ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEK 1.4 1.5 Üvegház vagy hűtőház? a Föld éghajlatváltozásairól Tárgyszavak: klímakatasztrófa, éghajlatváltozás, globális felmelegedés, szén-dioxid-tartalom, fosszilis energiahordozók. Miért beszélnek olyan sokan és sokat a klímakatasztrófáról? Ez azzal függ össze, hogy az emberek a televízió és a rádió globális hálózatán át azonnal értesülnek a természeti jelenségek megsemmisítő hatásairól. E szóval gyakran érzékeltetik azt is, hogy az ilyen eseményeket az ember tevékenysége okozza. Valóban így lenne? Klímakatasztrófák és éghajlatváltozások Katasztrófákkal járó talajmegcsúszások, hatalmas esők, áradások és egyéb csapások valóban gyakran vannak a Földön, és néhány év óta ezeket az éghajlatváltozás számlájára írják, a légkör megnövekvő CO 2 -tartalmára. Az utóbbi 150 év meteorológiai megfigyeléséből ezt a magyarázatot szűrik le. Ez az időszak egybe esett a kiterjedt iparosítással, az olaj és a szén növekvő elégetésével. Feljegyezték a felmelegedés adatait, összevetették a szén-dioxidtartalom növekedésével, és ebből azt a következtetést vonták le, hogy a következő 150 évben a Föld éghajlatának a melegedése növekvő katasztrófákhoz vezet, ha a CO 2 -tartalom továbbra is egyre nagyobb lesz. Valóban azonban nem ilyen egyszerű a dolog. Nem jelenti azt a 150 évre való visszatekintés, hogy abból a jövőre nézve pontos következtetések vonhatók le. A korszerű számítógépekkel a rövid távra szóló előrejelzések is csak 68%-ban találnak. Miért gondoljuk, hogy jelezni tudunk száz évre előre? Földünk történetében az éghajlat mintegy hárommilliárd éve változik, és az elmúlt 150 év megfigyelései nem elegendők a jövőbeni változások jelzéséhez. Kőzetek és kövületek mint klímatanuk A geológusok számára a kőzetek és a kövületek nagyon is elárulják az időjárási jellemzőket. A kövületek fosszíliák csak az elmúlt 500 millió évről
nyitnak ki földtörténeti könyvlapokat, de a kőzetek már 3 milliárd évről árulkodnak. Vannak az Alpokban vagy Skandináviában gleccserek, morénák, amelyek a jégkorszakok maradványait mutatják. A barnaszén-kitermelés során megmozgatott kőzetek 35 millió évvel ezelőtti szubtrópusi éghajlatot jeleznek. Még távolabbra, kb. 225 millió évre lehet visszatekinteni a sóbányák alapján. A német feketeszéntelepek művelésekor 300 millió éves fosszíliák akadnak a geológusok kezébe. Végül a 350 millió éves mészkőrétegek mutatnak meleg, trópusi tengerre jellemző korallmaradványokat. A kőzetek és a kövületek lehetőséget teremtenek arra, hogy nagyobb vonalakban meghatározzák a földtörténet során változó hőmérsékleteket. Az oxigén izotópjai ( 16 O és 18 O) segítségével a hőmérséklet-változásokat akár 1 K ( C) pontossággal is meg lehet állapítani. Ennyit jelent a kagylóhéjak 18 O- tartalmának 0,25 -es változása. A képlet: 18 O = [( 18 O/ 16 O) próba ( 18 O/ 16 O) normál ] 1000/( 18 O/ 16 O) normál sarki nedves, mérsékelt száraz, meleg esőerdők száraz, meleg nedves, mérsékelt sarki 570 millió éve (kambrium) 310 millió éve (karbon) Észak-Rajna- 120 millió éve (kréta) Vesztfália 1,2 millió éve (jégkorszak) mozgása 1. ábra Az éghajlati zónák (Észak-Rajna Vesztfália éghajlata és földtörténete) Követni lehet az 1. ábrán bejelölt ponttal a közép-európai lemez helyzetét az évmilliók során. Mintegy 570 millió évvel ezelőtt ez a kéreg az Egyenlítőtől délre, a száraz és meleg zónában volt. Aztán 250 millió év után az egyenlítői zónába került, majd tovább mozgott északra, és 120 millió évvel
ezelőtt a nedves és mérsékelten meleg területre kerül. Németország (Észak- Rajna Vesztfália) az évmilliók során tehát különböző éghajlatú volt. Az időjárást meghatározó tényezők Az éghajlatot, amelyet nagyon sok tényező befolyásol (2. ábra), meg lehet határozni a hőmérséklettel és a csapadékkal. Hatnak rá a csillagászati tényezők, a kontinensvándorlások (tektonikus mozgások), a tűzhányók, tehát az ún. egyirányú hatások, amelyeket maga az időjárás nem befolyásol. Sok olyan hatás is van azonban, amely kétirányú, tehát kölcsönös és egymásra ható. f ö l d r é s z e k CH 4 csillagászati hatások éghajlat CO 2 t ű z h á n y ó k Ca/Mg-szilikátok elporladása biomassza-termelés szerves C elégése és elporladása a biomassza lerakódása, mészkő kiülepedése 2. ábra Az éghajlatot befolyásoló tényezők A csillagászati hatásokban a Föld és a Nap helyzete a meghatározó. A földfelszín hőmérséklete a Naptól mint energiaforrástól függ. A besugárzás azonban nem állandó. A Föld keringési pályája megváltozik: ingadozik a majdnem kör és a nyújtottabb ellipszis között. Így aztán változik a két égitest közötti távolság is. Ennek az ingadozásnak a periódusát mintegy 100 000 évre teszik. Van azonban egy másik asztronómiai hatás is, a földtengely hajlásszögének változása a pályasíkhoz képest (3. ábra). Ez a szög mintegy 40 000 évente a 22,1 és a 24,4 mint szélsőségek között módosul. Erősebb hajlásnál a nyarak melegebbek, a telek hidegebbek.
21,5 24,5 Nap Föld A Föld tengelyferdülésének és pályaívének a változása 3. ábra Csillagászati hatások A harmadik kb. 22 000 évig tartó ciklust az jelenti, hogy a bolygósík nagytengelye elfordul a pályasíktól. Ma december 21-én van a Föld legközelebb a naphoz, június 21-én a legtávolabb, de mintegy 11 000 évvel ezelőtt éppen fordítva volt. A leírt három, időszakosan ismétlődő változás egyszer erősíti, egyszer gyengíti egymást. Számítógéppel a hatások együttes változása meghatározható, így a Föld hőmérsékletének ingadozására adatok szerezhetők. Rövidebb időtávú asztronómiai hatás jelentenek a napfoltok. Erősebb napfolt-tevékenység esetén több energia érkezik a Földre, mint gyenge kitörések alkalmával. A földrészek mozgásának, a kéregszerkezet megváltozásának hatása sem elhanyagolható. Ennek következtében megváltoznak például a hőmérséklet eloszlását befolyásoló tengeráramlások (4. ábra). A harmadkorban (tercier korban), tehát mintegy 30 millió évvel ezelőtt az Egyenlítő mentén az óceánok kapcsolatban álltak egymással (keletről nyugatra áramlott a víz) kezdve a nyitott Földközi-tengertől a Karib-tengerig. Az óceánok ilyen összeköttetése néhány millió évvel ezelőtt megszűnt, és kialakult például a Golf-áramlat. Az Antarktisztől áramló talajvíz azóta észak felé áramlik minden óceánnál az Egyenlítő felé. Mintegy 260 millió évvel ezelőtt a mai földrészek együtt szuperföldrészként egyben, észak-dél irányban, keresztben helyezkedtek el a Földön. Az északi szélesség 50. fokától a déli szélesség 50. fokáig húzódó
hegylánc nyugati oldala igen erősen csapadékos volt. Az Északi-sarkon nem volt jég, mivel ott az óceánvíz cirkulálhatott. tercier korban jelenleg felületi áramlások észak-atlanti mélyáramlás antarktikus talajvíz 4. ábra A földrészek helyzete és a tengeráramlások Mintegy 430 millió évvel ezelőtt a Déli-sarkon volt a nagy kontinenstömeg (ennek a neve: Gondwana). Az óceán a 40. szélességi fokok között nyúlt el, elválasztotta az északi és a déli földrészhalmazt. Északon és délen kialakult egy Föld körüli esős gyűrű. A déli kontinens eljegesedett. Ebben az időben Gondwanán üvegházklíma uralkodott. A harmadik egyirányú befolyásoló tényezőt a tűzhányók jelentik, amelyek igen rövid távon is hatással lehetnek az éghajlatra. Például a Fülöpszigeteken 1991-ben kitört Piantubo vulkán 7 km 3 finom port juttatott a légkörbe, így megszűrte a Nap sugarait. A Földön a globális hőmérséklet öt éven át 1 K-nel csökkent. Voltak persze korábban jóval nagyobb kitörések is a Földön. Az egymással kölcsönhatásban álló, időjárást befolyásoló tényezők bonyolult rendszeréből ki kell emelni a szén-dioxidot és a metánt. Elsősorban az előbbit. A biomassza és a szén-dioxid kölcsönhatása közismert. Növekvő hőmérséklet mellett megnövekedik a biomassza-termelés. A biomassza növekvő mértékben használja fel a légkörből a szén-dioxidot. Ha feltételeznénk, hogy a szén-dioxidnak lényeges hatása van a klímára, akkor a növények nagyobb igénye miatt csökkenne a légkör CO 2 -tartalma, tehát az időjárás hidegebb lenne. Ez aztán csökkentené a biomassza-termelést, és nem lenne valószínűtlen egy jégkorszak sem. A biomassza elkorhadásával és elégésével a légkör CO 2 - tartalma ismét növekedne, majd a hőmérséklet is, és így a folyamat ciklikusan ismétlődne.
Az óceánban található mészkőlerakódások nagy mennyiségben kötnek meg szén-dioxidot. A mészkő keletkezéséhez kalcium szükséges, amely a kalciumtartalmú szilikátok elporladásakor szabadulhat fel. A kéregmozgások aztán a kalciumtartalmú kőzeteket a felszínre hozzák és elmorzsolják. Hogy milyen mennyiségekről van szó, azt a nagy mészkőhegységek (pl. a Dolomitok) jól mutatják. A metán légkörben való feldúsulása felmelegedéshez vezet. A gáz a tengerfenéken lévő gázhidrátokból és a tartósan fagyott talajokból szabadul fel. A hőmérséklet megnövekedése a folyamatot gyorsítja. A kéregmozgások hatására a tengerszint emelkedik vagy süllyed, így a metán megkötődhet vagy felszabadulhat. Az éghajlat változása 3 milliárd év óta A geológiai adatok nagy számából közelítőleg meg lehet állapítani az éghajlat (a hőmérséklet és a csapadék) változását a régmúlt időkben (5. ábra). Mintegy 3 Mrd évvel ezelőtt az átlaghőmérséklet messze a mai szint alatt volt. Az üvegház és a hűtőház közötti ingadozások jól felismerhetők. Jégkorszakok voltak például 2,5 milliárd, 700 millió, 400 millió és 250 millió évvel ezelőtt. Ma lényegében az ötödik jégkorszak után vagyunk. Amikor az ember az utolsó jégkorszak táján megjelent, a Földön még nem volt üvegházszerű éghajlat. Az ember tehát csak a hűtőház-éghajlat extrém helyzetével ismerkedett meg. 4000 millió év 545 225 65 ma prekambrium paleozoikum mezozoikum neozoikum hőmérséklet ma csapadék ma meleg hideg nedves száraz 5. ábra Éghajlati görbék milliárd évekre visszamenően
Mintegy 18 000 évvel ezelőtt a globális hőmérséklet 4 K-nel alacsonyabb volt, mint ma, sőt, még 10 000 éve is 3,5 K-nel (6. ábra). Aztán viszont gyorsan nagyobb lett az átlaghőmérséklet, és 6000 évvel ezelőtt már kb. 2 K-nel a mai szint felett volt. K 2 holocén maximum 1 0-1 -2 mai hőmérséklet kis jégkorszak -3-4 11000 9000 7000 5000 3000 1000 évvel ezelőtt 6. ábra Hőmérséklet-változás 10 000 évre visszamenően Számunkra talán érdekesebb az elmúlt ezer évben tapasztalt hőmérséklet-ingadozás (7. ábra). Időszámításunk kezdete után, 1000-ben már melegedni kezdett, és egy optimumot ért el. Dániában szőlőt termesztettek. A vikingek Grönlandon és Észak-Amerikában jégmentes területeket találtak. Labradorban földműveléssel foglalkoztak. Aztán 1300 után a hőmérséklet csökkenni kezdett. Befagyott 1322/23 telén a Keleti-tenger, és az emberek gyalog mentek át Svédországba. Az ún. kis jégkorszak az 1890-es évekig tartott. Azóta a hőmérséklet emelkedik, és ismét ott van, mint a XIII. században. Az éghajlat és a légkör A jelenlegi hőmérséklet-növekedést nagyon szívesen hozzák összefüggésbe a fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatt a légköri CO 2 -tartalom növekedésével. Megnézve a légkör összetételének változását (8. ábra), ez nem tűnik olyan nyilvánvalónak.
K 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 szőlőművelés Kelet-Poroszországban átlaghőmérséklet mai hőmérséklet befagyott a Bodeni-tó 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 meleg időszak kis jégkorszak (vége 1895) 7. ábra Hőmérséklet-változás 1000 évre visszamenően %(V/V) 100 95 90 25 20 15 10 5 0 hőmérsékletek, C CO 2 N 2 19 jégkorszak 14 jégkorszak 1000 millió év 800 600 400 200 ma 0 17 O 2 14 17 jégkorszak 15 1000 ppm CO 2 15/12 500 ppm CO 2 8. ábra Az oxigén és a szén-dioxid részarányának változása a Föld légkörében
Mintegy 1000 millió évvel ezelőtt az atmoszféra CO 2 -tartalma jóval nagyobb volt, mint ma (0,03%). Ez még nem minden. A kutatás mai állása szerint 4,5 milliárd éve a légkör 30%-a volt szén-dioxid, és oxigén egyáltalán nem volt a levegőben. Az ilyen légkör olyan, ami ma a Vénuszon uralkodik. A különféle organizmusok különösen a zöld algák tevékenysége nyomán ezelőtt 4 2,5 milliárd éve megjelent az oxigén, és egyúttal csökkent a szén-dioxid. Igen nehezen lenne megmagyarázható, hogy a 2,3 milliárd évvel ezelőtti első jégkorszak nagy CO 2 -tartalmára gondolva, a szén-dioxid felelős a Föld légkörének felmelegedéséért. Még a 225 millió évvel ezelőtti jégkorszakban is 1,5% volt a CO 2 -tartalom az atmoszférában, a jelenleginek az ötvenszerese. Következtetések Az éghajlat történetének 3 milliárd évében semmi szerepet nem játszott az ember, ma mégis azt hangsúlyozzák, hogy az ember éghajlatmeghatározó, éghajlat-változtató tényező. Ez az elmélet a leírtak alapján nem tartható. Nincs összefüggés a légkör széndioxid-tartalma és a globális átlaghőmérséklet között. Jóval nagyobb CO 2 -tartalom mellett régen a Földön hűtőház-klíma uralkodott. Érhető az is, hogy az ember a globális éghajlatváltozásért nem tehető felelőssé, azt ő nem befolyásolhatja. Emberi beavatkozás nélkül változott a múltban a klíma, és ez így lehet a jövőben is. (Dr. Stróbl Alajos) Neumann-Mahlkau, P.: Treibhaus oder Kühlhaus? - das Klima der Erde. = Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 52. k. 1/2. sz. 2002. p. 96 102. Gethmann, C. F.: Klimavorhersage und -vorsorge. = Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 52. k. 1/2. sz. 2002. p. 94 95. EGYÉB IRODALOM Farago T.; Láng J.: Tíz évvel a Rio de Janeiró-i Föld-csúcs után világtalálkozó a fenntartható fejlődésről. = Természetbúvár, 2002. 5. sz. p. 9 10. Világkonferencia a fenntartható fejlődésről, 2002. szept. Beszámoló az MTA Elnökségi Környezettudományi Bizottság üléséről. = Ezredforduló (Természet Világa Melléklet), 2002. 2. sz. p. 3 23. Kerekes S.; Kiss K.: Mérvadó vélemények a környezetpolitikáról. = Gazdaság, Vállalkozás, Vezetés, 2002. 1. sz. p. 47 80. Korunk kihívása a globális éghajlatváltozás. = Technika, 45. k. 8. sz. 2002. p. 10 13.