A Föld történetének korai időszakában a légkör főleg szén-dioxidból állt, és hasonló volt a Vénusz mai légköréhez, a mainál nagyobb nyomással. Oxigént csak nyomokban tartalmazott. Ma viszont a légkör térfogatának csak töredékét (0,035%) adja a szén-dioxid. Hová tűnt ez a hatalmas mennyiség? Hogyan változott a sűrű, fojtó, nehéz atmoszféra "könnyed", oxigénben gazdag légkörré?

Az eredeti szén-dioxid-szint csökkenésének két oka van. Az egyik, hogy 300 Celsius-foknál alacsonyabb hőmérsékleten a légköri szén-dioxid nagy része feloldódik a vizekben. A vízben oldott szén-dioxid aztán a kalciummal reakcióba lépve vegyi úton, kalcium-karbonátként (mész) kiválhat, és az aljzatra ülepedhet. Még fontosabb, hogy az óceánok, tengerek és tavak sok mészvázas élőlénye a vízből választja ki a vázához szükséges nyersanyagot (kagylók, csigák, fejlábúak, korallok, algák), majd pusztulásuk után e mészvázak az aljzatra ülepedve kőzetalkotó mennyiségben halmozódnak fel. E folyamatok következtében bolygónk szén-dioxid-készletének zöme a légkörből a kőzetburokba került, karbonátos üledékes kőzetekbe záródva (ez az úgynevezett szén-dioxid-szivattyú).

A földi szén-dioxid túlnyomó része így mészkő és dolomit formájában lelhető fel, ellentétben például a Vénuszon kialakult helyzettel, ahol a szén-dioxid főleg az atmoszférában van jelen (a Vénusz felszíni hőmérséklete 450-480 Celsius-fok, a bolygó maga a pokol). Az érdekesség kedvéért: egy öklömnyi nagyságú mészkődarab sósavval történő feloldásakor 40 köbméter szén-dioxid gáz szabadul fel! Ha Földünk hatalmas mészkőtestei nem ejtették volna rabságukba e gázt, nálunk is hasonló forróság lenne. A szén-dioxid légköri mennyiségének növekedése ugyanis a hőmérséklet növekedését idézi elő (üvegházhatás). Újabb példa arra, hogy bolygónk fejlődése mennyire összetett folyamat, s az egyes szférák milyen nagymértékben hatnak egymásra: ha a Földön nem lett volna folyékony víz és élővilág, akkor ma talán a Vénuszhoz hasonlatos izzó égitestként keringene a Nap körül, az élet leghalványabb jele nélkül.

A széntelepek képződése, gyors visszapumpálás

A szén-dioxid-mennyiség csökkenésének másik oka a Föld fejlődése során egyre bonyolultabbá váló bioszféra fotoszintetizáló tevékenysége, amelynek hatására a szén-dioxidszint ugyancsak csökkent, s ennek mintegy tükörképeként az oxigénszint egyre növekedett. A növények ugyanis a Nap energiájának felhasználásával építik fel testüket, az ehhez szükséges szenet pedig a légkörből vonják ki szén-dioxid formájában. Emellett anyagcseréjük során nagy mennyiségű oxigént juttatnak a légkörbe.

Ha a növények nem rohadnak el, hanem betemetődnek és összepréselődnek, akkor a testükbe zárt szén nem kerül vissza rövid időn belül a légkörbe, hanem széntelepek formájában átmenetileg kivonódik a körforgásból. A legnagyobb mértékben ez a földtörténeti karbon időszakban zajlott, hatalmas mocsárerdők szénülésével (a szénről kapta a nevét maga az időszak is). Napjaink problémája éppen az, hogy a sok millió éve kivont szenet sokkal gyorsabban pumpáljuk vissza a légkörbe, mint ahogy az a geológiai folyamatokra jellemző.

Új elem a szénkörforgásban: a halak karbonáttermelése

A szén-dioxid ma is folyamatosan bekerül a légkörből a tengervízbe, ahol egy része kivonódik: az óceánokban kialakuló mészkő legfőbb forrását az elpusztult mészhéjú állatok váza képezi ma is. A fokozódó emberi kibocsátás miatt azonban egyre több szén-dioxid kiszivattyúzására lenne szükség. Ennek egyik lehetőségét jelenti a tengerek halállománya.

A biológusok eddig is tudták, hogy a csontos halak úgy szabadulnak meg a tengervízből fölvett fölösleges kalciumtól, hogy a belükben kalcium-karbonáttá (meszes szemcsékké) alakítva kiválasztják. Ezt a folyamatot azonban mostanáig nem építették bele az óceánok kémiai folyamatait leíró modellekbe.

Rod Wilson, az Exeteri Egyetem halfiziológusa brit, egyesült államokbeli és kanadai munkatársaival annak felmérésére vállalkozott, hogy milyen mértékben járulnak hozzá a halak a tengerekben képződő összes karbonátmennyiséghez. A kutatók röntgenvizsgálatokkal tanulmányozták a karbonátképződést a halak belében, és két, modellként használt halfajnál megmérték a kiválasztott mennyiséget. Ezután két, egymástól független számítógépes modell segítségével kiszámították a világóceán teljes haltömegét.

A modellek alapján az óceánok halbiomasszája 0,8-2 milliárd tonna közöttinek adódott. Ebből már könnyen ki lehetett számolni, hogy a csontoshalak évente 40-110 millió tonna kalcium-karbonátot termelnek. Ez pedig becslésük szerint 3-15 százaléka az óceánokban a becslések szerint évente képződő összes kalcium-karbonát-mennyiségnek.

Mint a kutatók a Science folyóiratban megjelent tanulmányukban leírják, a laboratóriumi eredményeket azért lehet kivetíteni (extrapolálni) a teljes halállományra, mert a következtetéseket a halak anyagcseréje, tömege, aktivitási szintje és a hőmérséklet között fennálló, korábban már alaposan vizsgált kapcsolatokra alapozták. A kutatók szerint a becslések erősen visszafogottak, és még az is elképzelhető, hogy a halak adják a teljes kalcium-karbonát-produkciónak közel a felét.

A halak fékezhetik a klímaváltozást is

A tanulmány arra is magyarázatot kínál, miért lúgosabb a világóceán felszíni rétege, mint ahogy az eddigi modellek alapján várható. A planktonszervezetekből származó kalcium-karbonát átlagosan csak 1000 méternél mélyebbre süllyedve kezd részben feloldódni. Oldódása folyamán lúgos kémhatású kalcium-hidroxid keletkezik. A felszíni vizek tehát savasabbak lennének, és csak mélyebben válna lúgosabbá a víz. A halak által termelt karbonát azonban a kalcium mellett több magnéziumot is tartalmaz, mint a plankton kiválasztotta karbonát. Emiatt a vegyület gyorsabban, már kisebb mélységben is oldódik, és így csökkenti a felszíni vizek savasságát.

A halak kalcium-karbonát-képzése a tanulmány szerint a klímaváltozás hatásait is mérsékelheti. A planktonnal és a korallokkal ellentétben ugyanis, amelyek a légköri szén-dioxid-koncentráció növekedésével egyre kevesebb kalcium-karbonátot képesek előállítani és így egyre kevesebb szén-dioxidot kötnek le, a halak - a feltételezések szerint - növelni tudják karbonáttermelő (és szén-dioxid-kötő) kapacitásukat.