Ugrás a tartalomhoz

Éghajlattan

Dr. Bartholy Judit (2012)

EDUTUS Főiskola

1. fejezet - Az éghajlati rendszer

1. fejezet - Az éghajlati rendszer

Az éghajlati rendszer elemei

1.1.1.1. ábra

Légkör

A Föld bolygót egy gázburok, a légkör veszi körül, melynek fő összetevői: nitrogén (78%), oxigén (21%), argon (1%). Ezen kívül a légkör számos, kisebb koncentrációban jelen lévő gázt tartalmaz (1.1.1.2. ábra), melyeket összefoglalóan nyomgáznak nevezünk.

1.1.1.2. ábra

Ezek közé soroljuk az üvegházgázokat (pl.: vízgőz, szén-dioxid, metán, dinitrogén-oxid, ózon), melyek hatásáról az 1.4.5. és 1.4.6. alfejezetekben találhatunk bővebb információt. A légkör kémiai összetételéről szól az 1.3.3. alfejezet, a hőmérsékleti rétegződéséről pedig az 1.3.2. alfejezet.

A bejövő napsugárzás jelentős hányada nem a légkörben nyelődik el, hanem a Föld felszínén (talaj, óceán, jégtakaró). A párolgás és a földfelszínt érő direkt hősugárzás alakítja ki a felszín és a légkör között kialakuló hőátvitelt, melynek ehhez kapcsolódó két megjelenési formája rendre a látens és a szenzibilis hő. A légköri hőátvitel főként meridionális jellegű, azaz a mozgások észak-déli irányú összetevői dominálnak. Az energiacsere leggyakoribb közvetítői az ún. tranziens időjárási rendszerek (pl. ciklonok, anticiklonok), melyek átlagos élettartama a mindössze néhány naptól egy-két hétig terjed.

Az éghajlati rendszer egyik legfontosabb összetevőjének, a légkörnek az állapotát főként a következő paraméterek és folyamatok határozzák meg:

  • az ún. turbulens jellegű hőátvitel, mely kifejezés a légköri átkeveredés örvényes jellegére utal;

  • a felszín nedvességtartalma;

  • a felszín típusa, ill. annak albedója (fényvisszaverő képessége), mely meghatározza a bejövő és a visszavert napsugárzás arányát;

  • a vízgőz kondenzálódása révén felszabaduló, ún. látens hő;

  • a felhőzet (1.1.1.3. ábra), melynek fontos szerep jut a bejövő rövidhullámú napsugárzás visszaverődésénél és a kimenő hosszúhullámú földsugárzás abszorpciójánál, illetve emittálásánál;

  • a CO2, vízgőz, ózon és egyéb nyomgázok légköri hűtő és melegítő hatása;

  • az orbitális paraméterek ciklikus változásai;

  • orográfiai akadályok, a szárazföldek és óceánok területi eloszlása, inhomogenitása;

  • a légkör és az éghajlati rendszer más elemei között fellépő visszacsatolási mechanizmusok.

1.1.1.3. ábra Forrás: Aqua 2007.05.27.

Óceán

Az óceánok is meghatározó szerepet játszanak a globális éghajlati rendszerben. A légkörbe lépő sugárzásnak több mint a fele érkezik le a földfelszínre. Az óceán elnyeli, illetve tárolja ezt az energiát, s a tengeráramlások révén újra elosztja. Az energia nagyobbrészt párolgási folyamatokon keresztül jut ki újra a légkörbe látens hő formájában, kisebb részben pedig hosszúhullámú földsugárzásként. A tengeráramlásokat az impulzusmomentum, a hő és a víztömeg kicserélődési folyamatai vezérlik. Bonyolult vertikális és horizontális összetevőket tartalmazó pályákon haladnak ezek az áramlatok, melyeket a tenger felett fújó szél iránya és erőssége, a tengervíz hőmérséklete és sókoncentrációja, a kontinensek partvonalai, valamint a tengerfenéken húzódó hegyvonulatok, árokrendszerek határoznak meg.

A Föld legjellemzőbb felszíni tengeráramlásait az 1.1.2.1. ábrán mutatjuk be.

1.1.2.1. ábra Forrás: Czelnai et al. 1994.

A tengeráramlások vertikális rétegződése szempontjából három szintet különböztetünk meg:

1.1.2.2. ábra

  1. Az évszakos határréteget, aminek esetében az évszakos-éves időskálán biztosított a felszín felől történő átkeveredés. E réteg vastagsága a trópusokon nem haladja meg a 100 m-t, s csak néhány száz méteres a mérsékelt övben. A sarki tengerek egy kis szegmensében viszont szinte az egész év során több km-es mélységbe nyúlik e réteg.

  2. A melegvizű réteget, aminek esetében a víztömegek levegőztetése, hőcseréje, valamint a gáz-halmazállapotú összetevők cserefolyamatai az évszakos határréteg irányából biztosítottak.

  3. A hidegvizű réteget, ami a világóceánok összefüggő medencéinek alsó 80%-át tölti ki. E víztömegek levegőztetése szintén az évszakos határréteg felől történik, de csak a sarki tengerek régiójában, ahogy ezt a korábbiakban már említettük.

Az 1.1.2.1. ábrán bemutatott felszíni áramlások csak az – átlagosan több km mélységű – óceántömeg felső néhány száz méterét érintik. A mélytengerek is mozgásban vannak, ezek iránya és sebessége gyakran jelentősen eltér a felszíni áramlásoktól. Az óceán vertikális, azaz lefelé és felfelé irányuló mozgásait termohalin cirkulációnak nevezzük, mivel ezeket az óceán sűrűségváltozásai irányítják (a víz akkor a legsűrűbb, ha hideg és sós). A nagy sűrűségű víz olyan mélységekig süllyed le, hogy az egyensúlyi állapot létrejöjjön. Az 1.1.2.3. ábra az óceánok átlagos felszíni sókoncentrációit (ezrelékben kifejezve) mutatja be augusztus hónapra. (A sókoncentráció-eloszlás éves változékonysága nem jelentős).

1.1.2.3. ábra Forrás: Graedel és Crutzen (1993) alapján átrajzolt térkép

Általában elmondhatjuk, hogy magasabb sótartalmakat találhatunk a meleg egyenlítői régióban és alacsonyabb értékeket a hideg sarkvidéki területeken. Az Atlanti-óceán 20º és 40º északi szélességi körök közötti szektorában megfigyelhető magas sókoncentráció a Földközi-tengerből kiáramló víztömeggel magyarázható, mely a nagymértékű párolgás miatt sűrűsödik be. Az egész Földön a 41‰ körüli legmagasabb tengeri sókoncentráció-értékeket a Vörös-tengerben találjuk. (Még ennél is sokkal nagyobb sókoncentráció található Izraelben, a kiszáradófélben lévő Holt-tengerben, de ez az ősi „tengerzárvány” nem tekinthető a világóceán részének.) A magas sótartalommal összefüggő nagy párolgás oka mindhárom fenti esetben a magas lég- és vízhőmérséklet.

1.1.2.4. ábra Forrás: ACIA 2005.

A termohalin mélytengeri cirkuláció áttekintő képét láthatjuk az 1.1.2.4. ábrán, mely sugallja, hogy ez a „szállítószalag” (angol nevén conveyor belt) a Föld óceánjait egybefüggő rendszerbe fogja össze. Ezen áramlás szerepe az egymástól földrajzilag távol fekvő óceáni medencék közötti hőmérsékleti és sókoncentráció-beli különbségek kiegyenlítése. A termohalin cirkulációnak a horizontális víztömegszállítás mellett vertikális le- és felszálló komponensei is vannak. Az Észak-Atlantikumban jellemző száraz arktikus légtömegek elvonják a hőt, és intenzív párolgást indukálnak az óceán felszínközeli rétegeiben, ami megnöveli a sótartalmat és a vízsűrűséget. E sűrű, nehéz víztömegek néhány ezer méter mélységbe leszállva olyan déli irányba haladó mélytengeri folyammá állnak össze, amelynek össztömege hússzorosa a világ összes folyójának. Ez a mélytengeri áramlás az Atlanti-óceán északi peremétől Dél-Afrika felé folyik, majd áthalad az Indiai-óceánon, délről megkerüli Ausztráliát, s megérkezik a Csendes-óceánba, eközben mindvégig nagy mélységben halad. Ez a „szállítószalag” juttatja el az Atlanti-óceáni intenzív vízgőzkipárolgás miatt visszamaradt sómennyiséget a Csendes-óceánba. A Csendes-óceán északi régiójába megérkező mélytengeri áramlás a környezethez viszonyítva már meleg és kevéssé sós, így a felszínre emelkedik, s ellentétes irányban, a felszín alatt néhány száz méterrel termohalin áramlásként haladva érkezik vissza az Észak-Atlantikumba. Jég- és üledékminták bizonyítják, hogy ez a nagy szállítószalag-rendszer a glaciális és interglaciális időkben többször összeroppant, illetve áthelyeződött, így az elkövetkezendő klímaváltozásoknak szintén fontos meghatározója lehet.

Krioszféra

A földfelszínen található alábbi hó- és jégformációkat nevezzük krioszférának:

  • Időszakos szárazföldi hótakaró, amely a leggyorsabban reagál a néhány naptól néhány hétig terjedő időskálán a légkörben lejátszódó dinamikai folyamatokra. A téli időszakban megjelenő kontinentális hótakaróban tárolt hőmennyiség földgömbi méretekben nem jelentős. A krioszféra legfontosabb hatása a hóval fedett felszínek nagy albedójából ered.

  • Tengeri jég, melynek hatása az éghajlatra az évszakos és annál nagyobb időskálán érvényesül. Az óceánon lévő jégnek és a szárazföldet borító hónak a hőegyenlegre gyakorolt hatása hasonló. Az óceánok és szárazföldek elkülönülését is erősíti a tengeri jég. Jelenléte megakadályozza az impulzusmomentum és a nedvesség cserefolyamatait. Bizonyos térségekben szerepe van a mélytengeri víztömegek elkülönülésében, pl. a sókoncentráció növekedésekor, a fagyási periódusokban, illetve az édesvízi rétegek keletkezésekor az olvadási időszakokban.

  • Grönland és Antarktisz jégtáblái, melyek szinte állandóan jelen lévő felszíni formációknak tekinthetők. Talán meglepőnek tűnik, de ezen jégtömegek tartalmazzák a Föld édesvízkészletének 80%-át. Ez indokolja a hidrológiai ciklusban betöltött „nagy időskálán ható” tározó szerepüket. Ennek méreteiben bekövetkező bármely változás a tengerszint megváltozását vonná maga után.

  • Hegyi gleccserek (1.1.3.1. ábra), melyek a krioszférának csak egy nagyon kis hányadát teszik ki. Szintén édesvízi tározóknak tekinthetők, s így ugyancsak hatással lehetnek a tengerszint alakulására. Az éghajlat megváltozása szempontjából fontos diagnosztikai jelentőségük van, hiszen a környezeti feltételek megváltozására nagyon gyorsan reagálnak.

  • Az örök fagy birodalma, mely hatással van a felszíni ökoszisztémákra és a tengerbe ömlő folyók vízhozamára. Ez befolyásolja az óceánok termohalin cirkulációját.

1.1.3.1. ábra

Talajfelszín

A hidrológiai ciklusban jelentős szerepet játszanak a talajban, valamint annak felszínén játszódó folyamatok is. Fontos komponensek: a talaj felszínközeli rétegében talajnedvességként tárolt édesvíz mennyisége; a talaj anyagi tulajdonságaitól nagymértékben függő földalatti víztározók elhelyezkedése, védettsége. A talaj kölcsönhatásban áll a légkörrel a gázok, az aeroszolok (mikroszkopikus méretű lebegő részecskék) és a légnedvesség cserefolyamatai révén. Ezeket a történéseket nagymértékben befolyásolja a talaj típusa és a felszín növényi borítottsága (1.1.4.1. ábra), amit természetesen ismét nagyon erősen meghatároz a talaj nedvessége.

1.1.4.1. ábra

Bioszféra

A bioszféra vezérli, illetve kontrollálja néhány fontos üvegházgáznak az óceán, a légkör, valamint a különféle felszínformák közötti kicserélődési folyamatait. A legfontosabb ilyen gázok a CO2 és a metán. Ezek a folyamatok nagyon érzékenyek az éghajlat ingadozására, módosulására, illetve a környezeti hatásokra. A legkisebb változás egy adott térség légköri összetevőiben, állapotjelzőiben vagy a környezetben (pl. a CO2 gáz többlete, azaz koncentrációjának növekedése a légkörben) az egyensúly megbomlásához vezethet. Ekkor az adott elemek, gázok többletként, feleslegként jelennek meg a légkörben. Ez magyarázza a légköri visszacsatolási mechanizmusok jelentőségét, s azt hogy a klímaváltozásokat közelítő modellekben kitüntetett szerepe van e folyamatoknak. A légkörben zajló visszacsatolási mechanizmusok típusaira és folyamatainak ismertetésére egy külön alfejezetben térünk majd ki.

A bioszféra egyik legfontosabb szabályozó hatása a széncikluson keresztül történik. A földi ökoszisztéma legaktívabb széntározói a szárazföldi bioszféra, a légkör és az óceán, melyek rendre 610, 730 és 38 000 milliárd tonna szenet tárolnak. Az éves óceán és légkör közötti szén-dioxid-forgalom körülbelül 90, míg az élő növények által közvetített, szárazföldek feletti forgalom 100 milliárd tonna körül ingadozik. Évtizedes szinten a természetes folyamatok hatására elnyelt és felszabaduló szén-dioxid nettó mennyisége közelítően megegyezik, tehát ezek a folyamatok egyensúlyban vannak. Az emberi tevékenység felelős az egyensúly megbomlásáért, elsősorban a fosszilis energiahordozók nagyarányú használata révén.

A leckéhez kapcsolódó további kiegészítő információk

A lecke célja az éghajlati rendszer elemeinek megismerése, úgymint a légkör, az óceán, a krioszféra, a talajfelszín és a bioszféra legfontosabb tulajdonságainak összegzése. A becsült tanulási idő témánként 0,4 óra, a teljes leckére 2 óra.