Lze přetížit naši planetu vyráběním nových věcí?

To obrovské množství všemožných výrobků, které naše civilizace produkuje, je skutečně ohromující. Zvlášť když si představíme, kolik z nich je úplně zbytečných nebo brzy končí na skládce. Vědci nedávno spočítali, že hmotnost lidských výrobků se zdvojnásobuje zhruba každých 20 let a kolem roku 2020 dokonce přesáhla celkovou hmotnost všech živých tvorů na Zemi [1]. Je mnoho důvodů, proč tím být znepokojeni – od uvolňování skleníkových plynů přes hromadění odpadů, včetně nebezpečných mikroplastů, až po společenské neduhy, jako jsou nepřijatelné pracovní podmínky v mnohých továrnách nebo vývoz odpadů do chudších zemí. Samotná hmotnost lidských výrobků ale pro naši planetu problém není.

Při průmyslové výrobě žádná nová hmota nevzniká. Dochází pouze k přeměňování a kombinování hmoty, která již na Zemi existovala a člověk ji získal z přírody – třeba těžbou nerostných surovin. Vemte si například takovou ledničku. Její kovová konstrukce pochází původně z hornin, které byly vytěženy ze země a tak dlouho zpracovávány hutním průmyslem, až vznikla ocel. Část původní horniny bez vhodné rudy byla vyhozena jako hlušina a naopak mnoho různých příměsí bylo do oceli přimícháno z jiných přírodních zdrojů, ale žádná hmota nezmizela ani nebyla vytvořena z ničeho. Stejně tak původ plastových částí ledničky se dá vysledovat k ropě vyčerpané z podzemních ložisek a zpracované petrochemickým průmyslem. Skleněné poličky zase pocházejí ze sklářského písku a tak dále a tak dále. Lidstvo dokáže velmi důmyslně získávat, přetvářet, pročišťovat a zase kombinovat nejrůznější materiály, ale nedokáže novou hmotu jen tak vykouzlit z prázdna. Ve fyzice tento princip známe jako zákon zachování hmotnosti.

Je tedy hmotnost naší planety jednou pro vždy daná a neměnná? To zas ne. Země není izolovaná od okolního vesmíru a spoustu hmoty z něj získává a jinou zase ztrácí zcela přirozeně, bez přispění lidí. Ve vesmíru se kromě velkých těles jako hvězdy nebo planety vyskytuje i obrovské množství drobnějších kusů kamene, kovu či ledu. Katastrofální dopady velkých asteroidů nebo komet na Zemi jsou naštěstí velmi vzácné, ale menší tělíska sem dopadají každou chvíli. Některé můžeme v noci pozorovat jako „padající hvězdy“ neboli meteory a s trochou štěstí je můžeme i fyzicky najít na zemském povrchu jako meteority. Tímto způsobem tedy Země neustále získává novou hmotu. Kolik přesně, to je velmi obtížné spočítat, neboť většina je ve formě droboučkého kosmického prachu. Vědci odhadují, že Země získá mezi 20 000 a 78 000 tun nového materiálu ročně [2, 3]. Nejčastěji zmiňované číslo je čtyřicet tisíc tun každý rok [4].

Země také ztrácí spoustu hmoty do vesmíru. Konkrétně jde o vodík a helium, dva plyny, které se vzácně vyskytují v zemské atmosféře. Vodík a helium jsou tak lehké, že se dokáží snadno vymanit z gravitačního pole naší planety a navždy opustit atmosféru. Odhaduje se, že Země za jeden rok ztratí zhruba 93 000 tun vodíku a 1600 tun helia [5, 6]. Pokud jsou tyto hodnoty blízko realitě, tak celková bilance je záporná a Země tedy ztrácí několik desítek tisíc tun hmotnosti každý rok. To na první pohled vypadá jako ohromné číslo, ale ve srovnání s hmotností celé Země je to zcela zanedbatelné. Hmotnost Země se uvádí jako 5,97 krát deset na dvacátou čtvrtou kilogramů. To je naprosto nepředstavitelné číslo s dvaceti čtyřmi nulami! Ztratit několik desítek tisíc tun materiálu je pro Zemi, jako by dospělý slon ztratil několik červených krvinek [7]. Ani ve srovnání s lidskými výtvory to číslo není tak impozantní. Namátkou, Eiffelova věž váží zhruba 10 000 tun, nejnovější americká letadlová loď USS Gerald R. Ford váží kolem 100 000 tun a váha Cheopsovy pyramidy se odhaduje na téměř 6 000 000 tun. Přirozené ztráty hmotnosti Země jsou tedy nižší, než kdybychom jednou za rok do vesmíru vystřelili jednu letadlovou loď.

Ale počkat, my přece posíláme věci do vesmíru. Jak moc kosmonautika přispívá ke změnám hmotnosti Země? Vesmírné rakety jsou sice obrovské a těžké stroje, ale naprostá většina jejich hmoty se vrací na Zemi již během startu – ať už jde o spaliny z pohonných látek nebo odhozené nádrže a motory. Pouhé jednotky procent počáteční váhy rakety dosáhnou stabilní oběžné dráhy a mohou tedy zůstat ve vesmíru po delší dobu. Evropská kosmická agentura odhaduje celkovou hmotnost všech lidmi vyrobených objektů aktuálně létajících kolem Země na 10 900 tun [8] – tedy zhruba jako jedna Eiffelova věž. Velká část z nich navíc pomalu klesá a dříve či později shoří v atmosféře, čímž opět vrátí svou hmotu na Zemi. Hmotnost všech objektů, které jsme vyslali do hlubokého vesmíru mimo gravitační vliv Země, tedy různých kosmických sond a dílů pilotovaných vesmírných lodí na misích k Měsíci, se odhaduje na několik tisíc tun za celou historii vesmírných letů [9]. Na druhou stranu, vesmírné mise dopravily na Zemi vzorky z jiných těles sluneční soustavy vážící dohromady něco přes 380 kg.

Kromě fyzického přesunu hmoty mimo Zemi existuje ještě jedna možnost, jak se může hmotnost planety měnit, a to je přeměnou hmoty na energii (nebo opačně) podle známého vzorce E=mc². Přestože je tento vzorec známý především v kontextu jaderné fyziky, platí pro jakoukoliv produkci energie – tedy i třeba pro spalování uhlí – a platí i v případě zachycení energie například při fotosyntéze rostlin a řas. Popsat ale přesně vliv takovýchto jevů na změnu hmotnosti je nadmíru složité, protože záleží na tom, jaká část energie je ve výsledku přeměněna na teplo, které je ztraceno vyzářením do vesmíru – a je to také, ve srovnání s výše uvedenými jevy, poměrně zbytečné. Celá lidská civilizace vyprodukuje asi 600 EJ (EJ je exa-joule, deset na osmnáctou joulů) energie za rok [10], což odpovídá necelým sedmi tunám hmoty plně přeměněné na energii. Z nitra Země odchází permanentně asi 47 TW tepelného výkonu [11], z čehož je kolem poloviny dáno rozpadem radioaktivních izotopů (zbytek je zbytkové teplo z doby formování planety); za rok jde tedy o ztrátu asi 1500 EJ, neboli asi 16 tun hmoty. To je hmotnost jednoho vozu staré tramvaje typu T3.

Lidská činnost tedy ve skutečnosti mírně snižuje hmotnost naší planety. Ten efekt je ale výrazně nižší než přirozený úbytek a i ten je naprosto zanedbatelný ve srovnání s celkovou hmotností Země. Váš dotaz ale také zmiňuje ovlivňování zemské rotace. To, jak rychle a podél jaké osy se planeta otáčí, je ovlivněno rozložením hmoty na povrchu a pod ním. I na tom už jsou vidět měřitelné výsledky lidské činnosti. Zemské rotační póly v Arktidě a Antarktidě se přirozeně pomalu posouvají o několik metrů za rok s tím, jak se mírně naklání osa Země v důsledku různých změn rozložení hmoty, jako jsou přesuny horkého magmatu v hlubinách Země nebo posuny mořských proudů na povrchu. Naše civilizace má velký vliv na koloběh vody jednak čerpáním podzemní vody, a také klimatickou změnou způsobenou skleníkovými plyny ze spalování fosilních paliv. Voda vypumpovaná z podzemních rezervoárů nebo odtátá z pevninských ledovců se nikam neztrácí, ale po čase doputuje do moře. Tím pádem se obrovské množství vody, původně koncentrované na několika místech na kontinentech, rozprostírá rovnoměrněji po povrchu globálního oceánu. Díky přesným družicovým měřením víme, že posun zemských pólů se v devadesátých letech minulého století zhruba sedmnáctkrát zrychlil a dokonce změnil směr [12]. Vědci spočítali, že lidmi zrychlené tání ledovců je pravděpodobně zodpovědné za většinu této změny [13] a čerpání podzemní vody má na svědomí pohyb pólů o 80 cm za dvě desetiletí [14, 15].

Tyto změny samy o sobě nepředstavují žádné riziko pro naši planetu ani civilizaci. Jsou ale dramatickou ilustrací skutečných a akutních environmentálních problémů, kterým musíme čelit, ať už jde o vyčerpávání zdrojů pitné vody [16] nebo všechny nebezpečné efekty klimatické krize. Vaše intuice, že lidstvo již disponuje silou schopnou měnit i něco tak impozantního jako otáčení celé planety, je tedy zcela na místě. Je na nás, jak zodpovědně s tou silou budeme nakládat.

Pro Zeptej se vědce odpovídali Lukáš a Honza