Ugrás a tartalomhoz

Környezetgazdálkodás

Dr. Barótfi István (2011)

Szent István Egyetem

2. fejezet - Atmoszféra

2. fejezet - Atmoszféra

Egy vékony légréteg öleli körül Földünket. Minél inkább eltávolodunk a Föld felszínétől, a légkör egyre ritkábbá válik. Ezt a réteget nevezzük légkörnek, illetve idegen szó használatával atmoszférának. Ez a szó görög eredetű: atmos = gáz, gőz; sphaira = gömb, kör, szféra. A levegő összetétele és tulajdonsága, amit belélegzünk, nemcsak a növényi, állati és emberi élethez alapvető fontosságú, hanem meghatározza a Föld éghajlatát is. Ha felfelé nézünk egy derült napon az égre, nem látunk mást csak a kék eget, azonban a hőmérsékletet mérve számos változást megfigyelhetünk, ha felszállunk a földtől 100 km magasságig. Ennek következtében azt mondhatjuk, hogy több láthatatlan réteg van a légkörben (3. ábra). A légkör vastagsága 35 km.

3. ábra A Föld légköre

4. ábra A légkör rétegei és jellemző hőmérsekletük

A legalsó réteg az, ahol az életünk zajlódik, és ahol a napi időjárást megfigyeljük. Ez a réteg a pólusokon 8 km-ig, az Egyenlítő környékén, a trópusokon 15 km-ig tart. Ez a troposzéra. Ez a szó is görög eredetű. A „tropo” azt jelenti, hogy valami változik. A troposzférában a hőmérséklet a magassággal csökken, 100 m-enként 0,65 °C-al. Ez megváltozik a troposzféra felső részén, amit tropopauzának nevezünk.

A tropopauza felett egymásik réteget találunk a sztratoszférát. A sztratoszféra is több rétegre osztható:

  • Alsó sztratoszféra egyenletes hőmérséklet (a rövidhullámú sugárzás elnyelése (O3)

  • Ozonoszféra 20-60 km fokozatosan emelkedő hőmérséklet

  • Meleg sztartoszféra állandó hőmérséklet 60 °C

  • Felső sztartoszféra –50 °C

A felhők felett a levegő egyre vékonyabbá és szárazabbá válik. Itt még néhány száz kilométernyi légtér tartalmaz levegőmolekulákat, mielőtt elérnénk az ûrt, de már a légkör több mint 80 %-át magunk alatt hagyjuk, amikor belépünk a sztratoszférába. Néhány kémiai vegyület képződik ebben a magasságban, és legtöbbjük mozgását a tropopauza gátolja. Ennek ellenére ezek a rétegek a földi élet szempontjából fontosak, mivel a napfény nagyenergiájú részét visszatartják, ami nagy károkat okozna, ha elérné a felszínt. A sztratoszféra, amely az ózonréteget is tartalmazza, a legalacsonyabb és a legfontosabb réteg a magas légkörben.

A légkörben kisskálájú hőmérsékletváltozások a helyi hatásoknak köszönhetőek. Például: a föld gyorsabban melegszik fel ill. hül le, mint a tenger, vagy a hegyekből fújó hideg szelek megváltoztathatják a határréteg hőmérsékletét. De még általánosabban, globális átlagban két oka van a fő hőmérsékletváltozásoknak:

  1. A Föld felszíne elnyeli a napsugárzást, ami felmelegíti. Minél távolabb vagyunk a meleg földfelszíntől a hideg űr felé, a levegő egyre hidegebbé válik. A hőmérséklet csökken a magassággal.

  2. Ezt a szabályt érvényteleníti, vagy kiegészíti az, ha a levegőmolekulák elnyelik a napsugárzás bizonyos részét, és ezek melegítik fel a levegőt. Ebben az esetben a hőmérséklet növekszik, egészen addig, míg el nem éri a lokális maximumát. Ez a helyzet a sztratoszférában található ózonrétegben, ahol az ózon elnyeli az UV - sugárzást és a hőmérsékleti maximum (sztratopauza) meghatározza a sztratoszféra és a mezoszféra közötti határt. A mezoszférában a hőmérséklet ismét csökken. A hőmérséklet ismételt növekedése a termoszférában játszódik le, ahol a nitrogén és az oxigén elnyeli a rendkívül energia gazdag rövid UV - sugárzást, és részben ez ionizálja is a molekulákat. Ezért ezt a réteget ionoszférának is nevezzük.

A légköri profilok gyakran mutatnak 200-500 km magasságban a termoszférában 500-1000°C-t. Ez valóban olyan meleg? A probléma ebben az esetben a hőmérséklet definíciója. A molekuláknak a levegőben van bizonyos energiájuk. Ha ezt egy hőmérővel mérjük, akkor a molekulák átadják az energiájuk egy részét, amikor nekiütköznek a hőmérő felszínének. A termoszféra magasságában a molekuláknak nagyon nagy energiájuk van, ezért a hőmérsékletek helyesek, de a molekulák száma egységnyi térfogatban egy milliomod része a földfelszín közeli értéknek. Az ütközések valószínûsége (például a hőmérővel), és a teljes energia átadása nagyon kicsi. Ennek következtében a termoszféra hőmérséklete nem más, mint a molekuláris energia mértéke. Ezt nem lehet igazán összehasonlítani a felszíni hőmérsékletméréssel.

Az atmoszférában a levegő mozgása az egyes rétegekben eltérő. A troposzférában a levegő mozgása függőleges és vízszintes, ez felett fajsúly szerinti a rétegződés. A hőmérsékletkülönbség az elnyelődött ultraibolya sugárzásból származik.

A légköri üvegházhatás

A Napból a Földre érkező sugárzás a Föld felszínén elnyelődik és a terresztriális (hosszúhullámú) sugárzásként újra kisugárzódik ahol a levegőben levő CO2, víz, CH4 és egyéb légköri gázok jelentős mértékben elnyelik, ezért a légkör és a földfelszín átlaghőmérséklete jóval magasabb, mint amilyen e gázok jelenléte nélkül lenne. Ez az üvegházhatás, mely az élet feltétele a Földön, ugyanakkor jelenleg a legjelentősebb globális problémánk.

5. ábra Sugárzás a légkörben

6. ábra Az üvegházhatás mechanizmusa

7. ábra A napsugárzás energiamérlege

A Nap által kisugárzott energiának kb. félmilliárdnyi része érkezik a Földre, és ebből:

  • 32 %-a a felhőkről, légkörből, és a földfelszínről visszaverődik a világűrbe,

  • 25 %-át a légkör és a felhők elnyelik,

  • 43 %-át teszi ki a földre érkező és a talaj által elnyelt energia mennyisége (ennek jelentős részét a víz párolgása köti le)

Sugárzási egyensúlyi hőmérséklet:

A földfelszín sugárzási egyensúlya: a Napból a felszínre érkező sugárzási teljesítmény egyenlő a felszínről eltávozó sugárzási teljesítménnyel, vagyis

ahol S = 1360 W/m2 napállandó, A = 0,3 planetáris albedó, R = 6.37.105 m a Föld sugara

Ebből Te = 255 K (-18°C)

Ezzel szemben a Földfelszín globális hőmérséklete T = 288 K (15°C). Az üvegházhatás: T–Te = 33 K. A földi élet lehetőségét az üvegházhatás adja. Főbb üvegházgázok CO2, metán, dinitrogén-oxid (N2O), halogénezett szénhidrogének (pl. CFC-11, HCFC-22, stb.) Az üvegházhatás-gázokat, eredetüket és hatásukat az 1. táblázat mutatja.

A pesszimista előrejelzések szerint a globális középhőmérséklet a következő évtizedekben 2 - 3 °C-ot nő. Felmerül a kérdés, hogy ez

  • rövid időtartamú, normális, ciklikus klímaidőszak? (Ez feltételezhető a CO2-minták alapján a sarki jégrétegekben , stb.) vagy

  • az emberi tevékenység káros eredménye, az üvegház-hatáson keresztül?

A kérdés nem egyszerűen válaszolható meg, többféle feltételezés van, de számos tény az utóbbi kérdés jogosságát támasztja alá. A főbb üvegházhatás-gázok a vízgőz kivételével emberi eredetűek. A CO2 változás a légkörben tettenérhető:

A széndioxid-tartalom növekedése (átlagos CO2 koncentráció értékei)

  • 100 000 éve 180 - 200 ppM

  • 1810-ben 260 ppM,

  • 1985-ben 345 ppM

  • 1990-ben 350 ppM

  • 2050-re 550 ppM prognosztizálnak

A globális felmelegedés várható következményei: a klímaövek átrendeződése, sivatagosodás, a krioszféra megváltozása, szélrendszerek átrendeződése, a csapadékos zónák újrarendeződése, a tengerek szintjének megemelkedése (1°C melegedés önmagában 0,6 m szintnövekedés), szigetországok eltűnése, alacsony tengerszinti területek, partszakaszok (termőterületek, városok) elöntése, stb.

1. táblázat Üvegházhatású gázok és hozzájárulásuk a légkör melegedéséhez

Az üvegházhatás következményei

A Mauna Loa (Hawaii) állomáson 1957-ben indultak meg a légköri széndioxid koncentráció nagypontosságú, minden idők legfontosabb geofizikai mérési sorozatai. E mérések néhány év alatt igazolták, hogy a feltételezéseknek megfelelően a légköri szén-dioxid koncentráció folyamatosan emelkedik.

8. ábra Széndioxid és hőmérséklet kapcsolata

Amíg ez ki nem derült, az ember okozta éghajlatváltozás kockázatát nem kellett komolyan venni. A szakemberek nagy többsége nem is tekintette másnak, mint elméleti spekulációnak. Onnantól kezdve viszont konkrét veszéllyé vált. Ennek tudomásulvétele nyomán, körülbelül a 70-es évek elején született meg az elhatározás, miszerint széles körben fel kell hívni a közfigyelmet arra, hogy az emberi kultúra és a természeti környezet (pontosabban annak számunkra megszokott állapota) veszélybe kerülhet, és ennek mi magunk lehetünk az okozói.

Közben elrepült kb. három évtized, és sok minden történt. Egyes dolgok, melyek akkor világosnak tűntek, ma már nem egészen világosak, ugyanakkor tudásunk sok mindennel bővült, és persze számos új kérdés merült fel, aminek következtében nem csökkent, hanem nőtt azoknak a kérdéseknek a száma, amelyekre nem tudunk válaszolni.

Az ENSZ égisze alatt létrejött egy impozáns nemzetközi egyeztető mechanizmus, mely az éghajlati veszély elhárítására kapott mandátumot. Világkonferenciák zajlottak le a világ különböző egzotikus pontjain, és papírhegyek születtek, miközben sokakban az a benyomás alakult ki, hogy itt csak egy színjáték folyik, és az egész nemzetközi "klímavédelmi gépezet" nemcsak nem teljesíti, de nem is tudja teljesíteni a feladatát.

Az éghajlatváltozás kockázata

A probléma tudományos része a laikus nagyközönség és a politikusok számára ma valószínűleg sokkal világosabbnak tűnik, mint a témával foglalkozó meteorológus és fizikai oceanográfus kutatók számára. Ugyanis ebben a témában is egy bizonyos szintig könnyű eljutni, majd egyre meredekebb az út, azután pedig már nincs is út, csak egy megmászhatatlan sziklafal.

Az üvegházhatás fizikai mechanizmusa nagyon régóta ismert és tisztázott dolog, és (némi vulgarizálás árán) nagyon könnyű megérteni a lényegét. Tudjuk továbbá, hogy az üvegházhatású gázok légköri koncentrációinak növekedése biztosan melegedést váltana ki a troposzféra alsó részében, feltéve ha az éghajlat alakításában szerepet játszó egyéb feltételek közben változatlanok maradnának. De itt véget is ér az, amit egészen biztosan tudunk. A gondot az itt említett "egyéb feltételek jelentik", melyek számosak, és egymással komplikált módon összefüggenek.

9. ábra A Föld átlaghőmérséklete az utolsó száz évben

Amint ugyanis az üvegházhatás okozta melegedés megindul, ez azonnal más változások sorát vonhatja maga után. Ezek az általános légkörzést és az óceáni vízkörzést egyaránt érinthetik. Már eddig is több olyan folyamatot sikerült azonosítani, amelyek akár visszájára is fordíthatják egy kezdeti melegedés folyamatát.

Ilyen pl. az, ún. "vízgőz visszacsatolás". A vízgőzről tudni kell, hogy a légköri sugárzások forgalmában ugyanolyan szerepet játszik, mint a többi üvegházhatású gáz. Ebből a szempontból közéjük is tartozik, bár nem mindig szoktuk közöttük felsorolni: egymaga felelős a teljes légköri üvegházhatás feléért. (A szén-dioxid közelítőleg a hatás másik felének felét okozza, a metán, dinitrogénoxid, halogénezett szénhidrogének és a többiek pedig együttesen osztoznak a megmaradó negyedrészen.)

Míg azonban a szén-dioxid, metán stb. légköri koncentrációja az emberi tevékenység hatására növekszik, a légkör vízgőztartalma globális átlagban közelítőleg ugyanaz marad, vagy legalábbis ez eddig így szokott lenni. Számolnunk kell viszont azzal, hogy a troposzféra alsó része a melegedés következtében több vízgőzt tud felvenni. Ez két dologra vezethet. Az egyik az, hogy még jobban nő az üvegházhatás és még erősebb lesz a felmelegedés. De előfordulhat az is, hogy a többlet vízgőz nagy része alacsony szintű felhővé alakul. Ezek nagy optikai sűrűségű felhők, melyek nagyon hatékonyan verik vissza a Nap beérkező sugarait a világűr felé. Ha globális összmennyiségük megnő, akkor a napsugárzás kisebb hányada jut le a Föld felszínére, ami az éghajlat lehűlése irányába hat. Tehát egyrészről bekövetkezhet egy melegítő hatás, másrészről pedig bekövetkezhet egy hűtő hatás. Nehéz teljes alapossággal tisztázni, milyen körülmények döntik el, hogy melyik hatás lesz a nagyobb.

A légköri és óceáni cirkulációs rendszer együttese kapcsán a fő kérdés az, hogy egy meginduló kezdeti melegedés milyen folyamatokat indíthat el a légkör és az óceán kölcsönhatásaiban. Ez az egyik oka annak, hogy a jelenlegi kutatások súlypontja az ilyen típusú kérdésekre tolódott át. A másik ok technikai. Pár éve még nagyrészt hiányoztak az eszközök a világóceán fizikai folyamatainak pontos és nagy térségre kiterjedő megfigyelésére. Az utóbbi években az új oceanográfiai műholdak és ún. autonóm szondák új lehetőségeket teremtettek. Az éghajlatváltozások mechanizmusainak kutatásában most valóban számítani lehet egy szerény frontáttörésre.

A világóceán össztömege kb. 300-szor nagyobb, mint a légköré. Viszont a légköri mozgások nagyságrendekkel gyorsabbak: az ún. szubtrópusi jet övezetében egy légbuborék 14 nap alatt megkerülheti a Földet, míg az óceánvíz egy képzeletbeli cseppje átlagosan akár 1000 évig utazik körbe a "Nagy Óceáni Szállítószalag" mentén. Az első kérdés az, hogy az a hatalmas különbség, mely a légköri és óceáni mozgások sebességében mutatkozik, milyen szerepet játszhat az éghajlat alakításában?

A légkör és óceán együttesében zajló folyamatokat úgy foghatjuk fel, mint egy hatalmas hőerőgép működését. E működéshez az energiát a Nap szolgáltatja, a szeszélyes hajtómű szerepét az általános légkörzés tölti be, és az óceáni vízkörzés a lendítőkerék, mely arra szolgál, hogy a gépezet lehetőleg minél simábban fusson.

A hajtóművet (az általános légkörzést) az alacsonyabb és magasabb földrajzi szélességekre jutó napsugárzás különbsége hajtja. A működésbe hozott áramlási rendszer alapvető funkciója az, hogy ezt a különbséget minél jobban csökkentse, vagyis minél több hőt szállítson az alacsonyabb szélességekről a magasabbak felé. Ma már egészen jó becslésünk van arról, hogy a meridionális hőszállításnak kb. a felét végzi az általános légkörzés, a másik felerész viszont az óceáni vízkörzésre hárul. Eléggé meglepő, hogy globális átlagban a nagyon lassú vízkörzés kb. ugyanannyi hőt képes szállítani, mint a gyors légköri áramlások!

Egyes számítógépes modellkísérletek szerint a légköri meridionális hőszállítás mértékének bármilyen változására az óceáni vízkörzés egy ellenkező irányú változással reagálna (és ez megfordítva is igaznak látszik). Vagyis, ha a két rendszer közül az egyik elkezd kevesebb hőt szállítani, akkor az övezetek között a kontraszt növekszik (hisz csökken a kiegyenlítődés), és erre reagálva a másik rendszer elkezdi fokozni saját hőszállításának teljesítményét.

Azonban nem mindegy, hogy a meridionális hőszállításban az általános légkörzés és az óceáni vízkörzés hogyan osztozik. A légköri hőszállítás drámaibb folyamat, mint az óceáni, különösen a mérsékelt övben, ahol az energia szállítását a vándorló ciklonok bonyolítják le, mégpedig eléggé mozgalmas események (frontátvonulások, zivatarok, felhőszakadások, szélviharok) kíséretében. Ha az óceáni hőszállítás gyengül és a légköri erősödik, akkor az időjárás jellege feltehetőleg sokkal drámaibbá és szélsőségesebbé is válik.

Az alapvető dolog, amit minden idevágó kérdés felvetésekor előre kellene bocsátani az, hogy az általános légkörzés és az ahhoz fizikailag csatolt óceáni vízkörzés olyan rendszerek, melyek csak bizonyos meghatározott módokon tudnak működni. Csak olyan áramköri elrendezések lehetnek stabilak, melyek eleget tesznek egy sor fizikai mérlegfeltételnek. (Ezek elsősorban az energia, az impulzusnyomaték és a tömeg transzportjára vonatkoznak.) Ha a légkörzés és vízkörzés együttesének valamelyik részében valami változik, ennek kompenzálására azonnal más változások kezdődnek. Ezért "sima" éghajlatváltozás nem nagyon képzelhető el. Ha a légkör és óceán együttes "működésének" át kell váltania az egyik jól összehangolódott rezsimről egy másikra, akkor eltarthat egy ideig, amíg az átmeneti zavarok lecsillapodnak. Ebből következik például, hogy éppen egy fokozatos globális melegedés bekövetkezése, melyről egy időben sokat beszéltek, a legkevésbé valószínű lehetőség.

Az éghajlatkutatók körében hosszú ideig uralkodó elképzelés az volt, hogy a világóceán éghajlatra gyakorolt hatása döntően a rendszert érő külső hatások késleltetéséből áll. Feltételezték például, hogy az óceán a globális melegedést hosszú ideig pufferolhatja. Ezt ma már sokkal bonyolultabbnak gondoljuk, de a késleltetés vitathatatlanul az egyik hatás, mellyel számolni kell, s például gondolni kell arra, hogy emiatt az üvegházhatás jelenlegi növekedése esetleg csak pár száz év múlva mutatkozik meg, amikor már nem lehet az egészet visszacsinálni.

A másik, újabban erősen vizsgált téma a légkör-óceán kölcsönhatások tágabb területén belül az ún. oszcillátor mechanizmusokkal kapcsolatos. Ezt a témát a Csendes-óceán trópusi övének El Nino-La Nina anomáliáihoz kapcsolódó vizsgálatok hozták fókuszpontba. Felmerült például egy ún. "észak-atlanti oszcillátorra" és egy ún. "arktikus oszcillátorra" vonatkozó hipotézis. Ezek vizsgálataitól nemcsak azt lehet várni, hogy lényeges előrelépést tesznek lehetővé a féléves/éves éghajlati prognózisok készítése terén, hanem azt is, hogy esetleg betekintést adnak bizonyos éghajlatváltozással kapcsolatos mechanizmusokba.

Az El Nino-jelenség

Karácsony táján évről-évre meleg víz jelenik meg Ecuador és Észak-Peru partjai előtt. A meleg, délnek tartó áramlás blokkolja a tápanyagban gazdag hidegvíz-feltöréseket, a halászat rövid időre megszakad.

A felmelegedés nem terjed délebbre Peru legészakibb részeinél, és rendszerint márciusra vagy áprilisra véget ér.

A halászok által El Nino-nak (a gyermek) nevezett jelenség már egy évszázada ismert, azonban csak akkor kezdtek vele komolyan foglalkozni, amikor felfedezték, hogy kapcsolatban áll más területek, többek közt az Egyesült Államok vagy Afrika időjárásával is.

Az 1982-83-ban fellépő különösen intenzív El Nino ráirányította a figyelmet a jelenségre. A Meteorológiai Világszervezet (WMO) 1985-ben elindította tízéves trópusi óceán- és légkörprogramját. A hatalmas anyag feldolgozása még ma is tart, azonban már most is többet tudunk a jelenségről és a Nino eseményeinek előrejelzése is pontosabb lett.

A Ninónak nevezett jelenség összefügg a Csendes-óceán fölött fellépő légköri cirkulációval. Szabálytalan időközönként jelentkezik, az úgynevezett Déli Oszcillációban, vagyis a Csendes-óceán trópusi légkörzési cellájában, a passzát szélrendszerben bekövetkező zavarként értelmezhető.

A Déli Oszcillációt a csendes-óceáni medence keleti és nyugati területei közötti nyomáskülönbség hozza létre: a délkeleti Csendes-óceán magas nyomású, valamint az Indonézia és Észak-Ausztrália fölötti alacsony nyomású központ között megy végbe.

Amikor Peru partjainál megemelkedik a légnyomás, akkor az Indonézia és Észak-Ausztrália fölötti alacsony nyomású rendszerben csökken, és megfordítva.

Rendes körülmények között a két központ közti nyomáskülönbség az Egyenlítő mentén keleti passzátszeleket kelt.

10. ábra Általános légkörzés a Földön

A szelek felhalmozzák a meleg vizet a nyugati Csendes-óceánon, és így mintegy 40 centiméterrel megemelik a tengerszintet.

A szelek ugyanakkor mintegy 200 méter mélységbe nyomják le a termoklinálist, vagyis a meleg felszíni víz és az alatta levő hideg rétegek közötti határt. Dél-Amerika partjai előtt, ahol a passzátszelek a felszíni vizet a parttól elsodorják, a termoklinális sekélyen van, és hideg víz áramlik fel.

Indonézia környékén a passzát eléri a termikus egyenlítőt, az erős felmelegedés következtében a levegő fölemelkedik, és heves esőzések alakulnak ki. A levegő nagy magasságban kelet felé áramlik, majd a középső és keleti Csendes-óceán fölött alásüllyed, ezért itt az időjárás száraz. A cirkulációt először a brit Sir Gilbert Walker írta le, ezért viseli a Walker-cirkuláció nevet.

A Nino idején a kelet-nyugati nyomáskülönbség olyan kicsivé válik, hogy a nyugati Csendes-óceán fölött a passzát elenyészik. Az ott felgyülemlett meleg víz visszaáramlik kelet felé, ugyanakkor felszín alatti, úgynevezett Kelvin-hullámok haladnak keresztül a Csendes-óceánon, és ezek Dél-Amerika partjai előtt mélyebbre nyomják a termoklinálist, így a feláramló víz felmelegedik.

Mindkét hatás melegíti a tengerfelszínt. Volt már arra is példa, hogy a Nino idején a szélirányok és az időjárási folyamatok teljesen megfordultak. EI Nino kifejezéssel (pontosabban El Nino Déli Oszcilláció - ENSO) csak azokat a rendkívüli eseményeket illetik, amikor a tengerfelszín felmelegedése erőteljes és kiterjedt.

Ahelyett, hogy márciusban vagy áprilisban visszaállna a szokásos érték, a tengerfelszín hőmérséklete ilyenkor végig a perui partok mentén, valamint az egyenlítői Csendes-óceán keleti és középső vidékein megemelkedik és ez az állapot akár évekig is eltarthat. Ilyen, viszonylag erőteljes El Nino eseményeket már az 50-es évektől feljegyeztek, ám az elmúlt egy-másfél évtizedben a jelenség fokozottan jelentkezett.

A Nino erőségének mérésére alkottak egy mérőszámot. Ez a SOI (Southern Oscillation Index - Déli Oszcillációs index) ami a cirkuláció erősségét a Tahiti és Darwin közötti bárikus gradiens nagysága alapján minősíti. Voltak olyan időszakok, amikor a perui partok előtt a tengerfelszín több mint hét Celsius fokkal melegedett föl.

Az 1972 óta lejátszódott események együttes hatása katasztrofálisan érintette Peru halászatát. Az éves fogás az 1970-es 12 millió tonnás csúcsértékről alig egy évtized alatt kevesebb mint félmillió tonnára esett vissza!

A helyzetet tovább bonyolítja, hogy ma már egy La Nina-nak nevezett jelenséget is számon tartanak. A Nino időszak és a normális állapot mellet egy olyan időszakot is megfigyeltek amikor Peru partjainál az átlagosnál jóval hidegebb a tengervíz. Ilyenkor viszont Indonézia környezetében lesz átlag feletti hőmérsékletű a tengervíz, amit erős csapadékhullás kísér.

Ez gyakorlatilag egy fordított állapotot jelez (hideg eseménynek /cold event/ is nevezik), aminek a következménye is eltérő lesz. Ilyenkor erősebb a passzátszél és a trópusi monszun is több csapadékot szolgáltat.

Sok évtizedes meteorológiai megfigyelések tanúskodnak róla, hogy bizonyos Niño években a Csendes-óceántól távolabb fekvő területeken is nagy áradások, máshol pedig aszályok pusztítanak. A trópusi ciklonok pedig sokkal gyakoribbak lesznek.

Vigyázni kell azonban, nehogy minden időjárási anomáliát a Nino-val magyarázzunk. Ez a jelenség a globális éghajlat természetes változékonyságának része, nem pedig emberi hatások következménye.

Azt azonban nem tudhatjuk, hogy tevékenységünk a Föld-légkör rendszer kölcsönös kapcsolatain és visszacsatolásain keresztül milyen hatással van ezekre a jelenségekre. Mindenesetre tény, hogy az utóbbi években szokatlanul erős El Nino időszak volt 1990-1995 között.

Broecker folyamat

Ennek lényege, hogy egy kezdeti éghajlat-melegedés (pl. melyet a növekvő üvegházhatás elindíthat) az Atlanti-óceán északi részében kiválthatja a tengeri jég fokozott mértékű olvadását, a jég olvadásakor kiszabaduló víz pedig felhígíthatja a Nagy Óceáni Szállítószalag oda érkező sós vizét, és akkor ez a víz már nem lesz elég sűrű ahhoz, hogy a Grönland közelében lesüllyedjen. Ez megakasztaná a Nagy Óceáni Szállítószalag jelenlegi zavartalan működését. Ettől az óceáni cirkulációs rendszer esetleg több helyen is átrendeződne, legfőképpen pedig a Golf-áram működése, jelenlegi formájában, megszűnne. Európa számára ez katasztrofális volna, mert az átlagos hőmérséklet akár 6-10 fokos csökkenése is bekövetkezhetne. A hipotézis szerint a lehűlés nyomán újra megindulna a sarki jégtakaró hízása és később a Golf-áram is újraindulna és kezdődne minden elölről.

Broecker hipotézise a fokozatos globális melegedés verziójával szemben egy radikális lehűléssel beinduló oszcilláció lehetőségét veti fel. Bizonyos paleoklimatológiai adatok szerint a holocént megelőző kb. százezer éves időszakban tipikusak voltak az ilyenszerű oszcillációk, de ismeretlen okból ezek kb. 11 ezer évvel ezelőtt abbamaradtak.

11. ábra Broecker conveyor 1 koncentrált vízsűlyedési körzet 2 meleg felszíni áramlás 3 hideg mélyvizi áramlás

A Broecker-conveyor működése a következő:

Az Atlanti-óceán északi medencéjében az észak felé áramló felszíni víz (Északatlanti-áramlat) Izland közelébe érve még 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 délfelé 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 ismét megkerülve jut vissza az Atlanti-óceán északi részébe.

Az Észak-Atlanti óceán vizében a sótartalom csökkenése gyengítheti, vagy leállíthatja a Broecker conveyor működését, ami az áramlások rendszerének időleges leállását, az általuk okozott +/- éghajlati anomáliák szünetelését is előidézheti, ami az érintett területeken jelentős éghajlatromlást okozhat, mivel a legnagyobb +anomáliát az Észak-atlanti áramlás okozza Ny-Európában (+6-8°C, Mo.:+1,5°C az évi középhőmérsékletben). Ilyen esetekre az utolsó jégkorszak folyamán is volt példa. A rendszer ismereteink szerint hosszabb rövidebb idő után újraindul.

Bizonytalanság, sürgősség, fontosság

Ez három stratégiai kérdés, melyekre nagyon jó lenne okos válaszokat kitalálni. Az előző fejezetből remélhetőleg világosan kitűnt, hogy az éghajlatváltozás mechanizmusaira vonatkozó tudásunkban nagy bizonytalanság uralkodik. De nem árt, ha egy kicsit mélyebben is belenézünk abba, hogy miben vagyunk bizonytalanok. A tekintetben például semmi kétségünk nem lehet, hogy az emberi tevékenység - ha erre a jövőben nagyon tudatosan nem vigyázunk - előbb-utóbb megváltoztathatja a globális éghajlat rendszerét. Erre megvannak, illetve biztosan meg lesznek az eszközeink és a képességeink. De nem tudjuk pontosan előre jelezni, hogy hogyan és mikor fog erre a természet reagálni. Ez a fajta bizonytalanság pedig nem ok arra, hogy a szóban forgó kockázatot ne vegyük komolyan.

Mennyire sürgős ez a probléma és mennyire fontos? A dolgok sürgősségét és fontosságát ki lehet játszani egymás ellenében. Az indokolatlan sürgetés oda vezet, hogy eleve csak olyan akció jöhet számításba az éghajlati kockázat elhárítására, melyet azonnal végre lehet hajtani, s nem az, amit igazán meg kellene tenni. Nagyon határozottan ki lehet jelenteni, hogy az ember okozta éghajlatváltozás veszélyének elhárítása sokkal kevésbé sürgős, mint amennyire fontos.

Technológiai optimisták és utópisták

Az ENSZ éghajlatpolitikáját két oldalról éri bírálat. Az egyik oldal túl soknak tartja, amit tesznek, a másik meg kevésnek. A teljes elutasítást az ún. technológiai optimisták képviselik, a keveslő elégedetlenséget pedig azok, akiket utópistáknak lehet nevezni.

Az előbbiek azt hangoztatják, hogy a tudomány és technika eddig is sikert sikerre halmozott, diadalmenete töretlen és előbb-utóbb mindenre kínál megoldást. Ha különféle korlátozó egyezményekkel fékezzük a fejlődést, akkor - szerintük - éppen attól az eszköztől fosztjuk meg magunkat, mely egyedül segíthetne a csapdából való kimászásban.

Az utópisták szerint globális katasztrófa felé tartunk, mert a világ népességének gyors növekedése kényszerítő erővel hajtja előre a folyamatokat, melyek veszélyeztetik a globális környezetet. Mivel a népességnövekedés lassításának ügyét a világ egyetlen jelentős politikusa sem kész felvállalni, barátaink elszántan próbálnak a fenntartható fejlődésre, pontosabban az éghajlati kockázat elhárítására és azon belül elsősorban a globális szén-dioxid emisszió korlátozására radikális recepteket találni. Elképzeléseikben négy közelítés dominál:

  • fokozott szigorúságú hatósági korlátozások,

  • gazdasági fékező eszközök (speciális adók stb.),

  • új etika (önkorlátozás etikája),

  • áttérés tiszta, megújuló (nap-, szél-, víz-, bio-) energiára.

Itt az az érdekes, hogy először minden, amit a céljaikról mondanak nagyon szimpatikusan hangzik. Fellépnek a változások, a nukleáris energia, a globalizáció ellen.

A technológiai optimisták pozíciója éppen ellenkező. Filozófiájukban egyetlen igazán gyenge pont van, mégpedig az, hogy az általuk felvázolt agyon-technikázott jövőkép nekünk nem tetszik és nem is tetszhet, mert egy számunkra idegen világról szól. De az út, mely ehhez a nem csábító jövőhöz vezet, tökéletesen sima és lejtős. Semmit sem kell erőszakosan megváltoztatni. Csak hagyni kell, hogy sodródjunk a változó idők dallamával. Ezért aztán ők csatát nyernek "minden kilométerkőnél".

Optimisták a világ energiaellátásának jövőjét az energiarendszerek múltbeli fejlődésének tükrében képzelik el. Abból indulnak ki, hogy a fejlődés - általános értelemben - nem egyéb, mint helyettesítések sorozata: A 19. században a fűtés fő üzemanyaga a fa volt, a közlekedésé pedig a zab. Azután a kőszén felváltotta a fát, majd a nyersolaj (részben) felváltotta a kőszenet. Most éppen azt látjuk, hogy a gáz kiszorítja az olajat, és előre láthatóan a gáz fogja uralni az elsődleges energiahordozó piacot a következő 50-60 éven át. Ezt követi majd az, hogy a hidrogén lép a gáz helyébe, miközben az elektromos energia egyre növekvő hányadát nukleáris erőművek fogják termelni. A bőséges elektromos energia birtokában könnyű lesz hidrogént gyártani és ez lesz a gépkocsik - környezeti szempontból kifogástalanul tiszta - üzemanyaga.

Az ózonpajzs

A légkör másik nagy változását az ózonpajzs elvékonyodása jelenti. Többféle reakció láncolata során az ózonképződés és felbomlás természetes egyensúlya:

O2 + UV-sugárzás (elnyelés) = O + O
O + O + 2O2 = 2 O3
O3 + UV-sugárzás (elnyelés) = O + O2
O + O = O2 vagy
O + O2 = O3

A Nap spektrálisan sugároz (az energiahozam 99%-a: λ = 0,17–4,0 μm, hiányzó "vonalakkal"). Ultraibolya (UV) sugárzás a napsugárzáson belül: λ = 0,17–4,0 μm. Bőrstimuláló hatás (pl. barnulás), szembetegségek, bőrrák, mikroorganizmusok, sejtek, élő szervezetek elpusztítása. A földi élet nem maradhat fenn az UV sugárzás mellett.

UV elnyelés:

Oxigén, nitrogén, egyéb gázok: (kis mértékű) elnyelés λ < 0,22 μm

Ózon O3: jó elnyelőképesség λ = 0,22–0,29 μm (0.28 felett mérsékelt)

A 0,28 μm feletti UV-sugárzás legnagyobb része a földfelszínre jut (barnulás, szembetegségek, bőrrák)

Az ózon (O3) legnagyobb sűrűségben a sztratoszférában, ezen belül 20 - 30 km magasságban ("ózonoszféra", ózonpajzs) fordul elő, de nyomokban még 70 km-en is, de a felszín közelében (troposzféra) is fellelhető. Az ózonréteget Dobson-egységgel jellemzik.

A sztratoszférikus ózont veszélyeztető tényezők

Kloro-fluoro-karbonok

Régen: hűtőgépek hűtőközege: ammónia, metil-klorid. Egészségre károsak ⇒ később: kloro-fluoro-karbonok (freonfélék). Nem mérgező, színtelen, szagtalan, igen kevéssé reakcióképes. Hűtőipari alkalmazás mellett: sprayk hajtógáza, habosított műanyagokban buborékképzők stb.

A kezdetben keletkező 1 db aktív klóratom láncreakciószerűen korlátlan számú ózonmolekulát képes szétrombolni. Gyakorlatilag több 1000 db-ot, mielőtt végleg eltűnik a sztratoszférából.

A kibocsátott freongáz gyenge reakcióképességénél fogva sokáig megmarad a földfelszín közelében és lassan kerül a magasabb légrétegekbe. Csak több mint 10 év múlva éri el a sztratoszférát. 65 - 130 évig is a sztratoszférában tartózkodhat. A freonkibocsátás az utóbbi években rohamosan nőtt és 1987-ben tetőzött (800 000 T).

Egyéb antropogén gázok az Antarktisz felett

Az Antarktisz felett olyan légörvény alakulnak ki, mely lehetetlenné teszik a levegő függőleges keveredését, ezért a káros antropogén gázok feldúsulnak. Ez a folyamat az évszakoktól függően eltérő.

Télen: Az Antarktisz feletti -80°C sztratoszférikus levegőben jég + NOX-kristályokból álló ún. sarki sztratoszférafelhők alakulnak ki. A kristályok elnyelik a klórnitrátot és a sósavat, melyek a kristályokban klórrá és salétromsavvá alakulnak:

ClNO3 + HCl = Cl2 + HNO3

A salétromsav a kristályokban marad, a klór pedig felszabadul és tavasszal a fokozódó napsütés (UV-sugárzás) hatására:

Cl2 = 2 Cl, és ebből
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O = Cl + O2

láncreakció megy végbe.

Nyáron: A napsütés elolvasztja a sztratoszférafelhők kristályait. Légköri keveredés során az olvadás során reakcióképesebbé váló NOX-ok a ClO molekulák egy részét semlegesítik - az ózonromboló hatás csökken. A környező légrétegekből ózontartalmú levegő érkezik. Az ózonlyuk mérete csökken.

Nitrogén-oxidok

N2O-kibocsátás: nitrogén-műtrágya lebontása, belsőégésű motorok. Sztratoszférába jutás: elsősorban sugárhajtású repülőgépek által.

2 N2O = 2 NO + O2
NO + O3 = NO2 + O2

Az antropogén, sztratoszférába jutó NOX emisszió (repülőforgalom növekedése) az egyéb káros gázok semlegesítése révén az ózonmennyiség növekedéséhez is hozzájárulhat. A légrétegekben végbemenő változások az ózonmennyiség lokális csökkenése az un. ózonlyuk, mely elsősorban

  • az Antarkisz felett és Ausztráliában

  • az északi féltekén, pl. Közép-Kelet Európában

tavasszal, nagy kiterjedésű, kevésbé vékony ózonréteget jelent.

Az ózonlyuk következményei

Az ózontartalom 1 %-os csökkenése a rákos megbetegedések számát 5 %-al növeli. Az UV-sugárzás intenzitásának 2-szeresre növekedése a növényi terméshozamokat 25 %-al csökkenti.

A nagymértékű UV sugárzás egyre több növényi planktonszervezetet pusztít el a legfelső tengerrétegekben, emiatt csökken a CO2-t elnyelő biomassza. Tehát az ózonlyuk és az üvegházhatás között összefüggés áll fenn.

Az ózonmennyiség csökkenése miatt megváltozik a sztratoszféra hőmérséklete, ami a légkör hő- és áramlási rendszerének megváltozásához vezet.

Önellenőrző kérdések

  1. Mit jelen az a szó, hogy atmoszféra?

  2. Mi okozza az üvegházhatást?

  3. Milyen hámyada éri a föld felszínét a Napból kisugárzott energiának?

  4. Mi a következménye az üvegházhatásnak?

  5. Mi a Broecker folyamat?

  6. Mivel jellemzik az ózonréteget?

  7. Becsülje meg, hogy hány Dobson-egység az ózonoszférában lévő ózon vastagsága?

  8. Mik az ózonlyuk következményei?