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

Az egyes földtörténeti korok éghajlatainak rövid jellemzése

Az egyes földtörténeti korok éghajlatainak rövid jellemzése

Az 3.6. ábra az egyes földtörténeti korok tagolódását és időtartamát mutatja be.

Földtörténeti ősidő és előidő éghajlata

Éghajlati kép alig adható a szerves maradványok hiánya miatt, csak a kőzetek adnak némi tájékoztatást. Az ősidő éghajlata arid vagy szemiarid lehetett, erre utal az archaikumból származó vöröshomokkő. Észak-Amerika területein eljegesedés nyomai mutathatók ki, kb. 1100 millió évvel ez előttről (első jégkorszak). Az előidő során többször jelentkezett eljegesedés, de jól elkülönültek Földünkön a száraz és csapadékosabb területek (3.7. ábra).

Földtörténeti ókor (paleozoikum)

A paleozoikum első szakaszában, a kambriumban lassú felmelegedés kezdődött el, ami folytatódott a következő szakaszban, az ordiviciumban is. Az éghajlati övek közötti különbségek elmosódtak. A szilur az egész Földre kiterjedő közel egyenletes meleg éghajlatával tűnik ki. A devonban a mainál melegebb éghajlat uralkodott, de fokozódott az éghajlati övek közötti eltérés. Kifejezett száraz övezetek alakultak ki. Az éghajlati övezetesség élesedésének oka a kaledóniai hegységképződés lehetett. A karbon időszakból származó gazdag kőszéntelepek nedves, meleg éghajlatra utalnak. Az egész Földön közel egyenletes, csökkent övezetességű klíma állhatott fenn, ami a tengerek nagy túlsúlya miatt főképpen óceáni jellegű lehetett. A Karbon végén az északi félteke szárazföldjén száraz meleg klíma kezd kialakulni, míg a déli félgömb több helyén eljegesedés mutatkozik. A Perm időszaka egyenletes, humid éghajlatú lehetett a Föld nagy részén. Eljegesedés nyomai találhatók Dél-Amerikában, Dél-Afrikában, India és Ausztrália területén (feltételezett oka: a hegységképződés). A perm időszak végén egy felmelegedési periódus kezdődött meg.

Földtörténeti középkor

A mezozoikum első szakaszában, a triászban tovább folytatódott a felmelegedés. A déli féltekén csapadékos, meleg éghajlat alakult ki, míg Európa területe szárazzá vált. A jura időszakban Európa csapadékosabbá vált, az éghajlat zonalitása fokozódott, a pólusok lehűltek. A kréta szakaszában fokozottabb éghajlati övezetesség jellemezte a Földet, a mediterrán területeken nedves, meleg trópusi klíma alakult ki, sarki jég feltételezhetően nem volt, a mainál melegebb volt az éghajlat.

Harmadidőszak

A földtörténeti harmadidőszak éghajlatának rekonstruálása már jóval biztosabb, mint a megelőző koroké, mert bővebben tárhatók fel az e korból származó éghajlatjelző maradványok. Általánosan elmondható, hogy a meleg éghajlatú övek a sarkokhoz közelebb helyezkedtek el, mint ma, és a sarkvidékeken is mérsékelt klíma uralkodott. Az európai szárazföld melegebb és nedvesebb volt, erre utalnak az ebben a korban képződött kiterjedt barnaszén-telepek. A harmadidőszak végén a pliocénben lassú lehűlés indul meg, a hőmérséklet fokozatosan elérte a maihoz hasonló értéket.

Negyedidőszak

A földtörténeti negyedidőszak kezdete a pleisztocén, amit eljegesedések jellemeztek. Az eddigi vizsgálatok szerint a Földön ezek mind egyidőben alakultak ki (3.8. ábra). Az északi féltekén több nagy eljegesedési góc keletkezett: Észak-Amerika, Szibéria, Észak-Európa, Alpok, Közép-Ázsia hegységei. A negyedidőszaki jégkorszakon belül több glaciális alakult ki (a jégsapka kiterjedése). Európában ezeket a következő elnevezésekkel illetik: Biber, Donau, Günz, Mindel, Riss, Würm. A glaciális időszakokat megszakították melegebb periódusok a jégkorszakon belül, ezek az interglaciálisok. Észak-Amerikában is kimutathatók voltak az európaiakkal egyidőben az eljegesedési ciklusok: Nebraska, Kansas, Illinois, Wisconsin. A holocén (az utolsó eljegesedéstől számítjuk, ma is tart) klímáját a pleisztocén végét jelentő gyors felmelegedés határozta meg. Ezzel a jégtakarók az Északi- és Déli-sarkok közelébe húzódtak, ami nagyban hozzájárult az ember elterjedéséhez. Arról azonban viták folynak, hogy ez a melegebb klíma egy újabb interglaciális, vagy pedig a korábbi glaciálisok-interglaciálisok láncolatának vége. Természetesen a glaciálisokon és az interglaciálisokon belül sem egyenletes az időjárás, hidegebb (stadiális) és melegebb (interstadiális) periódusok váltják egymást.

Jelenkori éghajlat-ingadozások

Kb. 10-12 ezer évvel ez előttig a nyár középhőmérséklete kb. 5⁰C-kal, a télé kb. 10⁰C-kal volt hidegebb a mainál. Ezután kb. 8 ezer évvel ez előttig a mostaninál melegebb nyarak és telek voltak jellemzőek. Kb. 3-4 ezer éve alakult ki a mai klíma. Az éghajlat-ingadozások jellemző sajátossága a földi klímának, s bár az utóbbi néhány ezer évben az éghajlat stabilizálódni látszik, nem tért el jelentősen a maitól, kisebb ingadozások ebben az időszakban is megfigyelhetők. Izland és Grönland területén végzett glaciológiai vizsgálatok és az Észak- Atlanti térségre vonatkozó tengeri-jég megfigyelések alapján közel ezer évre visszamenőleg rekonstruálták az évi középhőmérséklet valószínű alakulását. Ezen elemzések alapján a XII. században és a XV. század elején legalább olyan magas lehetett a hőmérséklet („középkori hőmérsékleti optimum”), mint a XX. század közepén tetőző felmelegedéskor. Ezzel szemben mostohább éghajlati viszonyok jellemezték az 1580-1700 közötti időszakot, amit „kis jégkorszak” is nevezünk (3.9. ábra). Ebben az időszakban a tengeri jég és a magashegységi gleccserek jelentős előrenyomulása volt megfigyelhető. 1650 körüli hőmérsékleti mélyponttal jellemezhető ez az időszak. A XIX. század első harmadában is hűvösebb volt az éghajlat a mainál.

Éghajlat-ingadozások magyarázata

• Csillagászati hipotézisek

  • Napsugárzás intenzitásváltozása

  • Milankovich-Bacsák elmélet

  • Csillagközi porfelhőn való áthaladás

• Geológiai hipotézisek

  • Wegener hipotézise

  • Hegységképződés

  • Broecker-conveyor

• Fizikai hipotézisek

  • Simpson elmélete

  • Légkör CO2 tartalmának változása

A napsugárzás intenzitásváltozása:

A Nap, mint változó fényességű csillag, változó mennyiségű energiát bocsát ki, 200-250 millió éves ritmus szerint. A napállandó csekély változása is érzékenyen érintheti a Föld hőháztartását, hőmérsékleti viszonyait. A Nap és a Föld felszínének abszolút hőmérséklete és a kisugárzott energiamennyisége közötti kapcsolatot a Stefan-Boltzmann törvény írja le.

Tételezzük fel, hogy a kisugárzás energiamennyisége α-ad résszel megnövekszik, ez maga után vonja a sugárzó test hőmérsékletének β-ad résszel való növekedését.

Az egyenletből kifejezve β-t, az alábbi egyenletet kapjuk:

Milankovich-Bacsák elmélet:

Az elmélet a Nap sugárzását állandónak veszi, és olyan csillagászati okokat keres, amelyek a besugárzás földövenkénti megváltozását idézik elő. A Föld 3 pályaelemének periodikus változásainak kombinációja alakítja ki az elmélet szerint a hőmérsékletingadozásokat, ezek az ekliptika ferdesége, az excentricitás és a precesszió (3.10. ábra).

A besugárzás mennyiségének földövenkénti megváltozása az eljegesedés oka, ennek feltételei az elmélet szerint:

1. a forgástengely ferdesége minimális (a kisebb hajlásszög azt jelenti, hogy kiegyenlítettebb a hőmérséklet az év során, az egyenlítői vidéken fokozódik a felmelegedés, a pólusokon a lehűlés),

2. a pálya lapultsága maximális (amikor az ellipszis elnyúlt, a Föld hosszabb ideig tartózkodik távol a Naptól, és kevesebb sugárzást kap az év során, nagy a naptávol és napközel közötti sugárzáskülönbség, azon a féltekén, amelynek a tele napközelbe esik, az évszakok mérséklődnek, míg azon a féltekén, melynek tele naptávolra esik, az évszakok ellentéte felerősödik),

3. a naptávol nyáron következik be (precesszió befolyásolja a napközel és naptávol időpontját).

E feltételek teljesülésekor a sarkvidékeken erősödik a lehűlés és jelentősen csökken a nyári besugárzás intenzitása, ezért a téli hótömegekből egyre kevesebb olvadhat el, fokozatos hó- és jégfelhalmozódás áll elő. Az elmélet jól magyarázza a negyedidőszaki eljegesedésen belüli glaciálisok és interglaciálisok váltakozását, de nem ad magyarázatot a közöttük lévő jelentős hőmérsékletkülönbségekre (3.11. ábra).

Csillagközi porfelhőn való áthaladás:

A hipotézis szerint a napsugárzás intenzitásának változásai feltételezhetően a Naprendszer csillagközi porfelhőn való áthaladása miatti szóródás hatására alakulnak ki. Feltételezik, hogy az intersztelláris ködön való áthaladás megnöveli a Földre érkező sugárzás mennyiségét, mert a szóródás révén olyan energiamennyiség is eljut hozzánk, ami különben a világűrbe távozna.

Wegener hipotézise:

A kontinensek helyzetének a földtörténet során lezajlott megváltozásával keres magyarázatot a jelenlegi trópusi területeken található egykori eljegesedések jeleire, illetve a mai sarki területeken a hajdani trópusi klímára utaló jelekre. Például kiterjedt eljegesedés uralkodott Gondwanán, azon a hatalmas kontinensen, amely ma Indiát, Dél-Amerikát, Ausztráliát, az Antarktiszt és Afrikát, valamint Ázsia és Észak-Amerika egy részét alkotja (Perm eleje, 3.12. ábra). Valójában Wegener a kontinensvándorlást támogató érveinek jó része az ősi éghajlati viszonyok tanulmányozásából származott. Abból indult ki, hogy sok éghajlatjelző üledékes kőzet ma olyan klíma alatt található, amelynek keletkezése nem elképzelhető.

Hegységképződés:

A hegyképződési folyamatoknak tulajdonítanak klímamódosító (hűtő) hatást. E geológiai hipotézis szerint a hegységképződés időszakaiban nagy földtömegek emelkedtek a magasba és hóval, illetve jéggel borítottakká váltak. Ezeknek a hideggé vált felszíneknek a hűtő hatása a szomszédos nagyobb területekre is kiterjedt.

Broecker Conveyor (óceáni szállítószalag):

Ennek az elméletnek a szülőatyja W. Broecker paleoklimatológus volt, aki felfedezéséért 1996-ban nemzetközi elismerésben részesült. Elmélete szerint az Északi-félteke - a déliéhez képest kellemesebb - éghajlatát az óceáni vízkörzés által az Indiai-óceán felől szállított meleg vízáramlásnak köszönheti. Ez az észak-atlanti térségben mintegy 5-10 °C-os pozitív hőmérsékleti anomáliát jelent. Ezt a globális vízkörzést a sókoncentráció- és a hőmérsékletváltozás működteti, motorjának pedig a Golf-áramlat körzete tekinthető.

A Broecker Conveyor fő vonása a következő: az Atlanti-óceán északi medencéjében az észak felé áramló felszíni víz (Golf-áramlat) Izland közelébe érve 12-13 fokos, a kanadai és grönlandi hideg légáramlatok hatására azonban 2-3 fokra lehűl, és az útközben elszenvedett párolgás következtében a sótartalma is szokatlanul magas. Ez a lehűlés oly mértékben megnöveli ennek a sós felszíni víznek a sűrűségét, hogy az óceán északi csücskébe érve már nehezebb, mint az ottani mély víz, tehát lesüllyed, és a mélyben elkezd dél felé áramlani. A továbbiakban az áramlat nagyobb része Afrika megkerülésével jut el a Déli-óceán cirkumpoláris áramához, majd a távol-keleti trópusi övbe, ahol felszínre tör, és bonyolult utakon Afrikát megkerülve jut vissza az Atlanti-óceán északi részébe.

Broecker elmélete paleklimatológiai vizsgálatokra épül, melyben választ keresett arra a kérdésre, hogy a jégkorszakok időszakain belül miért jelentkeztek időről-időre melegebb szakaszok is. Elmélete szerint az emelkedő hőmérséklet miatt a poláris jégsapkák megolvadnak, aminek következtében nagyobb mennyiségű édesvíz kerül az óceánokba. Ez megváltoztatja az óceánok sókoncentrációját a poláris területek környékén. Mivel az óceáni szállítószalag működését a sókoncentráció szabályozza, a koncentráció csökkenése egy adott határértéket elérve leállíthatja a szállítószalag működését. Ha ez bekövetkezik, akkor az Északi-félteke „meleg-ellátása” megszűnik, hőmérséklete lecsökken, eljegesedik. Ezután az édesvíz hozzáadás csökken, a szállítószalag újra indul, a hőmérséklet újra emelkedik. Az utolsó jégkorszak óta ez az állapot valamilyen - egyenlőre ismeretlen - okból stabilizálódott.

Simpson elmélete:

Ha a Földre érkező sugárzás mennyisége nő, vele együtt emelkedik a hőmérséklet, ez a növekedés a földfelszíni átlaghőmérséklettel arányos, tehát a trópusokon nagyobb, sarkokon kisebb mértékű lesz. Ezzel együtt jár a trópusok és sarkok közötti hőmérsékletkülönbség fokozódása. Ez felerősíti a mérsékelt övi nyugati cirkulációt, aminek a következménye a megélénkülő ciklontevékenység lesz. Ennek következtében nő a felhőzet és a lehulló csapadék mennyisége. A besugárzás csökkenése ezzel ellentétes folyamatot vált ki. A hőmérséklet csökkenése mellett csökkenti a meridionális hőmérsékleti grádiens értékét, gyengíti a mérséklet öv nyugati áramlásait, csökkenti a felhőzetet és a lehulló csapadék mennyiségét. A felhőzet növekedése az erősödő sugárzási szakaszban és csökkenése a gyengülő sugárzási szakaszban megváltoztatja a Föld-légkör rendszer planetáris albedóját, s végső soron változik a hőháztartása is. A Föld különböző helyei ezekre a változásokra különbözőképpen reagálnak. A fagypont alatti hőmérsékletű területeken, ha a sugárzás intenzitása nőni kezd, az évi középhőmérséklet az emelkedés ellenére is egy ideig még fagypont alatt marad, s így a növekvő csapadék hóbőséget jelent. A napsugárzás erősségének növekedése kezdetben az emelkedő hőmérséklet ellenére hó- és jégfelhalmozódást idéz elő. Ha a sugárzás még tovább nő, a hőmérséklet fagypont fölé emelkedik, a hótakaró fokozatosan elolvad, a csapadék egyre nagyobb hányada eső formájában érkezik. Ha a napsugárzás intenzitása csökkenni kezd, a jelenségek fordított sorrendben játszódnak le. A csapadékmennyiség bőséges, a süllyedő hőmérséklet hatására hófelhalmozódás áll be, majd a sugárzásminimum idején a kevés csapadék miatt az alacsony hőmérséklet ellenére stagnál a hófelhalmozódás, sőt a párolgás miatt a hókészletek fogynak. Az elmélet szerint a sarki és magashegységi hó- és jégfelhalmozódás a sugárzásváltozások emelkedő és csökkenő ágában következnek be, míg a sugárzásminimum és –maximum idején a hó- és jégtakaró eltűnése, visszahúzódása figyelhető meg.

Légkör CO2 tartalmának változása:

Ismeretesek olyan fizikai hipotézisek, amelyek a Föld klímájának ingadozását a légkör CO2 tartalmának változásaival és a vulkánosság során a légkörbe jutó vulkáni hamu mennyiségének változásával, közelebbről ezeknek a Föld hőháztartására gyakorolt hatásaival magyarázzák. A vulkáni tevékenység (hamu, aeroszolok) a légkör hűlését idézik elő, az üvegházhatás fokozódása hőmérsékletnövekedést okoz.