Climate School

Oksijen ve Azot Neden İklim Değişimini Etkilemiyor?

Oksijen ve azot, atmosfere saçılan kızılötesi ışınları etkilemez. Bunun nedeni, her molekülün her dalgaboyundaki ışınla etkileşemiyor olmasıdır. Örneğin oksijen ve azot, 200 nanometre ve altındaki, çok yüksek enerjili ışınlarla etkileşebilmektedir. Ancak sözünü ettiğimiz geri yansıyan ışınların dalgaboyu 700 ilâ 1 milyon nanometre arasındadır. Bu aralıklar örtüşmediği için, azot ve oksijen gibi atmosferimizde aşırı yoğun bulunan gazlar, Dünya'dan yayılan ışınları soğurmazlar. Öyle ki bu yansıyan ışınlar, sanki yollarında hiç azot veya oksijen molekülü yokmuş gibi hareket edebilirler. Bu nedenle eğer atmosferimiz sadece bu iki gazdan oluşsaydı, Dünya'dan saçılan ısı da doğrudan uzaya kaçardı ve yaşam da oluşamazdı.

Columbia University Climate School

Karbondioksit Neden Kızılötesi Dalgalarla Etkileşiyor?

Ancak karbondioksit ve diğer sera gazları için durum farklıdır. Örneğin karbondioksit, 2.000-15.000 nanometre arasındaki dalgaboyları ile etkileşir. Bu, Dünya'dan saçılan kızılötesi ışınlarla tamamen örtüşmektedir. Karbondioksit, bu kızılötesi enerjiyi emer, titreşir ve her yönde geri saçar. Bu enerjinin %50 kadarı uzaya gider, %50 kadarıysa Dünya'ya ısı olarak döner - ki "sera etkisine neden olmak" işte bu demektir.

Center for Science Education

Hangi Molekülün Hangi Dalgalarla Etkileşeceği Nasıl Belirleniyor?

Bir dalga ile bir molekülün etkileşip etkileşmeyeceğini belirleyen şey, molekülün geometrisi ve kompozisyonudur. Oksijen ve azot molekülleri basittir: Her ikisi de aynı elementin sadece 2 atomunun bir araya gelmesiyle oluşur. Bu basit yapı, onların hareket miktarını, çeşitliliğini ve dolayısıyla hangi dalgaboylarıyla etkileşebileceklerini kısıtlar.

Ancak karbondioksit ve metan gibi sera gazları, en az 3 atomdan oluşan moleküllerdir. Bu daha karmaşık yapıları dolayısıyla çok daha farklı şekillerde esner, gerilir ve hareket edebilirler. Bu da daha geniş bir dalgaboyu aralığını emebilmelerini sağlar. Bu dalgaboylarından biri de kızılötesidir.

18th Conference on Climate Variability and Change

Karbondioksitin İklim Değişimini Tetiklediğinden Emin miyiz?

Evet. İnsanlar tarafından saçılan sera gazlarının, özellikle de karbondioksit gazının küresel ısınmayı hızlandırdığı teorik veya hipotetik bir iddia değildir; deneysel olarak ispatlanmış ve birçok diğer alanda da kullanılmakta olan bir gerçektir.^{[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14]}

Karbondioksit oranlarındaki artış, bitki ve hayvan örtüsü için faydalı değildir. Karbondioksit artışı, sadece "karbondioksit molekülünün oranca artması" demek değildir. Küresel ısınmaya bağlı olarak yıkıcı sonuçlar, bilim camiası tarafından net bir şekilde öngörülmekte ve bu öngörüler gözlemsel çalışmalarla doğrulanmaktadır.^[15]

İklimbilim ve ilişkili sahalardaki uzmanlar arasında, içinde bulunduğumuz küresel ısınma yönündeki iklim değişiminin gerçek ve insan kaynaklı/nedenli olduğu konusunda güçlü bir görüş birliği (konsensüs) bulunmaktadır.^[16]

Karbondioksitin Isıyı Emdiğini Kendiniz Gösterebilirsiniz!

Eğer karbondioksitin ısıyı emebildiğini kendi gözlerinizle görmeden inanamayacağınızı düşünüyorsanız, çok basit bir deneysel düzenekle bunu kendiniz de görebilirsiniz: Örneğin bir gazlı içecek makinasından alacağınız CO₂ gazını 2 litrelik bir şişeye doldurun. Birebir aynı özellikte, bir diğer şişeyi ise normal odadaki havayla doldurun. Her ikisinin de kapaklarını kapatıp, sıcak bir lamba yardımıyla ısınmalarını sağlayın (her ikisinin de eşit miktarda ısı aldığından emin olun).

Kısa zaman aralıklarında bile karbondioksit dolu şişenin, diğerinden çok daha çabuk ısındığını görebilirsiniz. Hatta şişelere dokunmadan önce sıcaklıklarını ölçmenizi öneririz, çünkü elinizi yakabilir. Aşağıda benzer bir deneyin yapılışını görebilirsiniz:

İşleri daha da büyütmek isterseniz, daha hassas ve bilimsel bir deneye de imza atabilirsiniz: Bunun için, kapalı biri tübün bir ucuna bir kızılötesi kamera, diğer ucunaysa bir mum koyun. Tüp, odadaki havayla doluyken, kameranın mumdan saçılan kızılötesi ışınları kolaylıkla tespit edebildiğini göreceksiniz.

University of Pennsylvania

Ancak tübü sadece karbondioksit ile dolduracak olursanız, kameranın mumdan saçılan kızılötesi ışınları tespit etmesi zorlaşır, çünkü karbondioksit, mumdan yayılan ısıyı alıp, emip, her yöne geri saçar. Bu da mumun görüntüsünü bulanıklaştırır. Bunu gösteren 2 ayrı deneyi aşağıdaki videolardan izleyebilirsiniz:

Karbondioksit Neden Isıyı Geçiriyor da, Yansıtırken Sorun Çıkarıyor?

Yukarıda da izah ettiğimiz gibi Güneş'ten gelen enerji, Dünya'ya çoğunlukla gözle görünür dalgaboylarında ulaşır. Ancak Dünya'yı terk etmeye çalışan ışınların çoğu kızılötesidir. Bir diğer deyişle, Dünya'ya gelen ışınların "para birimi" bir türken, Dünya'dan yansıyanlarınki başka tür bir para birimindedir.

Karbondioksit molekülleri, Güneş'ten gelen dalgalarla dikkate değer miktarda etkileşmez. Ancak bu dalgalar, Dünya ile etkileşip, kızılötesi ışınlar olarak geri yansıdığında, karbondioksitin ve diğer sera gazlarının etkileşebileceği bir aralığa gelir. Bu nedenle atmosferdeki sera gazı birikimi, Güneş'ten gelen ışınların ilk geçişinde değil, geri yansımasında sorun yaratır.

Bu Kadar Az Miktarda Gaz, Nasıl Bu Kadar Çok Isınmaya Neden Oluyor?

İnsanlar fosil yakıtları yer altından çıkarıp, bunları yakarak enerji üretmeye başlamadan çok önce de sera gazları vardı. Bu gazlar, yukarıda da bahsettiğimiz gibi, Dünya ikliminin yaşanabilir olmasını sağladı. Bu gazlar hiç olmasaydı, Dünya'nın ortalama sıcaklığı, suyun donma sıcaklığının altında olurdu ve yaşam da asla başlayamazdı. Sera gazlarının etkisi nedeniyle Dünya'nın ortalama sıcaklığı 15°C civarındadır ve bildiğimiz anlamıyla yaşama ev sahipliği yapabilir.

Bu, kimi zaman karbondioksit gazının "iyi bir şey" olduğunu ve iklim değişiminin "o kadar da kötü olmadığını" savunmakta kullanılsa da, bu bilginin bize verdiği şey bu sonuç değildir. Tam tersine, gezegenin çok az miktarda sera gazına bile ne kadar duyarlı olduğunu göstermektedir.

Scripps Institution of Oceanography

Günümüzde atmosferik karbondioksit oranı, en az son 3 milyon yılda görülmemiş bir düzeye ulaşmış haldedir.^[3] Bu aşırı yükselmeye rağmen atmosferik karbondioksit oranı, yukarıda da bahsettiğimiz gibi sadece %0.04 civarındadır (Endüstri Devrimi öncesi bu oran %0.02 civarındaydı).^[4] Ancak atmosfer, çok ama çok büyük bir yapıdır! Dolayısıyla %0.04'lük bir oran, milyar kere milyarlarca ton karbondioksite karşılık gelmektedir. Örneğin sadece 2019 yılı içinde insanlar atmosfere 36.44 milyar ton karbondioksit saçmıştır ve bu gazlar, atmosferimizde yüzlerce yıl boyunca kalacaktır.^[5] Dolayısıyla atmosferin tamamını ısıtmaya yetecek kadar karbondioksit bulunmaktadır.

Ayrıca unutmamak gerekir ki eser miktardaki maddeler bile sistemler üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilmektedir. Penn State meteoroloji profesörü David Titley şöyle anlatıyor:^[6]

Eğer benim boyutlarımda biri 2 bira içerse, kanındaki alkol oranı %0.04 civarında olacaktır. Bu, insan vücudunun alkolün etkilerini hissetmeye başladığı sınırdır. Birçok ülkede sürücüler, eğer kanlarında %0.04 oranında alkol varsa ceza alabilirler. Benzer şekilde, bir insanı zehirlemek için pek de fazla siyanür gerekmez. Önemli olan, o spesifik maddenin, kendinden çok daha büyük olan sistemle nasıl etkileştiğidir ve o sistemi nasıl değiştirdiğidir.

Söz konusu sera gazları olduğunda, gezegenin sıcaklık dengesi, Dünya'ya gelen ısı miktarı ile Dünya'dan kaçan ısı miktarı arasındaki farka dayanmaktadır. Nihayetinde, Dünya'nın ısıyı daha fazla tutabilmesini sağlayan her değişim, gezegen yüzeyinin daha da sıcak olmasına neden olmaktadır.

Küresel Isınmaya Neden Olan Karbondioksit Değil de Su Buharı Olabilir mi?

Yukarıda da bahsettiğimiz gibi su buharı, gerçekten de bir sera gazıdır. Tıpkı karbondioksit veya metan gazı gibi su buharı da kızılötesi ışınları emer ve yeniden saçar, dolayısıyla gezegenimizi ısıtıcı bir etkiye sahiptir. Ancak atmosferdeki su buharı miktarı, iklim değişiminin nedeni değil, sonucudur. Çünkü daha sıcak bir atmosfer, daha çok su tutabilir. Columbia Üniversitesi'nin Lamont-Doherty Dünya Gözlemevi'nde iklimbilimci olan Jason Smeardon şöyle anlatıyor:

Bunu, mevsimsel bir seviyede de bilmekteyiz. Kışları yerel atmosfer daha soğuk olduğu için, hava da genel olarak daha kurudur. Yazın ise yerel atmosfer daha sıcakken, hava daha nemli olur.

Karbondioksit ve diğer sera gazları atmosferimizi ve gezegenimizi ısıttıkça, daha fazla su buharlaşır ve bu da gezegenin sıcaklığını daha da fazla artırır. Ancak mesela kötücül bir aktör olsaydınız da gezegeni daha da ısıtmak isteseydiniz, atmosfere su buharı pompalamak sizi "başarıya" ulaştıramazdı. Çünkü atmosfere bastığınız su, yağmur ve kar olup hızla geri yağardı. Çünkü hava sıcaklığı, atmosferin ne kadar su tutabileceğini doğrudan belirler. Bu nedenle de su buharı, iklim değişimini tetikleyici bir role sahip olamaz.

Aynı nedenden ötürü, havadaki su buharını azaltmaya çalışmanın da iklim değişimini önlemek konusunda pek bir etkisi olmaz: Çünkü bitkilerden ve diğer su kütlelerinden gelen, sıcaklıktan kaynaklı doğal buharlaşma, bu su buharı eksiğini hemen tamamlardı. Atmosferdeki su buharını azaltmak istiyorsanız, küresel sıcaklıkları azaltmanız gerekir. Bunu yapmak istiyorsanız da sera gazlarını azaltmanız gerekir.

Venüs Neden Güneş'ten Yüzlerce Kat Sıcak Değil?

Venüs'ün atmosferindeki karbondioksit oranı, Dünya'dakinden 2.400 kat daha fazladır. Ancak Venüs'ün ortalama sıcaklığı, Dünya'nınkinden sadece 15 kat fazladır. Neden 2.400 kat değil de 15 kat?

İlginç bir şekilde bu sorunun cevabının bir kısmı, su buharında yatmaktadır. Venüs'ün geçmişte çok yoğun ve önü alınamaz bir sera etkisi yaşadığı ve yüzeyindeki suyun tamamını yitirdiği düşünülmektedir. Bu su buharının da bir sera gazı olduğunu hatırlayın. Venüs'ün yüzeyinde ve atmosferinde su buharı kalmamış olması, Venüs'ün güncel sıcaklığının ana nedenlerinden biridir. Tabii Venüs atmosferinin sülfürik asit bulutları gibi ekstrem özellikleri de bir diğer nedendir.

Venüs'ün atmosferinin üst kısımlarında bulunan sülfürik asit, Güneş'ten gelen enerjinin %75 civarını bloke etmektedir. Bu da, Güneş'ten gelen enerjinin çok büyük bir kısmının gezegen yüzeyine ulaşamamasına neden olmaktadır. Dolayısıyla yüzeyden yansıyan kızılötesi ışınlar da kısıtlıdır. Bu nedenle de atmosferi Dünya'nınkiyle oranlanabilir bir şekilde ısınmamaktadır.

Okyanuslarımız Fazladan Karbondioksiti Emmeyecek mi?

Evet, emecek. Ama binlerce yıl içinde...

Bitkiler, okyanuslar ve toprağın kendisi, doğal karbon emicilerdir. Atmosferdeki karbondioksitin bir kısmını emerler ve yer altında, su altında, köklerinde ve gövdelerinde biriktirirler. İnsan aktivitesi olmasaydı; kömür, petrol ve doğal gaz rezervleri yerin altında kalırdı ve karbon döngüsüne katılamazdı. Ancak insanlar, bu maddeleri yer altından çıkarıp, atmosfere karıştırarak karbon döngüsüne katmaktadır. Bu, yeryüzünün baş edebileceğinin çok ötesinde bir miktardır. Karbon emiciler, bu kadar hızlı çalışamazlar ve bu nedenle atmosferdeki fazla gazı yeterince hızlı geri ememezler.

Woods Hole Oceanographic Institution

Bu, bahçenizi bir itfaiye hortumuyla sulamak gibidir. Her ne kadar bitkiler, bastığınız suyun bir kısmını emebilecek olsa da, bunun belli bir sınırı vardır. Eğer itfaiye hortumunu açık tutmaya devam ederseniz, bahçenizi bir süre sonra su basar. İşte bizim atmosferimiz ve okyanuslarımız da şu anda bir karbondioksit seline maruz kalmaktadır. Atmosferik karbondioksit seviyelerini takip ederek, karbondioksit emicilerin yeterince hızlı çalışamadığını kendi gözlerimizle de görebiliriz; çünkü atmosferdeki karbondioksit seviyeleri sürekli artmaktadır.

NOAA

Ne yazık ki doğal sistemlerin CO₂ selini emmesi için gereken binlerce yıl boyunca oturup bekleyecek lüksümüz bulunmamaktadır. O zamana kadar binlerce veya milyonlarca değil, milyarlarca insan iklim değişiminin etkilerine bağlı olarak ölecektir veya çok ciddi olumsuz etkilerle yüzleşecektir; kitlesel yok oluşlar yaşanacaktır ve gezegenimiz, tanınmaz bir hâl alacaktır. Bu hasarın önemli bir bölümünü önlemek, bizim elimizdedir. Bunu yapmak için karbonsızlaştırma yöntemlerini geliştirmeli, atmosferdeki karbondioksitin bir kısmını geri çekmeli ve medeniyetimizin ilerleyişini daha sürdürülebilir bir patikaya sokmamız gerekmektedir.