Interglaciálisok - Bevezetés, avagy porban az igazság

Földünk éghajlati rendszerének mélyebb megértésében nagy segítséget jelent a múltbéli klímaváltozások rekonstrukciója. Különösen igaz ez manapság, mikor is egyre többet szeretnénk tudni a jelenleg zajló változásokról és mindebben az ember szerepéről. De hogyan is lehetne a jelenlegihez hasonló éghajlati jellemzőkkel bíró időszakot találni az oly hosszú földtörténeti múltban? És ha találunk is ilyet, hogyan tudjuk az akkor uralkodó környezetet, hőmérsékleti és csapadékviszonyokat rekonstruálni? Erről szól a következő néhány gondolat.

A globális időkeret
A 2,6 millió évvel ezelőtt kezdődött pleisztocén kor utolsó 1–1,2 millió évének glaciális-interglaciális váltakozásai két, egymással ellentétes előjelű hosszú távú éghajlati állapotot képviselnek, melyeket rövid átmeneti időszakok kötnek össze. Ekkoriban részben a Nap körül keringő Föld pályaelemeinek ciklikus megváltozása, a légkör összetételének módosulása, részben pedig a kontinensek elhelyezkedése miatt hosszabb-rövidebb időszakokra nagy kiterjedésű, vastag jégtakaró borította Észak-Amerika, Európa és Ázsia jókora részét. Globális, mélytengeri üledékek, jégfuratok és cseppkövek stabilizotóp mérésein alapuló referenciagörbék adatsorai alapján már régen ismertté vált, hogy a felmelegedési periódusok hossza, intenzitása és éghajlati viszonya meglehetősen változatos volt.
A pleisztocén glaciális-interglaciális ciklusok kialakításában döntő szerepe volt a Föld pályaelemek (excentricitás, tengelyferdeség, precesszió) periodikus változásának. Az eltérő jellemzőkkel bíró harmonikus ciklusok egymásra rakódása révén különböző hullámhosszú és amplitúdójú nem-harmonikus ciklusok jönnek létre. Lényegében ezek a nem-harmonikus fázisok határozzák meg a bolygónkat érő napsugárzás mennyiségét. (Az 57 mélytengeri fúrás mészvázasainak oxigén-izotóp adatait felhasználó kompozitgörbe alapján szerkesztett legteljesebb plio–pleisztocén paleohőmérsékleti klímagörbe spektrális elemzése rámutatott, hogy időszakonként más-más pályaelemek dominanciája figyelhető meg. A pliocén során döntően 19–23 ezer éves ciklusok a jellemzőek, 2,6 és 1 millió év között a 41 ezer éves periódusok dominálnak, míg 1 millió évtől jelentkeznek 100 ezer évenként a nagy változások.)

Az utolsó mintegy 800 ezer év glaciális-interglaciális váltakozásait ismerjük legjobban, hiszen ebből az időszakból a mélytengeri üledéksorok stabilizotóp adatsorait (Lr04) antarktiszi jégfuratok adataival (EDC) is össze tudjuk már vetni. Az utolsó 100 év éghajlati eseményeit még pontosabban és jobb felbontásban ismerhettük meg a grönlandi jégminták segítségével, mely mérési eredményeket az északi és déli félteke kismértékben eltérő felmelegedési és lehűlési fázisainak, azaz időbeli eltolódásának magyarázatául szolgáló elméletnek (bipolar-seesaw model) a felhasználásával szintén kiterjeszthetjük 800 ezer évre (GL_syn). Így már 3 különböző referenciagörbe adataira támaszkodhatunk klímarekonstrukciónk során.

A jelként szolgáló közvetett paleohőmérsékleti görbék felmelegedési szakaszait lehatárolva tapasztalhatjuk, hogy a különböző meleg periódusok eltérő hosszúságúak és intenzitásúak voltak. A különböző referenciagörbék, némi eltéréssel, de viszonylag jól egyezve jelzik számunkra, hogy mely időszakok voltak a legmelegebbek vagy melyikek voltak a leghosszabbak. A meleg-nedves időszakok kialakulásához vezető folyamatoknak és az interglaciális periódusok környezeti állapotának megismerése révén a jelenlegi, holocén interglaciálishoz hasonló, annak analógiájaként tekinthető időszakokat azonosíthatunk, melynek rekonstruált viszonyait felhasználva az éghajlatváltozás természetes ütemét, valamint az emberi hatások mértékét is lehetőségünk lehet meghatározni.

Lösz-paleotalaj sorozatok

A glaciálisok, azaz eljegesedések során a szárazföldi jég őrlő és a fagyváltozékonyság kőzetaprózó hatására nagy mennyiségben képződtek a szél által könnyen szállítható finomszemcsés törmelékek, melyek a jégpajzs előterében kialakult olvadékvizes síkságokon, valamint az eljegesedett magasabb hegységek törmelékkúpjain halmozódtak fel. A jelenleg vízzel fedett kontinentális perem fokozódó szárazra kerülése következtében és a magasnyomású, anticiklonális központok kialakulása miatt az uralkodó szelek ereje, munkavégző képessége megnőtt. A jégtakarók előteréből a gyérülő növényzet kevésbé tudta kifejteni pormegkötő hatását, így hatalmas mennyiségű ásványi por került a „szél szárnyán” (eolikus folyamatok révén) a levegőbe.

A forrásterületektől távolodva a szél sebességének csökkenése miatt a poranyag kihullott és jellemzően füves pusztákon halmozódott fel; évente alig néhány tized milliméter, ezerévente talán pár deciméter. Ám a földtörténeti múlt jelenségei türelmesek, olykor több tízezer éves periódusokkal van dolgunk. Így némely helyen nagy vastagságban halmozódhatott fel a jégkorszakok poranyagából egy sajátos kőzet, a lösz, melyet fakósárga színéről, rendkívül finomszemcsés alapanyagáról könnyen felismerhetünk. Az apró, 10–50 mikrométer (0,01–0,05 milliméter) átmérőjű, döntően kvarcból, földpátból, kalcitból, dolomitból és agyagásványokból álló szemcséket kalcit cementálja össze. Földünk szárazföldjeinek mintegy 10 százalékát borítják löszök, hazánk területének pedig csaknem harmadán megtalálhatjuk.

Közelebbről szemügyre véve azonban érdekes jelenséget figyelhetünk meg a csaknem egynemű löszsorozatokban: a fakósárga üledékeket vékony, néhány tíz centiméteres sötétebb, barnás, vöröses sávok tagolják. A sötétebb horizontok az eljegesedéseket tagoló felmelegedési időszakok – az interglaciálisok – képződményei. Ezekben az időszakokban a belföldi jégtakaró visszahúzódott a pólusok irányába és a jégkorszaki klímát felváltotta egy melegebb-nedvesebb periódus, melynek viszonyai a manapság uralkodó éghajlat jellemzőihez hasonlók. A korábban felhalmozódott löszök legfelsőbb rétegei a mállási folyamatok hatására talajokká alakultak.

A pleisztocénre jellemző ciklikus éghajlatváltozások következtében azonban néhány ezer, olykor néhány tízezer év után újból beköszöntött a zord, hideg jégkorszak és ismét a porfelhalmozódásé és a löszképződésé lett a főszerep. A korábban létrejött talajok betemetődtek, őstalajokká (paleotalajokká) váltak és lösz rakódott rájuk. Ezek a periódusok váltották egymást újra és újra, míg kialakultak a löszrétegek és a paleotalajok egymással váltakozó, nagyvastagságú sorozatai. A hideg időszakok monoton hőmérséklet-csökkenését gyors, határozott váltással követik az intenzív felmelegedési periódusok. Ez az asszimetria megfigyelhető az eolikus szedimentációban is: a jégtakarókon a legtöbb ásványi por közvetlenül a meleg időszakok előtt halmozódott fel, illetve a löszképződés is közvetlenül a talajosodási ciklusok előtt érte el a tetőpontját. A melegebb szakaszokból származó jégmintákban az oldhatatlan, terresztrikus eredetű komponensek részaránya csaknem nullára csökkent, a löszterületeinken pedig talajok képződtek. A Kárpát-medence paleotalajainak képződésében a porhullások szerepe a granulometriai adatok alapján jelentéktelen volt, a talajok a feküjükben található löszökből alakultak ki.

Hazai löszeink rétegtana

A hazánk területén uralkodó múltbéli klíma megismerése szempontjából kiemelt jelentőségű üledéksorozatot ismerünk a Kárpát-medence területéről. A lösz-paleotalaj sorozatok országunk területének csaknem harmadán megtalálhatók, és a Duna-völgy alföldi szakaszán, a Mezőföld 50–60 méteres vastagságú üledéktakarója a magaspartok függőleges falaiban bukkan felszínre, például Paks, Dunaföldvár, Dunaszekcső térségében.Tovább délre, a határainkon túl Stari Slankamen (Szalánkemén), Surduk (Szurdok) és Batajnica löszsorozatai ismertek a legjobban. A Duna–Tisza köze déli részén a Bácskai-löszhát lerakódásai emelkednek az árterek szintjénél 20–30 méterrel magasabbra, míg a Tisza mellett a Titel-fennsík 50 méteres rétegsora mutat impozáns látványt.

A löszök és lösszerű üledékeket hazánk területén öt fő egységre szokás bontani: a fiatal löszöket képviselik a Dunaújváros–Tápiósüly és a Mende–Basaharc sorozatok, az idős löszök pedig a Paks I., Paks II. és a „Dunaföldvári Formáció” rétegsoraiban találhatók. Az idős löszöket tagoló vörös talajok vagy vöröses agyagok átmenetet jelentenek a típusos vörösagyagok felé, melyek gyakran a löszök feküképződményeként jelennek meg. A fiatal löszöket tagoló talajosodott rétegek általában mezőségi jellegeket is mutató erdős-sztyepp talajok, míg az idősebb sorozatokban jellemzően erdőtalajok képviselik a felmelegedési időszakokat. A rétegsor, alsó vörös paleotalajai mediterrán-jellegű klímán képződött talajok. Az egyes paleotalajok Magyarországon sajátos nevezéktan alapján lettek beazonosítva. A hazai löszkutatás egyik legnagyobb alakjának, Pécsi Mártonnak a rendszerében egy-egy talaj neve annak a feltárásnak a nevéből származik, ahol a legjobban kifejlődött változata található. Így a hazai paleotalajok között megtalálhatjuk a Mende Felső (MF), a Basaharc Dupla, a Basaharc Alsó (BA), a Mende Bázis (MB) vagy éppen a Paks Dupla (PD) elnevezésű talajokat. E talajoknak a rétegsorban való elhelyezkedésük alapján egy, a magyarországi viszonyokat jól tükröző általánosított rétegsort állíthatunk össze. Ez az elvi rétegsor az eljegesedések porfelhalmozódásához kapcsolódó löszképződést, valamint a melegebb időszakok talajképző időszakainak minden egyes mozzanatát rögzítette számunkra.

Löszsorozataink a globális folyamatok tükrében

A folyamatosan fejlődő mérési módszerek segítségével viszonylag jól meg tudjuk határozni az egyes rétegek korát. A minél precízebb kormeghatározáshoz a sokkal pontosabb adatsorokat tartalmazó mélytengeri üledékekkel és antarktiszi jégfuratokkal történő párhuzamba állítás nyújthat támpontot. A löszökkel ellentétben ezek az üledékek környezetüknél fogva és felhalmozódási körülményeikből adódóan az elmúlt mintegy 800 ezer év éghajlatváltozásainak legpontosabb archívumai. A jégfuratok levegőbuborékainak, valamint a mélytengeri lerakódások apró mészvázainak oxigén- (δ18O) és deutérium- (δD) méréseiből a múltbéli hőmérsékleti viszonyok megváltozását rekonstruálhatjuk. Ennek hátterében az a felismerés áll, hogy a különböző atomsúlyú oxigén- és hidrogénizotópok megoszlása hőmérsékletfüggő.

A globális referenciagörbékkel történő összehasonlítás révén az ezekben a sorozatokban található, szintén hullóporos eredetű horizontokkal is korrelálhatjuk a hazai löszöket. Így vált egyértelművé, hogy a jégkorszakok idején bolygószerte megnövekedett a légköri porkoncentráció. A legteljesebb, az egyes helyeken 350–400 méteres vastagságot is elérő kínai löszsorozatokkal történt összehasonlítás révén a felmelegedési időszakok hasonlóságait fedezhettük fel. Bizonyos, az átlagosnál melegebb és hosszabb interglaciálisok során fejlettebb és vastagabb talajok alakultak ki a Kárpát-medencében és a kínai Lösz-fennsíkon egyaránt, tükrözve, hogy a felmelegedési időszakok sem voltak egyformák.

A hazai löszsorozatok kutatási eredményei rámutattak, hogy rétegsoraink kialakulása nagyvonalakban hasonló körülmények között ment végbe, mint a többi jégkorszaki, hullóporos eredetű üledéksor. A magyarországi lösz–paleotalaj sorozatok komplex elemzésével az elmúlt mintegy 1 millió év őskörnyezeti változásait ismerhetjük meg. A poranyag származási helyének azonosításával és a felhalmozódott üledék szemcseméretének változásaiból a glaciális időszakok uralkodó szélirányait és szélsebességeit, az interglaciálisok során képződött paleotalajok talajtani és geokémiai elemzésével a felmelegedési időszakok hőmérsékleti és csapadékviszonyait, a pollen és őslénytani leletek alapján pedig a hajdani környezeti és ökológiai körülményeket tárhatjuk fel. Hozzájárulva mindezzel a múltbéli éghajlati és egyéb környezeti változások kialakulásának mélyebb megértéséhez.