Szemcse (1) - méret (2) - meghatározás (3) : a szemcseméret meghatározás három legfőbb problémája


Szemcseméret meghatározásra alapuló kutatásaink során lettünk figyelmesek a manapság rutinszerűen használt, "legmodernebb" granulometriai módszerek nagyvonalúan ignorált problémáira. Ekkor született meg a gondolat, hogy szemcseméret meghatározást, mint az egyik legalapvetőbb vizsgálati módszert (mind természetföldrajzban, mind üledékföldtanban, mind egyéb, nem földtudományi területeken, pl.: gyógyszeripar, cementgyártás) kritikusan bemutassuk a kutatói társadalomnak. 


Célunk, hogy módszertani kutatási eredményeink minél több kollégához eljussanak, hiszen az elmúlt években, a modern szemcseméret meghatározási vizsgálatok viszonylag könnyen elérhetővé váltak a kutatók számára. A méréstechnológiai fejlődés azonban úgy tűnik – egyes tudományterületeken –, megelőzi az azt alkalmazók háttértudásának bővülését.

A módszertani kérdéseket boncolgató publikációinkban bemutattuk a lézer diffrakciós (Varga et al., in press) és az automata statikus képfeldolgozáson (Varga et al.,  2018) alapuló szemcseméret meghatározás legfőbb problémaforrásait, valamint a granulometriai adatok értelmezési problémáit:

Lézer diffrakció
A hullóporos eredetű üledékek szemcsemérete fontos információkkal szolgál a múltbéli környezeti viszonyokról. Azonban csak a korrekt granulometriai adatok és mindazok helyes értelmezése adhat támpontot az üledékek képződésekor uralkodó szélviszonyokról (szélsebesség, szélirány, szezonális eloszlások, viharosság stb.), a forrásterület(ek) távolságáról vagy éppen a poranyag leülepedése utáni talajosodási, mállási viszonyokról.
Szemcseméret meghatározására leggyakrabban a lézerdiffrakció elvén működő műszereket használják. Azt azonban sokszor nem veszik figyelembe, hogy a 
  • (1) ezzel a technikával közvetett adatokat szerezhetünk a vizsgált minták szemcséinek (valamilyen típusú gömb-ekvivalens) méretéről; 
  • (2) a lézerfény törésének és elnyelődésének mértéke alapján észlelt jel szemcseméretté történő átalakítása kétféle optikai modell (Fraunhofer és Mie) alkalmazásával valósítható meg; 
  • (3) a Fraunhofer-elmélet esetében feltételezzük, hogy a szemcsék kellően nagyok (a lézer hullámhosszának mintegy 40-szeres) és opakok; 
  • (4) a Mie-elmélet esetében viszont előzetes információra van szükség a szemcsék anyagi minőségétől függő refrakciós-indexről és abszorpciós-koefficiensről; 
  • (5) ez azonban egy poliminerális közeg esetében egy kellően nehéz kérdéskör; 
  • (6) nem is beszélve a különböző készülékek eltérő viselkedéséről azonos beállítások mellett is.
A különböző gyártók, különböző műszereivel végzett összehasonlító mérések eredményei rávilágítottak, hogy ez az összehasonlítás nem is oly egyszerű kérdéskör. A különböző műszerek felépítése is eltérő, de az alkalmazott monokromatikus fény hullámhossza, a szemcseméret-tartományok száma és mérete is alapvetően befolyásolják az eredményeket. A mérések során Fritsch Analysette 22 MicrotecPlus, Horiba Partica La-950v2 és Malvern Mastersizer 3000 (Hydo Lv unit) műszerek adataira támaszkodtunk. A vizsgálat során paleotalaj- és löszminták szemcseméret eloszlását határoztuk meg.
Különösen a kisebb szemcseméret-tartományok esetében volt egyértelmű a különböző műszerek, különböző optikai beállításainak eltérése. Őskörnyezeti rekonstrukciók szempontjából viszont, éppen ez a legkisebb szemcseméret frakció az, amely a legtöbb információval rendelkezik a múltbéli változásokról.
Jelentős eltéréses adódtak az egyes gyártók, azonos beállítás mellett (, illetve általános értelemben is) mért adati közt. Mind a teljes mintára (d), mind az agyag (a) és kőzetliszt (b) frakciókra elvégzett összehasonlító részelemzések rámutattak, hogy elsősorban nem a minta anyagi tulajdonsága, és nem is az optikai beállítás, hanem a lézer diffrakciós készülék típusa a legfőbb tényező a szemcseméret alakulásában. Csupán a homok (c) esetében látható, hogy noha a műszertípus (színnel jelölt) szerint csoportosulnak a minták, de az egyes klaszterekben az azonos minta, különböző optikai beállítás mellett mért rekordjai csoportosulnak.

Automata statikus képfeldolgozás
A Malvern Morphologi G3-ID a hagyományos lézerdiffrakciós szemcseméret meghatározással szemben lehetőséget teremt a méreteloszláson túl a különböző szemcsék alakjának (pl. köralakúság; konvexitás), alakeloszlásának, illetve az alaktól függő további méretparamétereknek (pl. körekvivalens átmérő; hosszúság, szélesség; kerület, terület) mérésére. Mindezeken túl a szemcsék optikai paramétereit, fényáteresztő képességét, továbbá a Raman feltét segítségével a kémiai összetételét is elemezhetjük. Az automatikus több tíz vagy százezer szemcsén végrehajtott elemzések a hagyományos mikroszkópos elemzésekhez képest sokkal hatékonyabbak, objektívek, reprodukálhatók és nagyobb számú minta alapján készülnek a statisztikai elemzések, így robusztusabbak is. Ezeknek a kiegészítő méréseknek a segítségével a korábbi lézeres mérések bemenő optikai paramétereit optimalizálhattuk és így az üledékképződési viszonyokat jobban reprezentáló adatsorokhoz jutottunk. 
A műszer automata méret-, alakeloszlás és optikai adatai, valamint a Raman feltéttel meghatározott kémiai összetétel alapján törmelékes eredetű üledékek és talajok (1) szemcseméret meghatározási módszereit ellenőrizhetjük, továbbá képződési folyamataikról és környezetükről szerezhetünk információkat mind (2) a múltbéli (lösz-paleotalaj rendszer), mind (3) a jelenkori (por-talaj rendszer) lerakódások esetében. Így lehetőséget teremt a detritális és a leülepedés után képződött szemcsék részarányának meghatározására, így a szedimentációs mechanizmust reprezentáló és a környezeti viszonyoktól függő proxyk elkülönítésére.
Egy háromdimenziós objektum - jelen esetben ásványi szemcse - méretének egyetlen egy mérőszámmal történő leírása bizonyos mértékű torzítást von maga után. A lézerdiffrakció esetében a fény törésének és elnyelődésének figyelembevételével, egy gömb-ekvivalens átmérővel közelítjük a mért szemcse méretét, melyet aztán térfogatszázalékban fejezünk ki. Eközben azt feltételezzük, hogy (1) a vizsgált szemcse gömb alakú és (2) ismerjük az optikai tulajdonságait (komplex törésmutatóját), ami egy poliminerális közegben már önmagában komoly leegyszerűsítésnek tekinthető. 
A képfeldolgozáson alapuló szemcseméret meghatározás során a háromdimenziós objektumunk méretét egy kétdimenziós levetített kép paramétereivel közelítjük, leggyakrabban a kör-ekvivalens átmérővel. Egy anizotróp testről készült levetített kép (mérete és alakja) függ (1) a test alaktani paramétereitől (egyszerű testek esetében az elnyúltságot és laposságot reprezentáló oldalarányokkal jól definiálhatók), valamint (2) a test levetítési síkhoz viszonyított orientáltságától. 

Aggregátumok eredete – üledékes vagy lerakódás utáni?
Az agyag- vagy finomkőzetliszt méretű szemcsékből összeállt durvább frakciójú aggregátumok eredetének problémája (poszt- vagy szingenetikus) jelentősen befolyásolja a szemcseeloszlási vizsgálatok eredményeinek értelmezését, környezetrekonstrukciókban való alkalmazását. Mindez alapján számos esetben felmerül a kérdés: szükséges-e a dezaggregálás? A mikroszkópos felvételeken az aggregátumok felismerhetőek, alaktani paramétereik alapján mennyiségük és eloszlásuk automatikusan meghatározható, ásványtani összetételük meghatározásával eredetük is tisztázható.
A poranyag származása és a hullóporos szedimentáció dinamikája 
A törmelékes üledékes kőzetek szemcséinek alakja és alakeloszlása a szállító és/vagy ülepítő közeg típusáról, a szemcseméret szállító közeg erejéről, dinamikájáról, a szállítási távolságról, így a lehetséges forrásterületről szolgáltat primer adatokat. A szállítás közben a távolsággal a szemcseméret is folyamatosan változik, így a különböző, mérettől függő ásványos összetétel is; közvetett adatokkal szolgálva a szállítási távolságról.
A hullóporos eredetű üledékek szemcseeloszlás görbéinek matematikai-statisztikai módszerekkel (paraméteres függvény-illesztés, end-member modeling, klaszteranalízis) történő felbontásával, különböző eredetű (pl. porvihar, háttérpor, több forrásterületről származó, szezonálisan eltérő) üledékpopulációkat tudunk elkülöníteni. Az elméleti alapokon meghatározott üledékpopulációk helyessége a különböző méreteloszlású és ásványi összetételű szemcsék automatizált mikroszkópos valós elkülönítésével ellenőrizhetővé és pontosíthatóvá válik. A különböző méretű és méreteloszlású szemcsék más-más kiülepedési mechanizmussal kerül ki a légkörből, rakódik le és halmozódik fel a felszínen.
Őskörnyzeti proxyk pontosítása és módosítása
A szemcseméret vizsgálatok jellemzően gömbalakú szemcséket feltételeznek, és az eredmények valamilyen típusú ekvivalens gömbátmérőnek felelnek meg, így nem tekinthetők pontos értékeknek. A szemcsék alakja azok ülepedési sebességét is módosítja, befolyásolva így az ezekből származtatott környezeti paraméterek (pl. porfluxus adatok és a szemcsemérettől függő szedimentációs sebesség hányadosából képzett porkoncentráció becslés) értékeit.
A szemcseméret-eloszlás adatokból származtatott paraméterek detritális és posztdepozit „jelének” elkülönítése az automatikusan megállapított méret- és alakeloszlási részarányok felhasználásával valósítható meg. A mállási indexek és geokémiai klímafüggvények eredményei szempontjából fontos tudni a ténylegesen talajosodási folyamatok révén képződött ásványi összetevők részarányát a paleotalajokban. A különböző hosszúságú és éghajlatú interglaciálisok során a löszképződés befejeződése után is számolhatunk hullóporos szedimentációval, mely finomszemcsés poranyag hozzáadódás felmelegedési időszakot jelző paleotalajok ásványtani és granulometriai tulajdonságait is módosította. Egyes esetekben pl. a középső pleisztocén vörös, „terra rossa-jellegű” paleotalajok képződése kapcsán játszhatott ez a folyamat komoly szerepet a pedogenezisben. A méret-, alak- valamint ásványtani adatok alapján lehetőség van az agyag- és finomkőzetliszt méretű detritális eredetű szemcsék elkülönítésére.
Recens porhozzáadódás talajokhoz
Hasonlóan a pleisztocén interglaciálisokhoz a jelenkori talajképződési folyamatokban is szerepet játszhat a külső, finomszemcsés porhozzáadódás. A méret-, alak- valamint ásványtani adatok alapján lehetőség van az agyag- és finomkőzetliszt méretű detritális eredetű szemcsék elkülönítésére.
A Kárpát-medencében kiülepedett jelenkori poranyag származása
A hazánk légkörét esetenként elérő nagy távolságról származó poranyag kiülepedése viszonylag kis mennyiségű minták begyűjtését teszi lehetővé, ez olykor a lézeres szemcseméret meghatározáshoz szükséges minimális mennyiséget sem éri el. A mikroszkópos méreteloszlás, a szemcsék egyenkénti ásványtani és a mérettől függő ásványos eloszlás adatai, kiegészítve a légtömegek mozgásának trajektória-számításaival, a lehetséges forrásterületekről szolgáltat adatokat.
A légköri por optikai tulajdonságai
A légkörben szállított ásványi por éghajlati rendszerünk aktív komponense. A sivatagi-félsivatagi terültekről évente légkörbe kerülő több milliárd tonna poranyag visszaveri, szórja és részben elnyeli mind a Napból érkező rövid-, mind a Föld felszínéről visszavert hosszúhullámú sugárzást; ennek mértéke számos más tényező (pl. porkoncentráció, szállítási magasság) mellett a szemcsék optikai tulajdonságaitól is függ. Mindezen paraméterek a szállítás során folyamatosan változnak a mérettől függő szedimentáció miatt. A begyűjtött szemcsék ásványtani és fényáteresztő tulajdonságai, és ezek mérettől való függősége a műszerrel meghatározható.

Szemcseméret adatok értelmezési problémái
"Interpretation of sedimentary (sub)populations extracted from grain size distributions of Central European loess-paleosol series" című tanulmányunkban felhívtuk a kutató társadalom figyelmét arra, hogy a túlzott leegyszerűsítések jelentős problémákkal terhelik meg az adatok értelmezését, azaz (1) egyetlen mérőszámmal vagy egyszerű index-szel nem lehet kifejezni a komplex szemcseeloszlási görbe legfőbb jellemzőit; (2) egyetlen környezeti folyamatra nem lehet következtetést levonni szemcseméret adatok alapján, mivel az üledékek képződésekor uralkodó szélviszonyok (szélsebesség, szélirány, szezonális eloszlások, viharosság stb.), a forrásterület(ek) távolsága vagy éppen a poranyag leülepedése utáni talajosodási, mállási folyamatok együttes hatása alakítja ki a vizsgált minta granulometriai profilját.

A hullóporos szedimentációs mechanizmus két komponensének, a helyi eredetű, porviharokhoz kötődő durvaszemű frakcióinak és a nagytávolságokról érkező finomszemű háttérpornak a mennyiségét különböző módszerekkel vizsgáltam. A szemcseeloszlási vizsgálatokat alkalmazó nemzetközi szakcikkekben az egyszerű statisztikai mutatókon túl a paraméteres függvényillesztés, az end-member modellezés, valamint olykor hierarchikus klaszter-analízis módszerével oldják meg a különböző üledékpopulációk elkülönítését. Ezeknek a különböző eljárásoknak az eredményei eltérőek, de a látszólagos ellentmondás a probléma eltérő megközelítéséből adódik. A paraméteres függvényillesztés során a bemeneti adat egy minta, melyet a szedimentációs mechanizmus két komponensére bontunk, ezzel ellentétben az end-member modellezés a teljes mérési adatbázis kovariancia struktúráját egyszerre vizsgálja, melynek eredményeként adódó három végső tag súlyozásával az összes minta szemcseeloszlása kifejezhető. A három tag egy hosszabb időintervallum, három alperiódusának jellemző szedimentációját tükrözi, melyek szezonálisan váltották egymást, míg a paraméteresen elkülönített populációk az eolikus szedimentáció két fő mechanizmusát képviselik. A klaszter-analízis eredményei jellemzően az end-member elemzésekhez hasonló eredményeket nyújtanak.

2019. április: Az évtized szaharai porviharos eseménye érte el Európát?


Narancssárgára színezett naplemente, vörös foltok és porcseppek az autók szélvédőjén, kerti bútorokon, hajók fedélzetén, marsbéli tájra emlékeztető magashegységi hómezők. A közösségi médiában fellelhető beszámolók és fényképek ilyesmikről számolnak be a Kréta szigetétől Dél-Európán át a Brit-szigetekig. Elérte Európát az évtized (egyik) legmarkánsabb szaharai porviharos eseménye.
2019-et írunk, egyelőre úgy fest, hogy a címben feltett kérdésre IGEN a válasz.

Szaharai porviharos esemény? Mit is takar a fogalom?
Ezzel a névvel szoktuk illetni az észak-afrikai porforrásterületekről kiinduló intenzív porkifúvásos epizódokat, melyek során a több ezer vagy tízezer kilométeres távolságba is eljut – olykor hatalmas mennyiségben – a szaharai finomszemcsés poranyag.

Lehetett tudni előre a por érkezéséről?
Már napokkal az első beszámolók előtt felkeltette a kutatók figyelmét a porkibocsátást előrejelző modellek néhány friss szimulációja. A Barcelona Supercomputing Center légköri pormennyiségre és nedves ülepedésre vonatkozó predikciói egy csaknem teljes Európát érintő porkifúvásos esemény lehetőségét vázolták fel. A modellfuttatások szerint már 2019. április 19-én eléri az Ibériai-félszigetet némi szaharai por, mely porral telített légtömegek aztán a légköri viszonyok alakulása és a lényegében korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló poranyag-utánpótlás révén egyre nagyobb kiterjedésű területeket fognak érinteni. Kezdetben a Nyugat-Mediterráneum, Spanyolország, Dél-Franciaország és Olaszország, majd a Balkán-félsziget, Közép- és Nyugat-Európa, a Brit-szigetek, míg végül Szent-György napjára Krétától Izlandig, majdhogynem a teljes kontinens légköre szaharai porral lesz telítve.

Miért alakult ki ez a légköri helyzet?
Egy magaslégköri teknő délfelé húzódása eredményeként kialakult hidegcsepp áll az esemény meteorológiai hátterében. A keletfelé mozgó alacsonynyomású légköri képződmény előoldalán alakult ki az intenzív déli áramlás, mely ezután a kontinens feletti anticiklon blokkoló hatása miatt nem egyre jobban szétterjedt ÉNy-Európától egészen a Földközi-tenger keleti medencéjéig.


Mennyire ritka ez az esemény?
Gyakran figyelhető meg szaharai por a Földközi-tenger medencéjében. Korábbi vizsgálataink során a nyugati részmedencében (Alborán- és Baleár-tengerek) a teljes vizsgált időszak 23,5%-ában, a középső részmedencében (Tirrén- és Jón-tenger) 29,5%-os, míg a keleti részmedencében 33,75%-os gyakorisággal azonosítottunk szaharai eredetű port a légkörben. 

Az 1979 és 2012 közti vizsgálati időszakban 130 szaharai porviharos eseményt sikerült hazánk légkörében azonosítani. A poros események száma évenként jelentős eltérést mutatott, ellenben a szezonalitásában egyértelműen jelentkezett a térségre várható tavaszi, illetve nyári maximum.

A porviharos események gyakorisága és az olykor előforduló kisebb térségeket érintő intenzív kimosódások ellenére, ilyen mértékű és ekkora területre kiterjedő epizódot az elmúlt években nem tapasztaltunk.

Hova jut el a szaharai por?
Általánosságban elmondható, hogy négy fő porszállítási útvonal indul ki a szaharai porforrások felől: (1) nyugati irányba a „szaharai légréteg (Saharan Air Layer)” az Atlanti-óceánt átszelve, a Kanári- és Zöldfoki-szigeteket is érintve, Észak- és Dél-Amerika területére; (2) dél felé a Harmattán által a Guineai-öböl térségébe jutnak el az ásványi szemcsék; (3) északi irányba indulva Európa térségét borítja be olykor hatalmas mennyiségű por; (4) kelet felé pedig a Közel-Keletet (Alpert, P. és Ziv, B. 1989) és (pl. a Tokar deltán keresztül) a Vörös-tenger légkörét érintheti szaharai porviharos esemény.
A most kialakult porviharos esemény kapcsán külön figyelmet érdemel az ÉNy-Európát érintő porszállítási útvonal. Az Egyesült Királyságot elhagyva a porfelhőnk feltartóztathatatlanul nyomul tovább Izland és Grönland irányába. Korábbi kutatásaink során már mi is foglalkoztunk az Izlandra eljutó szaharai porral, mely vizsgálatok során sikerült kimutatni, hogy olykor hatalmas (100 µm) méretű kvarc szemcsék is eljutnak a Szaharából a sarkkör térségébe. A magasabb szélességekre eljutó szaharai poranyag környezeti jelentősége a hóval és jéggel borított régiók albedojának megváltoztatásában rejlik, melynek "köszönhetően" a fokozódik a melegedés és az olvadás ezekben a térségekben.


Mi várható a jövőben?
Az Európát érintő porviharos események egy jellemző tavaszi-nyári szezonális eloszlással jellemezhetők. Az elmúlt években mégis egyre több alkalommal figyelhettünk meg őszvégi-téli, jelentős porkimosódással együtt járó epizódot. Ennek hátterében az egyre nagyobb délies amplitúdójú magaslégköri áramlásokat sejtjük. Megbízható műszeres mérési adatokkal az 1880-as évek óta rendelkezünk, azóta a globális átlaghőmérséklet csaknem 1˚C-ot emelkedett. Ennek a melegedésnek a döntő többsége az elmúlt 10-15 évben történt és a térbeli eloszlása sem egyenletes; a poláris területek melegedése többszöröse az alacsonyabb szélességek hőmérsékletváltozásának. A mérsékeltövi ciklontevékenységért felelős Rossby-hullámok alakulása a meridionális hőmérséklet függvényében változik, minél kisebb ez a különbség, annál lomhább, nagyobb amplitúdójú magaslégköri hullámok képződnek az arktikus amplifikáció miatt.
Ha ez valóban így működik, akkor kettős következménye lehet a hazánkat érintő szaharai porviharos eseményekre vonatkoztatva: (1) a lassabb nyugat-keleti irányú mozgás révén tovább fennmarad a porviharos epizód kialakulásáért felelős szinoptikus meteorológiai helyzet; (2) a nagyobb délies kilengése egy ilyen magaslégköri hullámnak nagyobb valószínűséggel vezet a teknőről lefűződő hidegcsepp létrejöttéhez, mely a legintenzívebb porviharos események hátterében áll.

Mekkorák a porszemcsék?
Jellemzően kőzetliszt-méretűek, döntően néhány 10 µm. A magyar elnevezés rendkívül találó, hiszen a hétköznapi finomra őrölt lisztéhez hasonló igen apró, 2–62,5 µm (tehát 1/500 – 1/16 mm) átmérőjű szemcseméret ezek. (Csak, hogy jobban el tudjuk képzelni ezt a méretet: hajszálaink átmérője - egyénektől függően – körülbelül 20 és 180 µm közt változik.)
Ehhez a szemcsemérethez tartozó szedimentációs sebesség értéke már elegendően kicsi ahhoz, hogy a részecskékre ható, a felszín egyenetlen melegedése vagy alacsonynyomású légköri képződmények hatására kialakuló konvektív cellák felhajtó ereje a légkör magasabb rétegeibe is eljuttassa a porszemcséket.
Amúgy, ha a minket körülvevő földtani környezetre és talajtakaróra tekintünk és megvizsgáljuk az apró ásványi szemcsékből felépülő törmelékes üledékes kőzeteket, arra lehetünk figyelmesek, hogy a néhány és főként a néhánytíz mikronos szemcsék mennyisége számos esetben kiugróan nagynak adódik.

Mekkora mennyiségről van szó? És honnan jön a por?
Több tízmillió tonnányi szaharai por került most a légkörbe. Amúgy, Földünk porforrásterületeinek éves kibocsátása néhány milliárd tonnára tehető, melynek legnagyobb hányada a Szahara területéről kerül ki.
Korábbi években a fő lehordási területnek tekintett sivatagi-félsivatagi térségek gyér mérőhálózata miatt nem rendelkeztünk megfelelő mennyiségű meteorológiai adattal. Ez mára már megváltozott, így a közvetlen felszíni és légköri mérések adatsorai, valamint a globális távérzékelési módszerekkel gyűjtött adatok alapján a porviharok kialakulását, méretét és gyakoriságát, ezáltal a légkörbe kerülő por mennyiségét, és a mindezeket szabályozó éghajlati, meteorológiai, geomorfológiai, föld- és talajtani, illetve antropogén folyamatokat viszonylag jól ismerjük.
A légköri por környezeti jelentőségének felismerése révén kialakított specifikus meteorológiai mérőhálózatok terjedésének és a műholdas mérési adatsorok elegendő hosszúságának és hozzáférhetőségének, valamint a folyamatosan fejlődő számítógépes adatelemzési technikáknak köszönhetően a jelenkori porviharok legfontosabb lehordási területeit, szezonális vagy többévente jelentkező intenzitási változásait egyre pontosabban ismerjük. A területi eloszlás kapcsán további részletek elérhetők itt: Porviharok földrajza.
Globális átlagos aeroszol-térkép és a legfőbb forrásterületek
1. Észak-Afrika: 1.1. Bodélé-medence; 1.2. Azawagh-szerkezeti medence; 1.3. Taudeni-medence D-i része; 1.4. Ny-szaharai hegylábfelszínek; 1.5. Tidikelt-depresszió és az Ahaggar Ny-i, ÉNy-i törmelékkúpjai; 1.6. Chott Melrhir és Chott Jerid sóstavak; 1.7. Kireneika és a Kattara-mélyföld; 1.8. Nílus Ny-i réteglépcsői; 1.9. Tokar; 2. Közel-Kelet: 2.1. Jebel Tuwaiq sós lapályai és időszakos vízfolyásai; 2.2. Jebel Dhoraf sabkha rendszere; 2.3. Tigris-Eufrátesz ártere; 3. Belső- és Kelet-Ázsia: 3.1. Szeisztán-medence; 3.2. Dast-e Kavir és Dast-e Lut; 3.3. Fergana-medence; 3.4. Kara-Bogaz Gol; 3.5. Aral-tó egykori medre; 3.6. Balkhas-Alakol-medence alluviális lerakódásai; 3.7. Dzsungár-medence; 3.8. Uvs-tó zárt medencéje; 3.9. Takla-Makán; 3.10. Lop-nór vidéke (Quaidam-medence); 3.11. Indus és Gangesz ártere; 3.12. Thar sivatag; 4. Észak-Amerika: 4.1. Nagy-Sóstó vidéke; 4.2. Smoke Creek és Black Rock sivatag; 4.3. Salton-tó egykori medencéje; 4.4. Chihuahuan sivatag; 4.5. Bolsón de Mapimí; 5. Dél-Amerika: 5.1. Salar de Uyuni (és az Altiplano további sóstavai); 5.2. Déli-Andok hegylábfelszíne; 5.3. Patagónia; 6. Dél-Afrika: 6.1. Etosha sósmocsár; 6.2. Makgadikgadi-depresszió; 7. Ausztrália: 7.1. Eyre-tó medencéje; 7.2. Darling alluviális üledékei; 7.3. Murray-menti sósmocsarak; 7.4. Barkly-táblavidék sós lapályai.

Kell-e félni a szaharai portól?
A szárazon kihulló por a felszínen is megjelenhet, de sokkal látványosabb az egyre gyakoribbá váló csapadéknak köszönhető nedves ülepedés, amit véres esőként is emlegetnek. Az esőcseppekkel felszínre érkező vöröses, narancssárgás sivatagi eredetű porszemcsék foltokat hagynak az autók szélvédőjén, karosszériáján, a tetőablakokon, a kertibútorokon, a fák levelein, de nagykiterjedésű hómezők egész felületét is képesek elszínezni.
Anyagi összetételét tekintve nem igazán nevezhető különlegesnek a szaharai por. Lényegében kvarc, földpát, kalcit, dolomit szemcsékről és agyagásványokról van szó, a különböző forrásterületi tulajdonságok miatt változatos arányokban. A szervetlen összetevőkön túl természetesen sok egyéb más is megfigyelhető a poranyagban: spórák, gombák, baktériumok, azaz lényegében az összes szaharai mikroorganizmust azonosítani lehet kismennyiségben.
Egészségügyi hatásai a megnövekedett légköri porkoncentráció kellemetlenségén túl nem jellemzőek. A légköri PM10-es szállópor koncentrációja Spanyolország, Olaszország és Görögország egyes régióiban a szaharai porkitörések alkalmával gyakran az egészségügyi határérték fölé emelkedik, emiatt az új európai emisszió csökkentési direktívák betartása esetenként nem valósítható meg.

Mik a szaharai por környezeti hatásai?
Az elmúlt években a környezeti kutatások homlokterébe kerültek a légköri porral kapcsolatos vizsgálatok, azon egyszerű tényből kifolyólag, hogy hazánkkal ellentétben bolygónk számos „porosabb” térségében fontos éghajlati és egyéb környezeti jelenség esetében bizonyosodott be a porviharok által a légkörbe juttatott aeroszol részecskék (aeroszol: légkörünk szilárd és cseppfolyós halmazállapotú részecskéinek halmaza) domináns szerepe. Földünk energiaháztartását nagyban befolyásolja, hogy a Napból érkező rövidhullámú sugárzás mekkora hányada éri el a földfelszínt. A légköri por jelentős hatással bír a sugárzási energia visszaverésében, elnyelésében és szórásában; többnyire lecsökkentve ezáltal a beérkező energia mennyiségét. Ezen közvetett hatáson túl, egyes ásványi összetételű apró részecskék a felhőképződést is fokozzák, tovább csökkentve ezzel a besugárzást.
Az energiamérleget szintén befolyásoló szén-dioxid koncentráció kismértékű módosításában is részt vesz a sivatagból kifújt por. Bolygónk tüdejének számító erdőségeinken túl, az óceáni ökoszisztémák szerepe a CO2 elnyelésében döntő jelentőségű. Azonban a szárazföldektől és tengeráramlásoktól távol eső térségek biológiai értelemben sivatagnak tekinthetők, hiszen a növényi életformák számára nem rendelkeznek kellő mennyiségű tápanyaggal. A légkörből kihulló poranyag tápanyagot (Si, Fe, P stb.) szolgáltat e térségek számára, hozzájárulva ezzel a fitoplankton szervezetek szénmegkötő tevékenységéhez.
Egyes forrásterületekről származó porkitörések alkáliákban gazdag anyaga a csapadék pH-viszonyait is módosíthatja, hozzájárulva ezzel a savas esők gyakoriságának csökkenéséhez. Szaharai eredetű porhullásos események felismeréséhez azonosító bélyegként használják a megnövekedett kémhatású csapadékokat. Egyesek szerint a Pireneusok és az Alpok enyhén-lúgos tavai a XX. század második felében a szaharai por hatására nem váltak savassá, ellentétben például a Skandináv térség hasonló tavaival.


Miért érdekes mindez nekünk?
A szél által légkörbe juttatott porszemcsékkel és azok kiülepedése után felhalmozódott finomszemcsés, úgynevezett hullóporos eredetű üledékekkel kapcsolatos vizsgálatok a környezeti kutatásokhomlokterében állnak. Az eolikus por mennyisége érzékenyen reagál az éghajlati változásokra, így az akkumulálódott poranyag fizikokémiai tulajdonságai is mind tükrözik a felhalmozódásukkor uralkodó környezeti viszonyokat. Éppen ezért használjuk a legismertebb, hazánk területének is csaknem felét borító hullóporos löszsorozatokat előszeretettel a paleoklimatológiai rekonstrukciók során.
Különösen igaz ez manapság, amikor az emberi tevékenység hatására lezajló, a földtörténeti múltban nem látott dinamikájú, sebességű éghajlatváltozással nézünk farkasszemet. A Föld-rendszer megértése szempontjából rendkívüli jelentőséggel bírnak a (1) légkörben lezajló különböző léptékű változások; a (2) változásokra érzékenyen reagáló, sérülékeny térségek (pl. szárazságokkal sújtott régiók) környezeti állapota; (3) az egyre gyakoribbá váló szokatlan természeti jelenségek (pl. szaharai porhullás és kimosódás a Kárpát-medencében) megmagyarázása valamint (4) a rendszerben lezajló változásokban játszott emberi szerep mértékének meghatározása, mely a természetes variabilitás megismerése nélkül lehetetlen.
A kérdéskör bonyolultságát mutatja, hogy vizsgálatok során számos tudományterület eredményeinek felhasználására van szükségünk, hogy a folyamatokat rendszerként elemezhessük (pl. a kőzetliszt-méretű szemcsék kialakulásának földtani folyamatai; a porviharokat eredményező szinoptikus meteorológiai viszonyok és légtömegek mozgáspályáinak, trajektóriáinak elemzése; az ásványi por biogeokémiai ciklusokban betöltött szerepe; éghajlatmódosító folyamatok kölcsönhatásai; antropogén hatások stb.). A földrajzi gondolkodásmód szintetizáló jellege alapjaiban szükséges azoknak a tér- és időbeli kereteknek az egységes kezeléséhez, melyeket figyelembe kell vennünk munkánk során; a néhány mikron átmérőjű ásványi szemcséktől a több tízezer kilométer távolságokra eljutó légtömegekig (~10-6-107 m); a néhány órás, napos porviharos eseményektől indulva a földtörténeti múltban évmilliós ciklusokig (~10-3-106 év), kiegészítve ezt még a jövőre vonatkozó modellekkel. A számos nagyságrendet átölelő dimenziók az egységként történő kezelésének és elemzésének az igénye teszi ezt a kérdéskört a mai modern földrajztudomány egyik legérdekesebb és legizgalmasabb problematikájává.

inDust COST CA16202

COST Action CA16202, International Network to Encourage the Use of Monitoring and Forecasting Dust Products: nemzetközi kutatói együttműködést támogató European Cooperation in Science and Technology (COST) pályázatán Sara Basart (Barcelona Supercomputing Center) vezetésével benyújtott légköri porhoz kapcsolódó tudományos együttműködési akció pályázatunkat a szervezet 2017. június 23-án támogatásban részesítette. Ennek az együttműködésnek a keretében 2017. november 14-én Brüsszelben megalakult a 28 ország képviselőit magában foglaló program vezetői testülete. 
További részletek itt: https://cost-indust.eu/

International Network to Encourage the Use of Monitoring and Forecasting Dust Products
Over the last few years, numerical prediction and observational products from ground- and satellite platforms have become prominent at several research and operational weather centres due to growing interest from diverse stakeholders, such as solar energy plant managers, health professionals, aviation and policy makers. Current attempts to transfer tailored products to end-users are not coordinated, and the same technological and social obstacles are tackled individually by all different groups, a process that makes the use of data slow and expensive.
The overall objective of InDust is to establish a network involving research institutions, service providers and potential end users of information on airborne dust. Because, airborne dust transport has multi- and trans-disciplinary effects at local, regional and global scales; InDust involves a multidisciplinary group of international experts on aerosol measurements, regional aerosol modelling, stakeholders and social scientists. InDust searches to coordinate and harmonise the process of transferring dust observation and prediction data to users as well as to assist the diverse socio-economic sectors affected by the presence of high concentrations of airborne mineral dust.

Objectives

The overall objective of inDust is to establish a network involving research institutions, service providers and potential end users of information on airborne dust that can assist the diverse socio-economic sectors affected by the presence of high concentrations of airborne mineral dust.
To achieve this main objective, the following specific objectives shall be accomplished:

  • Establish a network involving research institutions, service providers, and end users of information on airborne dust.
  • Identify and exploit dust monitoring observations (from both ground-based and satellite platforms) best suited to be transferred/tailored to the needs of end-users.
  • Identify and exploit dust forecast products best suited to be transferred/tailored to the needs of end-users.
  • Coordinate the current R&D activities and enhance the availability of appropriate products to assist the diverse socio-economic sectors affected by the presence of airborne mineral dust. 
  • Build capacity through the high-level teaching of end-users (stakeholders from different socio-economic sectors) to promote the use of the delivered dust products.
  • Train technical staff to properly use the available observational and forecast products to design and implement preparedness and mitigation measures.
  • Enhance the cooperation with institutions from near-neighbouring and international partner countries in Northern Africa and the Middle East to involve them in the European-driven climate change science and mitigation/adaptation strategies.

A Somogy megyei klímastratégia margójára

Földünk örökké változó éghajlattörténetének egyedülálló időszakában élünk. A természetes ciklicitási folyamatokat felülírta az emberi tevékenység során légkörbe juttatott üvegházhatású gázok által okozott, soha nem látott tempójú, jellemzően az általános felmelegedés irányába mutató változás. A földi átlaghőmérséklet emelkedése nem minden térségben jelenik meg egyenletesen, vannak természeti adottságaiknál fogva átlagosnál érzékenyebben érintett régiók, mint amilyen a Kárpát-medence is.

A teljes dokumentum elérhető itt: Somogy megye klímastratégiája


A tudományos világ által már évek-évtizedek óta hangoztatott változások hatására némi késéssel ugyan a nemzetközi klímapolitika is paradigmaváltáson esett át és mára olyan – csaknem az összes nemzet által szignált – alapdokumentumok és cselekvési tervek, direktívák kerültek elfogadásra, melyek egyértelmű útvonalat jelölnek ki az éghajlatváltozás hatásainak enyhítésére és a felkészülésre. Ehhez, az elsők között csatlakozva, Magyarország is megtette a kezdeti lépéseket, melyek a nemzeti éghajlati alapdokumentumok kidolgozásához vezettek. Felismerve a térségi természeti-társadalmi-gazdasági különbségekből adódó eltérő érintettséget, logikus lépésként jelenik meg ebben a láncolatban a megyei szintű klímastratégiák kidolgozásának szükségessége.
Jelen dokumentum Somogy megye természeti környezete és történelmi fejlődése által predesztinált, változatos táji arculatú, mezőgazdaság dominanciájával jellemezhető gazdaságszerkezetű, demográfiailag kedvezőtlen helyzetű térségének az éghajlatváltozáshoz kapcsolódó helyzetelemzését és problémafeltárását, valamint a lehetséges mitigációs és adaptációs célkitűzéseit, az azokhoz kapcsolódó intézkedési és beavatkozási javaslatokat hivatott bemutatni. A stratégia időtávja: 2018-2030, kitekintéssel 2050-ig; azaz teljes egészében illeszkedik a II. Nemzeti Éghajlatváltozási Stratégiában kijelölthöz. Ahhoz, hogy az itt megfogalmazott célkitűzések sikeresen megvalósuljanak egy határozott megyei szemléletformálási folyamatnak is el kell indulni, melynek elsődleges célja a klímatudatos attitűd megalapozása ahhoz, hogy a somogyi népesség aktív szerepvállalóként partner legyen az éghajlatváltozás hatásai elleni sikeres fellépésben.

Éghajlatváltozás és a téli szaharai por hazánk légkörében



A behavazott Szaharai homokdűnék képe ellepte a világhálót. Szaharai porral telített légtömegek száguldanak a Földközi-tenger fölött és lepik be az Alpok havas hegycsúcsait, majd mosódnak ki hazánk területén. Felfordult a világ? Mi történik itt?
Szaharai poranyag az észak-afrikai forrásterületek felől évente néhány alkalommal éri el a Kárpát-medencét. Ezek a porviharos események egy jellemző tavaszi-nyári szezonális eloszlással jellemezhetők. Az elmúlt években mégis egyre több alkalommal figyelhettünk meg őszvégi-téli, jelentős porkimosódással együtt járó epizódot.
Ennek hátterében az egyre nagyobb délies amplitúdójú magaslégköri áramlásokat sejtjük. 




2014 februárjában jelentős mennyiségű szaharai por által elszínezett csapadék hullott hazánk területén. Egy, a jet-stream szokatlanul délre lenyúló szárnyáról lefűződött magassági hidegcsepp alakult ki, melynek következtében eső, hó- és porviharok alakultak ki ÉNy-Afrikában. Az északnyugati irányba mozgó alacsonynyomású rendszer hatalmas mennyiségű port juttatott a levegőbe algériai és tunéziai forrásterületekről. Mivel a rendszer további keleti irányú sodródása az ÉK-Afrika fölött elhelyezkedő magasnyomású központ által blokkolva volt, a porral telített légtömegek észak felé sodródtak tovább, és február 19-én érték el a Kárpát-medencét. A poranyag jellemzően finom-kőzetliszt és agyag-frakciójú szemcsékből állt össze. 
Ehhez hasonló szinoptikus meteorológiai hátterű esemény alakult ki 2014 novemberének végén is, melynek végeredménye nem a kimosódott poranyag miatt vált ismertté, hanem az elmúlt évtizedek legpusztítóbb ónos esője okán. Ebben az esetben Marokkóban áradások alakultak ki, majd a délnyugati áramlással megérkező porral telített szaharai légtömegek jelentős meleg advekcióhoz vezettek.

2016. február 21-én egy markáns porkitörés hatására szokatlanul nagy mennyiségű por ülepedett ki Spanyolország egyes régióiban. Mindennek hátterében ismét egy magaslégköri teknőről lefűződő hidegcsepp állt. Ennek a kimélyült légköri központnak az előoldalán hatalmas mennyiségű poranyag került a légkörbe a Tell- és a Szaharai-Atlasz közt húzódó felföldi, időszakos sós tavak területéről. Két nappal később, 2016. február 23-án érte el ez a légtömeg hazánkat, ahol rendkívül intenzív porkimosódás történt. Kiülepedő vöröses-sárgás üledék a parkoló autókat és minden egyéb szabadon hagyott tárgyat belepett. Begyűjtött minták granulometriai jellemzőit az uralkodó agyag és finom kőzetliszt méretű frakciók dominanciája határozta meg, melyben a kvarc, kalcit és dolomit ásványok voltak uralkodók. A log-normális szemcseloszlás görbe módusza 10 mikron környékén alakult. A szemcsék konvexitása magasabb értéket mutatott, mint a 2015. szeptember 19-i esemény mértek, mely magasabb különálló szemcse/aggregátum arányra utal (értsd az egyedi szemcsék száma magasabb volt ez utóbbi eseménykor).
Ugyancsak 2016 februárjában, 29-én egy újabb intenzív szaharai porkimosódásos epizód érte el hazánkat. A sárgás poranyag algériai és tunéziai forrásterületekről, egy a Földközi-tenger nyugati medencéje fölött elhelyezkedő és szinte egy helyben örvénylő mély ciklon előoldalán áramlott a Kárpát-medencébe. A kvarc szemcsék egyértelmű dominanciájával jellemezhető minták kör-ekvivalens modális szemcsemérete 8 mikron körül alakult.


Ehhez hasonló események 2018-ban sem maradtak el. A szaharai porral telített légtömegek januárban és februárban is érkeztek, majd a csapadékkal ismét nagymennyiségű porkimosódással együtt járó eseményeknek lehettünk szemtanúi. A magaslégköri teknőről lefűződő hidegcsepp következtében az algériai Ain Sefra városát 1979 óta harmadszor és negyedszer borította be a hó, külön érdekes, hogy az ezt megelőző két "havas év" 2016 és 2017 volt. Ugyanez a légköri rendszer hatalmas mennyiségű poranyagot emelt a magasba, mely a kelet felé mozgó ciklon előoldalán, annak délies áramlásával útját vette Európa felé.


És hol van itt a klímaváltozás szerepe?

Megbízható műszeres mérési adatokkal az 1880-as évek óta rendelkezünk, azóta a globális átlaghőmérséklet csaknem 1˚C-ot emelkedett. Ennek a melegedésnek a döntő többsége az elmúlt 10-15 évben történt és a térbeli eloszlása sem egyenletes; a poláris területek melegedése többszöröse az alacsonyabb szélességek hőmérsékletváltozásának. A mérsékeltövi ciklontevékenységért felelős Rossby-hullámok alakulása a meridionális hőmérséklet függvényében változik, minél kisebb ez a különbség, annál lomhább, nagyobb amplitúdójú magaslégköri hullámok képződnek az arktikus amplifikáció miatt. 
Ha ez valóban így működik, akkor kettős következménye lehet a hazánkat érintő szaharai porviharos eseményekre vonatkoztatva: (1) a lassabb nyugat-keleti irányú mozgás révén tovább fennmarad a porviharos epizód kialakulásáért felelős szinoptikus meteorológiai helyzet; (2) a nagyobb délies kilengése egy ilyen magaslégköri hullámnak nagyobb valószínűséggel vezet a teknőről lefűződő hidegcsepp létrejöttéhez, mely a legintenzívebb porviharos események hátterében áll.

Szemcseméret adatok értelmezési problémái

Varga, Gy., Újvári, G., Kovács, J. (in press). Interpretation of sedimentary (sub)populations extracted from grain size distributions of Central European loess-paleosol series. Quaternary International


Új tanulmányunkban felhívtuk a kutató társadalom figyelmét arra, hogy a túlzott leegyszerűsítések jelentős problémákkal terhelik meg az adatok értelmezését, azaz (1) egyetlen mérőszámmal vagy egyszerű index-szel nem lehet kifejezni a komplex szemcseeloszlási görbe legfőbb jellemzőit; (2) egyetlen környezeti folyamatra nem lehet következtetést levonni szemcseméret adatok alapján, mivel az üledékek képződésekor uralkodó szélviszonyok (szélsebesség, szélirány, szezonális eloszlások, viharosság stb.), a forrásterület(ek) távolsága vagy éppen a poranyag leülepedése utáni talajosodási, mállási folyamatok együttes hatása alakítja ki a vizsgált minta granulometriai profilját.
A hullóporos szedimentációs mechanizmus két komponensének, a helyi eredetű, porviharokhoz kötődő durvaszemű frakcióinak és a nagytávolságokról érkező finomszemű háttérpornak a mennyiségét különböző módszerekkel vizsgáltam. A szemcseeloszlási vizsgálatokat alkalmazó nemzetközi szakcikkekben az egyszerű statisztikai mutatókon túl a paraméteres függvényillesztés, az end-member modellezés, valamint olykor hierarchikus klaszter-analízis módszerével oldják meg a különböző üledékpopulációk elkülönítését. Ezeknek a különböző eljárásoknak az eredményei eltérőek, de a látszólagos ellentmondás a probléma eltérő megközelítéséből adódik. A paraméteres függvényillesztés során a bemeneti adat egy minta, melyet a szedimentációs mechanizmus két komponensére bontunk, ezzel ellentétben az end-member modellezés a teljes mérési adatbázis kovariancia struktúráját egyszerre vizsgálja, melynek eredményeként adódó három végső tag súlyozásával az összes minta szemcseeloszlása kifejezhető. A három tag egy hosszabb időintervallum, három alperiódusának jellemző szedimentációját tükrözi, melyek szezonálisan váltották egymást, míg a paraméteresen elkülönített populációk az eolikus szedimentáció két fő mechanizmusát képviselik. A klaszter-analízis eredményei jellemzően az end-member elemzésekhez hasonló eredményeket nyújtanak (Varga et al., megjelenés alatt).

Kőzetliszt (2 - 62,5 µm): egy rejtélyes mérettartomány az üledékes kőzetvilágban

Kevés olyan különleges méretű ásványi szemcsét ismerünk környezetünkből, mint a kőzetliszt. A sokak által jól ismert homokszemeknél kisebb méretű törmelékekről beszélünk, melyek az ujjlenyomatunk rovátkáiba éppen beleférnek. Mégis több köbkilométernyi mennyiségben találjuk meg őket, mint dombságaink, talajtakarónk egyik legfőbb alkotóeleme. Hazánktól még távolabb utazva a jégpajzsok rétegsorában, valamint az óceánok aljzatán szintén hatalmas mennyiségben halmozódtak fel ezek a kőzetliszt méretű szemcsék.
Finom homok - durva kőzetliszt - közepes kőzetliszt - finom kőzetliszt szemcsék

Kőzetliszt... A magyar elnevezés rendkívül találó, hiszen a hétköznapi finomra őrölt lisztéhez hasonló igen apró, 2–62,5 µm (tehát 1/500 – 1/16 mm) átmérőjű szemcseméret ezek. (Csak, hogy jobban el tudjuk képzelni ezt a méretet: hajszálaink átmérője - egyénektől függően ­- körülbelül 20 és 180 µm közt változik.) Ha a minket körülvevő földtani környezetre és talajtakaróra tekintünk és megvizsgáljuk az apró ásványi szemcsékből felépülő törmelékes üledékes kőzeteket, arra lehetünk figyelmesek, hogy a néhány és főként a néhánytíz mikronos szemcsék mennyisége számos esetben kiugróan nagynak adódik.
Mégis mostohán kezelik ezt a mérettartományt, nem csak a hétköznapi életben, de olykor szakmai berkekben is komoly keveredést okozva ezzel. Gyakran hallani a legkülönbözőbb médiumok híradásaiban, hogy:

 „a Balaton mentén ez és ez a löszfal újra leszakadt” NEM!

vagy

szaharai homokot fújt hazánk légkörébe a szél” NEM!

vagy 
(kombinálva a Balatont és a szaharai port):

Hiába mondhatjuk eseménytelennek a Kárpát-medence mai időjárását, a Balaton felett így is érdekes légköri jelenséget figyeltek meg siófoki munkatársaink. (...) A magasban a poros sivatagi eredetű levegőben az ott található nedvesebb területeken szokatlan altocumulus jellegű felhőzet tud létrejönni. A nedvesség a sivatagi homokra kicsapódva hamar kihullik a felhőből, így az altocumulusokból szabályos virgák jönnek létre.” NEM!

Ezek a kijelentések jellemzően helytelenek. Vannak ugyan a Balaton mellet is löszfalak, de a híradásokban szereplő események legtöbbször Fonyód, Balatonkenese vagy éppen Tihany függőleges partfalaihoz kapcsolódnak, melyek alapanyaga homok (62,5–2000 µm) és agyag (<2 µm). Ezzel ellentétben a lösz döntően kőzetliszt méretű szemcsékből épül fel. 
A balatoni magaspartok szemcséi a miocén korban, a Pannon-tó mélyén halmozódtak fel, annak szint- és partvonal ingadozásai voltak a legfőbb tényezői a lerakódott szemcseméret-változásoknak. 
Lóczy L. 1913. A Balaton környékének geológiai képződményei és ezeknek vidékek szerinti telepedése. (A Balaton Tudományos Tanulmányozásának Eredményei I. kötet I. rész I. szakasz).

Ezzel szemben a löszök alapanyaga a pleisztocén jégkorszakokban gyakoribbá váló porviharok során akkumulálódott. A glaciálisok során a felhalmozódó szárazföldi jégtakaró őrlő és a fagyváltozékonyság kőzetaprózó hatására nagy mennyiségben képződtek a szél által könnyen szállítható, kőzetliszt méretű ásványi szemcsék. A selfek szárazra kerülése következtében fokozódó kontinentalitás és a nagy anticiklonális központok kialakulása miatt az uralkodó szelek ereje, munkavégző képessége megnőtt. A gyérülő növényzet pormegkötő hatását kevésbé tudta kifejteni, így hatalmas mennyiségű ásványi por került a levegőbe. A száraz-hideg periódusokban a talajosodási és mállási folyamatok nem tudtak lépést tartatni a fokozódó intenzitású porhullással, és a felhalmozódó poranyagból arra alkalmas környezeti viszonyok mellett, törmelékes üledékes kőzet, lösz képződött.

A szaharai por esetében éppen ellentétes a kép, ekkor sok esetben homokszemcséket vizionálnak a hírszerkesztők a kőzetliszt helyett. Noha, nagyritkán 30-40 µm-os, ilyen szempontból óriásinak számító szemcséket is hazánk fölé sodorhat az afrikai eredetű légáramlat, de ez még mindig nem éri el a homok mérettartományát.

De miért is oly fontos ez számunkra? Nem esünk-e bele a szőrszálhasogatás hibájába? Nem!

Sok gonddal járhat a helytelen szóhasználat, nevezzük nevén ezeket a lerakódásokat felépítő szemcséket. Csak ha például a legtöbb kőzetlisztet szállító közeg, a szél és a légköri poranyag kérdéskörét vizsgáljuk máris számos tudományterület eredményeinek felhasználására van szükségünk, hogy a folyamatokat rendszerként elemezhessük (pl. a kőzetliszt-méretű szemcsék kialakulásának földtani folyamatai; a porviharokat eredményező szinoptikus meteorológiai viszonyok és légtömegek mozgáspályáinak, trajektóriáinak elemzése; az ásványi por biogeokémiai ciklusokban betöltött szerepe; éghajlatmódosító folyamatok kölcsönhatásai; antropogén hatások stb.).
A földrajzi gondolkodásmód szintetizáló jellege alapjaiban szükséges azoknak a tér- és időbeli kereteknek az egységes kezeléséhez, melyeket figyelembe kell vennünk munkánk során. Különböző tudományterületek művelőinek is meg kell ismerniük a másik szakterület helyes nevezéktanát.

Besugárzási viszonyok

A légköri por közvetlen és közvetett módon is képes befolyásolni Földünk energiaháztartását. Az atmoszférába juttatott ásványi szemcsék legfontosabb közvetlen hatása a Napból érkező rövidhullámú sugárzás visszaverésében, szórásában és elnyelésében van. Az, hogy e három folyamat közül melyik játszódik le, a szemcsék méretétől, mikromorfológiai és mineralógiai tulajdonságaitól, illetve a vertikális eloszlásuktól függ. A teljes sugárzási mérlegben betöltött szerepük azért is nehezen megállapítható, mert egy-egy porfelhőben többféle anyagú (kvarc, kalcit, gipsz, agyagásványok, csillámok, stb.) és többféle alakú egyedi ásványi szemcse, valamint aggregátum található, melyek más és más optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A sötétebb színű szemcsék (pl. hematit, goethit) több sugárzást nyelnek el, lokálisan fűtő hatásúak, míg a világosabbak esetében a hőmérséklet-csökkenést eredményező visszatükrözés (pl. sókristályok) és szórás (pl. kvarc) a domináns. Az ásványi összetétel a lehordási terület földtani felépítésétől függ döntően, de a légköri szállítás folyamán állandóan változik, hiszen a nagyobb és/vagy nehezebb szemcsék korábban kihullhatnak a porfelhőből, módosítva ezzel a radiatív tulajdonságokat is.
A besugárzást közvetett módon is alakítják a porviharok. A kőzetliszt méretű szemcsék a légkörbe jutva a felhőképződéshez szükséges kondenzációs magként is viselkedhetnek, melyek nélkül nem alakulhatnának ki a felhőket felépítő cseppek. A kondenzációs magvak számának növekedése adott vízgőztartalom mellett több, de kisebb méretű felhőcsepp kialakulásához vezet, így a felhő színe világosabb lesz, tehát több sugárzást ver vissza. A kisebb cseppek másik tulajdonsága, hogy légköri tartózkodási ideje viszonylag hosszú, következésképpen a felhő radiatív hatását hosszabban fejti ki, illetve a csapadék valószínűsége csökken, növelve ezzel a terület ariditását és a légkörbe kerülő por mennyiségét.

A légköri por és a szén-dioxid mennyisége

Az atmoszféra szén-dioxid koncentrációja a Föld energiaháztartásának jelentős módosító tényezője, melynek mennyiségét többek között biológiai folyamatok szabályozzák. Az arid-szemiarid lehordási területekről származó évi több milliárd tonna ásványi por jelentős mennyisége hullik tengerekbe, óceánokba. A világtengerek egyes, a szárazföldektől, tengeráramlásoktól távoli területei biológiai értelemben sivatagnak tekinthetők, így a szél által szállított tápanyagban (Fe, P, stb.) gazdag poranyag mennyisége döntő szerepet játszik ezeknek a tengeri ökoszisztémáknak a működésében. A tápanyagtöbblet katalizálja a fotoszintézist, hozzájárulva ezzel a fitoplankton szervezetek által megkötött CO2 mennyiségének az emelkedéséhez, csökkentve ezzel annak légköri koncentrációját. A légkörbe kerülő foszfor globális léptékű legfőbb forrása a sivatagi területekről kifújt ásványi por, mely a teljes légköri foszfát mérleg 83%-át (~1.15 millió tonna/év) jelenti. A szaharai forrásokból származó ásványi por tekinthető a legfőbb külső foszfor-forrásnak mind az Atlanti-óceán, mind a Földközi-tenger viszonylatában. Egyes felvetések szerint a dél-amerikai esőerdők számára is nagy jelentőségű az észak-afrikai eredetű ásványi porként érkező foszfor.

A légköri por jelentősége egyéb környezeti folyamatokban

A Szahara területéről évente több száz millió tonna ásványi por jut el Európába. A Földközi-tenger térségében jellemző vörös talajok kialakulásában döntő szerepe volt a mintegy 5 millió éve jelen lévő szaharai porkitörések során leülepedett kőzetliszt méretű ásványi pornak, melyet a szemcseeloszlási adatokon túl az agyagásványos összetétel (paligorszkit) is igazol. A terra rossa talajok alapanyagának hullóporos eredetére vonatkozó adatokat ismerünk Portugáliából, Spanyolországból, Olaszországból, Horvátországból, Görögországból és Törökországból is. Az isztriai és dalmáciai löszök poranyagának jelentős hányada szintén szaharai eredetű por. Por! Nem homok. A mediterrán vörös talajok közel sem nevezhetők homokos talajoknak.
A Mediterráneum légkörének állapotát is befolyásolja a szaharai por, egészségügyi problémák lehetőségét növelve ezzel. A légköri PM10-es (!!!, 10µm-nél kisebb) szállópor koncentrációja Spanyolország, Olaszország és Görögország egyes régióiban a szaharai porkitörések alkalmával gyakran az egészségügyi határérték fölé emelkedik, emiatt az új európai emisszió csökkentési direktívák betartása esetenként nem valósítható meg.
Az egészségügyi határérték a légköri szállópor 10 μm-nél kisebb szemcséire (PM10) 24 órára vonatkoztatva 50 μg/m3, míg az éves átlag 40 μg/m3-nél nem lehet nagyobb. Ezzel szemben a légkör természetes porkoncentrációja a főbb forrásterületeken a mérések szerint 102 μg/m3-105 μg/m3 közötti tartományban váltakozik. A határértékek betartását azonban számos esetben (pl. Olaszország, Görögország) nehezítik az ország-, sőt kontinens határokon is átnyúló természetes folyamatok következtében kialakult nagyméretű porkitörések, melyek során nem ritkák a 20 000-25 000 μg/m3-es értékek sem.
A tápanyagként a tengerekbe hulló por egyes területeken káros hatású is lehet. Számos helyről vannak információink arról, hogy a sivatagokból származó porhullások után káros hatású algavirágzás indul meg, melyet a Karenia brevis idegmérget termelő gyilkos algafaj elszaporodása okoz. A Karib-térségben a szaharai eredetű porhullások nyomán gyakran alakulnak ki tömeges korallpusztulási periódusok.
Egyes forrásterületekről származó porkitörések alkáliákban gazdag anyaga a csapadék pH-viszonyait is módosíthatja, hozzájárulva ezzel a savas esők gyakoriságának csökkenéséhez. Szaharai eredetű porhullásos események felismeréséhez azonosító bélyegként használják a megnövekedett kémhatású csapadékokat. A Pireneusok és az Alpok enyhén-lúgos tavai a XX. század második felében a szaharai por hatására nem váltak savassá, ellentétben például a Skandináv térség hasonló tavaival.

Szemcseméret meghatározás

De mit is tekintünk egy többmillió szemcséből álló törmelékes üledékes kőzet- vagy talajminta szemcseméretének? Ezeknek a lerakódásoknak a jellemző összetételét nem egyetlen számmal, hanem szemcseeloszlási görbével szoktuk kifejezni. A néhány tized mikrontól pár milliméterig tartó skálát osztályközökre osztjuk fel és meghatározzuk, hogy egyes tartományokba mennyi szemcse található. Ezt az értéket, a mérési technológiától függően megadhatjuk darabszám-, térfogat- vagy éppen tömeg-százalékban.
A legegyszerűbb mérési módszer, amikor a begyűjtött mintáinkat egy szitasoron rázzuk vagy mossuk végig úgy, hogy a fentről lefelé finomodó hálójú szitákat használunk. Ilyenkor 5-10 mérettartományba (értsd szitába) eső tömegeket mérünk meg és a méreteloszlásunkat 5-10 oszlop fogja reprezentálni egy hisztogramon. Üledékföldtanban és a modern talajtanban mára már inkább a lézerfény elhajlásán és szórásán alapuló méret-meghatározást alkalmazzuk, ebben az esetben már csak néhány gramm mintára van szükségünk. A lézerdiffrakciós készülék két eltérő hullámhosszú lézerfényt bocsát ki az üledék-szuszpenziót tartalmazó tégelyre, majd az áteső fénymintázatot egy detektorrendszerrel gyűjti és analizálja. A készülék pontosságából adódóan ebben az esetben a méretskálánkat már mintegy 100 osztályközre tudjuk felbontani, melyekre a szemcsék térfogatszázalékát határozzuk meg.
A legmodernebb eljárásokat alkalmazva, minden egyes szemcséről digitális felvételeket készítünk, melyek alapján számos méret- és alaktani paramétert könnyűszerrel meg tudunk határozni műszerünk szoftverének segítségével. A számítási kapacitások növekedésével és a technológiai fejlődésnek köszönhetően a korábban alkalmazott optikai mikroszkópos felvételek manuális elemzését mára már felváltotta az automatizált képfeldolgozásos megközelítés, így egy mérés során már többszázezer szemcséről készítünk képeket és ezek alapján határozzuk meg a darabszám szerinti szemcseeloszlási-görbéket.

Mennyi?

A szárazföldek mintegy 10%-át fedik a döntően kőzetliszt méretű szemcsékből felépülő löszök és löszszerű üledékek. Jelentős löszterületeket találunk Nyugat- és Közép-Európában az alpi és a fennoskandináv pleisztocénben eljegesedett területek közti korridorban és a Kárpát-medencében. Ezeket keleti irányban a nagyvastagságú ukrán, belső-ázsiai, kínai és szibériai löszök követik. Észak-Amerikában kiterjedt lösszel fedett területek találhatók a Mississippi és mellékfolyói völgyeiben, Washington és Oregon államokban, valamint Alaszkában a Yukon és a Tanana folyó völgyében. Dél-Amerikában a Pampákról ismeretesek nagy területeket fedő löszök. A glaciálisok során a felhalmozódó szárazföldi jégtakaró őrlő és a fagyváltozékonyság kőzetaprózó hatására nagy mennyiségben képződtek a szél által könnyen szállítható, kőzetliszt méretű ásványi szemcsék. A selfek szárazra kerülése következtében fokozódó kontinentalitás és a nagy anticiklonális központok kialakulása miatt az uralkodó szelek ereje, munkavégző képessége megnőtt. A gyérülő növényzet pormegkötő hatását kevésbé tudta kifejteni, így hatalmas mennyiségű ásványi por került a levegőbe.
Mindezen klasszikusnak nevezhető területeken kívül számos további régióból írtak le szerzők löszöket, így Új-Zélandról, Izraelből, Tunéziából, Grönlandról és a Spitzbergákról is. Megfigyelhető, hogy jelentősen eltérő éghajlatú és földrajzi környezetű térségekről van szó: egykor (vagy éppen most is) periglaciális klímájú területekről és folyamatosan meleg éghajlattal rendelkező régiókról. A két típus közötti legfontosabb hasonlóság, hogy mindkét vidéken jelentős mennyiségű porfelhalmozódással számolhatunk a löszök képződésének idejére.
Megkülönböztethetünk tehát „meleg” és „hideg” löszöket, ezek szerint nem csupán a jéghez köthető a kőzetliszt méretű szemcsék kialakulása, hanem a sivatagi, félsivatagi területeken is képződik sivatagperemi löszképződéshez elégséges mennyiségű finom szemcse. Ezt laboratóriumi kísérletekkel is bizonyították, de a száraz térségekből évente kifújt milliárd tonna nagyságrendű por is alátámasztja ezeknek a vizsgálatoknak az eredményeit.
A száraz-forró térségekben zajló további kutatások során egyre több területről érkeztek újabb adatok és beszámolók löszképződésre vonatkozóan, mint például Afganisztán, Bahrein, Namíbia, Pakisztán, Nigéria, Irán, Szíria, Jemen és Arab Emirátusok területéről.
Hazai löszeink poranyagának kérdésköre szintén viszonylag korán felkeltette a kutatók érdeklődését és a szél domináns szerepét már a XIX. század végén felismerték. Azonban a származásra vonatkozó nyitott kérdések teljes egészükben máig sem tisztázottak. A kőzetliszt méretű szemcséket egyesek ázsiai sivatagi területek anyagának, a pleisztocén glaciálisok idején kialakult nagykiterjedésű európai belföldi jégtakaró előteréből származó törmeléknek vagy éppen szaharai porforrások felől származtatták. A fagy okozta aprózódással képződött törmelékanyag folyóvízi szállítása az 1930-as években jelenik meg először. Ezt a részben átmeneti folyóvízi szállítást később újabb kutatások is megerősítették, a löszeink alapanyagának egy része a Morva-medencéből, az Alpok glaciális kori lepusztulás termékeiből és a kárpáti fliss mállástermékeiből származik, melyet a Duna és a Tisza szállítottak a Kárpát-medencébe. Majd az árterekről a szél fújta ki az ott lerakott finomszemcsés törmeléket.

Miért van ennyi kőzetliszt?

Hullóporos eredetű üledékek esetében a nagymennyiségű kőzetliszt méretű szemcse jelenlétét a szél munkavégzőképességének fizikai háttere magyarázza. Ez az a szemcseméret-tartomány, amelybe tartozó szemcséket a szél levegőbe emelni és elszállítani képes. Folyóvízi szállítás során a víz nagyobb fajsúlya miatt nagyobb, durva homokszemcsék is könnyedén szállítódnak lebegtetve. Ekkora méretű üledékeket a szél csak centiméterről-centiméterre, méterről-méterre ugráltatva (szaltáltatva) tud mozgatni, ezért is olyan szépen lekerekítettek, gömbölyűek a szél által szállított futóhomok szemcséi, ellentétben a szögletes folyóvízi homokkal. A szélsebességétől, gyorsulásától és a levegő egyéb fizikai paramétereitől (pl. fajsúly, viszkozitás, turbulencia) függő munkavégzőképesség jellemzően a kőzetliszt méretű szemcsék szállítását teszi lehetővé; a nagyobb szemcséket „nem bírja el”, míg a kisebbek az azok közt kialakuló kohézió miatt kerülnek nehezebben a levegőbe.
Jobban megvizsgálva egyéb más üledékeket is, vagy egyáltalán például a szél által mozgatott szemcsék forrásterületét még mindig szembeötlő a néhány tíz mikrométeres szemcsék határozott megjelenése a szemcseméret-eloszlási görbéken. Nem csupán azért halmozódik fel ennyi kőzetliszt méretű szemcse, mert a rendkívül szelektív szél általi szállítás ezt a mérettartományt részesíti előnyben, hanem úgy tűnik, alapból több ekkora méretű törmelékszemcse van.

És a homok: