"Nincs itt semmi látni való, Földünk klímája mindig is változott! Miről kapta Grönland a nevét? Hát zöld volt, mikor Vörös Erik arra járt..." Efféle és ehhez hasonlókat nap, mint nap megfogalmaznak a klímaszkeptikusok. De tényleg belesimul napjaink éghajlatváltozása a múltbéli rendszerbe? Minden normális, csak túl hangosak egyes félretájékozódott éghajlatkutatók? Lássuk, mit tanulhatunk a múltbéli folyamatokból.
A paleoklíma-kutatások, illetve általánosan a múltbéli ősföldrajzi folyamatok megismerésének az igénye sokkal korábban megjelent minthogy a jelenlegi drasztikus környezeti változásokra felfigyeltünk volna. A recens klímaváltozás kapcsán azonban mindezen régmúlt időkbe nyúló rekonstrukciók különös jelentőséget kaptak.
A földtörténeti múlt változásai utat mutathatnak, analógiaként (és így akár elrettentő példaként) szolgálhatnak a jelenlegi események kapcsán. A történeti múlt (lényegében a holocén kor) éghajlata, annak módosulásai és mindennek a történelemformáló hatása szintén izgalmas témakör.
A következőkben ezt tekintjük át röviden, hogy mikor is relevánsak ezek a régmúlt idők homályába csaknem elvesző változások és mikor nem. Ez utóbbi keretében arra próbálunk rámutatni, hogy a recens kihívások tekintetében nincs mindig jelentősége a múltbéli klímaváltozás folyamatainak vagy legalábbis nem abban az értelemben ahogy beállítani próbálják. Azaz, hogy a természetes variabilitást az emberiség klímamódosító tevékenységének ténye ellen felhozók érvei sokszor téves alapokon nyugszanak.
A recens klímaváltozás
Tagadhatatlan változások történnek napjainkban. A komplex ökológiai krízis részeként tekinthető klímaválság számos jelét érezzük már saját bőrünkön. Túl vagyunk már azon, hogy csupán a hírekből hallunk a távoli térségek egyre melegebb rekord hőmérsékleteiről, az emelkedő tengerszintről vagy épp az olvadó jégsapkákról, szélsőséges időjárási eseményekről. Soha nem látott forróságú nyarak és aszályos időszakok alakítják minden évben időjárásunkat, melyeket villámárvizeket hozó intenzív csapadékesemények szakítanak meg. A szánkók sem kerülnek évente cserélésre az elhasználódás miatt, a hóemberek sem élnek túl két napot, nyáron nem lehet kint lenni egésznap a szabadban. Alapvető változásokban történtek a hazai időjárásban és klímában.
A földi éghajlatot néhány folyamat határozza meg, ezek (1) a légkör tetejét elérő sugárzás mennyisége (ez a Nap aktivitásától és a Föld központi csillagunktól mért távolságától függ); bolygónk (2) sugárzásvisszaverő és (3) hővisszatartó képessége. Ez utóbbi kettőre van hatása az emberi tevékenységnek.
A beérkező energiamennyiség eloszlása szintén érdekes lehet, mivel nem mindegy hogy egy jellemzően kontinensekkel vagy épp óceánokkal jellemezhető félgömb nyara alakul épp hűvösebben. A földi energia- és anyagáramlási folyamatokban az óceánok és szárazföldek nagytérségi eloszlása játssza az egyik főszerepet, melyben szintén nincs szerepe az embernek, ciklusai földtörténeti skálákon értelmezhetők. A szárazföldek (pl. szuperkontinensek vagy épp poláris kontinens jelenléte vagy épp féltekékre vetített aránya) és az óceánok elhelyezkedése vagy a hegyláncok jellemző csapásirányai mind meghatározó jelentőségűek, de döntően tízmillió éves időskálákon értelmezhetők. Az ősföldrajzi viszonyok jelentős klímamódosító hatással jelennek meg a múltban, mai állapotokkal való összevethetőségük épp emiatt is feltételes.
Hővisszatartó képesség (üvegházhatás)
A légkör hővisszatartó képessége lényegében az üvegházhatás folyamatával egyenlő. Ez a légkörben található szelektív sugárzásáteresztő gázok (pl. vízgőz, szén-dioxid, metán) koncentrációja által meghatározott, és természetes mértéke bolygónk felszíni átlaghőmérsékletét mintegy 33 fokkal emeli meg; enélkül a ma ismert élet nem alakulhatott volna ki (egy állandóan fagyos víz- és talajfelszínű) Földön.
Az ipari forradalom óta az antropogén kibocsátások drasztikusan megemelkedtek és a csaknem teljes holocén kor 270-280 ppm-es CO2-koncentrációja 422 ppm fölé nőtt 2024-re. Számszerűsítve a változásokat: a szén-dioxid koncentráció ezred ppm-es természetes variabilitását felváltotta az évi 2-3 ppm-es növekedés.
A legfőbb üvegházhatású gázok koncentráció-növekedéséhez közvetlen sugárzási (éghajlati) kényszer értékeket is rendelhetünk, azaz hogy mekkora többletet jelent a sugárzási egyenlegben az adott gáz megnövekedett koncentrációja, W/m2-ben kifejezve. Az ipari forradalom óta ez a CO2 esetében ~2,3 W/m2, a CH4 kapcsán ~0,6 W/m2, többi üvegházhatású gáz összesen pedig még 1,1 W/m2-nyi többletről beszélhetünk. Mivel a légköri aeroszol közvetlenül is és a felhőfizikai folyamatoka módosítva közvetett módon is nettó hűtő hatású, a többlet sugárzási kényszert okozó tényezőkből le kell vonni ezek mintegy 1,2 W/m2-es hatását, hogy megkaphassuk a teljes kb. 2,8 W/m2- es antropogén éghajlati kényszert. Ez hajtja meg jelenlegi klímaváltozást, de ez utóbbi aeroszol-hatások már átvezetnek a sugárzásvisszaverő képesség témakörére.
Sugárzásvisszaverő képesség (aeroszol és felhők)
A sugárzásvisszaverő-képesség módosítás mind a légkör, mind a szárazföldek tekintetében jelentősen átalakult az emberi tevékenység következtében. Az aeroszol részecskék és a felhőfizikai folyamatok nem csak a hővisszatartó képesség esetében jelentős faktorok, hanem elsősorban a beérkező energia szabályozásában játszanak masszív szerepet.
Az aeroszol közvetlen és közvetett besugárzás-csökkentő szerep aránya térben és időben nagy különbségeket mutat, de mégis állíthatjuk, hogy az indirekt hatások mértéke nagyobb. Ezt jól példázza, hogy az európai, észak-amerikai és részben ázsiai javuló levegőkörnyezeti mutatók hatása a csökkenő felhőzetben is kimutatható. A kevesebb PM (particulate matter) kibocsátás csökkenő felhő- és jégképző magvacska számot eredményezett. A felhőzet sugárzás visszaverő képességének redukcióját a felhőképződés egyéb feltételeinek egyre nehezebb megvalósulása is okozta, nevezetesen, hogy melegszik a légkör. A melegedő levegő egyre több vízgőzt tud magában tartani, annak kondenzálódása nélkül, ennek mértéke 1 Celsius-fokonként +7%. Ezzel az exponenciális növekedéssel nem tud lépést tartani a fokozott párolgás lineáris növekménye; a relatív nedvesség csökken.
A felszíni albedo módosítása már évezredekkel ezelőtt megkezdődött a mezőgazdasági területek folyamatos bővítésével, erdőirtásokkal, rétek-mezők feltörésével, mocsarak lecsapolásával, folyók szabályozásával. A városok terjeszkedése térben ugyan kisebb, de mégis jelentős és markáns hatást gyakorol szintúgy a felszíni sugárzáselnyelő képességre.
Az ember tehát meghatározó tényező lett az éghajlatunkat alapjaiban meghatározó mechanizmusokba. Abba a két folyamatba, melynek hatása rövid távon is érzékelhető. Épp emiatt nehéz a paleoklimatikus adatok analógiaként történő felhasználása, mivel azok időbeni változása nagyságrendekkel nagyobb. Sőt, a földtörténeti múltban visszautazva a koradatok egyre durvább felbontásubbakká válnak, ráadásul a teljes ősföldrajzi keret, mint környezeti feltételrendszer jelentősen eltérő is volt.
A földtörténeti régmúlt
Érdemes végiggondolni, hogy meddig utazzunk vissza az időben. A 4,6 milliárd éves Föld történetének nagyobbik felében oly mértékben volt más a komplex planetáris keretrendszer, ahol a forró bolygókezdeménytől az első őslégkörön át eljutunk nagyon lassan aztán az első oxigént termelő élőlényekig, és aztán a maival alapjaiban már összehasonlítható atmoszférával és természetföldrajzi folyamatokkal jellemezhető bolygóig.
Ismerve a rendelkezésre álló adatok korbeli felbontását, megállapítható, hogy a maival összemérhető sebességű és léptékű változások azonosítására csupán a globális kataklizmák, kihalási események adhatnak potenciálisan lehetőséget. Az éghajlat alakításában részt vevő számos tényező rekonstruálása sem megoldható, révén, nem léteznek megfelelő archívumok, proxyk.
A “nagy” kihalási események esetében a nagy magma provinciák aktivitása során légkörbe kerülő nagymennyiségű szén-dioxid és egyéb üvegházhatású gáz éghajlatmódosító hatása már régóta ismert tényező. Az éghajlat változásának sebességére vonatkozó adatok azonban azt jelzik, hogy ezek a kataklizmikus léptékű események is sokkal lassabban alakultak ki, mint a mai klimatikus változások.
Az utolsó efféle esemény az 55 millió éve történt paleocén-eocén termális maximum (PETM) idején a vulkáni tevékenység következtében évente 1 milliárd tonna szén került a levegőbe, évszázadonként átlagban csaknem 0,1 fokos melegedést okozva. Manapság évente ennek a szénmennyiségnek a tízszeresét bocsájtjuk ki, és a melegedés sebességének mértéke is legalább egy nagyságrenddel nagyobb.
Akkor tehát a ténylegesen kihalási eseményként és egyéb nagyon súlyos klímahatásokkal jelentkező kiugró epizódok során sem emelkedett ilyen mértékben sem a CO2-koncentráció, sem a globális átlaghőmérséklet. De ezen régmúlt események egy nagyon más időszak történései: az óceánok és szárazföldek elhelyezkedése, féltekei és földrajzi szélességenkénti területi aránya, a tengeráramlások mintázata és meridionális hőszállítása, illetve még számos ősföldrajzi peremfeltétel teljesen másmilyen volt. A maihoz hasonló földrajzi keret kb. a pliocéntől volt meg. Ennek a rendszernek meghatározó eleme a viszonylag szűk, észak-dél tengelyű Atlanti-óceán, melynek áramlási rendszere az amerikai földszoros záródásával vált a maihoz hasonlóvá.
A plio-pleisztocén klíma
Ezzel egyidejűleg el is érkeztünk egy olyan korszakhoz, ahonnan nagymennyiségben áll rendelkezésre kellő pontosságú, jól korolt adatömeg. A mélytengeri üledékek, szárazföldi lerakódások, majd az elmúlt kb. egy millió évtől a jégfuratok vizsgálatai egy a korábbiaktól jelentősen eltérő hosszútávú éghajlati mintázatot tártak fel.
A nagypontosságú adatosorok hektikusnak tűnő, oszcilláló jellegű kilengéseket mutatnak, melyek azonban olyan ciklusok, amik kialakításában döntő szerepe volt a Föld pályaelemek (excentricitás, tengelyferdeség, precesszió) periodikus változásának. Az eltérő jellemzőkkel bíró “rezgések” egymásra rakódása révén különböző hullámhosszú és amplitúdójú ciklusok jönnek létre. Lényegében ezek a fázisok határozzák meg a bolygónkat érő napsugárzás mennyiségét. Egy 57 mélytengeri fúrás 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.
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 hosszabb-rövidebb időszakokra nagy kiterjedésű, vastag jégtakaró borította Észak-Amerika, Európa és Ázsia jókora részét. Globális, mélytengeri üledékek, jégfuratok, lösz-paleotalajsorozatok 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 Föld-pályaelemváltozások globális sugárzási kényszere a következő: precesszió: 0,1-0,3 W/m2, tengelyferdeség: 0,5-1 W/m2, míg az excentricitás: 0,1 W/m2-es értékű. Ezek a kis változások globális léptékben értendők, melyek térben nagyfokú eltérésekkel jellemezhetők, mely különbségek pl. a kontinensek egyenlőtlen eloszlása miatt komoly jelentőségűek, hiszen komoly eltérések vannak a két féltekén. A déli pólus kontinensét egy cirkumpoláris óceáni térség veszi körbe, míg az északi jeges óceán körül kiterjedt kontinensek vannak. Amint megfelelő viszonyok alakulnak ki az északi féltekén a jégfelhalmozódásra, nagyvastagságú állandó jégelborítás lesz dominánssá. A megváltozó felszínborítás és a világos havas-felszín sugárzás-visszaverőképesség növekedése -3,5±1 W/m2-es éghajlati kényszert is jelenthet, melyet a természetes eredetű üvegházhatású gázok koncentráció-csökkenéséből fakadó további -3±0,5 W/m2-nyi hatás is kiegészít. Összességében a pályaelemek megváltozása által indukált folyamatokat jelentősen felerősítették a visszacsatolási mechanizmusok.
A tényleges eljegesedések (glaciálisok) és felmelegedési (interglaciális) periódusok a 100 ezer éves ciklicitású utolsó 1 millió évben jelentkeztek. Ezeket a hazai nagyvastagságú lösz-paleotalaj sorozataink rétegeiben is nyomon követhetjük. 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 paleotalajok változatos jellegűek: vörös, egykori mediterrán terra rossa-szerű vörös talajokat találunk a hazai sorozataink legalsó rétegeiben, ezeket felváltják az erdőtalajok, majd a sztyeptalajok. A felmelegedési időszakok klímája is más volt időről-időre. Ennek hátterében is megjelennek a pályaelemek eltérő konstellációi, de emelett az üvegházhatású gázok koncentráció-változásai is ott lapulnak. Ez különösen érdekes a jelenlegi interglaciális szempontjából, hiszen a mostanihoz hasonló pályaelem-kombináció (kis excentricitás és kisamplitúdójú precessziós változások) mintegy 400 ezer évenként jelennek meg. A mintegy 800 ezer éve történt (MIS19) interglaciális nagyjából azonos pályaelemek mellett is mintegy fele olyan hosszú volt, mint a 400 ezer éve lezajlott MIS11 interglaciális. Ez utóbbi során magasabb volt a légköri CO2-koncentráció, mely az elképzelések szerint felülírta a pályaelemek változásából következő besugárzás-csökkenés glaciális átfordulását, és ez csak később történt meg. Ezt, az MIS11-et tartjuk a jelenlegi interglaciális legjobb analógiájának a múltból.
És érdekes, hogy már az 1970-es évek klimatológusai is rájöttek arra, hogy a természtes interglaciális-glaciális váltás a jelenlegi (1970-es évekbeli) szintjei mellett nem valósulhat meg. Az, hogy ennek nem volt nagy hírverése az nem véletlen, ugyanis az EXXON olajvállalat kutatói mutatták ezt ki, titokban.
Az emberi tevékenység hatásai nem csak versenyre tudtak kelni olyan természetes ciklicitási folyamatokkal, mint a Föld pályaelemeinek megváltozásainak hatása a besugárzásra, hanem le is győztek azokat a mechanizmusokat, melyek évmilliók óta szabályozzák bolygónk klímáját.
Az olajcégek dollármilliárdokat költöttek téves információk terjesztésére és évtizedekkel vetették hátra az éghajlatváltozás hatásai elleni küzdelmünket. Ennek következtében mára már szinte csak az alkalmazkodás lehetősége maradt meg számunkra, az éghajlatváltozást megállítani nem igazán tudjuk. Rontani még azonban lehet rajta…
Minderről 2013-ban egy Science cikkben számolt be Geoffrey Supran és két szerzőtársa. Ennek folytatásaként idén májusban az amerikai Szenátus előtt is megjelent a főszerző.
A holocén kor: a jelenlegi interglaciális
A mintegy 12 ezer évvel ezelőtt befejeződött utolsó eljegesedés hektikus, az hideg perióduson belüli klímakilengései (az észak-atlanti alábukási övezet korabeli összeomlásával magyarázható Dansgaard-Oeschger ciklusok) után egy merőben eltérő, stabil éghajlatú kor vette kezdetét. Az emberi civilizáció kialakulása szempontjából meghatározó periódushoz értünk, a stabil klíma lehetőséget teremtett a mezőgazdaság fejlődéséhez, a letelepedéshez, települések kialakulásához, illetve a társadalmi diverzifikálódáshoz, sokszínűbbé vált a világ.
Ez a korábbiaknál sokkal barátságosabb éghajlat is rejtett magában meglepetéseket és kisebb hullámokat, melyeket előszeretettel nagyítanak fel egyes körök, annak igazolására, hogy a jelenlegi felmelegedéshez mérhető klímaváltozások voltak már a jelentős emberi hatások megjelenése előtt is, pusztán természetes hatásokra. Azt már korábban láttuk, hogy napjaink változásainak mértéke és dinamikája a földtörténeti múlt kataklizmaszerű változásaival vethetők össze. De lássuk, milyen változások voltak a történelmi múltban.
Még az elmúlt néhány évezred klímájának az alakulására is kihat a Föld pályaelemeinek változása, de ez csupán ebben az évezredes léptékben érzékelhető és értelmezhető, ráadásul még egyes féltekéken belül is eltérő jelleggel. Az északi félteke közepes szélességeit tekintve nagyjából csökkenő besugárzást eredményez a jelenlegi helyzet állapot, melynek rövidtávú hatásai lényegében elhanyagolhatók.
Ezt a hosszútávú szabályos trendet kisebb kilengések rángatják meg, mint például az óceáni áramlások gyengülései vagy épp a nagyobb vulkánkitörések. (A Nap aktivitás hosszútávú változásának hatásai szintúgy megjelennek a rendszerben, de ezek néhány tized W/m2-es sugárzási kényszere szintén nem okozott globális hatásokat.) A holocén kezdetén feltehetően az észak-atlanti alábukási zóna által hajtott áramlás omlott össze az észak-amerikai jégpajzs előterében kialakult (proglaciális) Agassiz-tó édesvizének az óceánba való beömlése miatt. Ez volt a Fiatal Driász lehűlés, mely során több fokkal visszaesett a hőmérséklet Európában és Észak-Amerikában is. (Lokálisan, mint pl. a grönlandi jégpajzs középső térsége ez a lehűlés elérhette a 10-15 fokot is, de regionálisan kisebb hatású volt.) A légköri cirkuláció átalakult, szárazabb időszak lett az uralkodó, jelentősen hűltek a telek. Az Észak-Atlanti áramlat helyreállásával mindezen hatások megszűntek és melegebb lett a térség klímája. (Ez a későbbiekben is megismétlődött, mint pl. 8200 évvel ezelőtt.)
A nagyobb vulkánkitörések olykor globális hatású, rövidtávú változásokat eredményeztek. Az emberi történelemre azonban már néhány egymást követő száraz (vagy épp szélsőségesen csapadékos) hűvös nyár is komoly hatással tudott lenni. A bezuhanó terméshozamok a korai, rossz ellátási láncú és felkészületlen társadalmakban éhínségekhez, járványokhoz és felkelésekhez vezettek.
A római kori klímaoptimumról és a kisjégkorszak, mint klasszikus példák a történelmi múltunk “szélsőséges” klímarezsimjeire, közel sem voltak globális jelenségek. Írásos történelmünk és történelem szemléletünk Európa-centrikus, melynek környezet és klímatörténeti következménye, hogy egy európai hosszabb meleg vagy hideg periódus esetében globális érvényű megállapításokat hozunk. Egyik példa esetében sem áll fenn, hogy globálisan néhány tized fokot meghaladó lett volna az átlaghőmérséklet-változás, mivel a féltekei besugárzás-változások nagyjából kiegyenlítik egymást.
