Maapallon ilmakehässä on hiilidioksidia verraten vähän, vain 348 miljoonasosaa (ppm), vain promillen kolmannes. Mutta vähäisyyttäänkin hiilidioksidi on ilmakehän tärkeimpiä kaasuja. Hiilidioksidia tarvitsevat kasvuunsa kaikki vihreät kasvit. Hiilidioksidia hengittävät, ulospäin, kaikki eläimet.
Hiilidioksidin lisääntynyt pitoisuus saa ilmamassan käyttäytymään lämpöä säästävän kasvihuonelasin tavoin; puhutaan kasvihuoneilmiöstä. Hiilidioksidi on merkittävin kasvihuonekaasu. Yhdessä eräiden muiden hivenkaasujen kuten metaanin, typen oksidien ja klorofluorikarbonien (CFC-kaasut) kanssa hiilidioksidi hienosäätää maapallon ilmastoa.
Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden tiedetään olevan parhaillaan kiihtyvässä nousussa. Tutkimalla mannerjäätikön sisään jääneitä ilmakuplia on pystytty laskemaan, että hiilidioksidin pitoisuus oli vuoden 1750 tienoilla 24 prosenttia nykyistä alempi, lukemassa 280 ppm.
Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden ja maan pinnan lämpötilan välillä on havaittu suora yhteys. Mitä enemmän ilmakehässä on hiiltä, sitä lämpimämpi on ilmasto.
Hiilipolttoaineet merkittävimpiä
Tiedemiehet ovat yhtä mieltä siitä, että pääosa ilmakehään nykyään pääsevästä hiilestä on peräisin hiilipolttoaineista: öljystä, kivihiilestä ja maakaasusta. Niiden polton vaikutuksen voi laskea kansainvälisistä energiatilastoista. Vuoden 1980 tasolla se vastasi 5,2 miljardia tonnia hiiltä vuodessa.
Hiiltä karkaa ilmakehään myös kalkkikivestä, sementin valmistuksessa. Rakennusteollisuuden ylimääräiset hiilipäästöt ovat vuosittain noin 0,1 miljardia tonnia. Yhteensä fossiilista ja kalkkikiviperäistä hiiltä pääsee taivaalle siis 5,3 miljardia tonnia vuodessa.
Metsien häviö
Kasvihuoneilmiön esiaste käynnistyi kuitenkin jo ennen hiilipolttoaineiden ja sementin valta-aikaa. Syypää 1750-luvulla alkaneisiin hiilipäästöihin olivat laajat metsän hakkuut, jotka käynnistyivät Länsi-Euroopan ja Pohjois-Amerikan metsissä. Metsää ruvettiin raivaamaan pelloksi entistä enemmän, raudan valmistuksessa tarvittiin puuhiiltä, ja metsäteollisuus alkoi tarvita raaka-ainetta. Näihin saakka maapallon metsien kasvu oli ollut tasapainossa niiden yhteenlasketun hakkuun ja lahoamisen kanssa.
Maapallon ilmakehässä oli vuonna 1986 hiiltä 730 miljardia tonnia. Siitä 9 prosenttia on peräisin metsien polttamisesta ja 11 prosenttia palaneesta kivihiilestä, maakaasusta ja öljystä. Vanhaa, esiteollisen kauden perushiiltä ilmakehässä on 80 prosenttia.
Maapallon metsien hakkuiden pääalue siirtyi tropiikkiin vasta 1900-luvun loppupuolella. Nyt metsiä häviää kehitysmaissa vuosittain 11-15 miljoonaa hehtaaria.
Koska tropiikin metsät hakkuissa yleisimmin poltetaan, joko kaskeamalla tai polttopuuna, niihin varastoitunut hiili päätyy nopeasti ilmakehään. Vuosittain ilmakehän hiilen määrä lisääntyy tämän vuoksi 12 miljardia tonnia. Se vastaa neljännestä ihmisen toiminnasta johtuvista hiilen kokonaispäästöistä.
Metsän häviötä seuraa toinen, määrältään heikommin tunnettu annos hiilen päästöjä. Paljaaksi hakattu maa erodoituu: sen orgaaninen aines lahoaa, humus hupenee, ja sieltäkin hiili päätyy ilmakehään.
Maaperän eroosion vaikutusta kasvihuoneilmiöön ei tiedetä vielä tarkalleen. Orgaanista hiiltä kuitenkin arvioidaan olevan maan pintakerroksissa noin kaksi kertaa enemmän kuin mitä sitä on maan päällä kasvavassa biomassassa.
Maan biomassan (kasvit, eläimet ja maaperän humus) nykyinen hiilivarasto on noin 2000 miljardia tonnia. Siitä 60 prosenttia on metsissä, sekä puissa että metsämaan humuksessa. Mikäli puolet maapallon metsistä vielä poltetaan ja metsämaan humus hävitetään eroosiolla, ilmakehän hiilen määrä lähes kaksinkertaistuu. Kasvihuoneilmiö kiihtyisi voimakkaasti.
Hiilen musta aukko
Laskelma ei ole kuitenkaan aukoton. Hiiltä nimittäin katoaa tänään johonkin. Hiilipolttoaineiden vuosipäästöt tunnetaan energiatilastoista verraten tarkkaan. Maapallon metsien häviäminen todetaan satelliittikuvilta. Kaikkea ilmaan karannutta hiilidioksidia ei kuitenkaan löydy ilmakehästä. Noin puolet häviää johonkin.
Hiilen mustaksi aukoksi on arveltu valtamerta ja muita laajoja vesistöjä, hiilidioksidi nimittäin liukenee kaasuna veteen. Maapallon valtamerissä tiedetään olevan melkoiset hiilivarastot: noin 50-kertaiset ilmakehään verrattuna. Ilmakehän ja valtameren hiilitaseen säätelyä ei kuitenkaan tunneta.
Toisen teorian mukaan osa hiilidioksidia imeytyy ilmakehästä lauhkean vyöhykkeen ja taigan metsiin: sekä puihin että metsämaan humukseen. Ilmiön pitäisi näkyä muuten selittämättömänä, lisääntyneenä puun kasvuna. Tällainen ilmiö itse asiassa havaittu Suomenkin metsissä.
Mauna Loan saarella Havaijilla, vuodesta 1958 tehdyt mittaukset kuitenkin kertovat, että kaikki poltettu hiili ei pysy ilmakehässä. Hiilestä katoaa noin 45 prosenttia johonkin. Todennäköisimmin hiili katoaa valtamerten syvyyksiin. On myös mahdollista, että lauhkean vyöhykkeen metsät ovat ruvenneet kasvamaan – ja sitomaan hiiltä – nopeammin kohonneen ilmakehän hiilidioksidin pitoisuuden vuoksi.
Käsikirjoitus 4.2.1992
*****
Kommentti 1.11.2020
Veli Pohjonen 