MTA 98 06

23 RBH

Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora

Huszár RudolfWashington University, St. Louis, USA

Székfoglaló előadás Magyar Tudományos Akadémia

Budapest, 1998 junius 23

[English Version]

MTA 98 06

23 RBH

Az állandóan változó Föld• A Föld is egy élő rendszerhez hasonló. A Föld fizikailag

öregszik és ugyanakkor az evolúció a bioszférát állandóan megújitja. A természetes változások mellett, Föld változásaihoz az emberiség is hozzájárul.

• A változások egy része lassan és egyenletessen megy végbe és előre látható. Sok biogeokemiai változás azonban gyorsan és váratlanul történik, valamint időben és térben egyenletlen.

• Emberi szempontból a gyors változások sokszor katasztrofális eseményekkel jár.

• James Lovelock, szerint a Föld bolygó egészségét, fiziológiáját, ezért figyelmmel kell kisérni.

MTA 98 06

23 RBH

A változásokhoz való alkalmazkodásAttól függetlenül, hogy a Föld ‘egészséges’ e vagy ‘beteg’, az elkerűlhetetlen és nem előrelátható környzezetbeli változásak megkivánják a következő lépéseket:

Ez a három lépés a fenntartható fejlődés (sustainable development) alapfogalma. Minden élőlény ilyen visszacsatolással tartja fenn magát a változékony környezetben.

Megfigyelés és mérés

Változások magyarázata

Döntés és akció

MTA 98 06

23 RBH

A Föld megfigyelése és mérése

Az orvosok a páciens egészségét úgy állapítják meg, hogy megmérik a hőmérsékletét, szívének dobogását, a kolesztorin koncentrációját és a többi, életre fontos jellemzőt. Egy beteg diagnózisára, az orvosok kölönböző műszereket használnak, pl. röntgen és ultrahang képeket, stb.

A földtudományok szakemberei mérik a Föld globális hőmérsékletét, a levegő kémiai összetételét, a felhősséget és a Föld sok más életre fontos jelzőit. Méréseiket hőmérőkkel, kémiai analizissel és műholdas megfigyelésekkel végzik.

MTA 98 06

23 RBH

Biogeokémiai folyamatok megjelenítése aeroszollal

E folyamatok jeletős biogeokémiai anyagforgalmmal járnak és ugyanakkor szemmel látható aeroszolt okoznak - füstöt, porfelhőt és légköri homályt. Az aeroszol menyisége, minősége, és tér-időbeli elosztása jellemzi a biogeokémikus folyamatot.

Porviharok Erdötüzek

Vulkánkiörések Légszennyezödés

MTA 98 06

23 RBH

Az aeroszol műholdas távméréseA müholdak az aeroszol mérésére különösen megfelelőek. Az emberi szemhez hasonlóan, a műholdra szerelt szenzor érzékeli a Földről ( Ro), illetve aeroszol részecskékről, a levegő molekulákról és felhőkről visszavert fényt. A távmérés azonban az aeroszolnak csak az integrál tulajdonságait mutatja ki.

I / Io = Ro e- + (1- e-) P

Mag Tip Nagy Szog Alak

SSdHdCdDdPdPDCHI

Leegyszerűsítve, a műholdon mérhető sugárzás:

( - optikai vastagság, P - szórási tényező)

MTA 98 06

23 RBH

A változások magyarázataAz élet alapanyagai, ugyanis a szén, kén, nitrogén, kalcium, és foszfor állandó körforgásban vannak az atmoszféra, hidroszféra, litoszféra és bioszféra között. A környezet akkor van egyensúlyban ha az anyagok ki- és beáramlása egyenlő.

Másrészt, változások a környezetben akkor történnek, ha az anyagok körforgása megváltozik. Például, a szén-dioxid koncentrációja a légkörben akkor emelkedik, ha a források erőssége nagyobb, mint a nyelők intenzitása. Az aeroszol koncentrácioja is a források és nyelők erősségétől, valamint a légköri áramlásoktól függ.

MTA 98 06

23 RBH

Porviharok

Porviharok okozzák a homok szállítását a Föld egyik részéből a másikba. Lösz, a jó termő sárgás hordalék, a Föld kontinenseinek kb. 10 százalékát takarja. Kínában, például 100 m mélységű lösz réteg is található.

A legnagobb porforrások Szaharában, Szaúd-Arábiában és Közép-Ázsiában találhatatók. A por kémiai összetétele hasonló az adott sivatag homokjának összetételéhez.

A por részecskéket a szél ereje emeli a levegőbe a homokdűne felületéről. A kisebb (1-5 m) por részecskéket több ezer kilométerre szállítja a szél. Nagy mennyiségű szaharai por található Dél-Amerikában és kínai sivatagi por Észak-Amerikában

MTA 98 06

23 RBH

Szaharai porfelhő Nyugat-Afrika felett

A légköri por mérése száraz vidékeken kimutatja por forrásait, a transzport folyamatok erősségét és a szállított anyag térbeli eloszlását. Ezen keresztül, más merésekkel kombinálva, meg lehet állapítani a szárazság mértékét, vagy a sivatag terjedését.

MTA 98 06

23 RBH

A kelet-ázsiai porvihar

1998 április 15-én porvihar kezdődött Kína nyugati tartományában. Különbözött a tavaszi porviharoktól, mert sokkal nagyobb méretű volt. A CNN szerint, sok ember eltűnt. Április 20-ára a sárga porfelhő Kelet-Kínának 1500 km széles tartományát takarta be.

MTA 98 06

23 RBH

A porfelhő szállítása a Csendes-óceán fölött

Április 20 és 25-e között a porfelhő gyorsan átutazott a Csendes-óceánon. Az óceán felett a sárga porfelhőt könnyen meg lehetett különböztetni a fehér színű víz felhőktöl.

MTA 98 06

23 RBH

Az ázsiai porfelhő hatása Észak-Amerikában

Április 25-én a porfelhő megérkezett Észak-Amerikába. Műholdas képek szerint az egyik ága Kanada felett folytatta az utat keleti irányban. A másik ága délre fordult Oregon és Kalifornia irányába.

Washington államban a porfelhő 120 g/m3 aeroszol koncentrációt okozott.

MTA 98 06

23 RBH

Az ázsiai por megfigyelése és magyarázata

• Néhány kutató figyelte az ázsiai porfelhő alakulását és mozgását.

• Amikor a porfelhő Észak-Amerikához közeledett, értesítették a környezetvédelmi hatóságokat és a kutatótársakat

• Magas aeroszol koncentráció miatt, a hatóságok megtiltották a szabad tüzek gyujtását

• A kutatók jelentették a megfigyeléseiket és adataikat egy web-oldalon keresztül.

• A környezetvédelmi hatóságok a kutatók web-oldalán keresztül

tájékoztatták a lakosságot erről a különleges aeroszol jelenségről.

MTA 98 06

23 RBH

Biomassza égetése

A növények, a biomassza égetése lényegesen hozzajárul az élet alapanyagainak körforgásához. Erdő, szavanna és mezőgazdásági tüzek nagy menyiségű szén-dioxidot, szerves gőzöket és aeroszolt bocsátanak a légkörbe. Manapság a tüzek leginkább az emberi tevékenység miatt keltkeznek.

A Szaharától déli szavanna tartományban ezrével égnek a tüzek, különösen december és január között. Dél- Amerikában szeptembenben történik a legtöbb égetés.

MTA 98 06

23 RBH

Növényi égések füstje

A füst mérése az erdő, szavanna és mezőgazdasági tüzek körül kimutatja a tüzek nagyságát, térbeli és évszakonkénti eloszlását.

A téli szavanna füst egy 1000-2000 km hoszú sávban látható. A szél a füstöt Dél- Amerika irányába szállítja az Atlanti-óceánon keresztül. Nyugat-Afrika körül megeshet, hogy a szaharai porfelhők és a szavanna füstje egymással keverednek.

MTA 98 06

23 RBH

A közép-amarikai erdőtüzekA 1998-as év egész tavaszán ezrével gyulladtak ki a tüzek Dél-Mexikó és Panama között. Ez magában nem meglepő, de a szárazság miatt az égő növényzet mennyisége a becslések szerint az átlagnál kétszer nagyobb volt.

Sűrű füst takarta Közép-Amerikát és a körülötte lévő tengereket. A tavasz folyamán a füst néhányszor az USA-ba és egyszer Kanadába is eljutott.

MTA 98 06

23 RBH

A füstfelhő SeaWiFS és GOES8 műhold adatai szerint

MTA 98 06

23 RBH

A füstfelhő terjedése Észak Amerika fölött

A TOMS mühold naponta méri az abszorbáló aeroszolt. Az adatai szerint, a légáramlás hiánya miatt, 1998 május 12-re egy különösen sűrű füstfelhő gyült össze az 1500 km nagyságú Mexikói-öbölben.

A következő hét nap alatt, a füstfelhőt a szelek szétterjesztették Észak-Amerika összes keleti tarományaira. A füst először északra indult a Mississippi folyó völgyén Kanadáig. Utána a füstfelhő eltakarta a Egyesült Államok keleti államait.

MTA 98 06

23 RBH

Ember által okozott változások

Az utolsó évszázadtól kezdve az emberiség lényegesen befolyásolja a Föld biogeokémiai egyensúlyát fűtöanyag égetésével. Nagy mennyiségű szén- és kén-vegyületek, valamint különböző fémek kerülnek a légkörbe. Észak-Amerikában például a kén napi kibocsátása a légkörbe kb. fél kilogram fejenként. Ez a levegőt szennyezi, növényeknek ár és a talajt savanyítja.

Az emberiség megváltoztatta a természetes folyamatokat. Az erdők szándékos égetése a világ sok részén is növeli a bio-anyagok körforgását. A sivatagok terjedése pedig befolyásolja a talaj porok légköri szétszórását.

MTA 98 06

23 RBH

Emberi tevékenységgel okozott légköri homály

India

KinaÉszak-Kelet Amerika

MTA 98 06

23 RBH

Összefoglaló

• A légköri aeroszol igen jó indikátora a biogeokémiai folyamatoknak, mint pl. a porviharok, a növényi tüzek, vulkánkitörések és ipari aeroszol előfordulásának.

• Mindegyik folyamatnak egy különleges aeroszol jellemzője van.

• A napsugárzás erőteljes szórása miatt az aeroszol könnyen észlelhető.

• Műholdas műszerek már most napról-napra mérhetik a globáis aeroszol elosztását

• A hátralévő mérési problémák a közeljövőben megoldhatók.

• A tudományos kutatók mérvadó információval hatásosan és időben kisegithetik a környezetvédelmi szerveket.