Ugrás a tartalomhoz

Globális környezeti problémák és néhány társadalmi hatásuk

Dr. Anda Angéla Dr. Burucs Zoltán Dr. Kocsis Tímea (2011)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

3. fejezet - ÉGHAJLATVÁLTOZÁSOK ÉS OKAIK A MÚLTBAN ÉS A JELENBEN PÉCZELY ALAPJÁN (KOCSIS TÍMEA)

3. fejezet - ÉGHAJLATVÁLTOZÁSOK ÉS OKAIK A MÚLTBAN ÉS A JELENBEN PÉCZELY ALAPJÁN (KOCSIS TÍMEA)

Számos paleoklimatológiai (őséghajlattani) vizsgálati módszer (a fizikai módszerek között példaként említhető a radiokarbon-kormeghatározás, az oxigénizotópos módszer, a paleomágneses vizsgálatok, a geológiai, geomorfológiai és őslénytani módszerek közül említhetnénk a tengeri és tavi üledékek analízisét, a fák évgyűrűinek vizsgálatát, a pollenanalízist) arra enged következtetni, hogy Földünk éghajlata a földtörténet során folyamatosan változott, a maitól lényegesen eltérő volt bizonyos időszakokban. Kb. 500 millió évre visszamenőleg következtethetünk a Föld klímájára. Egyirányú éghajlatváltozás e hosszú időszak alatt nem lépett fel. Az egyes geológiai korok különböző klímáit éghajlat-ingadozásoknak tekinthetjük csupán, amelyek időtartama igen hosszú. Az éghajlat-ingadozások jellemző sajátosságai bolygónk klímájának. Melegebb és hidegebb, csapadékosabb és szárazabb időszakok váltogatták egymást, s ezek a változások egész bolygónkra kiterjedtek. A földtörténet legdrasztikusabb éghajlat-ingadozásai a jégkorszakok voltak (nem összetévesztendő a negyedidőszaki jégkorszakon belüli eljegesedési ciklusokkal, jégkorszaknak tekintjük azt az időszakot, amikor a Föld sarkainál stabil állapotú jégsapka található). A jégkorszakok becsült összes időtartama csak egytizede a Föld jégmentes állapotának. Ebből az következik, hogy a jégmentes pólusok időszaka Földünk normális állapotát jelenti, míg a jóval ritkábban előforduló stabil jeges sarkvidékek rendellenes állapotot tükröznek. Ebben az értelemben Földünk ma is egy jégkorszakban (vagyis rendellenes állapotban) van, hiszen a pólusokat jégsapka fedi.

Az múlt éghajlatainak kutatását szolgáló módszerek

Behringer a „Föld archívumaiként” említ minden olyan természetes lerakódást, ami természettudományos módszerekkel az elmúlt korok éghajlatára vonatkozóan információt szolgáltat. A geológiai, geomorfolófiai és őslénytani módszerek kevésbé pontos, nagyvonalú éghajlat-diagnózis felállítására alkalmasak, viszont nagy időtávra is adnak fontos információkat. Különböző növényi és állati maradványok alapján következtetni lehet az adott geológiai rétegek képződésekor uralkodó éghajlati viszonyokra. Az eljegesedés, különlegesen a gleccserek felszínalakító munkája maradandó nyomokat hoznak létre, amiből következtetni lehet a jég kiterjedésére, mozgására, és közvetve a hőmérséklet alakulására is. A különböző kőzetek elszíneződése kapcsolatban áll a hőmérséklettel és a csapadék mennyiségével, például meleg éghajlatra utal a vörös elszíneződés. A tengervíz hőmérsékletére lehet következtetni a kőzetek mésztartalmából. A radiokarbon kormeghatározás a klimatológiai viszonyok rekonstruálásához fontos őslénytani leletek korának pontos meghatározásában játszik nagy szerepet. Ez az eljárás azon alapul, hogy a légköri szén-dioxidban a szénnek 14-es atomtömegű izotópja meghatározott százalékban van jelen. Valamely szerves maradvány keletkezésekor a testébe beépült 14-es atomtömegű szénizotóp százalékaránya ugyanakkora, mint a légkörben (ez utóbbi ismert arányszám). Az élőlény elpusztulása után benne a 14-es atomtömegű szénizotóp a radioaktív bomlás miatt csökken, és minél több idő telt el az elpusztulás után, mennyisége annál kisebb. Ismerve a C14 felezési idejét (kb. 5730 év), az elpusztult szerves maradvány kora megállapítható. A vizsgálat határa kb. 60 000 év, efelett a C14 értéke a mintában annyira kicsi, hogy nem lehet megkülönböztetni a háttérsugárzástól. A kormeghatározásnak a radiokarbon eljáráson kívül más módszerei is vannak, melyet az 3.1. ábra mutat be.

Az oxigénizotópos módszer a régmúlt korok hőmérsékletének rekonstrukcióját szolgálja. Különböző ismert korú jégrétegben, mészkőrétegben, tengeri korallok mészkővázában meghatározzák az oxigén 18-as és 16-os atomtömegű izotópjainak arányát. Ennek a két izotópnak az aránya a hőmérséklet függvénye, aminek segítségével, foknyi pontossággal meghatározható az a hőmérséklet, amely az adott jégréteg, illetve mészkőréteg, koralltelep keletkezésének idején fennállt.

Nagy pontosságú adatokat kaphatunk a közelmúlt éghajlati viszonyairól a hosszú életű fák évgyűrűinek vizsgálata révén. Ezt a vizsgálati módszert dendroklimatológiának nevezzük. Az évgyűrűelemzés nagy előnye az éves felbontás. Az alapértelmezés minden esetben az, hogy mostohább körülmények között keskenyebb évgyűrűt növeszt a fa, míg kedvezőbb feltételek mellett szélesebbet. Az évgyűrűszélesség vagy –sűrűség a termőhelyi viszonyok minimumtényezőjével áll szoros kapcsolatban: sivatagi körülmények között a csapadék, hegyvidéken és a tajgában a hőmérséklet rekonstrukciójának alappillére. Mérsékelt éghajlatú területen – kisebb megbízhatósággal ugyan – mindkét rekonstrukcióra alkalmas.

Az üledékekben megőrzött virágporok botanikai elemzése is adhat támpontot az éghajlati jellemzők rekonstruálásához.

Az egyik legfontosabb szárazföldi éghajlati archívum a poláris jégtakaró. A magas szélességek jégrétegeiből kiemelt jégmagok fizikai és kémiai jellemzőinek idősora lokális, regionális és félgömbi léptékű változások széles spektrumáról ad információt. A Grönlandi és Antarktiszi jégfuratok nyújtják szinte a legjobb adatokat a Negyedidőszakra vonatkozó paleoklíma adatok közül. A jégfurat-minták (3.2. ábra) pontos adatokat szolgáltatnak a csapadék mennyiségéről, a hőmérsékletről és a légköri összetételről is. A rétegek vastagsága az éves hőmennyiséggel arányos. A mintákat különböző mélységekből veszik. A felszíni hó minél mélyebb rétegekbe süllyed, annál jobban összetömörödik. A jégfurat-minták értékes archívumai a kitöréses vulkáni aktivitás történetének is.

Az első mélységi sarki jégfurat-mintákat Grönlandon vették 1956-ban és 1957-ben. 1970-ben vetődött fel az ötlet, hogy új (az eredeti együttműködés 1962-ben indult, NGRIP), nagyobb volumenű jégfurat-mintavételezési programot indítsanak el Grönland teljes jégfelületén. Ez a program Greenland Ice Sheet Program (GISP, 1971) néven indult el főként európai kutatókat tömörítve. A program első 7 éve azzal telt el többek között, hogy a kutatók kiválasztották a megfelelő helyet a fúráshoz. Ez a hely logisztikai és financiális okok miatt az optimális helyett a Dye-3 lett (3.3. ábra, 2037 m, 1981). Több mint tíz évvel később Grönland középső részén választottak új fúrási helyszínt, az eredetileg ideálisat, ahol sikeresen lefúrtak az alapkőzetig (GRIP, 3029 m, 1992). Ettől 30 km-re másik helyszínen is folytak fúrási munkálatok amerikai kezdeményezésre (GISP-2, 3053 m, 1993) (3.3. ábra).

A másik jelentős jégminta-vételt célzó program az EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) volt, ami az Antarktiszon végzett mélyfúrásokat (3.4. ábra). Az eddig feltárt leghosszabb jégfurat közel 1 millió évre visszamenően tartalmaz adatot. Az EPICA egy multinacionális projekt volt, ami két sikeres jégmag-fúrást végzett egészen az alapkőzetig. A projekt a grönlandi európai együttműködésből (GRIP) nőtt ki, és az 1990-es években az Európai Közösség és az Óceáni és Sarki Tudományok (ECOPS) egyik legnagyobb kihívásának tekintették. Az EPICA 10 nemzet rangidős és fiatal kutatóit, mérnököket, technikusokat és logisztikai szakembereket tömörített magába. A program 2008-ban zárult le hivatalosan. Az EPICA program meglepő változatosságot fedett fel az elmúlt korok éghajlatában (3.5. ábra). Ez arra ösztönzi a kutatókat, hogy „időben kiterjesszék” a kutatásokat, hogy még több klímaállapotot határozhassanak meg. Egy 1,5 millió éves klíma és üvegházgáz adatsor az Antarktiszról nagyjából megduplázná az EPICA Dome C adatait, ami anno maga is ezt a lehetőséget biztosította a Vostok jégmaggal szemben.

Az eddig Grönlandon és az Antarktiszon felszínre hozott jégfurat-mintákat a 3.1. táblázat foglalja össze Langway nyomán.

Jelentős jégfelhalmozódás tapasztalható a mérsékelt öv közepes tengerszint feletti magasságokon elhelyezkedő barlangjaiban is, ezek sok ezer km3 jeget tartalmaznak. A mérséklet övi jégbarlangok számottevő része polleneket és famaradványokat is őriz, melyek azonos időszakból származnak, mint a felhalmozódott jég.

Paleoklimatológiai következtetéseket lehet levonni az állóvizek üledékének rétegzettségéből is. Minden klímaarchívum kiegészítő információt nyújt az éghajlati rendszerről.

Igen sok információval szolgálnak az időjárásra vonatkozóan a történelmi feljegyzések és a műalkotások (festmények) is. Majd később a műszeres mérések szolgáltatnak egyre pontosabb információkat az éghajlati paraméterek alakulásáról. A leghosszabb műszeres mérésből származó hőmérsékleti idősor a Közép-angliai középhőmérséklet, mely 1659-től kezdődik. A Kárpát-medencében a budai királyi Csillagdában 1780-tól jegyezték a napi hőmérséklet alakulását. A másik fontos meteorológiai elem a csapadék. A leghosszabb ismert csapadék-idősorral az angliai Kew rendelkezik, ahol 1697-től jegyezték a csapadék alakulását. A Kárpát-medencében Buda (1782) és Kolozsvár (1833) mondhatja magáénak a legrégibb csapadékmérési idősorokat, a leghosszabb, többé-kevésbé folytonos, csapadékészlelés alapján rögzített idősorokat Buda (1841) és Nagyszeben (1851) észlelőhelyekről jegyzik. A kezdetben egyedi mérőhelyekre korlátozódó észlelésekből Nyugat-Európában csak a XIX. század közepére kezdett valódi észlelőhálózat kialakulni. A Kárpát-medencében az 1850-es évektől folynak dokumentáltan, észlelőhálózatban folytatott megfigyelések. A Meteorológiai Központi Intézet 1870-es magalakulását követően az észlelések rendezett formában dokumentálásra kerültek és 1871-től évkönyv formájában meg is jelentek. Az 1871.-ben hálózatba szerveződött meteorológiai mérési helyek között szerepelt Keszthely, ahol a mérések azóta is töretlenül zajlanak a helyi felsőoktatási intézmény folyamatos közreműködésével.

Kern szerkesztése alapján az 3.2. táblázat mutatja be az éghajlati rekonstrukcióra alkalmas forrásokat.