A. AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATI VÁLTOZÉKONYSÁG

Átírás

1 Bevezetés Napjainkban a klimatológia fontossága rendkívüli módon megnövekedett. Ennek oka a légkör megnövekedett szén-dioxid tartalma és ennek következménye, a lehetséges éghajlatváltozás. Változó éghajlat esetén pedig problémát jelenthet a szükséges élelem megtermelése a megváltozott körülmények között. Ezért az agroklimatológia is az érdeklıdés homlokterébe került. A figyelem az éghajlat változékonyságára irányult. Az éghajlatnak ugyanis a változékonyság a legfontosabb tulajdonsága. Az éghajlati változékonyságot pedig akkor érhetjük meg igazán, ha megismerük az éghajlati rendszer mőködését. Legalábbis a mőködésének a lényegét, s azt, hogy a mőködésén keresztül hogyan gyakorol hatást a mezıgazdasági termelésre. A mezıgazdaság termeli meg az emberiség számára az élelmet. Ezért az emberiség kiemelt figyelmet fordít arra, hogy az élelmiszertermelés folyamatosan biztosítsa az emberi szükségletet. Az éghajlat ingadozása jelentıs bizonytalansági tényezıje ennek a folyamatnak. De nemcsak az élelmiszertermelésben bizonytalanságot okozó éghajlat változékonyságáról van szó, hanem felmerül annak lehetısége is, hogy a változékonyság átfordul változásba. Ez pedig már a mezıgazdasági termelésben jelentıs átalakításokat kívánna meg. A klimatológusok, s minden olyan terület szakemberei, amelyre hatással van az éghajlat, emiatt nagy figyelmet fordítanak az éghajlat változékonyságának tanulmányozására. Különösen fontos a hatásvizsgálat a mezıgazdaság számára. Így az agroklimatológusok is jelentıs részt vállalnak az éghajlati ingadozás és annak mezıgazdasági hatásának elemzésében. A többirányú közelítés eredményeként az egyes szakemberek sokszor különbözıképpen értelmezik ugyanazokat a fogalmakat, sok esetben még az alapvetı tények megítélésében is jelentıs különbségek mutatkoznak. Ez a monográfia címének megfelelıen agroklimatológiai szemlélető, s alapvetıen az agroklimatológiai közelítéső külföldi munkák felfogására épül. Ebbıl a szempontból vizsgál minden jelenséget, ugyanakkor maximálisan törekszik arra, hogy a benne található megállapítások elméletileg megalapozottak, s a tényekkel egybehangzóak legyenek. S törekszik arra is, hogy a mezıgazdasági szakterületek szakemberei számára közérthetı formában mutassa be az éghajlati rendszer mőködését és annak a hatását. A szerzık köszönetüket fejezik ki az OTKA-nak, hogy a téma kutatását a T számú pályázat finanszírozásával támogatta. 3

2 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS A. AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATI VÁLTOZÉKONYSÁG 1. Az éghajlat és a növénytermesztés Az éghajlat és a növények közötti kapcsolat elemezése nagyon fontos feladat, hiszen az emberiség mindig adott éghajlati viszonyok között termeli meg a számára szükséges élelmet Mivel ezek a viszonyok az ember által nem szabályozhatók, a legfontosabb feladat, hogy alkalmazkodjunk hozzájuk. Ahhoz azonban, hogy alkalmazkodni tudjunk, meg kell ismernünk azokat a törvényszerőségeket, amelyeken keresztül az éghajlat a növények életét befolyásolja. Ahhoz, hogy az éghajlatnak a mezıgazdasági termelésre gyakorolt hatását megismerhessük, mindenekelıtt ismernünk kell az éghajlati rendszer mőködését, majd pedig ismernünk kell a légkör, valamint a mezıgazdasági termelés tárgyai és folyamatai közötti kölcsönhatásokat (1.1 ábra). 1.1 Az éghajlat és a növénytermesztés közötti kölcsönhatás Az éghajlat bonyolult rendszer, amely hosszabb idıszakra vonatkozóan a légköri viszonyok adott állapotát jellemzi. Az éghajlati rendszer mindenkori állapota a rendszerre ható belsı erık (a légkör összetétele, a felhızet stb.), a külsı erık (napsugárzás, csillagászati hatások stb.), és a visszacsatolási hatások (a légkörben lévı vízgıztartalom változásai, a felhızet által okozott sugárzásbeli változások stb.), valamint az iparosodás kezdete óta fokozódó mértékben az emberi tevékenység által kiváltott hatások (légkörbe juttatott szennyezıanyagok, a felszíni viszonyok megváltoztatása stb.) következménye. Éghajlati viszonyok. A légkör állapotát hosszabb távon jellemzı éghajlatot a napsugárzás energiája tartja fenn. A beérkezı napsugárzás energiája és a földi kisugárzás energiája egyensúlyba kerülve egy olyan hımérsékletet alakít ki, amely mellett az éghajlati elemek egymással való kölcsönhatása, 4

3 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS valamint a többi környezeti rendszerrel való kölcsönhatása létre hozza az éghajlati elemek összefüggı rendszerét, amelyet éghajlati viszonyoknak nevezünk. Ezek a viszonyok adott egyensúlyi hımérséklet és adott környezeti viszonyok változatlansága mellett jellemzik egy adott hely éghajlatát. Az egyes éghajlati elemek értékei azonban még ilyen körülmények között sem ismétlıdnek, hanem egy meghatározott intervallumon belül állandóan ingadoznak. Ezért mondjuk azt, hogy az éghajlat legjellemzıbb tulajdonsága a változékonyság. 1.1 ábra. Az éghajlati rendszer és a növénytermelés közötti kölcsönhatás Az éghajlati elemek értékeinek idıbeli változása során elıfordulhat, hogy az ingadozás változatlanul azonos érték körül megy végbe. Ilyenkor a jövıben hasonlóak maradnak az éghajlati viszonyok, mint korábban voltak. Ha azonban az ingadozás tartománya fokozatosan az alacsonyabb vagy a magasabb értékek irányába tolódik el, akkor a jövıbeli éghajlati viszonyok megváltoznak. Ekkor megváltozott éghajlati viszonyok között kell a szükséges élelmet megtermelni. Az éghajlatváltozás elırejelzése azonban napjainkban még nem megoldott feladat (Bartholy és Mika 1998). Az éghajlat mint erıforrás Az ember természeti környezetét a légkör (atmoszféra), a felszíni és felszín alatti vizek (hidroszféra), a szilárd talajfelszín (litoszféra) és az élıvilág (bioszféra) alkotják. Közülük az elsı három az élettelen természet összetevıit (abiotikus tényezık) foglalja magába, az utolsót pedig a növények, az állatok és végsı soron maga az ember (biotikus tényezık) jelentik. 5

4 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS Ezt a természeti környezetet vizsgálva az ember és az ember által alkotott társadalom szempontjából vizsgálva azt tapasztaljuk, hogy a környezet egyrészt nékülözhetetlen életfeltételeket elégít ki, másrészt anyag- és energiaforrásul szolgál. A természeti környezet által biztosított életfeltételeket, anyag- és energiaforrásokat, amelyeket az ember a termelés egy adott szintjén szükségleteinek kielégítésére hasznosít természeti erıforrásoknak nevezzük (Thyll 1996). A természeti erıforrásokkal való tudatos és ésszerő gazdálkodás azonban szélesebb és komplexebb feladatot jelent, mint az erıforrások egyszerő hasznosítása. Különösn így van ez a mezıgazdaság területén (Petrasovits 1978). A légkör a Földet körülvevı légnemő burok, amelynek jelenlegi összetétele az élıvilággal szoros kapcsolatban alakult ki. A légkör és az élıvilág közötti szoros kapcsolat jelenleg is fennáll. Napjainkban is a légköri hatótényezık a legfontosabbak környezeti tényezık a növények növekedése, fejlıdése és produktivitása szempontjából. A haszonállatok élete is alapvetıen az általuk fogyasztott növényektıl függ, ezért közvetve a haszonállatok is a légköri viszonyok függvényei. Természetesen az állatok közvetlenül is érzékenyek a meteorológiai hatásokra, elsısorban a hımérsékletre és a nedvességre. Ily módon az egész élelmiszertermelés erıteljesen függ a meteorológiai viszonyoktól. Czelnai (1978) vizsgálatai szerint a légkörben végbemenı folyamatok a gazdasági tevékenységet mintegy 5-10 %-ban befolyásolják, a befolyásolás mértéke azonban a mezıgazdaság és vízgazdálkodás esetében a 30%-ot is meghaladhatja. A légkör állapotát hosszútávon az éghajlat jellemzi, amely megszabja, hogy egy adott helyen milyen növények termeszthetık, az év melyik idıszakában termeszthetık és milyen hatékonysággal termeszthetık. A meteorológiai viszonyok éven belüli és évek közötti ingadozásai az elsıdleges okai a terméshozamokban mutatkozó ingadozásoknak, egyes meteorológiai extrém jelenségek pedig (fagyok, aszály, jégesı stb.) a mezıgazdasági termelés alapvetı kockázati tényezıi. És ez még a magas agrotechnikai szint mellett folyó termelés esetén is igaz. Egy adott éghajlat azt is behatárolja, hogy az egyes gazdasági növényeknél milyen maxiláis hozamok érhetık el, milyen az adott terület éghajlati potenciálja (Antal 1978; Varga-Haszonits 1981; Láng 1983; Szász 1985). Mindent összevetve a légkör a mezıgazdaság számára egyrészt természeti adottságot jelent, másrészt a termelés erıforrása (Béll 1982) és kockázati tényezıje. A légköri erıforrások magukba foglalják a légkör anyagait (alapgázok, vendéggázok stb.), a napsugárzás energiáját, a légkör tulajdonságait (hımérséklet, nedvesség stb.) és 6

5 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS a légkörben lejátszódó folyamatokat (szél, csapadékképzıdés, párolgás stb.). A légkör anyagai. A légkört alkotó összetevık egyrészt a növényekkel folytatott anyagcsere folyamatokon keresztül, másrészt a sugárzási viszonyok befolyásolásán keresztül gyakorolnak hatást a növények és állatok életére. A légkört alkotó fıbb alapgázok (a nitrogén és az oxigén) közül mindkettı molekuláris formában fordul elı a felszín közelében, s mindegyik fontos az élet szempontjából. A nitrogén nélkülözhetetlen tápanyag a növények számára, amely egyedül csak a légkörben áll rendelkezésre. Innen kerül a talajba, majd a növények szervezetébe. Az oxigén a légzéshez nélkülözhetetlen. A levegıbıl veszi fel a növény, hogy a légzés végbemehessen. A vendég gázok közül a vízgız a legfontosabb. Egyrészt az élıszervezetek felépítésének fontos eleme, másrészt a fotoszintézis folyamán is az egyik alapvetı szervetlen anyag, ami a szerves anyag képzıdéshez szükséges. A fotoszintézis másik alapvetı anyaga a széndioxid ugyancsak légköri vendéggáz. Ezek azok a légköri anyagok, amelyek résztvesznek a légkör és a növények közötti anyagcserében, amelyen keresztül a légkör hatást gyakorol a növények életére. Az oxigén és a széndioxid az állatok légzésében is szerepet játszik. Az anyagcsere folyamatokon keresztül tehát a légkör összetevıinek közvetlen hatása érvényesül. A légkör összetevıi azonban közvetett hatást is kifejtenek. Egyrészt a légkörben lévı molekuláris nitrogén (N 2 ), molekuláris oxigén (O 2 ) és ózon (O 3 ) kiszőrik a napsugárzásból az élıvilágra káros (sejtroncsoló) hatású ultraibolya sugarakat (ózonpajzs). Másrészt a légkörben található fontosabb vendéggázok: a vízgız (H 2 O), a széndioxid (CO 2 ), a metán (CH 4 ) és a dinitrogén oxid (N 2 O) a rövidhullámú napsugárzást átengedik, míg a talajfelszín hosszúhullámú kisugárzásának jelentıs részét elnyelik és visszasugározzák a felszínre (üvegházhatás), s ezzel emelik a felszín közeli légkör hımérsékletét. A napsugárzás energiája. A Napból érkezı sugárás szolgáltatja az energiát minden földi élet számára. Lényegében minden légköri energia forrása a Nap. Energiája szükséges a különbözı felszínek és a levegı felmelegítésére, a párolgáshoz, a légmozgáshoz, s egyéb légköri folyamatokhoz (Major 2001). Emellett a növények a napsugárzás energiáját használják fel arra, hogy szervetlen anyagokból szerves anyagokat állítsanak elı. A légzéskor lebomló szerves anyagokból származó energiát használják az élılények saját energiaszükségletük fedezésére. A napsugárzás energiája a légkörön keresztül jut el a földfelszínre. A légkörön áthaladva a légkör összetevıi közül a nitrogén, az oxigén és az ózon kiszőri az életre káros ultraibolya sugárzást. A felmelegedett talajfelszín által 7

6 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS kisugárzott energiát pedig a vízgız, a széndioxid és egyég üvegházhatású gázok jelentıs részben elnyelik, s visszasugározzák a földfelszínre. Ezáltal mintegy 33 fokkal melegebben tartják légkört annál, mintha az csak az alapgázokból állna. Az ultraibolya sugárzás elleni védıpajzs és az infravörös sugárzást visszatartó hıtakaró között a légkörön van egy ablak, amelyen keresztül az élet szempontjából nélkülözhetetlen fotoszintetikusan aktív sugárzás zavartalanul beérkezik. A légköri elemek. Az élet szempontjából a hımérséklet alapvetı fontosságú tényezı. Egyrészt az élet csak bizonyos hımérsékleti határok között létezhet, másrészt a hımérséklet erısen befolyásolja a biokémiai reakciók lefolyásának a sebességét. A légköri nedvesség szinte minden elıfordulásában (légnedvesség, csapadék, párolgás, talajban tárolt víz) befolyással van az életre. A víz alkotó eleme az élılények szervezetének, szervetlen anyagként fontos alapeleme a fotoszintézisnek, a tápanyagok vízben oldott formában jutnek el a növényi szervekhez, s a transzspiráció biztosítja az ehhez szükséges vízmozgást a talajból történı vízfelvételtıl a növényen át történı vízmozgáson keresztül, egészen a sztómákon át a levegıbe történı párolgásig. A légköri folyamatok. Az egyik, mezıgazdasági szempontból legfontosabb légköri folyamat a párolgás. Ennek döntı szerepe abban van, hogy a talajban lévı vizet és a vízben oldott állapotban lévı tápanyagokat eljuttatja az asszimiláló szervekhez. A folyamat mozgatóereje a napsugárzás és a levegı párabefogadóképessége (a telítési hiány). A levegıben lévı vízgızt az emelı mozgások a magasba viszik, ott lehől, kicsapódik, felhık képzıdnek, majd víz formájában visszahull a földfelszínre. Ez a folyamat pozitív oldala. A túlzott mértékő párolgás azonban hosszabb csapadékmentes idıszakkal párosulva erısen lecsökkentheti a talajban lévı vizet, akár olyan mértékig, hogy azt a növények már csak nehezen vagy egyáltalán nem tudják felvenni. S ez a növényzet számára pedig már káros. A különbözı légnyomású területek között a magas nyomású területrıl az alacsonyabb nyomású terület felé megindul a légáramlás (szél). A légáramlások más meteorológiai jellemzıkkel (hıméséklettel, nedvességgel stb.) rendelkezı légtömegeket szállítanak egyik helyrıl a másikra, s ezzel jelentıs befolyást gyakorolnak a növényi életre. A viharos erejő szél ugyanakkor megdöntheti a növényzetet, vagy a kevésbé kötött talajok felszínérıl a talajszemcséket felkapja és a növényállományra zúdítja (homokverés). A légköri erıforrások hosszútávú jellemzıi. A Napból a földfelszínre érkezı energia mennyisége, valamint a földfelszínrıl történı kisugárzás erıssége a változó légköri összetevık függvénye. Az ily módon szabályozott energia mennyisége erıs befolyással van az egyes légköri elemek alakulására 8

7 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS és a légkörben lejátszódó folyamatokra. Ezek együttesen alakítják ki a légkör pillanatnyi állapotát, az idıjárást és a hosszabb idıszakra meghatározott állapotát, az éghajlatot. Ezért sokszor nem is légköri erıforrásokról, hanem vele egyenértékően éghajlati erıforrásokról szoktak beszélni. Az éghajlat, mint természeti adottság. Hazánk egyik legfontosabb természeti erıforrása az éghajlat. Az éghajlat szerepe a mezıgazdasági termelésben azért különösen jelentıs, mert a növénytermesztés a szabad ég alatt folyik, vagyis mindig meghatározott környezeti, köztük meteorológiai viszonyok között végezhetı. Ezekhez a viszonyokhoz, területi sajátosságaikhoz a mezıgazdasági termelésnek alkalmazkodni kell. Így az éghajlat a szabad ég alatt folyó növénytermesztésnek feltételrendszere, amely megszabja, hogy egy adott helyen milyen növények termeszthetık, s azt is, hogy az év melyik idıszakában. Mivel a növények termesztése a szabadban történik, azt mondhatjuk, hogy egy adott termıhely éghajlata a növénytermesztés elsıdleges feltételrendszerét képezi. Mivel az éghajlat az egyik legkevésbé befolyásolható környezeti rendszer, elsıdleges feladatunk alkalmazkodni hozzá. Ehhez pedig mindenekelıtt meg kell ismernünk, hogy az adott termıhelyen milyen éghajlati viszonyok uralkodnak. Meg kell ismernünk azt a hatásmechanizmust, amelyen keresztül az éghajlat a növények életét befolyásolni képes. Az éghajlat, mint hatótényezırendszer. A termeléshez energia és nyersanyag szükséges. A növénytermelés az energiát és a nyersanyagot is a környezetétıl kapja. A szerves anyag termeléséhez szükséges energiát a napsugárzás biztosítja, a szerves anyagok képzéséhez szükséges szervetlen anyagok: a szén-dioxid és a víz, a légkörbıl kerülnek a növényekhez, de a légzéshez nélkülözhetetlen oxigén vagy a növények tápanyagellátása szempontjából fontos nitrogén is. Emiatt a légkört a növénytermesztés erıforrásának tekinthetjük. A légkör egy olyan közeg, amely állandó változásban van. Ugyanazok a hatótényezıi évente más-más intenzitással és/vagy tartammal jelennek meg. Ezek a légkörben lejátszódó változások azután befolyással vannak a növényekben lejátszódó folyamatokra. Hol gyorsítják, hol lassítják a növények életét meghatározó biokémiai folyamatokat. Ennek megfelelıen alakul a növények növekedése és fejlıdése is, s végsı soron a produktivitásuk is. Ez okozza az évrıl-évre történı termésingadozásokat. Az éghajlat, mint kockázati tényezı. A mezıgazdasági termelés sajátossága, hogy a megfelelı idıben, kellıen elıkészített magágyba vetett és gondosan nevelt növények sem biztos, hogy termést hoznak, vagy esetleg hoznak termést, de csak lecsökkentett mennyiségben. Egyes légköri tényezık ugyanis meghatározott intenzitási szintet elérve (fagy, szárazság, vihar stb.) a termést jelentıs mértékben károsíthatják, vagy teljesen el is pusztíthatják. 9

8 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS Ezért bizonyos légköri jelenségek a mezıgazdasági termelés káros tényezıi közé sorolhatók, amelyek egyúttal a termelés alapvetı kockázati tényezıit is jelentik. Az adott termıhelyen a növények a leggyakrabban elıforduló viszonyokhoz alkalmazkodnak. Ezért a kutatók egy jelentıs része úgy látja, hogy a növényekre a ritkán elıforduló és/vagy szélsıséges jelenségek sokszor nagyobb hatással vannak, mint a gyakran elıforduló viszonyok változása. Az extrém jelenségek jelentıs károkat okozhatnak a növények termelésében, sıt gyakran a növények teljes pusztulását is okozhatják, ezért az extrém jelenségek vizsgálatára is nagy gondot kell fordítani. Az éghajlat, mint a környezete által befolyásolt rendszer. A 21. század népességi és technikai viszonyait figyelembe véve, mindenkor szem elıtt kell tartani, hogy az egyes emberi tevékenységek jelentıs befolyással vannak a környezetünkre. Különösen vonatkozik ez az ipari termelésre, de a környezet-befolyásoló emberi tevékenységek közé sorolható a mezıgazdasági termelés is. A legismertebb ilyen mezıgazdasági tevékenységek: az erdıírtás, amely csökkenti a széndioxid elnyelését végzı zöld növényzetet, a mocsarak lecsapolása, mert csökkenti a párolgást és növeli az albedót, az öntözés, mert növeli a párolgást és csökkenti az albedót és azok a tevékenységek (szántás, ásványi eredető trágyák használata, tarlótüzek, erdıtüzek stb.), amelyek a levegıbe szilárd részecskéket vagy üvegházhatású gázokat juttatnak. Az emberi tevékenység éghajlat-befolyásoló hatása területi méretben a hatás intenzitásától függıen globális, regionális és lokális szinten szokott jelentkezni. A fenti felsorolásban trópusi erdık nagy mérető irtása jelenti a globális szintet, míg a többi tényezı inkább csak regionális vagy helyi szinten hat. Éghajlati potenciál. Az adott növény termesztése szempontjából optimális környezeti-éghajlati viszonyok között elérhetı maximális terméshozamot tekinthetjük lehetséges éghajlati potenciálnak, az adott környezeti-éghajlati viszonyok közötti maximális terméshozamot pedig tényleges éghajlati potenciálnak. A vegetációs periódusok évenként változó meteorológiai viszonyai jelentıs mértékben befolyásolják a terméshozamokat. Ezért a termésstabilitás alapvetıen a meteorolgóiai tényezık függvénye. A mindenkori terméshozamok és az éghajlati potenciál közötti különbség lényegében megmutatja, hogy az adott termıterület környezeti (meteorológiai) viszonyainak további kihasználásában milyen lehetıségek rejlenek. 10

9 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS A növénytermesztés hatása az éghajlatra A mezıgazdasági termelés is egyike azoknak a tevékenységeknek, amelyek hatással vannak az éghajlatra. Az emberi tevékenység éghajlat-befolyásoló hatása, a hatás intenzitásától függıen területi méretben három szinten szokott jelentkezni, mégpedig lokális, regionális és globális szinten. A mezıgazdásági tevékenység befolyása elsısorban lokális és regionális szinten jelentkezik, de bizonyos esetekben globális szinten is figyelembe kell venni. A mezıgazdasági tevékenység éghajlatra gyakorolt hatása amint már korábban is bemutattuk alapvetıen a következıkkel kapcsolatban figyelhetı meg: - az erdıirtás és a mezıgazdasági terület kiterjesztése, - az ásványi trágyák használata, - a melioráció és az öntözés alkalmazása és - a légkör összetételét befolyásoló tevékenységek végzése. Erdıirtás és a szántóterület kiterjesztése. Távérzékeléssel kapott adatokra épülı statisztikai becslések szerint a Földön az erdık által borított terület nagysága km 2. Ez hozzávetılegesen 10%-a az egész Föld felszínének és 33%-a a szárazföldek felszínének. A vegetáció által asszimilált széndioxid 42%-a az erdıkre esik. A mezıgazdasági célokat szolgáló erdıirtás, erdıtüzek, fakivágások és vegetáció-égetés miatt csökken a légköri CO 2 elnyelése, s emiatt növekszik a légkör szén-dioxid tartalma. A vegetációtól megtisztított területeket rendszerint mezıgazdasági célokra hasznosítják, ezért felszántják. A mővelés alá vont talajok pedig a talaj-humusz oxidációja miatt fokozatosan vesztik el széndioxid tartalmukat, amely szintén a légköri széndioxid mennyiségét növeli. Ez évente jelentıs mennyiséget tehet ki, bár becsült értékei szerzınként eltéréseket mutatnak. Egyes szerzık szerint az erdık kiirtása és a szántóföldek növelése következtében eddig már tonna széndioxid halmozódott fel a légkörben, s ez évente további tonnával növekszik. Más szerzık becslése szerint viszont az évi növekedés elérheti a tonnát. A légkör széndioxid tartalmának növekedése pedig az "üvegházhatás" néven ismert jelenség felerısödéséhez vezethet, ami fokozatos hımérsékletemelkedést idézhet elı. Az erdıirtás és a szántóföldek kiterjesztésének másik következménye a felszín sugárzásvisszaverı képességének, az albedónak a változása. Egyes adatok arra engednek következtetni, hogy az elmúlt 6000 év alatt az északi féltekén 0,138-ról 0,157-re növekedett az albedó, a déli féltekén pedig 0,141-rıl 0,154-re. Ez a növekedés valószínőleg a felszíni globális hımérséklet 0,13 fokos csökkenéséhez vezetett. Numerikus kisérletek azt mutatják, hogy a visszaverı képesség 10%-os változása a felszínen, az átlagos globális hımérséklet megközelítıleg 1 fokos változását eredményezheti. Egyes modellkísérletek szerint ha a szántóterület évente 1%-kal nıne, és az 11

10 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS albedó ezzel párhuzamosan a csernozjom talajnak megfelelı 0,07-rıl a mővelt területekre jellemzı 0,25-re emelkedne, akkor a Föld hımérséklete 1 fokkal csökkenne. Az utóbbi 200 év alatt a Földön a mezıgazdasági terület nagysága km 2 -rıl km 2 -re nıtt. Ez a növekedés azonban csak 5-10%-a a szárazföldek teljes területének és mindössze 1,5-3,0%-a a Föld egész felszínének. Ennek következtében az albedóban és a párolgásban (hımérsékletben) bekövetkezett változások az északi féltekén legfeljebb csak regionális éghajlatmódosuláshoz vezethettek. Az erdıirtás és a szántóterület növekedése (talajmővelés) tehát egyrészt növeli a légkör CO 2 tartalmát, s emiatt intenzívebb fotoszintézissel és emelkedı hımérséklettel lehet számolni. Másrészt növekszik az albedó is, ennek pedig a nagyobb sugárzásvisszaverı képesség miatt hımérsékletcsökkenés lehet a következménye. Ásványi eredető trágyák használata. A világszerte alkalmazott nitrogéntartalmú mőtrágyák mennyisége eléri az évi 36 millió tonnát. Használatuk következtében nitrogéntartalmú vegyü- letek kerülnek a légkörbe, amelyek növelik a légkörben az üvegházhatású gázok mennyiségét. Ugyanakkor emiatt a sztratoszférában lévı ózon-koncentráció is csökkenhet. Így a napból érkezı ultraibolya sugárzás nagyobb mennyiségben éri el a földfelszínt, ami kedvezıtlen az éghajlatra. Melioráció és öntözés. A melioráció területén legjelentısebb tevékenység: a mocsarak lecsapolása, a fásítás stb. és végeredményben maga az öntözés. Ez utóbbit azonban fontossága miatt kiemelten szokás kezelni. Az említett emberi tevékenységek elsısorban a párolgási viszonyokat képesek befolyásolni. A mocsarak lecsapolása csökkenti a szabad vízfelszínt, s ezzel csökkenti a párolgáshoz rendelkezésre álló vízmennyiséget, s emiatt csökken a párolgás is. Ugyanakkor a lecsapolt te-rületen megnövekszik az albedó, ami csökkenti a hımérsékletet és így a párolgást is. A világ mezıgazdasági területeinek mintegy 17%-án folyik öntözéses gazdálkodás. Az öntözés megnöveli a talajok nedvességtartalmát, s ezért párolgás-növelı hatású. Ezt a hatást azonban regionális méretekben már nagyon nehéz kimutatni. Például egy nagyobb öntözött terület felett 10 m magasságban vagy egy víztárolótól 1 km távolságban már alig van észrevehetı hatás. Az Egyesült Államokban azonban sikerült kimutatni nagyobb csapadékmennyiséget az öntözött területek szomszédságában június, július és augusztus hónapokban, az öntözés idején, míg április, május és szeptember hónapokban, amikor nem öntöztek nem volt kimutatható eltérés. A légkör összetételét befolyásoló tevékenységek. A légkörbe kerülı anyagok jelentıs része természetes forrásokból (vulkánok, tengerek, sivatagok stb.) és ipari termelésbıl származik. Ezenkívül azonban a mezıgazdasági tevékenységek során is kerül szennyezı anyag a légkörbe. 12

11 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS Ilyenek például a fosszilis tüzelıanyagok, amelyeknek elégetése következtében jelentıs mennyiségő CO 2 kerül a légkörbe, a biomassza égetés (a véletlenül vagy szándékosan elıidézett sztyeppe- és erdıtüzek, a tarlómaradványok elégetése stb.), amikor CO 2 és szilárd részecskék kerülnek a légkörbe, a szőzföldek feltörése, amikor a szántás következtében a talajból CO 2 kerül a levegıbe, a trágyák bomlása, amelynek során metán keletkezik, az árasztásos rizstermelés, amelynek során ugyancsak metán keletkezik. A modern intenzív mezıgazdaságban lényegesen több energiára van szükség, mint amennyit a hagyományos mezıgazdaság irényelt, hiszen fosszilis tüzelıanyagok elégetése szükséges a szántóföldön végzett munkákhoz (pl. talajmővelés, aratás), a különbözı szállításokhoz (pl. betakarítás) és a szemszárításhoz. A fosszilis tüzelıanyagok elégetése és a biomassza maradványok elégetése során jelentıs mennyiségő szennyezıanyag kerül a levegıbe. Az egyes tényezık által okozott légköri szennyezıanyag-gyarapodás nagyságát külön-külön nehéz megítélni. Hozzávetılegesen az összes szennyezıanyagnak mintegy 10%-át teszi ki a mezıgazdasági tevékenységbıl származó rész. Ezek az anyagok egyrészt az üvegházhatást erısítik, másrészt a légkörbe került szilárd részecskék a formájuktól és átmérıjük nagyságától függıen verik vissza, vagy szórják szét a Napból érkezı sugárzást, a levegıben lévı víz kicsapódásához pedig kondenzációs magokként szolgálnak. 1.2 Beavatkozási lehetıségek Különbözı cselekvési módok A mezıgazdasági termelés szempontjából fontos, hogy megismerjük azoknak a területeknek az éghajlati viszonyait, ahol a növénytermesztés folyik, vagy ahol növénytermesztést szándékoznak folytatni (Varga-Haszonits 1987). Ezeknek az ismereteknek a birtokában ugyanis (1) kinemesíthetık olyan fajták és kidolgozhatók olyan agrotechnikai eljárások, amelyek az adott terület viszonyaihoz messzemenıen képesek alkalmazkodni; (2) a más területeken kinemesített fajták és kidolgozott agrotechnikai eljárások közül ki lehet választani azokat, amelyek a legjobban megfelelnek az adott terület meteorológiai viszonyainak; 13

12 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS (3) a kiválasztott fajták és agrotechnikai eljárások számára ki lehet jelölni a meteorológiai szempontból kedvezı és kevésbé kedvezı területeket; (4) megállapítva a termesztett növények és az agrotechnikai eljárások számára kedvezı területeket, képet kapunk arról, hogy az adott termıterületet éghajlati szempontból hogyan lehet a legcélszerőbben hasznosítani. Az éghajlati tényezık évenkénti változékonysága a mezıgazdasági produktivitásban hasonló változékonyságot okoz, aminek a szükségletek kielégítésén keresztül gazdasági jelentısége is van. Gazdasági szempontból ez azt jelenti, hogy az éghajlati adottságok jelentıs mértékben befolyásolják azt, hogy egy ország egy adott terménybıl képes-e exportra termelni, milyen terménybıl képes a saját szükségleteit kielégíteni, s milyen terményekbıl szorul behozatalra. Tisztában kell lennünk azzal, hogy azok a természeti adottságok, amelyeknek mennyisége nem korlátlan, illetve elıfordulásuk helyhez és/vagy idıhöz kötött, fontos gazdasági tényezıvé válhatnak. Ugyanis, ha a természeti adottságok tekintetében az egyes területek különböznek egymástól, azaz az egyes területek kisebb vagy nagyobb mennyiségő természeti erıforrással rendelkeznek, akkor egy olyan ország, amely ezeket birtokolja, kisebb vagy nagyobb gazdasági értékre tesz szert, ha a lehetıségeit ki is tudja használni. Cselekvési lehetıségek Megfelelı éghajlati ismeretek birtokában a mezıgazdasági szakember számára az éghajlati erıforrások kihasználása érdekében a következı kézenfekvı cselekvési lehetıségek adódnak (1.2 ábra, Varga-Haszonits 1998): energiaforrásként hasznosíthatunk egyes légköri tényezıket (napenergia, szélenergia), alkalmazkodhatunk a kialakult meteorológiai viszonyokhoz, védekezhetünk a kedvezıtlen hatásai ellen és bizonyos határok között befolyással lehetünk a lokális légköri viszonyokra. Ezek a cselekvési módok sokszor annyira egymásba fonódnak, hogy nagyon nehéz megmondani, melyik kapott nagyobb hangsúlyt egy adott esetben. Jó példa erre az öntözés. Ha az éghajlati adatok elemzése alapján úgy döntünk, hogy öntözni fogunk (s megvesszük a szükséges öntözıberendezéseket), akkor alkalmazkodunk a termıhely éghajlati viszonyaihoz. Ha ezután egy adott évben szárazság lesz, s mőködtetjük is az öntözıberendezéseket, akkor védekezünk az idıjárás káros hatása ellen. Ugyanakkor az öntözéssel be is avatkozunk a mikro- vagy mezomérető energetikai folyamatokba, s azokat módosítjuk is. Hiszen megváltoztatjuk a talaj sugárzásvisszaverı és sugárzáselnyelı képességét, hımérsékleti viszonyait, növeljük a párolgást, s ezzel növekszik a talaj feletti légtér nedvességtartalma stb. Nyilvánvalóan nem az a fontos, hogy minden esetben pontosan meg tudjuk mondani, mikor alkalmazkodunk, mikor védekezünk, s mikor avatkozunk be, hanem az, hogy elérjük a kívánt célt. Mindig szem elıtt kell azonban 14

13 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS tartanunk, hogy egy meghatározott tevékenységgel nemcsak egy bizonyos hatást érünk el, hanem egyéb olyan hatásokat (mellékhatásokat) is kiváltunk, amelyeket egyébként nem szándékoztunk létrehozni. Így például az öntözött területen ha magasabb hımérséklettel magasabb légnedvesség párosul, ez kedvezı lehet a növényi betegségek számára. Energiaforráshasznosítás. Két jelentıs légköri erıforrás van: a napsugárzás energiája és a szélenergia. A napsugárzás energiája, mint megújuló erıforrás megkötése valamilyen eszközzel és átalakítása más, közvetlenül hasznosítható energiává (pl. villamos energiává) rendkívül nagy jelentıségő lenne. Jelentısége egyrészt abban van, hogy kiváltana nem-megújítható energiaforrásokból származó energiát, másrészt csökkentené a légkörbe bocsátott üvegházhatású gázok mennyiségét. Problémát okoz, hogy területenként változó mennyiségben és változó 1.2 ábra. Az agrometeorológiai információk és a mezıgazdasági döntések idıszakonként áll rendelkezésre (Major 1984; Imre 2001). A szélenergia, szintén megújuló energiaforrás, az adott területen uralkodó szélviszonyok függvénye. Területi és idıbeli változékonysága még kifejezettebb, mint a napsugárzás energiájáé. Hazánk nem tartozik a szélenergiában gazdag területek közé. A kisüzemi hasznosítás területén (pl. tanyákon, kertekben stb.) azonban jobbak a lehetıségek. (Tar et al. 2001). Alkalmazkodás. A meteorológiai viszonyokhoz való alkalmazkodás elsısorban azt jelenti a növénynemesítı számára, hogy olyan fajtákat kell kinemesítenie, amelyek az adott helyen nagy biztonsággal termeszthetık. A növénytermesztı számára pedig azt, hogy olyan fajtákat kell a köztermesztésbe bevonnia (akár hazaiakat, akár külföldieket), amelyek jól alkalmazkodnak az adott termıhely meteorológiai viszonyaihoz. A mezıgazdasági termelésnek a meteorológiai viszonyokhoz való hozzáigazítása azonban nem merül ki abban, hogy kiválasztjuk a területen termeszthetı megfelelı fajtákat, hanem az 15

14 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS agrotechnikai eljárásokat is a meteorológiai viszonyok figyelembe vételével kell megválasztani és alkalmazni. Ez mindenekelıtt azt jelenti, hogy mivel az intenzív gazdálkodás körülményei között fontos szerepet játszik az energiaszükséglet (a napsugárzás energiája és a bevitt pótenergia), ezt úgy kell kielégíteni, hogy a napsugárzás energiájának a felhasználási hatékonysága legyen a legnagyobb. Más szóval a cél a legnagyobb hozamok elérése a legkisebb pótenergia felhasználással. Védekezés. A mezıgazdasági termelés káros hatásoktól való megóvását jelenti. Ennek két fajtája ismeretes: az idıjárási károk elleni közvetlen védekezés és az idıjárás által kiváltott jelenségek elleni védekezés. A közvetlen idıjárási károk elleni védekezés két legismertebb formája: a fagyvédelem, amely a tavaszi és ıszi fagyoktól kívánja megvédeni a növényeket, s az öntözés, amely a szárazság okozta vízhiány pótlását jelenti. Jelentıs károkat okozhat még a csapadék és a szél által okozott erózió, s a magas hımérsékletek által a növényeknél kiváltott stresszhatás (pl. a szemszorulás) vagy a kedvezıtlen áttelelési viszonyok. E károk hatását csökkentik a mezıvédı erdısávok, a lejtıkön a terraszos mővelés. Elıfordulhat, hogy a meteorológiai viszonyok kedveznek a növényi betegségek kialakulásának és terjedésének, vagy az állati kártevık szaporodásának. Ekkor nem a meteorológiai viszonyok ellen, hanem az általuk kiváltott jelenség ellen kell védekezni. A lényeg azonban az, hogy az agrometeorológiai információk alapján tudunk felkészülni a védekezésre. Beavatkozás. A makrometeorológiai folyamatokba történı beavatkozás olyan mennyiségő energiát igényelne, hogy az napjainkban még nem áll rendelkezésre. De ha rendelkeznénk is ilyen mérető energiaforrással, a keletkezı egyéb hatások elıreláthatatlansága is akadályozná az alkalmazást. Egyes területek meteorológiai viszonyainak megváltoztatása ugyanis elıre nem látható változásokat idézhetne elı más területek felett, amelyek esetleg más tulajdonosokhoz, vagy más államokhoz is tartoznak. Meglehetısen korlátozottak a lehetıségeink arra vonatkozóan is, hogy a mezomérető folyamatokba beavatkozzunk. Bár történtek sikeres kisérletek mesterséges esıkeltésre, napjainkban a beavatkozás legsikeresebb és legelterjedtebb formája a jégesıelhárítás. A mezometeorológiai folyamatok módosítását idézik elı az erdısávok is, s a nagy kiterjedéső öntözött területek is. A mikrometeorológiai folyamatokba történı beavatkozásnak több formája is ismeretes: talajtakarás, talajmővelés, a sor- és tıtávolság által szabályozott állományklíma stb. Leggyakoribb az olyan zárt terek (üvegházak, fóliasátrak stb.) kialakítása, amelyekben a növények számára kedvezı meteorológiai viszonyok hozhatók létre. 16

15 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYTERMESZTÉS Irodalom Antal E. 1978: Az éghajlati erıforrás és mezıgazdasági jelentısége. Idıjárás, 76: oldal. Bartholy J., Mika J. 1998: Éghajlatelırejelzés, bizonyosságok, kételyek. Az éghajlatváltozás és következményei. OMSz, Budapest, oldal. Béll B. 1982: Hazánk természeti erıforrásai-légköri erıforrások. Idıjárás, 86: oldal. Czelnai R. 1978: A légköri és szoláris erıforrások kutatása és feltárása. Idıjárás, 82: oldal. Imre L. 2001: A napenergiahasznosítás hazai helyzete. A légköri erıforrások hasznosításának meteorológiai alapjai. OMSz, Budapest, oldal. Láng I. 1983: Biológiai erıforrások. Kossuth Kiadó, Budapest. Major Gy. /szerk./ 1984: A légköri erıforrások hasznosítása az energiagazdálkodásban Magyarországon. OMSz Hivatalos Kiadványai, Budapest, LVII. kötet. Major Gy. 2001: A Föld napenergia kincse. A légköri erıforrások hasznosításának meteorológiai alapjai. OMSz, Budapest, oldal. Petrasovits I. 1978: A mezıgazdaság természeti erıforrásai. Gödöllıi Agrártudományi Egyetem, Gödöllı. 84 oldal. Szász G. 1985: A klímapotenciál fogalma és alkalmazása a mezıgazdasági termelésben. In: Klímapotenciál és az agrometeorológiai információk népgazdasági használata. Magyar Meteorológiai Társaság, Budapest. Tar K., Keveiné Bárány I., Tóth P., Vágvölgyi S. 2001: A szélenergia hasznosíthatóságának lehetıségei Magyarországon. A légköri erıforrások hasznosításának meteorológiai alapjai. OMSz, Budapest, oldal. Thyll Sz. /szerk./ 1996: Környezetgazdálkodás a mezıgazdaságban. Mezıgazda Kiadó, Budapest. Varga-Haszonits Z. 1981: A gazdasági növények terméshozamának éghajlati potenciálja. MTA X. Osztályának Közleményei, 14: No. 2-4, oldal. Varga-Haszonits Z. 1987: Agrometeorológiai információk és hasznosításuk. Mezıgazdasági Kiadó, Budapest, 248 oldal. Varga-Haszonits Z. 1998: Agrometeorológiai gyakorlatok. Egyetemi jegyzet. Második, bıvített kiadás, Mosonmagyaróvár, 140 oldal. 17

16 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER MŐKÖDÉSE 2. Az éghajlati rendszer mőködése Az éghajlat bonyolult rendszer, amely hosszabb idıszakra vonatkozóan a légköri viszonyok adott állapotát jellemzi. Az éghajlati rendszer mindenkori állapota a rendszerre ható belsı erık (a légkör összetétele, a felhızet stb.), a külsı erık (napsugárzás, csillagászati hatások stb.), és a visszacsatolási hatások (a légkörben lévı vízgıztartalom változásai, a felhızet által okozott sugárzásbeli változások stb.), valamint az iparosodás kezdete óta fokozódó mértékben az emberi tevékenység által kiváltott hatások (légkörbe juttatott szennyezıanyagok, a felszíni viszonyok megváltoztatása stb.) következménye. Az emberek a légkör alsó rétegeiben élnek és tevékenykednek. Ezért hasznos lehet a számunkra, ha meg tudjuk becsülni az éghajlati rendszert mőködtetı tényezık alakulását mind globális, mind pedig regionális szinten és meg tudjuk határozni azt a hatást, amelyet az élıvilágra és az emberi tevékenységre kifejtenek. 2.1 Fontosabb éghajlatalakító tényezık A Napból érkezı sugárzás A Nap fényesség-változásai. A Napból kibocsátott energiamennyiség a földi éghajlat központi meghatározója. Az éghajlat megváltoztatásának egyik közvetlen módja a Nap fényésségének a változása. A csillagok fejlıdésének elmélete szerint Naprendszerünk kialakulása óta a Nap mintegy 30%-kal növelte fényességét. Ez kapcsolatban van a hidrogén héliummá alakulásával, ami növeli a Nap sőrőségét, s kapcsolatban van a fúzió ütemével és az energiatermeléssel is. Ha a Nap fényessége hirtelen lecsökkenne 30%-kal, akkor a Föld gyorsan lényegesen hővösebbé válna. Ugyanakkor a Föld 3,8 milliárd évvel ezelıtti üledékes kızetei azt mutatják, hogy a kevéssé fényes korai Nap idején melegebb volt; s ezért lehetett folyékony víz a Földön. Más bizonyítékok is azt jelzik, hogy a Föld valóban melegebb volt régebbi története során és 2,7 milliárd évnél korábban nem léteztek eljegesedések. A kevéssé fényes korai Nap és a korai Föld meleg, földfelszíni éghajlatát együtt a gyenge, fiatal Nap problémájá -nak (faint young sun problem) nevezik. Ennek a paradoxonnak a legvalószínőbb megoldása, hogy a Föld korai korszakában erısebb volt az üvegházhatás, ami valószínőleg a nagyobb mértékő szén-dioxid koncentráció vagy egyéb biogeokémiailag szabályozott nyomgázok nagyobb koncentrációja miatt következett be. Az idısebb talajok tanulmányozása alapján kimutatható, hogy mintegy 400 millió évvel ezelıtt 16-szor nagyobb volt a szén-dioxid koncentráció. A szén-dioxid modellekbıl azt a következtetést lehet levonni, hogy a napállandó növekedése és a 18

17 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER MŐKÖDÉSE szárazföldi növényzet kifejlıdése felgyorsította a szén-dioxid elnyelését, s ez millió évvel ezelıtt (Paleozoikum) jelentıs szén-dioxid csökkenést eredményezett. Túl azon az elméleti megállapításon, hogy a Nap fényessége a története során növekedett, keveset tudunk a Nap fényesség-változásairól az éghajlati idıskálán. Bár a Nap egy nagyon dinamikus egység, széleskörően elfogadott, hogy egyszersmind egy stabil energiaforrás is. A napfoltok. A Nap a 6000 Kelvin fokos felszínének megfelelıen sugároz ki. Vannak azonban a Nap felszínén sötétebb területek, amelyeket napfoltoknak nevezünk, s amelyeknek felszín-hımérséklete 1700 K fokkal hővösebb, mint az átlagos felszínhımérséklet, s emiatt az energiakibocsátás csak mintegy 25%-a az átlagosnak. A napfoltok sötétségét az okozza, hogy a normál kifelé menı energiaáramlást a mágneses mezı erıs háborgásai megzavarják. Ezeknek a napfoltoknak a kiterjedése néhány száz kilométertıl néhány kilométerig terjedhet, s egy-két nap hosszúságtól néhány hónapig maradhatnak fenn. Az átlagos napfolt egy-két hétig tart. A Nap látható korongjának mindössze 0-0,1%-át teszik ki a napfoltok. A napfoltok könnyen megfigyelhetık, ezért már régóta feljegyezték a számukat. Megjelenésükben felfedeztek egy 11 éves periódust. Kevésbé megbízható adatok szerint volt egy napfolt minimum 1645 és 1715 között, ami érdekes módon durván megfelel Európában a kis jégkorszak -nak. Vannak a Napon fényes területek is (faculae), amelyeknek felszínhımérséklete 1000 K fokkal melegebb az átlagos felszíhımérsékletnél és ezért 15%-kal nagyobb mennyiségő energiát bocsátanak ki. Amit az eddigi mérések alapján meg lehet állapítani, az lényegében annyi, hogy a Nap fényességváltozásai elhanyagolható hatást gyakorolnak az éghajlatra. Precíz mérési adatok csak egy-két évtizede állnak rendelkezésre. Lehetséges, hogy a Nap fényességváltozásai éves idıskálán fontos tényezık lehetnek, de napjainban elfogadhatjuk azt a hipotézist, hogy a Nap fényessége gyakorlatilag konstans és ezen az alapon nem értelmezhetık a múlt éghajlatváltozásai. A Föld keringési paramétereinek változásai. A Föld egy ellipszis alakú pályán kering a Nap körül. Emiatt a Földnek a Naptól való távolsága az év folyamán változik. Ennek a pályának a legközelebbi pontja 147,1 millió kilométerre, a legtávolabbi pontja pedig 152,1 kilométerre van a Naptól. A Föld az északi félteke telén van napközelben, nyarán pedig naptávolban. A közepes naptávolság 149,6 millió kilométer. A Föld Nap körüli keringésének három olyan jellemzıje van, amelyek befolyással vannak az éghajlatra. Ezek: a Föld keringési pályájának excentricitása, az ekliptika ferdesége és a precesszió. Az excentricitás. Kepler német csillagász ( ) felfedezte, hogy a Föld ellipszis alakú pályán kering a Nap körül. Emiatt van amikor a Föld közelebb van a Naphoz, van amikor eltávolodik attól. Mivel a beérkezı 19

18 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER MŐKÖDÉSE napsugárzás mennyisége fordítva arányos a kibocsátási helytıl vett távolság négyzetével, a Föld napközelben nagyobb mennyiségő sugárzást kap, mint naptávolban. Kétszáz évvel Kepler után Leverrier francia csillagász megállapította, hogy a pálya alakja folyamatosan változik az elliptikusabb formától a köralakúbb formáig. Ha a Nap távolodik az ellipszis középpontjától, akkor az excentricitás növekszik, ha közeledik az ellipszis középpontjához, akkor az excentricitás csökken (2.1 ábra). Az excentricitás a középponttól való eltérésnek a mértéke. Az excentricitás nem állandó, hanem a bolygók mozgásának zavaró hatására ingadozik, tehát a többi bolygó vonzóerejének a következménye. Ennek a 2.1 ábra. A Föld Nap körüli keringésének paraméterei változásnak körülbelül éves periodicitása van. Emiatt a köralakhoz közeli formánál idıben egyenletesebb az év folyamán Földre érkezı sugárzás mennyisége, mint az elliptikusabb formánál, ahol a Naptól való távolság erısebben változik. Az ekliptika ferdesége. A Föld Nap körüli keringésének síkja nem esik egybe az Egyenlítı síkjával. A két sík egymással bezárt szögét nevezzük az ekliptika ferdeségének (2.1 ábra). Ez a szög egyúttal a Föld forgástengelyének dılésszöge is. A Naprendszer bolygói nem a földpálya síkjában mozognak, emiatt a vonzásuk, perturbáló hatásuk miatt az ekliptika ferdesége mintegy éves periodicitással 22,1 és 24,5 fok között változik. Az ekliptika ferdeségének ez a változása befolyással van a földfelszínre érkezı napsugárzás földrajzi szélességek szerinti eloszlására. Az ekliptika ferdesége jelenleg lassan csökken. Ezzel együtt csökken a Nap maximális deklinációjának értéke is. Ennek következtében a térítıkörök 20

19 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER MŐKÖDÉSE az Egyenlítı felé, a sarkkörök pedig a pólusok felé közelednek, évente mintegy 14,5 méterrel (Gábris et al. 1998). A szoláris mérsékelt öv területe emiatt évente növekszik, a trópusi szoláris öv területe pedig évente 1000 km 2 -rel, a két sarkvidéki szoláris öv területe pedig évente 450 km 2 -rel csökken. A precesszió. Már Kr.e. 125-ben Hipparkhosz görög csillagász felfedezte, hogy a Föld északi pólusa nem mindig ugyanabba az irányba mutat. A pólus lassan vándorol egy kúpfelület mentén az ekliptika pólusának az iránya körül, hozzávetılegesen éves periodicitással, s ezt nevezzük precessziónak (2.1 ábra). A precessziót az idézi elı, hogy a Nap és a Hold a Földre forgatónyomatékot gyakorol, s ez a forgástengelyt a keringési síkra merılegessé akarja tenni. Ezzel szemben a forgó Föld tömegének a tehetetlensége igyekszik a forgástengely irányát megtartani. A két erı eredıjeként a forgástengely (mint a búgócsiga) egy kúpfelület mentén az ekliptika pólusának iránya körül mozog (Gábris et al. 1998). Napjainkban a forgástengely hajlásszöge 23,5 fok. A precesszió hatására a tavaszi és ıszi napéjegyenlıség, illetve a téli és nyári napforduló helyzete a Föld elliptikus keringési pályája körül eltolódik, s év alatt egy teljes ciklust ír le. Tizenegyezer évvel ezelıtt például a téli napforduló a keringési pályának közel ellenkezı végén volt. Feltételezések szerint a csillagászati tényezık sajátos kombinációja okozta az i. e és 3000 között az északi féltekén uralkodó meleg éghajlatot, melyet mint klímaoptimumot ismerünk (Götz 1993). Kialakításában a földtengely dılése miatti kedvezıbb (5 %-kal magasabb) sugárzásellátás és a napközeli állapot júliusi idıpontja játszhatott közre. Ezek nyomán (a mai állapothoz képest) a mérsékelt szélességeken fekvı területek 2.5 fokkal magasabb középhımérséklete, 300 km-rel északabbra tolódó erdıhatár és az európai hegyekben 500 m-rel magasabbra nyomuló fahatár jelentkezett. A kor képi ábrázolásai is alátámasztják a feltételezett változásokat: a Nílus völgyébıl és a Szaharából elıkerült rajzok olyan állatokat (pld.: elefánt, zsiráf, strucc; a Szahara területén vízilóvadászat) ábrázolnak, melyek ma nem azon szélességeken honosak. Napállandó. Meghatározható, hogy közepes naptávolság (1, m) esetén mekkora sugárzásmennyiség érkezik a légkör felsı határára. A Napból ugyanis a gömbfelületének és felszínhımérsékletének megfelelıen 4πR 2 σt 4 W m -2 energiamennyiség távozik másodpercenként, ahol R a Nap sugara, T pedig a felszín hımérséklete, σ pedig a Stefan-Boltzman állandó. Ez a mennyiség közepes naptávolság (d) esetén egy 4πd 2 felülető gömbön oszlik el. Ha S 0 az egységnyi felületre érkezı sugárzásmennyiség, akkor az itt mérhetı sugárzásmennyiség (4πd 2 S 0 ) megegyezik a Napból távozó sugárzásmennyiséggel, azaz 21

20 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER MŐKÖDÉSE π d S = 4πR σt (2.1) és ebbıl következik, hogy közepes naptávolságban az egységnyi felületre érkezı sugárzásmennyiség (S 0 ): S 2 4πR 4 0 σt 2 = (2.2) 4πd a 4π-vel történı egyszerősítés után, behelyettesítve a Nap sugarának (R) és a a közepes naptávolságnak (d) értékeit, azt kapjuk, hogy S 8 2 ( ) ( ) 5760 = 1353 W m 11 2 = (2.3) ( ) Ezt az értéket nevezzük napállandónak. A Smithsonian Institute által végzett mérések alapján a napállandó értéke szintén 1353 W m -2 -nek adódott (Gates 1980). Más meghatározások szerint azonban értéke 1353 és 1360 W m -2 között változik, ami 0,5%-os ingadozásnak felel meg. Leggyakrabban az 1360 W m 2 es kerekített értéket szokták használni. Mőholdas mérések szerint az ingadozási tartomány W m -2 Ez a mennyiség megközelítıleg egymilliárdod része a Napból kisugárzott energiamennyiségnek (Campbell 1977). A napsugárzás útja a légkörben A légkör összetétele. A Napból érkezı sugárzásnak, miután elérte a légkör felsı határát, át kell haladnia a légkörön is, hogy elérje a földfelszínt. A napsugárzás a levegı molekuláin visszaverıdik, szóródik és elnyelıdik, egy része pedig keresztül halad, s eléri a földfelszínt. A légkör sugárzásáteresztı képessége szempontjából mindenekelıtt a légkör összetételét kell megvizsgálni, mert ez a meghatározó a beérkezı energia további sorsát illetıen. A légkör alapgázokból és vendéggázokból áll (6.1 táblázat). Az alapgázok mennyisége mintegy 80 km magasságig állandónak tekinthetı és idıben sem változik. A vendéggázok jellemzıje a nagyfokú idıbeli és térbeli változékonyság. Meg lehet különböztetni közöttük lassabban és gyorsabban változó mennyiségő gázokat (Mészáros 2002). A sugárzás összetételében a nitrogén és az oxigén kiemelkedı szerepet játszik azzal, hogy a nagy energiatartalmú és sejtroncsoló hatású ultraibolya 22

21 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER MŐKÖDÉSE sugárzást nem engedik a földfelszínre lejutni. Különösen az ultraibolya sugárzás hatására keletkezı, s a Földet mintegy km magasságban körülvevı ózonréteg kap fontos szerepet az élet szempontjából káros ultraibolya sugárzás kiszőrésében, míg a légkör a látható fény és az infravörös sugárzás tartományában érkezı sugarakat átengedi. A légkör azonban nemcsak gázösszetevıkbıl áll, hanem szilárd részecskék (aeroszolok) is találhatók benne. A természetes aeroszolok. Az aeroszolok leggyakrabban a tengervízbıl keletkeznek. A kisebb cseppek a tenger felszínérıl a levegıbe jutnak, ahol a víz elpárolgása után visszamarad a sószemcse. Jut aeroszol a szárazföldrıl is a levegıbe, a szél által végzett emelımozgások segítségével. Ezenkívül még az erdı- és bozóttüzek, a meteoritok és a növények (spóra, pollen) juttatnak szilárd részecskéket a levegıbe. Ezek nagysága változatos. Általában a levegıt alkotó molekuláknál kissé nagyobb mérettıl kezdıdıen akár néhány tíz mikrométer nagyságúak is lehetnek. A 20 mikronnál nagyobbak a gravitáció hatására hamar kihullanak. Többnyire a kisebb mérető aeroszolok dominálnak a levegıben. Az aeroszolok a napsugarak visszaverésében játszhatnak szerepet. A legnagyobb hatásuk a tengervízbıl származó kéntartalmú részecskéknek van, amelyeknek a felhıképzıdésben van jelentıségük. Ezek növelik a felhızet albedóját, s ezzel csökken a felszínre érkezı energia mennyisége. Osán et al. (2001) szerint a légköri aeroszol összetétele nem mutat szezonális változékonyságot, ez sokkal inkább a légtömeg kibocsátási helyétıl függ. Vulkánkitörések. A vulkánkitörések jelentıs mennyiségő hamut és egyéb szilárd szemcséket képesek a levegıbe juttatni. Ezek az anyagok feljutnak egészen a sztratoszférába. A nagyobb részecskék rövid idı után kihullanak, de az apróbbak hosszú ideig a levegıben maradhatnak. Ezek a hamu- és részecske-felhık a kitörés után szétterjednek a magas légkörben, s erıteljes sugárzáscsökkentı hatásukkal jelentıs befolyást gyakorolnak a meteorológiai viszonyokra. Nevezetes az 1815-ös indonéziai Tambora vulkán kitörése, amelynek során mintegy 150 km 3 -nyi hamu és szilárd részecske került a levegıbe. A kitörése ereje olyan nagy volt, hogy 50 km-es magasságba is képes volt részecskéket feljuttatni. Néhány hónap alatt a vulkáni felhı szétterjedt az egész Földön, s hatását Európában is lehetett észlelni. A részecskék két éven át fennmaradtak a sztratoszférában. Feljegyezték, hogy a kitörés utáni évben (1816) elmaradt a nyár Európában és Észak-Amerikában, mert az átlagosnál sokkal hővösebb volt. Észak-Amerikában szokatlan tavaszi és nyáreleji fagyok jelentkeztek, New Englandban pedig 15 cm-es hótakaró volt június második hetében. Nem valószínő azonban, hogy ezek a rendellenességek kizárólag a Tambora vulkán kitörésének tulajdoníthatók, mert az egész évtized ( ) valamivel hidegebb volt az átlagosnál. 23