Szemcseméret meghatározási problémák vol.3: granulometriai elemzések Malvern Morphologi G3-ID-vel

A szemcseeloszlási vizsgálat, mint a legalapvetőbb szedimentológiai vizsgálatok egyike hatalmas változásokon ment át a lézeres szemcseméret analizátorok megjelenésével. A mikronos méretű szemcséken megtörő fény beesési szögéből számított szemcseeloszlási adatok kezdetben a Fraunhofer szórás-elmélet felhasználásával kerültek kiszámításra. Az egyre pontosabb méréstechnológia és a számításkapacitás megjelenésével a Mie-elmélet került előtérbe, melynek alkalmazásával különösen a néhány száz nanométeres lézernyaláb hullámhosszánál alig nagyobb méretű, legfinomabb szemcsetartományba tartozó törmelékes üledékes kőzetalkotók és talajszemcsék méretéről szerezhetünk információt. Ehhez azonban szükségünk van a mérés tárgyát képező minta optikai paramétereire úgy, mint refraktív és abszorpciós koefficiens. Ez egyrészről egy poliminerális közegben eleve nem egy egyszerű feladat (ahogy ezt már korábbi rövid bejegyzésben is taglaltam), másrészt a szemcsék abszorpciós paraméterei nem csak az ásványtani minőségtől, hanem granulometriai (pl. szemcseméret, alak) jellemzőitől is függ. Az elmúlt években, a lézerdiffrakciós szemcseméret eloszlás vizsgálatok viszonylag könnyen elérhetővé váltak a kutatók számára. A méréstechnológiai fejlődés megelőzi az alkalmazók háttértudását, szükségessé vált egy „granulometriai vizsgálati protokoll” kidolgozása, módszertani tanulmányok elkészítése.

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.

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 meghatározási problémák vol.2: lézer diffrakció

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.

Szaharai porfelhalmozódás a Kárpát-medencében és ennek jelentősége az interglaciális talajképződésben

Tanulmányunkban a szaharai porfelhalmozódás jelentőségét taglaltuk, melynek szerepe van az interglaciálisok során képződött paleotalajok finomszemcsés frakciójának megnövelésében. Így az őskörnyezeti rekonstrukciók során feltétlenül szükségesnek tartjuk mindezen folyamatok figyelembevételét is.

Varga et al. 2016. Saharan dust deposition in the Carpathian Basin and its possible effects on interglacial soil formation. Aeolian Research 22. pp. 1-12.

A Kárpát-medence területének csaknem felét borító, nagy vastagságú lösz-paleotalaj sorozatok – feküjükben gyakran vörösagyaggal – a térség elmúlt 3–3,5 millió évében bekövetkezett paleoklimatológiai és őskörnyezeti változásainak egyedülálló archívumai. A késő- és részben a középső-pleisztocén löszsorozatokat tagoló sztyep-, erdőssztyep- és barna erdőtalajok más típusú talajképződési folyamatokhoz köthetőek, mint az idősebb vörös, mediterrán-jellegű paleotalajok. Előbbiek a feküjükben található löszből képződtek, míg a vörös talajok kialakulásában hullópor szerepe, vizsgálataink alapján, jelentősebb volt; hasonlóan egyes vörösagyagokhoz.

Az elemzések során kimutatható volt, hogy az idős, vörös paleotalajok szemcseeloszlási paraméterei eltérőek a fiatalabb képződményekétől. Következtetéseink szerint a finomszemcsés komponens részarányának a megemelkedése a mállási, talajosodási folyamatokon túl a viszonylagosan megnövekedő háttérpor szedimentációjának az eredménye. A háttérpor mennyiségének abszolút mértékben történő megemelkedéséhez a szaharai eredetű porkifúvások intenzívebbé és gyakoribbá válása is hozzájárulhatott, melyhez az időszakban uralkodóvá váló mediterrán klímahatás és az ehhez kapcsolódó fokozódó meridionális áramlási viszonyok vezettek. Ezt a hazai rétegsorok Földközi-tenger keleti részmedencéjéből szárazó mélyfúrásokkal történő párhuzamosításaink eredményei is alátámasztották, melyek szerint a kora-pleisztocén végén markáns interglaciális időszaki szaharai porfluxosokkal kell számolni.

Mindezen eredmények újabb kérdéseket vetnek fel. Megfontolandóvá válik a széles körben alkalmazott szemcseméret elemzési adatok értelmezési lehetőségeinek pontosítása, valamint a geokémiai klímafüggvények és mállási indexek által szolgáltatott hőmérsékleti- és csapadékértékek revideálása. Ennek oka, hogy a talajok képződésekor uralkodó viszonyok rekonstruálásakor a detritális és a talajodási folyamatok során képződő, másodlagos üledékkomponensek közül az utóbbiak rendelkeznek releváns lokális környezeti információkkal. Ezt a klímajelet a hullóporos eredetű finomszemcsés komponens torzítja, melynek mértékének (és részben anyagi minőségének) meghatározásával a rekonstrukciók pontosabbá válnának.

Lösz-paleotalaj minták szemcseeloszlás-meghatározásának nyitott kérdései és problémái

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.

Szaharai por a Kárpát-medencében? - Majd ha piros hó esik...

Majd, ha piros hó esik. Hallhatjuk gyakran, ha valamit lehetetlennek vagy nagyon valószínűtlennek vélünk. Az igen ritkának tartott eseményekben mégis az a legizgalmasabb, hogy nem teljesen lehetetlenek. Egy-egy ilyen mondás kapcsán érdemes utána járni, hogy honnan is ered.

A piros hó – vagy piros, esetleg véres eső – kifejezéseket számos más nyelvben megtalálhatjuk. Olyan, viszonylag ritkán megfigyelhető eseményekre használjuk, amikor a csapadékot valamiféle „szennyező” anyag elszínezi. Olykor-olykor ezt ipari eredetű, valóban káros egészségügyi hatásokkal járó szennyezőanyag okozza, de az esetek sokkal jelentősebb hányadában mindezért olyan ásványi poranyag a felelős, amelyet a szél juttatott a légkörbe, méghozzá nagy távolságokra található sivatagi területetekről. Európa esetében ez a sivatagi terület a Szahara, ahonnan évente több száz millió tonna ásványi por éri el a kontinensünket, ezzel fontos szerepet tölt be számos éghajlati és környezeti folyamatban. 

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.

Szaharai por a Földközi-tenger térségében

Földünk légkörének meghatározó komponensei az aeroszol részecskék, melyek bonyolult visszacsatolási mechanizmusokon keresztül aktív szerepet töltenek be bolygónk éghajlatának alakításában. Az utóbbi évek, évtizedek kutatásai rámutattak, hogy a sivatagi, félsivatagi területekről porviharok során légkörbe juttatott évi több milliárd tonna ásványi szemcse jelentősége a környezeti folyamatokban sokkal nagyobb, mint korábban gondoltuk. A besugárzási viszonyok befolyásolásán túl, biogeokémiai ciklusok alakításában, a légköri CO2-szint szabályozásában, talajképződésben és számos további folyamatban szerepet játszik ez az ásványi por. 

Ma már a modern távérzékelési eljárások, illetve a közvetlen felszíni és légköri mérések segítségével egyértelműen meghatározhatók azok a legfontosabb porforrásterületek, melyeket korábban – a sokszor anekdotikus-jellegű – útleírásokból sejthettünk. Számos nyitott kérdéssel állunk még szemben a porviharokat és jelentőségüket illetően, azonban az egyértelműnek látszik, hogy Földünk legfontosabb lehordási régiója a Szahara. A forrásterületekről a több kilométeres magasságba is feljutó ásványi szemcsék a globális szélrendszerek segítségével több tízezer kilométer távolságra elrepülhetnek. 

Szaharai por gyakran hullik a Karib-térségben és Dél-Amerikában, északi irányban Európa-szerte figyeltek már meg afrikai ásványi anyagokat, beleértve ebbe a Brit-szigeteket és Skandináviát is.

A Szahara területéről évente több száz millió tonna ásványi por jut el Európába. Yaalon, D.H. (1997) szerint 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. Nagy valószínűséggel hazánkat borító plio–pleisztocén hullóporos eredetű üledékek (vörösagyag–lösz–paleotalaj sorozatok) alapanyagát képező ásványi szemcsék egy része is nagytávolságokról (pl. Szahara) érkezett.

A Mediterrán térség légkörének állapotát is befolyásolja a szaharai por, egészségügyi problémák lehetőségét növelve ezzel. 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.

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.

A kutatás elsődleges célja egy olyan adatbázis felépítése volt, melynek segítségével a porviharok vizsgálata kvantitatív alapokra helyezhető. A tetszőlegesen kiválasztott vizsgálandó terület – jelen esetben a Földközi-tenger térsége – napi, havi és éves idősorai; a szezonalítás különböző felbontású diagramjai; továbbá a légköri por átlagtérképei révén pontosabban megismerhetjük a porviharok tér- és időbeli gyakoriságát, változását.

A légköri por környezeti jelentőségének felismerése révén kialakított specifikus meteorológiai mérőhálózatok terjedése és a műholdas mérések adatsorainak elegendő hosszúsága és hozzá-férhetősége, valamint a folyamatosan fejlődő számítógépes adatelemzési technikáknak köszönhetően a jelenkori porviharok legfontosabb lehordási területeit, szezonális vagy többévente jelentkező intenzitási változásait egyre pontosabban ismerjük.

A leghosszabb mérési sorozattal és kellően részletes tér- és időbeli felbontással az el-érhető adatbázisok közül a NASA Total Ozone Maping Spectrometer (TOMS) és OMI (Ozone Monitoring Instrument) aeroszol adatai rendelkeznek. Az 1978 novemberétől kezdődő adatsorok az északi és a déli szélesség 70. szélességi foka közötti területekről szolgáltatnak napi gyakoriságú adatokat 1.25°-os horizontális felbontással. Az Aeroszol Index (AI) értékét a légköri szemcsék felületén történt Mie- és Rayleigh-szórás és elnyelés, valamint a tiszta légköri Rayleigh-szórás értékének a hányadosa adja meg.

Mivel az évek során több műhold (Nimbus-7, EarthProbe, Aura/OMI) fedélzetén lévő műszerek szolgáltatták az adatokat, ezért a különböző mérési intervallumok nyers adatai korrigálás után vethetők csupán össze. A számításokhoz csak a műszer-meghibásodástól és kalibrációs problémáktól mentes időszakok, illetve a teljes évek kerültek felhasználásra. További mátrixműveletek elvégzése miatt szükséges volt négyévente a szökőnapok elhagyása is.

A Földközi-tenger térségére (É.sz. 31°– 43,5°; Ny.h. 9 – K.h.35°) kiszámított TOMS és OMI Aeroszol Indexek idősoraiból a térségre jellemző átlagtól magasabb értékek szűrésével adódó napok aeroszoltérképei, trajektória-számítások és műholdas felvételek alapján a légköri poros események azonosításra. A légtömegek és velük együtt a szállított por mozgáspályája alapján egyértelműen észak-afrikai eredetű, döntően szaharai porkitörések termékei kerültek az adatbázisba.

Az átlagtérképek (napi, havi, évi) és idősorok alapján jól látható, hogy a porviharok által légkörbe juttatott ásványi szemcsék nagymennyiségben és gyakran megtalálhatók a Földközi-tenger feletti légtömegekben. A légköri por mennyisége azonban közel sem tekinthető állandónak, jellemzően egy-egy nagyobb porviharos esemény során emelkedik meg a porkoncentráció, továbbá ezek az intenzív kifúvásos epizódok is jelentős szezonális eltérésekkel jellemezhetőek.

A műholdas mérések alapján megállapítható, hogy a Földközi-tenger térségében a tavaszi és a nyári hónapokban nő meg jelentősen a szaharai eredetű por koncentrációja. Keletről nyugatra haladva megfigyelhető, hogy a legjelentősebb porkifúvások időszakai egyre inkább eltolódnak a tavaszi maximumoktól a nyáriak felé. A keleti részmedencében március végétől július elejéig, a nyugati régiókban júliusban és augusztusban észlelhetők a legmagasabb aeroszol index értékek. A Földközi-tenger középső térségeiben mind a keleti, mind a nyugati részmedencére jellemző porviharos periódusok jelen vannak.

A finomszemcsés, konszolidálatlan ásványi poranyag az észak-afrikai forrásterületeken bőségesen rendelkezésre áll és így a légkör is nagy mennyiségű port tartalmaz az év jelentős hányadában (elsősorban tavasszal és nyáron). Ahhoz, hogy ez az anyag a Földközi-tenger fölé kerülhessen meghatározott meteorológiai feltételeknek is teljesülnie kell. Az azonosított poros eseményekhez rendelt napi geopotenciál- és légnyomástérképek, valamint a légtömegek mozgását jelző trajektóriák alapján részmedencénként és szezonálisan is jól elkülönülő meteorológiai helyzeteket sikerült azonosítani.

A szárazföld és a tengerek eltérő felmelegedése folytán, tavasz elején kezdődik meg egy a térségre jellemző, sajátos ciklogenezis: az Atlasztól délre kialakulnak a Sharav-ciklonok. Ezek az alacsony nyomású légköri képződmények Észak-Afrika partjaitól délre vonulnak kelet felé és a líbiai-egyiptomi határ környékén érik el a Földközi-tengert, nagy mennyiségű port hozva a szárazföld felől. 

A nyár kezdetekor az Atlasztól délre fekvő alacsony nyomású terület még fennmarad, de a Líbia felett kialakuló magasnyomású légtömeg blokkolja a Sharav-ciklonok kelet felé történő mozgását. Ebben az időszakban a heves déli, délnyugati szelek Algéria, Tunézia és Líbia nyugati részén érik el a Földközi-tengert. A nyár második felében az Ibériai-félsziget területén alakul ki alacsony nyomású övezet és az észak-afrikai magasnyomású központ nyugatabbra húzódik. Így a port szállító szelek jellemző pályája is eltolódik a nyugati részmedencék felé, míg a Kis-Ázsia felől fújó északias szelek megakadályozzák a szaharai eredetű légtömegek betörését a Földközi-tenger keleti részén.

A globális aeroszol térképen jól látszik, hogy Földünk légköri por-emissziójának nagy része jól elkülöníthető, viszonylag kis területű körzetekből származik. 

Az észak-afrikai legfőbb lehordási területek többsége a környezetüknél alacsonyabban fekvő, geomorfológiai értelemben vett depressziókban található. Területüket a pleisztocén pluviális időszakaiban átmenetileg víz borította, így nagy mennyiségű finomszemcsés anyag halmozódhatott fel bennük. Gyakori, hogy a felszínüket kovamoszatokból felépülő vagy sós kéreg fedi, melyet a szél nem képes megbontani. Az, hogy mégis hatalmas mennyiségű por kerül ki ezekről a területekről, a közeli valódi homoksivatagoknak köszönhető, amelyek területéről lehordott durvább szemcseméretű anyag becsapódási energiája felszakítja a port védelmező kérget. Ilyen terület Földünk legaktívabb kifúvási régiója a Bodelé vidéke (1.1) is, melyet a pleisztocénben és holocénben a jelenleginél sokkal nagyobb kiterjedésű Csád-tó borított el, valamint Algéria északkeleti és Tunézia nyugati részén, a Szaharai-Atlasztól délre fekvő sottok környéke is (1.6). [A globális térképen jól látható, hogy szerte a Földön az időszakos tavak (sott-ok, playá-k, sebkhá-k, kevír-ek, kavír-ok, salinas-ok, saladá-k, salar-ok, nor-ok, gol-ok, boinká-k) képezik a porkifúvások pontszerű, de igen fontos forrásait.]

A hegységi előterekben a lepusztulási folyamatok termékeként kialakuló törmelékkúpok finomszemcsés anyagát, illetve az időszakos vízfolyások alluviális üledékét szintén könnyen légkörbe emelheti a szél. A kelet-líbiai Kirenaika vádirendszere és a Kattara-mélyföld területe (1.8) vagy az Ahaggartól délre, az Aїr és az Iforas-hegység között fekvő  Azaouka-völgye (1.2) eklatáns példái ennek. A Taudeni-medence (1.3) hatalmas területe szintén fontos por forrásterület, beleértve ebbe a Niger egykori, feltételezett belföldi deltájának lerakódásait is Timbuktutól északra. Ehhez a térséghez csatlakozik a nyugat-szaharai, partvonallal párhuzamosan futó vonulatok keleti oldalán fekvő pleisztocénben jelentősebb vízhálózattal, ma időszakos vízfolyásokkal és változó területű sekély tavakkal rendelkező régió (1.4). A meghatározott lehetséges lehordási területek jó egyezésben állnak a korábbi kutatások során azonosított régiók elemzésének eredményeivel.

További részletek: Varga, Gy., Újvári, G., Kovács, J. (2014). Spatiotemporal patterns of Saharan dust outbreaks in the Mediterranean Basin. Aeolian Research 15. pp. 151–160.

Hazai szaharai poros események katasztere

A Kárpát-medence területére (É.sz. 45,5°–48,5°; K.h. 16–23°) kiszámított NASA TOMS és OMI Aeroszol Indexek idősoraiból a térségre jellemző átlagtól magasabb értékek szűrésével adódó napok aeroszoltérképei, trajektória-számítások és műholdas felvételek alapján azonosítottuk a légköri poros eseményeket. A légtömegek és velük együtt a szállított por mozgáspályája alapján egyértelműen észak-afrikai eredetű, döntően szaharai porkitörések termékei kerültek az adatbázisba.

Az 1979 és 2011 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.

Mostanra időszerűvé vált az adatok frissítése és pontosítása, melynek első fázisában számítógépes modellszámítások eredményeire hagyatkozunk. A szaharai porral kapcsolatos modellek közül a Barcelona Supercomputing Centre (BSC) DREAM 8b v1.0 és v2.0 adatbázisát használtuk fel, mivel ezek a szimulációk rendelkeznek a leghosszabb elérhető, szabad-hozzáférésű adatokkal (Pérez et al. 2006a, 2006b; Basart et al. 2012).

A modellszámítások nyers adatainak feldolgozásával szerkesztett porterjedési térképek és szezonalitás vizsgálatok jó egyezésben állnak a NASA Aeroszol Index térképekkel, melyeket korábbi munkáink során állítottunk elő (Varga 2012; Varga et al. 2013; Varga et al. 2014). 

A korábbi vizsgálatok során olyan szaharai poros eseményeket azonosítottunk, mely során magas porkoncentrációjú légtömegek érték el hazánkat. Az, hogy szaharai port tartalmazó légtömeg van fölöttünk, még nem jelenti azt, hogy a poranyag el is éri a felszínt. A számítógépes modellek adatait felhasználva a kiülepedésről is szerezhetünk új információkat.
A száraz és nedves ülepedés szezonális eloszlásának térképein jól látszik, hogy a száraz ülepedés hazánk területén tavasszal és nyáron a legjelentősebb, ellenben a nedves ülepedés télen és tavasszal a legnagyobb. Ez a különbség a kétféle depozíciós mechanizmus eltérő jellegéből is fakad, mivel a jelentősebb száraz kihullás legfőbb feltétele, hogy viszonylag nagy mennyiségű poranyag legyen a légkörben, addig egy viszonylag intenzívebb nedves ülepedéshez nem feltétlenül kell magas légköri porkoncentráció; adott térségben a csapadék nagyobb hatásfokkal kimossa a poranyagot a légkörből. 

A kiülepedő por szezonális eloszlásának modellszámításokkal szimulált mintázata az eddigi vizsgálataink alapján jól tükrözi a valós helyzetet, azonban a felszínen lerakódó por mennyiségére vonatkozóan jelentős alulbecslést feltételezünk. A Földközi-tenger térségéből ismertek publikált porülepedés mérések, melyek alapján szintén alulbecsültnek adódtak a szimulációs számítások. Egyes területeken akár két nagyságrenddel is kisebb értékeket adnak a porszimulációk. A 2006. január 1-től rendelkezésre álló v2.0 modell számítási mechanizmusa már egy továbbfejlesztett depozíciós sémával dolgozik. A 2006-2012-es időszak adatait elemezve, mely időszakra vonatkozóan mind a v1.0 mind a v2.0 modelladatok elérhetőek, megállapítható, hogy az új eredmények jelentős javulást hoztak a modellszámításokba. A száraz ülepedést tekintve a v2.0 modell 3,6-szoros, míg a nedves ülepedést tekintve 1,8-szoros eredményeket kapunk. Ezek már közelebb állnak a feltételezett valós adatokhoz, de még mindig túl alacsonynak tűnnek.

A Magyarország területére számolt ülepedési értékek is jelentősen alacsonyabbaknak adódtak, mint amennyire a távolság függvényében vagy az epizodikus porviharos események után gyűjtött minták alapján számíthatnánk.

A napi rendszerességű modellfuttatások adatai alapján számolt légköri por mennyiségét jelző mutatók (pl. aeroszol optikai mélység [550 nm]; portelítettség [kg/m^3]; PM10), valamint a száraz és nedves ülepedés napi gyakoriságú idősorai is előállíthatók. Ezeknek segítségével a porviharos eseményeket azonosíthatunk, gyakoriságukat, szezonalitásukat elemezhetjük.

Példa a légköri portelítettség idősoros elemzésére:

XII. Magyar Aeroszol Konferencia

A XII. Magyar Aeroszol Konferencia a Napfény Városában, Szegeden került megrendezésre 2015. március 18. és 20. között az MTA-SZTE Fotoakusztikus Kutatócsoport, a Szegedi Tudományegyetem és a Magyar Aeroszol Társaság szervezésében.

Szokatlan szaharai porviharos események Európában

Bevezetés

Észak-afrikai forrásterültekről évi több száz millió tonna finomszemcsés ásványi port szállítanak a szelek a Földközi-tenger és az európai kontinens irányába. A finomszemcsés törmelékes poranyag közvetlen és közvetett módon is befolyásol számos éghajlati és környezeti folyamatot. Az intenzív porkifúvásokhoz kapcsolódó káros egészségügyi és gazdasági hatások társadalmunk mindennapi életét nehezíthetik meg.

Az 1979 és 2012 közti időszakban, a Kárpát-medence és a Földközi-tenger térségében azonosított szaharai porviharos események meteorológiai hátterét, szállítási útvonalait, szezonális eloszlását és típusait korábbi tanulmányainkban elemeztük (Varga et al. 2013, 2014a). Jelen kutatások tárgyát az ezektől a viszonylag hosszú időszakra vonatkozó jellemzőnek mondható típusoktól eltérő, elmúlt néhány évben tapasztalt szokatlan események képezik (Varga et al. 2014b).

Módszerek

A hosszú távú időszakra vonatkozó porviharos események beazonosítása a NASA TOMS és OMI Aeroszol Index mérések napi adatmátrixai és többlépcsős ellenőrzési folyamat (aeroszol térképek, műholdfelvételek, NOAA HYSPLIT „backward-trajektória” számítások) alapján történt. Az azonosított poros események meteorológiai hátterét (700mb geopotenciál szint; szélvektor, meridionális és horizontális szélkomponensek) a NCEP/NCAR reanalízis adatbázisából számítottuk a NOAA Earth System Research Laboratory szoftverével.

A szokatlan (pl. átlagosnál intenzívebb, hosszabb időszakig eltartó, téli időszakban előforduló) porviharos eseményeket a BSC DREAM 8b és a SKIRON porszállítási előrejelzései, Aeroszol Indexek és a NASA MODIS Aqua és Terra műholdjainak felvételei alapján azonosítottuk. Két intenzív kiülepedéssel is járó esemény mintáit pásztázó elektronmikroszkópos felvételek segítségével is vizsgáltuk.

Eredmények

2013 tavaszától kiindulva 8 szokatlan esemény került elemzésre.

2013. április 26-tól május 5-ig a Kárpát-medence időjárását egy nagykiterjedésű anticiklon határozta meg. A csaknem folyamatosan felhőtlen időszakban feltűnő volt az ég halványsárgás árnyalata, melyről számos hírportál és a közösségi média is beszámolt. Ebben az időszakban a modellszámítások alapján minden nap újabb, szaharai porral telített légtömegek érték el hazánk légkörét. Az állandósuló délnyugati áramlás hátterében egy ÉNy-Afrika és DNy-Európa fölött örvénylő alacsonynyomású és egy ÉK-Afrika fölött kialakult magasnyomású központ, valamint a kettő között kialakult nyomási gradiens erő volt a felelős.

2013 májusának második felében két további eseményt vizsgáltunk. Május 19 és 20 között ismét homályosabb légkörre lehettünk figyelmesek Magyarország térségében, mely során kis mennyiségben száraz ülepedéssel algériai és tunéziai poranyag hullott ki. Május 29-én ezzel szemben nagyobb mennyiségű líbiai eredetű port mosott ki az eső, mely között 35-40 µm átmérőjű szemcsét is találtunk.

Nedves ülepedéssel felszínre jutott szaharai poranyagot legközelebb 2014. február 19-én gyűjtöttünk. Ekkor egy ÉNy-Afrika fölött lefűződött (marokkói hóesést is okozó) hidegcsepp által képződött intenzív algériai és tunéziai porvihar finomszemcsés törmeléke érte el hazánkat. 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.

Európa más térségeiben is tapasztalhatóak voltak érdekes, átlagostól eltérő szaharai porviharos események. Ilyen volt például 2014 áprilisában a Nagy-Britanniában tapaszt eset, mely során (részben az afrikai por miatt) Londonban szmogriadót is elrendeltek. 

A Földközi-tenger légkörében közel sem nevezhető ritkának a szaharai por, de két esemény kiemelt figyelmet érdemelt. 2014 novemberében a középső részmedencében mediterrán trópusi ciklon, „medikán” (mediterrán hurrikán) képződött, előterében intenzív porkifúvást okozva Líbia és Egyiptom partjainál. 2015 februárjában pedig a Földközi-tenger keleti medencéjét érte el egy, évek óta nem látott intenzitású, rendkívül látványos porvihar. A műholdfelvételeken az összefüggő porcsóva az afrikai kontinenstől a Fekete-tenger északi partvidékéig felismerhető volt.

Köszönetnyilvánítás

A kutatásokat a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj és az OTKA PD108708 számú projektje támogatta.

Irodalom

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.

Varga, Gy., Újvári, G., Kovács, J. (2014a). Spatiotemporal patterns of Saharan dust outbreaks in the Mediterranean Basin. Aeolian Research 15. pp. 151–160.

Varga, Gy., Cserháti Cs., Kovács, J., Szeberényi, J., Bradák, B. (2014b). Unusual Saharan dust events in the Central European Carpathian Basin in 2013 and early 2014. Weather 69. (11) pp. 309–313.

EGU 2015

European Geosciences Union General Assembly 2015

Bécs, Ausztria

Időpont: 2015. április 12-17.

Helyszín: Austria Center Vienna

The EGU General Assembly 2015 was again a great success with 4,870 oral, 8,489 poster, and 705 PICO presentations. 577 unique scientific sessions together with 310 side events created an interesting programme. At the conference 11,837 scientists from 108 countries participated, of which 23% were students, 15,000 copies of EGU Today distributed, keen media presence and reporting, and thousands of visits to the webstreams as well as to the EGU blog GeoLog. 

Effects of particle optical properties on grain size measurements of aeolian dust deposits

Particle size data are holding crucial information on the sedimentary environment at the time the aeolian dust deposits were accumulated. Various aspects of aeolian sedimentation (wind strength, distance to source(s), possible secondary source regions and modes of sedimentation and transport) can be reconstructed from proper grain size distribution data. Laser diffraction methods provide much more accurate and reliable information on the major granulometric properties of wind-blown sediments compared to the sieve and pipette methods. 

The Fraunhofer and Mie scattering theories are generally used for laser diffraction grain size measurements. The two different approaches need different ‘background’ information on the medium measured. During measurements following the Fraunhofer theory, the basic assumption is that parcticles are relatively large (over 25-30 µm) and opaque. The Mie theory could offer more accurate data on smaller fractions (clay and fine silt), assuming that a proper, a’priori knowledge on refraction and absorption indices exists, which is rarely the case for polymineral samples. This study is aimed at determining the effects of different optical parameters on grain size distributions (e.g. clay-content, median, mode).

Multiple samples collected from Hungarian red clay and loess-paleosol records have been analysed using a Malvern Mastersizer 3000 laser diffraction particle sizer (with a Hydro LV unit). Additional grain size measurements have been made on a Fritsch Analysette 22 Microtec and a Horiba Partica La-950 v2 instrument to investigate possible effects of the used laser sources with different wavelengths. XRF and XRD measurements have also been undertaken to gain insight into the geochemical/mineralogical compositions of the samples studied.

Major findings include that measurements using the Mie theory provide more accurate data on the grain size distribution of aeolian dust deposits. Significant differences between the Mie and Fraunhofer approaches have been found for the finest grain size fractions, while only slight discrepancies were observed for the medium to coarse silt fractions. Since the two approaches gave similar results for the medium to coarse silt fractions that are the most abundant in loess, the use of the different approaches has no appreciable effect on the mode of the distributions. In conclusion, the two different applied optical parameter settings has had significant effects on the finer tail of the aeolian grain size distributions.

Support of the Hungarian Research Fund OTKA under contracts PD108708 (for G. Varga) and PD108639 (for G. Újvári) are gratefully acknowledged. It was additionally supported (for G. Varga) by the Bolyai János Research Scholarship of the Hungarian Academy of Sciences.

Various environments of interglacials recorded by Pleistocene paleosoils in Hungary (Central Europe)

Based on stable isotope analyses of worldwide reference curves from deep sea, ice core and speleothem records, it has long been apparent that duration, intensity and climatic conditions of different interglacial periods were significantly diverse. As a consequence of negligible fresh, detrital material admixture during interglacials, the soil formation intensity and maturity of various kinds of past soils have been holding vital information on the environmental conditions at the time the soils formed. This, in turn, means that several physical and chemical properties of soils allow us to reconstruct past climatic regimes.

Loess-paleosol sequences in Hungary (Central Europe) provide insight into the cyclic nature of glacial-interglacial variations of the last 1 million years. The paleosoils have been recognized as the product of warmer and moister interglacials, when the (glacial) loess material was altered by chemical weathering and pedogenic processes. 12 pedogene units from MIS-19 to MIS-5 strata were analysed in the course of this study, with a special attention to MIS-11 and MIS-19 periods, because of these can be regarded as analogues of the Holocene interglacial (due to the similarities in obliquity and eccentricity). Grain size, geochemical and (clay)mineralogical studies were elaborated and were gathered from previously published papers to quantify past weathering intensity and paleoenvironmental conditions by geochemical climofunctions.

The Upper and partly, the Middle Pleistocene loess deposits are intercalated by steppe, forest-steppe and brown forest soils, while the older pedogene horizons are different kinds; these are red, Mediterranean-type soils. The MIS-5 pedocomplex consist of three parts at several Hungarian sites, however the pedogene units cannot be correlated unequivocally with the three MIS-5 warmer substages, due to the scarce absolute age data. The MIS-7 and MIS-9 stages are represented by three forest steppe soils. The MIS-11 pedocomplex and MIS-17 and MIS-19 units are thick and well-developed forest soils, formed under a more humid climate compared to the younger pedogene strata. The geochemical data and climofunctions have been supported well these findings. Contrary to the global loess-paleosoil sequences, the MIS-13 and MIS-15 soils are not so dominant in the Hungarian series.

Support of the Hungarian Research Fund OTKA under contract PD108708 (for G. Varga) is gratefully acknowledged. It was additionally supported (for G. Varga) by the Bolyai János Research Scholarship of the Hungarian Academy of Sciences.

Dan H. Yaalon Symposium

Dan H. Yaalon Symposium

Bécs, Ausztria

Időpont: 2015. április 8 - 11.

Helyszín: Boku-Vienna/ Universität für Bodenkultur

Multidisciplinary investigations of Saharan dust events in the Mediterranean and in the Carpathian Basin (Central Europe)

Several hundred tons of windblown dust material is transported every year from Saharan dust source areas into direction of Europe, modifying important climatic and other environmental processes of distant areas. Past Saharan dust addition has also played crucial role in the unique Mediterranean terra rossa formation.

NASA’s daily aerosol indices (from 1979 to 2012) were employed to estimate atmospheric dust amount in the investigation areas. Daily geopotential height (at 700 mb), wind vector and meridional flow data of the distinguished dust events were obtained from the NCEP/NCAR Reanalysis project to compile mean synoptic composite maps. In order to identify the transportation routes and source areas, the backward trajectories were plotted on multiple trajectory maps (NOAA HYSPLIT model). 

The main period of the dust transportation into the Mediterranean is in spring and summer, when the thermal convective activity forces the injection of particles to higher atmospheric levels. However, seasonality patterns of the different Mediterranean sub-basins show quite large differences. In western sub-basins, the maxima of Saharan dust outbreaks is in summer, in the eastern basin, dust storms occur typically in spring, while the seasonal distribution of dust events in the central sub-basins show typical bimodal characteristic with a spring and summer peak, indicating a transitional position.

In the Carpathian Basin, the generally spring and summer dust events can be connected to three different synoptic situations: (1) SW flow between a southward moving trough (over the Atlantic coast of Africa) and the eastern cell of the divided subtropical high; (2) southerly winds associated with eastward moving depressions; and (3) long-range transport from the western parts of the Sahara along the western fringe of an anticyclone and by the westerlies. Granulometric properties of recently deposited dust material were analysed by using electron microscope (SEM) and Malvern Mastersizer 3000 (Hydro LV) laser particle size analyser.

Dust activity of Saharan sources has been much more dominant during certain Pleistocene glacial periods, as it is inferred by the widespread aeolian dust deposits of the investigation area with relevant Saharan contribution. The Saharan dust flux has decreased during the interglacials compared to glacials. However, according to Eastern Mediterranean marine drillings, at the end of the Early Pleistocene Saharan dust deposition was also significant during interglacial periods. It was the time of the formation of red paleosoils in the Carpathian Basin. The fine-grained dust originating from the Sahara could be incorporated to the MIS-17 and MIS-19 soils. 

Grain size, geochemical, mineralogical, micromorphological and SEM analyses have been elaborated on major Hungarian red clay-loess-palaeosol sequences to get more information on aeolian dust deposition and its role in syngenetic, accretionary soil development even during periods characterized by relatively higher temperatures and rainfall. The detailed granulometric analyses of the red clays and red paleosoils represent similarity in terms of their bimodal grain-size distribution patterns with loess horizons. The geochemical analyses suggest that climate during the formation of red clays and red paleosoils was considerably more humid and warmer in comparison to younger interglacials or to modern values.

Support of the Hungarian Research Fund OTKA under contract PD108708 (for G. Varga) is gratefully acknowledged. It was additionally supported (for G. Varga) by the Bolyai János Research Scholarship of the Hungarian Academy of Sciences.