Mészáros Ernő
A lakható bolygó
I. A nélkülözhetetlen víz
A víz a Földön mindhárom fázisban előfordul, és a földi környezet legfontosabb összetevőjét jelenti. Nélkülözhetetlen volt az élet keletkezéséhez, és elengedhetetlen a jelenlegi bioszféra fenntartásához. Az óceánok kitüntetett szerepe egyrészt abban áll, hogy a bioszféra nagy része ma is itt található, másrészt az óceánok párolgása szolgáltatja a szárazföldi élet számára az édesvizet. Az óceánok tehát meghatározó szerepet játszanak a víz körforgalmában. A felszíni párolgással innen indul a víz körforgalma, majd a folyók vízszállításával, illetve az óceánokba hulló csapadékvízzel itt is zárul.
A csapadékkal a folyóvízzel azonban a vízen kívül számos más anyag is érkezik az óceánokba, amelyek - legalábbis időszakosan - a tengeri üledékbe kerülnek. A körforgalom során az óceánokban minden elem megfordul hosszabb-rövidebb ideig. Az óceánokba kerülő különböző ionok miatt sós a tengervíz. Átlagos sótartalma 3,5 tömegszázalék körül ingadozik. A só jelentős része nátrium-kloridból, kisebb része magnézium-kloridból, magnézium-szulfátból, illetve egyéb anyagokból áll.
II. A különleges összetételű légkör
- |1|
Ha valami különleges bolygónkon, akkor az a légkör. Ez a levegőnek nevezett gázkeverék ugyanis messze van a fizikai-kémiai egyensúlyi feltételektől. Az erősen oxidáló közegben redukált állapotú gázok (pl. metán) is előfordulnak. A redukált állapotban lévő gázok relatív koncentrációja ugyan kicsi (ún. nyomgázok), ennek ellenére számos légköri folyamat szabályozásában aktívan részt vesznek. Ha a fő légköri összetevőket, azaz nitrogént és oxigént tartalmazó gázkeveréket vízfelszínnel hoznánk érintkezésbe egy laboratóriumban, és a rendszert megvilágítanánk a napsugaraknak megfelelő sugárzással, akkor az oxigén a lassan oxidálná nitrogént, és a két elem egyensúly esetén a vízbe kerülne nitrát formájában. Ezzel szemben jelenleg a két elem a légkörben fordul elő egymás mellett. Az egyensúlytól való eltérés, más szavakkal a rendezettség fenntartása tipikusan az élő szervezetek tulajdonsága. Ilyen alapon jutott el Lovelock angol kutató ahhoz a filozófiai mélységű gondolathoz, hogy légkörünk tulajdonképpen a bioszféra része.
A Föld légkörének speciális összetétele akkor is szembeötlő, ha a szomszéd bolygók légkörével vetjük össze (1. ábra). A. táblázat megkönnyíti ezt az összehasonlítást.
A táblázatból a különbségek is világosan kitűnnek. Mind a nagy, mind a kis légköri nyomással rendelkező Vénusz, illetve Mars légkörét elsősorban szén-dioxid építi föl. A Vénusz a Naphoz kb. 28 %-kal közelebb van, mint a Föld. Ráadásul a nagy mennyiségű szén-dioxid jelentős üvegházhatást okoz, ami a hőmérséklet emelkedéséhez vezet. Becslések szerint ha a Föld a Naphoz csupán 6 %-al közelebb lenne, akkor bolygónkon is olyan pokoli hőmérséklet és nyomás lenne, mint amilyet az élet nélküli Földre vonatkozó adatok mutatnak. Ha a Vénuszon és a Földön a szénmolekulákat összeszámolnánk, akkor meglepően hasonló értéket kapnánk. A Vénuszon azonban a szén a légkörben, mint szén-dioxid van jelen, míg a Földön elsősorban az üledékes kőzetekben található karbonátok formájában. Az eltérést a hőmérséklet különbsége (és a bioszféra) okozza. 300 oC-nál magasabb hőmérsékleten ugyanis a szén-dioxid, alacsonyabban a karbonát a szén egyensúlyi formája.
A földi légkörben lévő molekuláris oxigén a bioszféra terméke. A növények, mint ismeretes, a Nap energiáját felhasználva vízből és szén-dioxidból fotoszintézissel szénhidrátokat állítanak elő. Az oxigén jelenléte alapvető jelentőségű: oxidációval (égéssel) lehetővé teszi az energiatermelést. Így az állatok és az ember légzéssel és szénhidrátok felvételével visszanyerik azt az energiát, amelyet a növények a napenergiából felhasználtak. Másrészt az oxigén részt vesz az elhalt élő anyag elbontásában - arról már nem is beszélve, hogy az ember az energiát a fa, illetve fosszilis tüzelőanyagok elégetésével termeli.
III. A talaj
- |2|
Mindkét definícióból következik, hogy élő szervezetek nélkül nincs talaj, illetve élőlények élettelen környezetük nélkül talajt nem képezhetnek. Ez azt is jelenti, hogy a Földön talaj csak a szárazföldi bioszféra meghonosodása óta, vagyis mintegy 400 millió éve létezik.
A talaj a szárazföldi növények alapvető éltető közege. Ebből következik, hogy biztosítja a szárazföldi növényevő állatok (ezen keresztül a ragadozók) létezését, valamint az ember egyik legfontosabb tevékenységét, a mezőgazdasági termelést. Számunkra a talaj a legfontosabb erőforrások egyike, amely feltételesen megújuló és megújítható. Ellentétben azonban a megújuló erőforrásokkal (pl. napenergia) a mezőgazdasági talaj megújulása nem megy végbe önmagától, hanem az ember aktív tevékenységét követeli meg. A talaj és környezete között állandó anyag- és energiacsere folyik, a talaj raktározza a növények számára a hőt, a vizet és a tápanyagokat.
IV. Lemeztektonika
A 6370 km sugarú Föld réteges szerkezetű. A legbelső, a legnehezebb földi elemekből álló magot a köpeny borítja. A köpeny felső részén helyezkedik el az asztenoszféra (a felszíntől lefelé haladva kb. 100 km-nél mélyebben), amit megolvadt képlékeny anyag alkot. Az asztenoszféra fölött helyezkedik el a litoszféra, ennek felső, 10-40 km-es rétegét nevezzük földkéregnek. A litoszféra hatalmas lemezekből áll, amelyek mozognak, csúsznak az alattuk fekvő asztenoszférán. A lemezek mozgásának sebessége elérheti az 1 cm/év értéket. A lemezek mozgását, az ún. nagy földi dinamikát az óceáni hátságoknál feláramló forró magma hozza létre, amelynek szétáramlása a lemezeket mozgásra készteti. Ebből a szempontból a legismertebb az Atlanti-óceáni hátság, amelynek egyes részei (pl. Izland) kiemelkednek az óceánok vizéből.
Bár vulkanikus tevékenység az óceáni hátságoknál is megfigyelhető, vulkánok és földrengések elsősorban a lemezek találkozásakor keletkeznek, amikor az egyik lemez a másik alá süllyed. Két óceáni lemez találkozásakor bármelyik a másik alá süllyedhet, egy óceáni és egy szárazföldi lemez találkozásakor mindig az óceáni lemez bukik alá. Ha viszont két kontinentális lemez ütközik, akkor hatalmas gyűrődések, hegységek keletkeznek, mint például az Alpok és a Himalája, amelyek a földtörténet nem is olyan távoli időszakában az európai és afrikai, illetve az indiai és eurázsiai lemezek összeütközésekor keletkeztek. A lemezek mozgása miatt a múltban változott a szárazföldek elhelyezkedése (3-5 ábra). Ugyanakkor a szárazföldek területének összege változatlan maradt.
V. A Hold és az éghajlat
A Naprendszerben számos bolygónak van égi kísérője, holdja. Így tehát semmi különös sincs abban, hogy a Föld sem kivétel. Van azonban valami, ami a mi Holdunkat a Naprendszerben egyedülállóvá teszi: a bolygójához viszonyított nagysága, illetve tömege. Gondoljuk csak el, a kis Föld kísérője körülbelül akkora, mint a Naprendszer óriásának, a Jupiternek a legnagyobb holdjai. Ebből következik, hogy a Föld és a Hold között igen jelentős a dinamikai kölcsönhatás, ami a Föld egész fejlődését lényegesen meghatározta, és ami a földi élet, pontosabban az éghajlat szabályozásában ma is alapvető.
- |6|
A kérdést azt teszi még érdekesebbé, hogy a szakemberek között egyre inkább elfogadott az a nézet, hogy a Hold a Föld és egy közel Mars-nagyságú égitest összeütközése útján jött létre valamikor a Naprendszer születésének hajnalán. Az összeütközés miatt az éppen megszületett Földből hatalmas tömeg szakadt le, amelyből a Hold keletkezett. Az ilyen összeütközések "véletlenszerű" eseményeknek tekinthetők. Vajon egy véletlen égi katasztrófa segítette elő, hogy a Föld az élet számára alkalmassá váljék?
VI. A Föld rövid története
- |7|
A fotoszintetizáló élőlények anyagcseréje következtében a légkörben egyre több oxigén gyűlt össze, majd mintegy 400 millió éve az oxigénből keletkező ózon kiszűrte a Nap sugaraiból a halálos, nagy energiájú sávokat. Ez megnyitotta az utat a szárazföldi élet számára. Az első szárazföldi élőlények a növények (mohák, harasztok) voltak, majd rövidesen a rovarok is megjelentek. A hüllők első kétéltű gerincesből (11. ábra) származtak. A Földet több százmillió éven keresztül a hüllők uralták (12. ábra), amelyek minden bizonnyal az emlősök és a madarak ősei voltak. 65 millió évvel ezelőtt a hüllők nagy része (pl. dinoszauruszok) kihalt, és fejlődésnek indultak az emlősök. Ezzel párhuzamosan a növényvilágban uralkodó váltak a virágos növények, amelyek szaporodásában a rovarok fontos szerepet játszanak. A fejlődés kb. 5 millió éve az emberszabásúak kialakulásához vezetett, majd megjelentek az előemberek, és mintegy százezer éve a mai, gondolkodó ember, a Homo sapiens. (13. ábra) Közben - ahogy már utaltunk rá - a lemeztektonikus mozgások hatására mozogtak a szárazföldek, hidegebb és melegebb periódusok váltogatták egymást.
VII. Az ember és környezete
A környezet az élő szervezeteket körülvevő élő (bioszféra) és élettelen (légkör, talaj, hidroszféra) földi tartományok együttes rendszere. Az élővilág és környezete állandó kölcsönhatásban van, folytonos energia- és anyagcsere zajlik köztük. Az élőlények közül különösen fontos számunkra az emberi faj, amely tevékenységével a környezet alakítójává vált. Ebben fontos szerepet játszott mintegy tízezer éve a letelepedéssel együtt járó mezőgazdasági forradalom, amely a felszín átalakításával, a talajok energia- és anyaggazdálkodásának megváltozásával, a növény- és állatvilág sokféleségének csökkenésével járt. Az ember különösen az 18. századtól induló ipari forradalom után lett a környezet alakítója, amikor az energiatermelés, és ennek köszönhetően az ipari produkció alapvető tevékenységgé vált.
- |14|
- |15|
VIII. Záró megjegyzések
Különleges bolygón élünk. Története során a Föld különleges arculatát számos kozmikus esemény és földi folyamat befolyásolta. A kozmikus hatások hatalmas meteorit-becsapódások formájában jelentkeztek. Ilyen becsapódásnak köszönhetjük égi társunkat, a Holdat, de a dinoszauruszok kihalását is minden bizonnyal ilyen katasztrófa okozta. A földi folyamatokat hatalmas geológiai mozgások hozták létre, míg ezzel párhuzamosan a bioszféra egyre bonyolultabbá vált és elfoglalt minden rendelkezésre álló teret.
A biológiai evolúció végén megjelent az értelemmel rendelkező ember, aki képes a földi folyamatokat megérteni és szolgálatába állítani. Így rájöttünk arra, hogy bolygónk egységes egész, élő és élettelen részének működése szoros egységet alkot. A tudománynak további feladata, hogy ezt a bonyolult rendszert megismerje és jövőnk megtervezése céljából lakható bolygónk sajátosságait a tudomány eszközeivel feltárja. A tudománynak meg kell alapoznia azokat az ismereteket, amelyek lehetővé teszik, hogy tevékenységünket bolygónk törvényeivel összhangban alakítsuk.