Indítunk egy YouTube csatornát, majd meglátjuk mi lesz belőle.
A szaharai eredetű porviharok és a hazai fotovoltaikus energiatermelés menetrendezésének kapcsolatrendszere
A szaharai eredetű porviharos események során hazánk légkörébe jutó ásványi szemcsék besugárzás módosító hatása többrétű, de vizsgálataink alapján a közvetett, felhőképződésre gyakorolt hatás tekinthető a legkomolyabbnak. Ennek következtében olykor 500 MW-nyi teljesítmény is kieshet a tervezett napenergia-alapú termelésből, melyet kiegyensúlyozó - jellemzően fosszilis és drága - forrásokból kell pótolni. A kutatások eredménye a Renewable and Sustainable Energy Reviews hasábjain olvashatók.
A HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (HUN-REN CSFK), a Pannon Egyetem és az ELTE kutatói azt vizsgálták, hogy a szaharai porviharokkal érkező ásványi por milyen hatással van a hazai fotovoltaikus energiatermelésre, valamint a villamosenergia-termelési menetrendekre. A Renewable and Sustainable Energy Reviews című rangos tudományos folyóiratban megjelent tanulmány választ ad arra, hogy mikor, honnan és mennyi, illetve milyen ásványi tulajdonságú szaharai por érkezik Magyarország fölé. A kutatók szerint a menetrendezésben figyelembe kellene venni az epizodikus porviharokat, amelyek miatt a besugárzás a vártnál kisebb lesz, azaz kevesebb villamos energiát lehet termelni, mint amennyire a menetrendezők számítottak.
A fotovoltaikus energiatermelés és általában az időjárásfüggő megújuló energiaforrások kiszámíthatatlanok. A villamos energia, ellentétben például a gázzal, jelenleg lényegében nem tárolható, a termelés és a fogyasztás folyamatos egyensúlyára van szükség, nincs puffer a rendszerben. A villamosenergia-mixben napról napra változó a fosszilis és a megújuló energiaforrások aránya. Ugyanakkor – éppen a termelés–fogyasztás kényszerű egyensúlyának szükségessége miatt – tudni kell, hogy mekkora lesz a következő napon az időjárásfüggő megújulók aránya a rendszerben. Ha a menetrend nem jó, akkor drága és fosszilis tartalékkapacitások – főként gázerőművek – gyors üzembe helyezésére van szükség.
A 2022-ben hazánk térségében azonosított szaharai porviharos események szállítási útvonalai
A rendszerirányítónak tehát előre tudnia kell, hogy mennyit fognak termelni a naperőművek. Erre vonatkozóan futnak modellek, és rendelkezésre állnak historikus klimatikus adatok is. Ezek a modellek azonban sok paramétert nem vesznek figyelembe, vagy rosszul paramétereznek bizonyos folyamatokat, a historikus adatok pedig a jelenleg zajló klímaváltozás miatt lényegében használhatatlanok.
A HUN-REN CSFK, a Pannon Egyetem és az ELTE kutatói a korábbi, légköri porral és szaharai porviharos eseményekkel kapcsolatos alapkutatásaikat terjesztették ki egy társadalmi-gazdasági szempontból is jelentékenyebb irányba, nevezetesen arra, hogy az ásványi por milyen hatással van a fotovoltaikus energiatermelésre, valamint a menetrendekre.
A fotovoltaikus energiatermelés (szürke), a szaharai por légköri mennyisége (narancssárga) és a menetrendezés relatív pontosságának (kék) alakulása 2022-ben
A most publikált szakcikkben Varga György, a HUN-REN CSFK Földrajztudományi Intézetének tudományos főmunkatársa és kutatótársai a fotovoltaikus energiatermelésre adott, jelentős hibákkal terhelt 24 órás menetrendeket vizsgálták a 2022. évi, hazánkban rekordot döntött 16 szaharai porviharos esemény idején. Rávilágítottak, hogy a porviharos események során az ásványi szemcsék jelentős szerepet játszanak a felhőképződésben, így nagyobb lesz a felhőzöttség, és a felhők élettartama is megnő. A besugárzás a vártnál kisebb lesz, kevesebb villamos energiát lehet termelni, mint amennyire a menetrendezők számítottak.
A kutatók által alkalmazott módszerek között a műholdas méréseken, a numerikus szimulációkon, a légtömegek mozgáspályáinak számításain és a szinoptikus meteorológiai elemzéseken túl a szaharai porviharos események során csapadékkal együtt kimosódó poranyag laboratóriumi elemzései is szerepeltek. Az egyes epizódok során időszakosan akár 500 MW-nyi deficitet is kimutattak a kutatók a tényleges és az előre jelzett teljesítmény között, aminek fedezésére drága és szennyező tartalékkapacitásokat kellett igénybe venni.
A legfőbb problémát az okozza, hogy a légköri pornak a teljes sugárzási mérlegben betöltött szerepe előre nehezen számszerűsíthető. Egy-egy porfelhőben többféle anyagú – például kvarc, kalcit, gipsz, agyagásványok, csillámok – és többféle alakú egyedi ásványi szemcse, valamint aggregátum található, melyek más és más optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A sötétebb színű szemcsék – például 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 döntően a lehordási terület földtani felépítésétől függ, 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 hazánk területén kimosódott szaharai poranyag néhány jellegzetes szemcséje
(Q: kvarc; FS: földpát; D: dolomit; C: kalcit; G: gipsz)
A légköri por finom szemcséi a légkörbe jutva a felhőképződéshez szükséges kondenzációs magként is viselkedhetnek, amelyek 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 idejük viszonylag hosszú, következésképpen a felhő radiatív hatását hosszabban fejti ki, illetve a csapadék valószínűsége csökken, ami így nem fogja a napelempaneleket lemosni.
A kutatók számos nyitott kérdésre adtak választ a cikkben. Így például arra, hogy mikor, honnan és mennyi szaharai por érkezik fölénk, milyen ásványi tulajdonságai vannak a poranyagnak, mekkorák és milyen alakúak a porszemcsék. Rámutattak, hogy az általános aeroszol klimatológia alkalmazása mellett az epizodikus porviharokat is figyelembe kellene venni a menetrendezésben, amely folyamat során eddig a felhőre vonatkozó mikrofizikai folyamatok – azaz a por és a felhőképződés összefüggései – sem kerültek be a számításokba.
Példák az intenzív szaharai porviharos eseményekre: porszállítási modellek előrejelzései; műholdképek és műholdas hamisszínes felhőborítottság-térképek
A kutatások az NKFIH FK138692, valamint az RRF-2.3.1-21-2021 és MTA Fenntartható Fejlődés és Technológiák Nemzeti Program projektek támogatásával valósultak meg.
Publikáció:
Varga et al., 2024. Effect of Saharan dust episodes on the accuracy of photovoltaic energy production forecast in Hungary (Central Europe). Renewable and Sustainable Energy Reviews https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114289
Sivatagi por Finnországban – nem csak a Szahara anyaga jelenik meg Észak-Európában
Tárgyilagosan, hivatalosan: Finnország légkörébe eljutó sivatagi porviharos eseményeket azonosítottak magyar kutatók egy nemzetközi együttműködés keretében a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Földrajztudományi Intézetének vezetésével. A vizsgálatok során olyan porviharos eseményeket tártak fel a kutatók, melyek során a poranyag a Szahara, az Aral-Kaszpi térség és a Közel-Kelet sivatagos területeiről az észak-európai ország légkörébe is eljutott. A jelenleg zajló éghajlatváltozás nyomai is tetten érhetők voltak, egyértelműen látszott a dél-észak irányú (meridionális) légköri áramlások egyre gyakoribbá válása, melynek hátterében a magasabb földrajzi szélességek fokozott felmelegedése áll. Az eredményeket a nagy presztízsű Environment International folyóiratban közölték a kutatók.
Dr. Varga György a Csillagászati és
Földtudományi Kutatóközpont tudományos főmunkatársa vezetésével zajló kutatások
során hazai, izlandi és finn kollégákkal együttműködve elemezte az 1980-tól
2022-ig tartó időszakra vonatkozóan a Finnország légterébe nagytávolságokról
eljutó porviharos eseményeket. A modellszámítások, műholdas mérések és felvételek,
valamint felszíni mérőállomások adatai alapján potenciális poros helyzetként
meghatározott epizódok közül a légtömegek mozgáspályáinak számításai során
megerősítést nyert, sivatagi-félsivatagi térségekhez visszavezethető események
kerültek az adatbázisba. Így a vizsgált 43 év során 86 nagytávolságból érkező
porviharos eseményt sikerült kimutatni Finnország légkörében, melyek közül 59
szaharai forrásterületekről, 22 az Aral-tó kiszáradt medréből és a
Kaszpi-tenger térségének sivatagi-félsivatagi térségéből, 5 esemény pedig a
Közel-Kelet sivatagaiból származott.
Noha, ezeknek a forrásterületeknek a
porkibocsátása (a “kiszárított” Aral-tavat leszámítva) közvetlenül független az
emberi tevékenységtől, mégis ki kell emelnünk, hogy a jelenleg zajló, antropogén
eredetű klímaváltozás hatásai megjelentek az idősorokban és az egyes epizódok
szinoptikus meteorológiai hátterét szemlélve is. A viszonylag ritka téli
események száma 2010-től megduplázódott, különös jelentőséget adva a
vizsgálatoknak, hiszen minden azonosított téli alkalom során jeleztek ónos esőt
a helyi meteorológusok. (A porviharos eseményekkel együtt járó magasabb
légkörben történő melegbeáramlások állnak az ónos eső kialakulásának
hátterében, melyre hazai példaként a 2014-es normafai katasztrófát hozhatjuk
fel, melynek hátterében szintén megjelent a szaharai porbeáramlás.)
Ezek a szezonalitásban történt változások
hasonlóan alakultak Európa számos más térségében, így Magyarországon is. Éppen
ezen hazánk térségében megfigyelt szaharai porszállítási gyakoriság- és
intenzitásváltozások irányították korábban a kutatók figyelmét Észak-Európa
irányába. A változások hátterében ugyanis az arktikus térség fokozott
felmelegedése és ennek következtében az alacsonyabb és magasabb földrajzi
szélesség közti csökkenő átlaghőmérséklet-különbség áll, mely miatt a
magaslégköri futóáramlások erejüket vesztik és egyre inkább meanderezőbbé
válnak, hullámzóbb mintázatot vesznek fel. Ennek során nagyobb valószínűséggel
alakulnak ki olyan helyzetek, amikor hosszú időn keresztül dél-északi irányú
áramlások uralkodnak, nagyobb eséllyel jut el a por az északi területek felé
is. Ezeket a változásokat a hazai vizsgálatokon túl sikerült már Izland
esetében is kimutatni.
Efféle jelenségekkel kapcsolatos
szisztematikus, hosszútávú vizsgálat Finnország térségében korábban még nem
készült, egyes események kapcsán jelentek meg hírek, olykor esettanulmányok.
Jelen kutatás, a vizsgált időszak hosszán túl, abból a szempontból is újkeletű
volt, hogy nem csupán a domináns szaharai forrásterületekről származó epizódok
kerültek górcső alá. Az Aral-tó térsége eklatáns példája a káros emberi
hatásoknak: Földünk egykoron negyedik legnagyobb területű tavát tápláló Amu- és
Szir-Darja vizét elöntözték a gyapotföldek öntözése céljából, így ma az egykori
tómeder helyét bolygónk egyik legújabb sivataga az Aralkum foglalja el. Ebből a
térségből származott az azonosított porviharos események egynegyede. Ami még
jobban meglepte a kutatókat az az volt, hogy öt alkalommal közel-keleti
(szíriai, szaúd-arábiai és iraki) forrásterületekről érkező por is eljutott
Finnországig.
A vizsgálatok során ismét bizonyítást nyert,
hogy az éghajlatváltozás következtében megváltozó légköri folyamatok egyre
inkább hozzájárulnak a szélsőséges időjárási események kialakulásához. A
nagytávolságokra eljutó poranyag, azonban nem csupán egy tünete mindennek,
hanem például az északi térségek hóval és jéggel fedett térségeiben kiülepedve,
a gyorsabb olvadáshoz is hozzájárulhat, mivel a sötétebb felszín több hőt nyel
el, tovább fokozva a magasabb szélességek fokozottabb felmelegedését. A
kutatások megkezdése óta két alkalommal oly mértékű szaharai porkiülepedés
történt Finnországban, hogy a Finn Meteorológiai Intézet a lakosság segítségét
kérte, hogy minél több pormintát elemezhessenek a kutatók. A felhívásban azt
javasolták, hogy a szaunákban olvasszák fel a havat és ezután küldjék el a
mintákat.
A kutatások az NKFIH FK138692, valamint az RRF-2.3.1-21-2021 projektek támogatásával, magyar, finn és izlandi kutatók részvételével valósult meg.
Kapcsolat: Dr. Varga György (varga.gyorgy@csfk.org +36-20-226-3346)
Az open access cikk: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412023005160
Az új normális: 10-12 szaharai porviharos esemény a Kárpát-medencében?
“Autót ne moss! Újra itt a szaharai por!” Olvashatjuk a hírportálok hasábjain, immáron harmadszor idén. És még csak április van…
NKFIH FK138692: Nagyméretű szaharai porszemcsék Európában: változó klíma vagy pontatlan elemzések?
"Tisztelt Vezető Kutató!
Örömmel értesítjük, hogy a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFI Hivatal) által 2020. december 22-én meghirdetett pályázati felhívásra benyújtott FK 138692 azonosítószámú pályázata támogatást nyert."
Nem kezdődhet egy szakmai e-mail ennél sokkal jobban. Főleg, hogy ma megérkezett az IPCC hatodik átfogó jelentésének első, a klímaváltozás fizikai alapjaival foglalkozó kötete, melyben pl. ez áll:
"Since AR5, an improved understanding of the shortwave absorption properties of dust as well as a consensus that dust particles are larger than previously thought has led to a revised understanding that the magnitude of radiative forcing due to mineral dust is small (Kok et al., 2017; Ryder et al., 2018)."
(...)
"Studies that support the Arctic influence are mostly based on observational relationships between the Arctic temperature or sea-ice extent and mid-latitude anomalies or extremes (Cohen et al., 2012; Francis and Vavrus, 2012, 2015; Budikova et al., 2017). They are often criticised for the lack of statistical significance and the inability to disentangle cause and effect..."
Lássuk, hogy az új projekt keretében mennyiben tudunk hozzájárulni ennek a merőben érdekes és vitákkal terhelt témakörnek a mélyebb megértéséhez!
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
A szaharai forrásterületekről kifújt évi többszáz millió tonna ásványi por jelentékeny hányada jut el Európa légkörébe és ülepszik ki kontinensünkön. A szerteágazó visszacsatolási mechanizmusokon keresztül az eolikus poranyag számos éghajlati és egyéb környezeti folyamat aktív szereplője. Kutatásaink keretében a szaharai porviharos események során kifújt és nagy távolságokra elszállított poranyag újszempontú granulometriai és ásványtani elemzése történne meg, valamint a kiülepedett poranyag mennyisége kerülne meghatározásra.
Különös hangsúllyal jelenik meg a kutatásban a nagyméretű (jellemzően 50 µm átmérő feletti) ásványi szemcsék jelenlétének az igazolása, szállítási mechanizmusainak és éghajlati szerepének tisztázása. Az azonosításra automata statikus képfeldolgozásos megközelítést alkalmaznánk, melyet ezidáig a témakörben kizárólag mi a használtunk. Ezen vizsgálatok révén kismennyiségű mintákból származó nagyszámú (több százezres nagyságrendű) egyedi ásványszemcsék méret- és alakparaméterei kerülnének meghatározásra. A granulometriai adatokat nyílthozzáférésű adatbázisban is közreadnánk.
A durvaszemcsés szilárd légköri aeroszol részecskék mennyisége és így a kiülepedett poranyag tömege is jelentősen alulbecsült a modellekben. A tervezett projekt keretében számos műholdas mérésiprogram adatai mellett a NASA CALIOP lidar háromdimenziós aeroszol-eloszlás adatbázisát is felhasználnánk; a vertikális aeroszol profilok és az aeroszol optikai mélység adatok alapján a porkiülepedés becslése is elvégezhető. Így nem csupán a porviharos események, hanem a kiülepedett poranyag időbeni változását, valamint mindennek klímahatásokkal való kölcsönhatásrendszerét és elemezhetnénk.
Mi a kutatás alapkérdése?
A tervezett kutatási projekt két fő kutatási kérdés köré épül fel:
(1) Mekkora szaharai porszemcsék jutnak el Európába?
A kérdéskörhöz kapcsolódóan vizsgálnánk, hogy az eddig publikált eredmények valóban reális képet adnak-e a szaharai porszemcsék méretéről vagy az előzetes megfigyeléseink helytállók, és a mintákban nagyarányban találunk nagyméretű ásványi szemcséket is. Az alkalmazásra kerülő automata statikus képfeldolgozásos megközelítés révén mintánkénti százezres nagyságrendű egyedi ásványi szemcsék granulometriai elemzése történne meg.
Vizsgálnánk, hogy az elméleti megközelítések és a mért adatok ellentmondásban állnak-e egymással a nagytávolságra szállított por méretére vonatkozóan. Ehhez a szemcsealak információkat is felhasználnánk, azaz elemeznénk, hogy milyen hatással van a morfológiai értelemben vett anizotrópiája a porszemcséknek a szállításra, kiülepedésre.
(2) Milyen mennyiségben ülepszik ki a por kontinensünkön, és ez hogy változik időben?
A porfelhalmozódás mértékére vonatkozó becslések is komoly bizonytalanságokkal terheltek. A NASA CALIOP aeroszol profilok felhasználásával becsült kiülepedés becsléseinket felhasználva a porviharos események gyakoriságának alakulásán túl, a porkiülepedés mértékének változásait, valamint a folyamatokat meghatározó időjárási és éghajlati paraméterek elemzésével a megváltozó környezet hatásait is vizsgálnánk.
A két kérdéskör összefüggéseit is elemeznénk, azaz hogy hogyan befolyásolja a vélhetően alulbecsült szemcseméret a modellezett kiülepedési értékeket, illetve, hogy a megváltozó meteorológiai hatótényezők lehetővé teszik-e a nagyobb méretű szemcsék szállítását a jövőben?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Előzetes eredményeink során már bizonyítást nyert, hogy az automata képfeldolgozásos granulometria révén nagyszámban azonosíthatók a kiülepedett nagyméretű ásványi porszemcsék. Más módszerekkel mindez szaharai hullópor és kimosódott csapadékanyag esetében nem valósulhatna meg a statisztikailag elégtelen mennyiségű elemzett szemcseszámból (nem automatizált optikai vagy elektronmikroszkópos megközelítés) kifolyólag, vagy a poranyag kis mintamennyiségéből adódóan bizonytalanságokkal terhelt mérések (lézeres szemcseméret meghatározás) esetében sem. A durvaszemcsés pornak az éghajlati rendszerben betöltött szerepe jelenlegi ismereteink szerin rendkívül bizonytalan, nettó fűtő és hűtő hatással egyaránt találkozni az szakirodalomban. A durvaszemcsés poranyag nagytávolságú szállítási mechanizmusai szintén ellentmondásokkal terhelt, de kutatások homlokterében álló problémakörök.
A szemcseméret és a kiülepedés összefüggésrendszere is számos nyitott kérdés megválaszolását igényli a jövőben. A kisszámú helyszíni méréssorozatok miatt a porkiülepedés becslése elsősorban modellszámítások alapján történt meg mindezidáig. Azonban ezekben a szimulációkban a 20 µm-nél nagyobb szemcsék nem kerülnek parametrizálásra, így a kiülepedett por mennyiségének modellezett értékei jelentékeny mértékben alulbecsültek. Mindezen bizonytalanságokon a granulometriai eredmények pontosításával, valamint a műholdas porkiülepedés-becslés megvalósításával próbálunk kutatásaink keretében javítani.
A porszállítás és kiülepedés tér- és időbeni mintázatának változásait a jelenleg zajló éghajlatváltozás által befolyásolt folyamatok is szabályozzák. Feltevésünk szerint a poláris területek fokozott melegedésének következtében a porszállítást befolyásoló magaslégköri futóáramlások amplitúdója megnövekszik, melynek révén a meridionális energia- és anyagtranszport is jelentékeny változásokon megy át. Így egyre gyakrabban alakulnak ki különösen intenzív szaharai porviharos események kialakulásához vezető szinoptikus helyzetek.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Földünk legnagyobb porforrásterületei a Szaharában találhatók. Évente többszáz millió tonna por kerül Európába az észak-afrikai régióból, gyakran látványos légköroptikai jelenségeket vagy éppen összekoszolódó gépkocsikat eredményezve. A porszemcsék módosítják a Napból érkező sugárzás mennyiségét, talajképződésben töltenek be szerepet, de hatással vannak egészségünkre is, mint természetes eredetű légszennyezőanyagok.
Tervezett kutatásaink során az eddigi vizsgálatokban nem, vagy éppen alig elemzett nagyméretű porszemcsék kerülnének górcső alá. Ezek a szemcsék, ellentétben a finomszemcsés poranyaggal jellemzően fűtő hatásúak a légkörben. Az egyre gyakoribb intenzív porkimosódásos események Európában az éghajlatváltozással összefüggésbe hozható megváltozó áramlási viszonyokkal vannak kapcsolatban. Az éghajlati folyamatok és a szaharai por kölcsönhatásai azonban csak a jelenleginél sokkal pontosabb adatok alapján finomíthatók. A porszemcsék méretére és a kontinensünkön felhalmozódó szaharai por mennyiségére vonatkozóan azonban jelenleg nem rendelkezünk kellő pontosságú adatokkal.
ELKH: Izlandig eljutó óriási méretű szaharai porszemcséket azonosítottak magyar kutatók
Izland térségéig eljutó szaharai porviharos eseményeket azonosítottak egy nemzetközi együttműködés keretében magyar kutatók az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Földrajztudományi Intézetének (CSFK FTI) vezetésével. Az éghajlatváltozással összefüggő megváltozó légköri szállítási mechanizmusok következtében egyre több esetben észlelhetők hasonló események a magasabb szélességi területeken. Különös jelentőséggel bír, hogy a vizsgálat magyar kutatói nagy mennyiségű óriási (tizedmillimétert meghaladó átmérőjű) ásványi porszemcsét is találtak, melyek a földi energia-háztartásban éppen ellentétes szerepet töltenek be a finomszemcsés por hűtő hatásával szemben, és nettó melegedést okoznak a légkörben. A szaharai por nagy távolságú szállítására vonatkozó kutatások eredményei a Nature lapcsaládhoz tartozó Scientific Reports szaklapban jelentek meg.
Varga György, a CSFK FTI tudományos főmunkatársa, Holman-Gresina Fruzsina (a CSFK tudományos segédmunkatársa; ELTE PhD-hallgató) és cseh, valamint izlandi társszerzőik a most megjelent “Saharan dust and giant quartz particle transport towards Iceland” (Szaharai por és óriási méretű kvarcszemcsék szállítása Izland felé) című tanulmányban az elmúlt mintegy másfél évtizedben Izland térségében azonosított szaharai porviharos eseményeket, valamint azok meteorológiai hátterét, a porszállítás útvonalait, lehetséges forrásterületeit, illetve a porszemcsék általános jellemzőit mutatják be. A távérzékeléses módszerek és számítógépes modellek eredményei alapján azonosított 15 porviharos esemény jól mutatja, hogy a szaharai forrásterületekről több ezer kilométeres távolságra is eljuthat a finomszemcsés ásványi por. Sőt, a Reykjavík térségében két intenzív epizód során begyűjtött por szemcseméret- és szemcsealak-elemzései rámutattak arra, hogy nem csupán finomszemcsés, maximum néhány tíz mikron átmérőjű por jut el ilyen távolságokra, ahogy korábban gondolták, hanem nagyszámú, 100 mikront is meghaladó, kifejezetten nagy méretűnek számító ásványi szemcsék is. A kutatók a vizsgálatokat az automata képfeldolgozáson alapuló granulometriai karakterizáló műszer segítségével végezték a CSFK FTI Kőzet- és Talajvizsgáló Laboratóriumában.
Klímaváltozás: több por?
A kutatás több szálon is kötődik a jelenleg zajló éghajlatváltozás témaköréhez. A kutatók a vizsgálat révén a légkörben tapasztalt fokozott meridionalitáshoz – azaz a dél–északi áramlási helyzetek dominánsabbá válásához – kapcsolódóan újabb eredményeket szolgáltattak a sarkvidéki területek fokozott felmelegedése, és ennek következtében a magasabb és alacsonyabb szélességi területek közti lecsökkenő hőmérséklet-különbség, valamint a megváltozó légköri áramlási rendszerek kapcsolatáról. Megbízható műszeres mérési adatok az 1880-as évek óta állnak rendelkezésre, azóta a globális átlaghőmérséklet csaknem 1 Celsius-fokot emelkedett. Ez a melegedés döntő többségében az elmúlt 10-15 évben történt, és térbeli eloszlása sem egyenletes: a poláris területek melegedése többszöröse az alacsonyabb szélességek hőmérséklet-változásának (ezt nevezzük arktikus amplifikációnak). A mérsékelt övi ciklontevékenységért felelős Rossby-hullámok alakulása a meridionális hőmérséklet-különbség függvényében változik: minél kisebb ez a különbség, annál lomhább, nagyobb amplitúdójú magas légköri hullámok képződnek. Emiatt a nagy amplitúdójú kilengések miatt a hullámzó áramlások Észak-Afrika sivatagi területeiről nagy mennyiségű port tudnak északi irányba elszállítani (mint amikor az abrosszal egy nagy hullámmozgással fújjuk le a port az asztalról). Ezt olykor Európa-szerte tapasztalhatjuk, hazánk területén is sikerült kapcsolatot találni a meanderező jet stream és a Kárpát-medencébe szállított egyre nagyobb mennyiségű szaharai por között. Az viszont különösen érdekes, hogy a szaharai por ilyen gyakran eljuthat egészen Izlandig.
Óriási szaharai porszemcsék az arktikus légkörben
A kutatások jelentőségét tovább növeli, hogy a több százezer egyedi ásványi szemcseméret- és alaktani elemzés rámutatott, hogy a korábban gondoltnál sokkal több nagy méretű porszemcse kerül a légkörbe. Méretükből kifolyólag ezek a porszemcsék – a finomszemcsés porral ellentétben – nem visszaverik, hanem elnyelik a Napból érkező sugárzást, így nem hűtő, hanem fűtő hatásúak. Emiatt a földi energia-háztartásban játszott szerepüknek a parametrizálása a globális klímamodellekben is korrigálásra szorul. Mivel Izland a maga 44 ezer km2-nyi sivatagi területével és évi átlagban 135 porviharos napjával Európa legnagyobb porkibocsátó régiója, a szaharai és a helyi por elkülönítése, valamint a szaharainak vélt minták esetleges helyi „szennyeződésének” kizárása érdekében az izlandi forrásterületekről gyűjtött mintákat laboratóriumban elemezték. A kiülepedett poranyagból származó mintákhoz hasonlóan ezek elemzése is automata statikus képfeldolgozással történt. E módszer segítségével kis mennyiségű mintából is közvetlen szemcseméret- és szemcsealak-adatokhoz juthatnak a kutatók. A több százezer egyedi szemcse granulometriai adatait az alkalmazott Malvern Morphologi G3-IDSE Raman-spektroszkóp adatai egészítik ki, melyek ásványi fázisra vonatkozó információkat is szolgáltatnak. A kutatók megállapították, hogy a helyi forrásterületekről származó poranyag méret- és alaktani tulajdonságai az alkalmazott módszerrel jól elkülöníthetők egymástól. A hasonló méretű szemcséknek az alakja, a hasonló alakú szemcséknek pedig a mérete volt különböző. Ezeket a vizsgálatokat más műszerrel nem lehetett volna elvégezni. Recens porviharos események kapcsán ezt a módszert kizárólag a CSFK FTI kutatócsoportja alkalmazza a világon.
A kutatások a CSFK, az NKFIH KH130337 („Recens szaharai por granulometriai elemzése”), a K120620 („Paleokörnyezet-rekonstrukció hulló poros eredetű üledékek szemcseméret- és szemcsealak-elemzése alapján”), az MTA Kiválósági Együttműködési Program (KEP-08/2018) támogatásával, valamint a COST Action inDust program együttműködésében magyar, cseh és izlandi kutatók részvételével valósult meg.
Publikáció:
Varga, Gy.; Dagsson-Walhauserová; Gresina, F.; Helgadottir, A. (2021). Saharan dust and giant quartz particle transport towards Iceland. Scientific Reports
2020 május - por, por, por
40 évnyi Szaharai por a Kárpát-medencében
Kárpát-medence: negyven év, 218 azonosított szaharai porviharos esemény, több millió tonnányi kiülepedett sivatagi por… Eddig érdekesen szól, de nézzünk bele. Miről van még szó?
(3) nagyméretű porszemcsék nagyobb száma fokozottan (értsd: köbösen) jelenik meg a portömeg egyenlegben, így részben a pormodellek alábecsült porkiülepedési értékeit is meg tudjuk magyarázni.
Milyen időintervallumot vizsgáltunk? És milyen gyakoriak ezek az események?
Mikor találkozhatunk porral a légkörünkben?
Mi alapján gondoljuk? És hogyan játszik ebben szerepet a klímaváltozás?
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 (ezt nevezzük arktikus amplifikációnak). 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.
Miért érdekes, hogy mekkorák a porszemcsék?
Előzetes mérési eredményeink rámutattak, hogy a szaharai poranyag elméleti úton nyert, valamint a távérzékeléses és közvetett módon meghatározott szemcseméret adatai ellentmondásosak és nem összeegyeztethetők az e területen mindezidáig csak általunk alkalmazott automata statikus képfeldolgozásos közvetlen méréseink eredményeivel. Mindebből kifolyólag a korábbi adatok alkalmazása problémát okoz (1) a szállított por mennyiségének és (2) a kiülepedett ásványi poranyag tömegének a meghatározásában, (3) a porszállítás mechanizmusának mélyebb megértésében; (4) a légköri por éghajlati, felhőfizikai és egyéb környezeti hatásának a megállapításában.
A pontos granulometriai jellemzők fontos bemenő adatként szolgálnak a porterjedési és kiülepedési modellek számára, melyek segítségével az eddig egyértelműen megállapítható, numerikus szimulációk során kapott ülepedési alulbecslések részben kiküszöbölhetővé válnának.
A porszemcsékre jellemzően a légkört hűtő faktorra gondoltunk, de amint megjelennek a számításokban a nagyobb méretű szemcsék, az egész kérdéskör átfordul. Ezek az óriási (giant dust) szemcsék fűtő szerepet töltenek be, alapvetően befolyásolva ezzel a sugárzási egyenleteket.
Miért érdekes mindez nekünk?
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.).
Szemcse (1) - méret (2) - meghatározás (3) : a szemcseméret meghatározás három legfőbb problémája
- Varga, Gy., Gresina, F., Újvári, G., Kovács, J., Szalai, Z. (in press). On the reliability and comparability of laser diffraction grain size measurements of paleosols in loess records. Sedimentary Geology
- Varga, Gy., Újvári, G., Kovács, J. (2019). Interpretation of sedimentary (sub)populations extracted from grain size distributions of Central European loess-paleosol series. Quaternary International 502, Part A, pp. 60-70.
- Varga, Gy., Kovács, J., Szalai, Z., Cserháti, Cs., Újvári, G., (2018). Granulometric characterization of paleosols in loess series by automated static image analysis. Sedimentary Geology 370, pp. 1-14.
- (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.
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.
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.
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.
Szemcseméret adatok értelmezési problémái
2019. április: Az évtized szaharai porviharos eseménye érte el Európát?
2019-et írunk, egyelőre úgy fest, hogy a címben feltett kérdésre IGEN a válasz.
Miért alakult ki ez a légköri helyzet?
- Varga, Gy., Újvári, G., Kovács, J. (2014). Spatiotemporal patterns of Saharan dust outbreaks in the Mediterranean Basin.Aeolian Research 15. pp. 151–160.
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.
- Varga, Gy., Kovács, J., Újvári, G. (2013) Analysis of Saharan dust intrusions into the Carpathian Basin (Central Europe) over the period of 1979-2011. Global and Planetary Change 100. pp. 333–342.
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.
- Varga Gy. (2018). Ha lefűződik egy hidegcsepp. Élet és Tudomány 21. pp. 646-666.
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.
- Varga, Gy., Cserháti Cs., Kovács, J., Szeberényi, J., Bradák, B. (2014). Unusual Saharan dust events in the Central European Carpathian Basin in 2013 and early 2014. Weather 69. (11) pp. 309–313.
- Varga, Gy, Cserháti, Cs., Kovács, J., Szalai, Z. (2016). Saharan dust deposition in the Carpathian Basin and its possible effects on interglacial soil formation. Aeolian Research 22. pp. 1-12.
- Varga, Gy, Gammoudi, N. (2019). Changing temporal patterns and intensity of Saharan dust events in(Central) Europe. Geophysical Research Abstracts 21, EGU2019-4866
- Varga, Gy, Cserháti, Cs., Kovács, J., Szalai, Z. (2016). Saharan dust deposition in the Carpathian Basin and its possible effects on interglacial soil formation. Aeolian Research 22. pp. 1-12.
- Varga, Gy. (2012) Spatio-temporal distribution of dust storms – a global coverage using NASA Total Ozone Mapping Spectrometer aerosol measurements (1979–2011). Hungarian Geographical Bulletin 61. (4) pp. 275–298.
Kell-e félni a szaharai portól?
- Varga Gy. (2010). Gondolatok a porviharok és a klimatikus, környezeti folyamatok összefüggéseiről. Földrajzi Közlemények 134 (1) pp. 1−14.
- Varga Gy. (2016). Porviharok és a hullóporos eredetű üledékek jelentősége környezetrekonstrukciókban és recens környezeti folyamatokban. MTA CSFK Földrajztudományi Intézet 252 p.