Átírás

1 - Az égha) atí rendszer Eghajlati rendszerkénr a légkör ésa vele közvetlentil érintkezőnégy felszíni geoszfera- a hidroszféra, a kioszféra,a kontinentáiisfelszínésa bioszfera_ á tal alkotottinteraktívegyüttestdeíiniáliuk A légkör az éghaj ati rendszerközponti komponense,annakleginkább instabil ésa legnagyobbváltozékonyságot mutatórésze.éoke-iui összetevői (az á andó koncentrációjúnitrogén,oxigén é.sar.go1)a napsugárzásnak a.közegen történő átha adásáta ig,a Föld infravo'clskisugaizilát p;dűefiyáita ában nem u".rorya,o5.lt. Ezze szembenszámos vá tozőtérfogaárányutegko"ri íyomgaz(mint példáula széndioxid, a metán,a dinitrogén-oxid ésa troposzfétabanta á batő őzon)elnyeli a felszín á\a kibocsátott infravörös. sugárzást, majd felfelj és lefelé kisugátozza azt, rnegemelveezze a fe színhez közeli hőmérsékletet. Ézeket,,.'"',tit. tii"gh ázhatásű, gázoknak,ésezért_hír teljestérfogatuk a szátazlevegőnekkevesebb,mint a O, Yo-a _ alapvető szerepet játszanak a rendszer energiaházartásában. A légköri levegő leginkább vá toző összetevője a vízgőz, ameti -tivegházgriz; természetes térfogataránya oá ktirül mozog. A iízgőz, vaiamint ''i"ie"a szén-dioxid és az őzon a rövidhullámú napsugrírzás elnyeiésé9e:l siereptreziut.az említett gázokmellett a i; légkör fontos alkotóelemei a szi árd,.és..'9rinr"irj' részecskék(aeroszolokés felhőelemek),amelyek mind a beérliező,mind á'nm",,o, sugárzásárziütt"ilonyotutt éstérbenerősenvá tozőkölcsöúatásban állnak. A légkör hőerőgépként működik' amely a meridionálisirány mentén eltérő intenzitássa étkezószolarishőt a levegő krilcinbozo skálájúmozgásainakkinetikus energiájáváalakídaát. Ezeknekuo'o,fá,o\?k az á ta ánoslégkörzés bonyolítjale az impulzusnak,a hőnel, u regtömeg?ek -.gyii..".", és a víznek azt a térbeli átvitelét,amely y. éghaj atiállapotnak korláios biztosít: :"fi"g.t a Föld egyetlen pontjánsem alaku].ki progresszív itartősanegyiranyrij,-aito,a,. A hidrosdéraaz összes felszíniésfelszín a!átti vizekből _ az őceánokbólés tengerekből,továbbáa folyókból, tavakból és víztározókból_ tevődik össze. Az óceánok a Föld felszínénekközel?lo/:-?t űtja A világóceán globális vizkorzésének rendszerét kétalapvetőmozgásformaalkotja.az egyikösszetevtj az a közelítőleg lineáris reagálás uiu u nyíróerőre, amelyet a légáramlása felszíni víztétegre kifejt, ezért nevezik az általános iegto.zej ilta1_ mozgatott tengeráramlásnak(vagy Ekman-sodrá;nak); ugyit] Jiiu".u-utoÉni.u-u,, illetve annak északkeletfeléirrínyu őleagázas; "n".t ;; n';i-atlanti-áramlás. A globális vízkörzés másik fő komponensea termohalin cirkuláció, amelyet a tengervíz hőmérsékletének éssótartaimánakmeridionálisg'.di;;';, valamint az At anti-óceán és a Csendes-óceán felszíni sótartalmának asámm etriája tart fenn. Á.,i. nugy hőkapacitása révénaz őceánok hatalmas.""d;;;;;il*, e, így a légkörzésnél lassabb vízkirzés(a világméretű,,óceiíniszá linszala{;l szinten részesea globális energiaegyensúly kialakításának.a jelenleg elfogadoti.s,amrtasokszerint azonbana pólusirányúóceáni hőátvitelcsak a ó. e. u tz.e.r.o*niiartomanybanjátszik igazán meghatároző szerepet; 35, földrajzi szélességnél - ahol a teljes póiusirányu 'a transzportmindkétféltekén a legnagyobb_ azo"jani hőátvitela teljestranszportnak az északiféltekén a22yo-át,a doii fátekénpedig a *oá-átképviseli. Az őceán teljes ''ináo','. ugya'n gyakorlatilag korlátlan kapacitásúszén.víaömege dioxid tároló, de a víznek a felső?s u?ery"uu i.i'.ltti k",,e.edése igen lassú (évezredesidőskálán működő) folyamat, 'et.g"t ésezért u"t"ts,iá_,u;;;;;k ffi átozott mennyiségűszén-dioxidotképesidőegység alatt.r"y.i'i A becslésekszerint a világtengerjelenleg'évente,.,6 :'0'' 9 -szárnel.gy..,t.t.tt1 szén-dio*iáot u.." r.r, ami a fosszilis tize őanyagokelégeté'eiot.,á..;á;.",."pogén légköri szén-dioxid

2 jelenleg közel 30Yo-a, A tengeri üledék oxigén-izotópos szenr yeződésmértékének vizsgá ata lehetőséget nyújt többszázezer éwel eze őtti idők hőmérsékleti viszonyainak a feltárására' 80%-át tarta maző grönlandi és A lcrioszferát a Föld édesviz-kész etének antarktiszi jégmezők, a kontinentális gleccserek, a felszíni hótakaró és a tengerjég alkotják. Jelentőségéta rendszerben nagy reflektivitása és termikus tehetetlensége, alacsony hővezető képessége,továbbá a mélyengeri cirkuláció kormányzásában játszott szerepe biztosítja. A jégmezők mélyebb rétegeibezáródott levegőbuborékok kémiai analízise régmúltkorok légkörénekösszetételéttár1a elénk, a jégben levő 80 1óo; aránya pedig az osszetéte heztartozó hőmérsékletetadja és oxigénizotópok (' meg. A kontinentális felszín vegetációja éstalajállapotahatározzameg, hogy miként jut vissza a napsugárzás energiea a légkorbe. Ennek az energiának egy része infravörös sugárzás formájában melegíti a levegőt, másik részea víz páro gására' és így a légköri vizgőztartalom növelésérefordítódik. A felszínnek a topográfiától és a vegetációtól fiiggő érdességedinamikailag hat alégmozgásra.a kontinentális felszín egyik fontos fonása. a légkörbekerülő aeroszol részecskék A bioszféra az á ta ános értelmezésszerint az é etszíntere a Földön; az a szeweződési szint, amely magába follalja az összes élőlényközösséget, az éwényre jutó kölcsönhatásokkal és anyagmozgásokkal együtt. Klímadinamikai vizsgálatokhoz célszerűaz é etközosségből csak a növényi populációk halmazá'rakorlátozódnunk: a tengeri flőrara és a szfuazföldi flórara (különosen az erdőkre)' A növényzet ugyanis jelentősen befolyásolj a az iveghazgéaok biokémiai körforgalmát, mindenekelőtt a légkör és az óceán szén-dioxid háztartását (a szén-dioxidnak a légkörből a kontinentális felszín növényvilága felé iranyuló fluxusa évente1,4 " 1015g szénnel A légkör hatása a továbbá hatással van az aeroszolok képződésére. egyenértékű), és pollenmaradványokként&ződik meg, és flőrára fosszíliákként, fák évgyúrúiként igen sok ismeret, amivel az elmúlt korok éghajlataról rendelkezünk, ilyen biotikus indikátorok nyomáir került napvilágra. A felszíni geoszferáknak léteznek elemei, amelyek meteorológiai kontextusban nem lépnek interaktív kapcsolatba a környezetükkel. Ilyen elem (és ezért nem tésze az éghajlati rendszernek) például a domborzat, amely mindig egyiranyúhatást fejt ki (felszíni termikus ésmechanikai kényszertgyakorol) a légkör viselkedésére. Es ugyanebből a megfontolásból nem tekintjtik a bioszférarészének sem a faunát, Sem az emberiséget - ugyanakkor elismerve, hogy az emberi tevékenységnapjainkra a figyelem középpontjába került éghajlatalakitő.tényező rangiára emelkedett. E ghajlatalakító-tényezők rendszer elsődlegesena Nap sugárzásaáltal termikusangerjesáett Az éghaj ati rendszer.a mobilis komponensek kinetikus energiájaa súrlódásnyomán végül hővé alakul, amelyet a rendszer infravörös sugárzás formájábanjuttat vissza a világűrbe. Ezértebben akényszetített-disszipatívrendszerbenpotenciális éghajlatalakítótényezó minden olyan hatás, amely a légkör felső határához érkezőnapsugárzás intenzitását, a légkörön belüli sugárzásátvitel feltételeit,továbbá az energiabevételfelszínhez közeli térbeli elrendeződésétperiodikusan vagy véletlenszerűen módosítja, az éghajlrati rendszer állapota pedig az eze <heza vá toző tényezőkhöz l.r.rténőállandó igazodás folyamatátmutada.

3 Stacionárius klímaállapot kialakulá sáúlozegyensúlynakkell beállnia az égbaj ati rendszer által nyert napsugárzásésa rendszer á ta a világűrbe kibocsátoti infravörös sugárzás között. Egyensúlyi klímaállapotban tehát a légkör felső határáná a beérkező és a világűr felé iranyuló hőáramsűniségátlagos ktiltlnbségenulla. Ha a napsugárzás vagy a ftlldsugárzás intenzitásában yá tozás következik be, akkor az egyensúlymegbomlik, ésa rendszer számára energiatöbbletet eredményezőpozitiv, Vagy energiaveszteséget jelentő negatív nettó hőáram alakul ki. Ezt a kiegyensiiyozat anságot a felszíntroposzfera rendszerre ható, Wm-2 egységben kifejezett sugárzási kényszerként definiáljuk. A sugárzási egyensúlyt a klímaállapotnak az új feltételekhez történő igazo dása ái ítja vi ssza. Az éghaj l at kényszer ített vál tozékonysága Sugárzási kényszert természetes és az emberi tevékenységből származő éghajlatalakitő-tényezők (küiső kényszerek)egyaránt kiválthatnak. A természetes külső kényszereklehetnek extraterresztrikusésterresztrikus eredettiek.a legfontosabb extraterresztrikus kényszerekközé tartozik a napsugátzás vá tozékonyságaés a Föld orbitális paramétereinekingadozása. A műholdas mérésekszerint a napállandónak a 11 éves napfoltciklust kísérő vá tozása t0,2 Wm_' kortili sugárzási kényszerrel egyenértékű.ismeretes továbbá, hogy a Nap fejlődésével a teljes kisugárzás intenzitása lassan növekszik. Ennek a folyamatnak a felszín_troposzférarendszerre napjainkban gyakorolt hatását a szakemberek,a Nap aktivitásának 645 és 7 5 közötti csökkenése (az un. Maunder-minimum) időszakáho z viszonyítva, +0,7 Wm-2es szoláris sugárzási kényszenel azonosítják. A Föld orbitális paramétereiközül a Nap könili pá ya lapultsága olyan összetevő, amely a napállandót befolyáso ja' Az excentricitás azonban a földtörténet során mindig igen kicsiny (0,07-nélkisebb) volt; periodikus vá tozásai a napállandót soha nem módosították +0,2oÁ-otelérő értéknél jobban, ami legfeljebb +0,4 fokos globális felszíni középhőrnérséklet-változást okozhatott. A terrbsztrikus éghajlatalakító+ényezőksorábő a vulkiíntevékenységet kell kiemelnünk. A vulkánkittiréseknagy mennyiségűaeroszol részecskét juttathatnak a sztratoszférába, megntivelve a napsugárzás szóródását, amivel csökken az alacsonyabb rétegekbeés a felszínrejutó szoláris energia. igy u vulkántevékenység j elentős tranziens sugárzási kényszerteredményezhet. A sllgátzási kényszethez vezető antropogén hatások az ipai forradalmat ktjvetően váltak mindinkább szrímottevőenregionális' illetve globális méretekben jelentkező külső éghajlatalakítőtényezőkké.az emberi tevékenységa természetes üvegházhatást fokozó gázok kibocsátásáva, továbbá aeroszol részecskéklevegőbe juttatásával és a természetesfelszín átalakításávalképes szándékos''módon ''nem módosítania légkörön belüli sugárzásátvitelt. Direkt sugárzási kényszerkénta légkörben lebegő kicsiny cseppfolyós és szilárd aeroszol részecskékbizonyos típusai a napsugárzás egy részétvisszaverik a világúrbe, ami részben (sőt, helyileg és átmenetileg akfu teljes mértékben) ellensúlyozhatja a fokozott iveghánbatást. Rövid légköri tartőzkodási idejük révén azonban ez a sugátzási kényszertérbenésidőben igen változő; a szu fátrészecskék,a biomassza égetéséből szátmaző aeroszolok és a szerves szénrészecskékáltal előidézettegytittes átlagos sugárzási kényszera modellszámítások szerint _0,7 Wm-2re becsülhető. Vannak azténaeroszolok (például a korom), amelyek elnyelik a napsugárzást, lokálisan melegítve a légkört, vagy elnyelnek és az infravörös tartományban kisugároznak, +O,2 Wm-2-rel járulva hozzá az üvegházhatás

4 fokozásához. Indirekt hatáskéntaz aeroszol részecskékmint kondenzációs magvak a felhőcseppek szárnát, siiníségétés méretétbefolyásolják, megváltoztatva ezze a fe hőzet optikai tulajdonságait, ami mai ismereteink szerint összességében igen bizonytalanértékű, -0,3 és-1,8 Wm-2 közötti sugárzásikényszerteredményez. Afaldhasználat (p;é dáula trópusi esőerdők irtása, vagy az elsivatagosodással járó túllegeltetés)mint antropogén éghajlatalakítő-tényezőelsősorban a felszíni albedó növekedésétokozva jelenik meg. Az ehhez kapcsolódó sugárzási kényszert0,2 Wm_2-rebecsülik, ésennek az értéknek mintegy a fele az emberiségtörténetének utolsó, iparosodott korszakában alakult ki. Az éghaj l at szab ad vált ozékonysága A fentiekben áttekintett, természetes és antropogén eredetű kutső éghajlatalakitő.tényezókáltal keltett kényszerítelí klímamódosulás mellett az éghaj ati állapot viselkedésénekmeghatároző vonása a természetesszabad változékonyság. Mtíködik ugyanis egy természetesbelső éghajlat-alakírómechanizmus is, amely a rendszer komponensei között kialakuló nemlineáris kölcsönhatásokkal (visszacsatolásokkal), illetve az aperiodikus (kaotikus) jellegű szabad változékonysággal Íiigg tjssze. Mindaz a bizonytalanság, ami a múltbeli klímaváltozások és a napjainkban megfigyelt éghajlati tendenciák oksági magyaúr;atát,továbbáegy jövőbeli klímaállapot projektálását (feltételeselőrejelzését) óvezi, a természetes éghajlatalakító-tényezőkneklegnagyobbrészt erre a belső mechanizmusára vezethető vissza. A belső éghajlatalakító mechanizmus különbciző tényezőit sorra véve, a klímadinamika egyik dilemmája, hogy az antropogéneredetíi ivegházgazok á tal 750 őta keltett sugárzási kényszer miként realizálódott: az energiabevétel többletének hányad része fordítódott a felszín hőmérsékletének emelésére,illetve mennyi az a hő, amely napjainkban az őceánban tárolódik, és amelyet,)nem. realizáiódott melegedés,' néven szokás emlegetni. A legújabb becslések szerint a vilígóceán felső 3000 m vastag rétegének a hőtartalma l955 és2003 között I4,5 x 1022 J értékkel növekedett, ámi a víztömeg 0,037 fokos átlagos hőmérsékletemelkedésének felelmeg, ésamelyértnagy valószínűséggel az antropogénkényszera felelős. Ha feltéte ezzuk,hogy egy, a világóceán középhőmérséklete0,1 fokos melegedésévelegyenértékűhő hirtelen a légkörbe táplálódik, akkor az a globális felszínihőmérsékletet100 fokkalemelné meg,eza folyamatnyilvánvalóun,oha,,"m fog bekövetkezni, viszont jól illusztrá ja az óceánnak a légkörhöz viszonyított hatalmashőkapacitását. Az égbaj atirendszer komponensein belüli, valamint a komponensek kcizötti kölcsönhatások kérdésére térve,a klíma érzékenységét nagymértékbenmeghatfuoző pozitív és negatív visszacsatolások egész sora eredményezheti a klímaállapot természetes változékonyságát.egy pozitív visszacsatolásrapéldaa hőmérséklet-jégalbedó visszacsatolás: a felszíni hőmérsékleicsökkenése a jogtakaró kiterjedésének növekedéséhez vezet, ami fokozza a beérkezo napsugárzás visszaverődésének mértékét,és ezze további hőmérséklet-csökkenéstvon maga után' A negatív visszacsatolás alapvető és hatékony esete a sugárzásos csillapodás: az infravörös kisugárzás intenzitása a hőmérsékletnegyedik hatványával növekszik, így a folyamat jelentősen kor átozz4az eredeti hőmérséklet-emelkedés mértékét. a kcivetkezőkbena visszacsatolások koztil azokat a fizikai folyamatokat emeljük ki, amelyek a leginkább meghatározó jelentőségűek lehetnek a 21. század klímaállapotának iovábbi módosulásában.

5 A légkörön belül az egyik legfontosabb éghajlatalakitő-tényező a vízgőztartalom változásdval 1sszefi;ggő visszacsatolás, arne y ktizelítőleg meg is duplázhatja art a me egedést,ami rögzített vizgőztartalom eseténkövetkezne be. A folyamat lényege, hogy magasabb hőmérsékletennagyobb a telítésigőznyomás (a levegő nagyobb mennyiséguvízgőzbefogadásáraképes),ésmivel avízgőzhatékony uvegházgáz, a melegedés pozitív visszacsatolási mechanizmust indíthat el' Ugyanakkor a vizgőz a napsugárzást is intenzíven abszorbeálja, ami tovább fokozza a rendszer melegedését. Mivel a légkör túlnyomó része telítetlenállapotban van, a hőmérsékletemelkedése nem jelenti automatikusan, hogy a vízgőztartalomnak is növekednie kell. A légkör alsó, 1-2 km vastag, jól keveredett turbulens határrétegébe avízgőz elsősorban közvetlen formában, a felszínről történő párolgás t tjéntáp álódik be, ésa vízgőúartalom ebben a rétegben a hőmérséklet emelkedésével valóban növekszik. Ezze szemben a planetáris hatrírréteg ft'lötti szabad troposzférában- ahol (ellentétbena határréteggel) avízgőz üvegházhatásaigazán hatékonyanérvényesül_ avízgoztartalom alakulására kizárő ag termodinamikai megfontolásokkal nem tudunk következtetést levonni: a szabad-troposzferikus vizgőz viselkedésének kormányzásában bonyolult, nehezen szimulálható hidrodinamikai ésmikrofi zikai folyamatok is közreműködnek. Egy jövőbeli klímamódosulás kiszámításáná a legnagyobb bizonytalanságot kétségetkizarőan' afelhőzet_sugárzás visszacsatolás okozza. A felhőzet a légkörben lebonyolódó sugárzásátvitelt a bolygó felhőborítottsága, valamint a felhőelemek mennyisége, mérete és ha mazá apota fliggvényében befolyásolja. A felhők a sugárziísi mérleg negatív, _10 és _2O Wm_2 kozé becsülhető egyensúlyát eredményezik,ugyanis a felhőzet üvegházhatásából származó, +30, +35 Wm-2 körüli infravörös melegítő hatás kisebb, mint a felhők nagy albedójából eredő, _45 és _50 Wm-' közötti értékűrövidhullámú hűtő hatás. Mint látjuk, ennek a sugárzási mérlegnek a bizonytalansága egy nagyságrenddel nagyobb egy antropogéneredetű szén-dioxid duplázódás +4 Wm-2-es sugárzási kényszerénél. Kérdéstehát, hogy az úvegházgánoknakaz emberi tevékenységnyomán a jövőben várható koncentrációnövekedése során a fe hőzet-sugárzás visszacsatolás továbbra is negatívmarad-e. Ha a légkör melegszik, akkor intenzívebbéválik a párolgás, ami feltételezhetően növeli a levegő víztarta mát,de nem feltétlenülnöveli meg a globális felhőborítottságot. A légkör ésa hidroszféra kazött kialakuló kölcsönhatásoé sorábói elsősorban az őceánok általános vizkörzésének lehetséges átrendeződésétkell kiemelntink. Tudjuk, hogy a termohalin cirkulációt az At anti-óceán északi része szubpoláris eredetűhideg és sós (tehát sűnibb) vízéneka süllyedésehajtja, amelynek helyébea felszínen az Egyen itő térségébőla szoláris hőközlés nyomán meleg, és az intenzív párolgás következtébennagy só.koncentrációval rendelkező víz áram ik.a levegő és a tengerfelszínhőmérsékletének, valamint a tengervízsótartalmának a megvá tozása ezértjelentősen módosíthatjaennek a cirkulációs formának a szetkezetét'ha a polaris tartományok melegedéseés csapadékosabbáválása, továbbá a tengewiznek a sarki jégmezőkből leszakadó jéghegyek olvadása nyomán az At aati-óceánt északról szegé yező Labrador-, Irminger- és Grönlandi-tengerből melegebb és csclkkent sótartalmú viz ép be az óceánba, akkor ez a fo yamat a termohalin cirkuláció gyengülését, sőt annak teljes leállását válthatja ki. Ilyen eseményutoljiíra8200 éwel ezeiőtt, az utolsó glaciális szakaszból történt kilábalást kísérő egyik intenzív felmelegedési időszak során következett be' amikor a Norvég-tenger felszíni jelentősen csrjkkent, és ennek eredményekéntközép-európában az vízhőmérséklete évesktizéphőmérséklet hirtelen kétfokkal esettvissza.

6 ó í ű í ő á í á í é ű é é í é á ü é í é é á á ó é ü ö ő á á á Ó é é ő é á é í é á ő ú á á ő ú á á é é í ö é ű ö á á á é ö é ö ő á é á é é é á é ö ü é é á á é ó é á ó á á é á á ő á é é í á á ú ó é é é á á á é ű ű ő á ő ö ö ó í ö ö á é á é á é é á ö á ő é é é á ú é é é í í á é ó é ö é é é ó ó é ő á á é é ő ő ó ú í ü ő é í ó é á