2001/11.

Környezeti hatások - a környezet védelme

Éghajlatváltozás: természetes vagy emberi hatások

Mészáros Ernő

A Föld története során az éghajlat lényegében állandó volt. Ennek ellenére nem voltak ritkák a néhány fokos hőmérsékleti változások, hidegebb és melegebb periódusok váltották egymást. Így az utóbbi, kb. kétmillió évben a jégkorszakokat melegebb időszakok, interglaciálisok követték. Az utolsó jégkorszak mintegy 15 ezer évvel ezelőtt fejeződött be, és az utóbbi 10 ezer évben, amióta az ember letelepedett, meglepően kedvező volt a bolygó átlagos hőmérséklete. Ebben az időszakban a hőmérsékleti ingadozások gyakorlatilag 1oC-on belül maradtak. Az utolsó ezer évben a legmelegebb a 12-13. század volt (éghajlati optimum), majd a 17. századi feljegyzések kisebb lehűlésre ("kis jégkorszak") utalnak. Kisebb ingadozások után a 19. században a hőmérséklet emelkedni kezdett. Ez a felmelegedés jelenleg is tart. A melegedés kezdete egybeesett azzal az idővel, amikor az ember hatása a légkör összetételére jelentőssé vált. A 19. század vége óta az erdőirtások, a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, valamint az állattenyésztés és növénytermesztés a levegőbe egyre több ún. üvegházhatású gázt juttat. Az üvegházhatású gázok jellemzője, hogy átengedik a Napból jövő sugárzást, ugyanakkor elnyelik a Föld által kibocsátott hősugarakat. Koncentrációjuk növekedése ezért az éghajlat melegedését eredményezi, mint azt a Föld múltjából vett minták igazolják. A jelenlegi melegedés mértéke azonban nem éri el az 1oC-ot, vagyis nem nagyobb, mint amely a múltban emberi hatások nélkül is előfordult. Igaz viszont, hogy a hőmérséklet növekedésének üteme meglehetően gyorsnak tekinthető. A légkörtudomány egyik legfontosabb feladata ezért annak mérlegelése, hogy az ún. globális felmelegedés vajon az ember tevékenységének következménye-e. Jelen tanulmányban röviden ezzel a kérdéssel foglalkozunk.

Miről is van szó

A Föld éghajlatát, egyéb tényezők mellett, a légkör összetétele is befolyásolja. Az éghajlat alakulása ugyanis alapvetően függ attól, hogy a légkört alkotó molekulák, aeroszol részecskék és felhők a Nap energiájának hányadrészét engedik át, illetve hogyan módosítják a Föld felszíne által kibocsátott sugárzást. A Nap külső hőmérséklete (kb. 6000oC) és a Föld felszínének hőmérséklete (kb. 15oC) jelentősen eltér egymástól, ezért sugárzásuk hullámhossza is különböző. A napsugárzás energiájának többsége a látható tartományba tartozik (hullámhossz 0,3 és 0,8 (m között), míg a Föld kisugárzásának hullámhossza nagyobb, mint 3 (m (infravörös vagy hősugárzás). A napsugárzást a légkör jelentős mértékben átengedi, míg a hősugárzást gyakorlatilag teljes egészében elnyeli. Az elnyelés azoknak a gázoknak köszönhető, amelyek molekuláiban legalább két különböző atom található: vízgőz, szén-dioxid, metán, dinitrogén-oxid (üveghatású gázok). Ha ezeknek a gázoknak a légköri mennyisége növekszik, akkor a Föld-légkör rendszer hőmérséklete emelkedik. A természetes források mellett az emberi tevékenység is juttat ilyen gázokat a levegőbe. Az erdőirtások és a fosszilis tüzelőanyagok elégetése a szén-dioxid, a kérődző állatok tartása és a rizstermesztés a metán, a műtrágyázás a dinitrogén-oxid légköri koncentrációját növeli meg. Ezek közül a hatások közül az energiatermelés, azaz a szén-dioxid kibocsátás a leglényegesebb.

Az 1. ábra a szén-dioxid globális kibocsátásának, illetve légköri koncentrációjának változását mutatja (Bolin, 1997). Ez utóbbi részben antarktiszi jégminták analízisén, részben Hawaii-ban végzett közvetlen mérések eredményein alapul. Látható, hogy 19. század vége óta a szén-dioxid antropogén kibocsátása közel nulláról mintegy 6 Gt-ra (109 tonna) növekedett. Ennek megfelelően átlagos térfogati koncentrációja 280 ppm-ről 350 ppm-re változott (1 ppm = cm3/m3). Ugyanakkor ma az átlagos hőmérséklet mintegy 0,5oC-kal magasabb, mint a 19. század végén megfigyelt érték. Figyelembe kell azonban vennünk (2. ábra), hogy a változás nem volt egyenletes. A hőmérséklet gyakorlatilag csak 1910 és 1940 között, illetve 1980 után emelkedett jelentősen.

Nézzük meg ezek után a hőmérséklet hazai változását a 19. század vége óta. A tizenkilencedik század utolsó harminc évének észleléseit, illetve az adatok statisztikus jellemzőit Róna (1909) foglalta össze. A huszadik század első felében végzett megfigyelésekről elsőnek Bacsó és munkatársai (1953) adtak tudományos magyarázatokkal alátámasztott értékelést. Végül az 1961 és 1990 közötti időszak éghajlatának értékelése jelenleg folyik az Országos Meteorológiai Szolgálatnál. Az 1. táblázat az említett források alapján készült. Mint látható, az ország különböző tájain fekvő meteorológiai állomások közül kiválasztottunk nyolcat és ezek adatait az egész országra kiterjesztettük. A módszer nyilvánvalón problémákat vet fel. Ennek ellenére az ország hőmérséklete, pontosabban annak időbeli menete első közelítésben ily módon áttekinthetően jellemezhető.

Bár a különböző időszakokban mért adatok összehasonlíthatósága némileg kérdéses (lásd a következő részben), a táblázat alapján megállapíthatjuk, hogy a hőmérséklet a huszadik század első felében kereken egy fokkal magasabb volt, mint az előző század utolsó harmadában. A hőmérséklet növekedése Budapesten, majd Szegeden volt a legjelentősebb (városhatás). A hőmérséklet 1961 és 1990 között nem emelkedett tovább, illetve gyengén csökkent. Ez alól csak Budapest, Szeged és Debrecen kivétel. A különbségek azonban oly csekélyek, hogy inkább a hőmérséklet állandóságáról beszélhetünk.

Európai adatok szerint (ECSN, 1995) a hőmérséklet szárazföldünk nyugati felében 1940-ig emelkedett. Az emelkedés 1940 és kb. 1970 között megállt, majd napjainkig ismét folytatódott. A Meteorológiai Világszervezet (1999) közleménye szerint az 1961-1990 időszak kimondottan melegnek tekinthető. Magyarországon azonban a század első feléhez képest ez az időszak egyáltalán nem meleg. Számos szakember azt a nézetet vallja, hogy az 1940 utáni csökkenést a vulkáni tevékenység felerősödése magyarázza. Véleményünk szerint nem zárható ki annak lehetősége sem, hogy az 1961-1990-es időszakban Magyarország térségében az üvegházhatású gázok hatását kiegyensúlyozta a szintén emberi eredetű aeroszol részecskék hatása (lásd később). Ebben a periódusban ugyanis a közép-kelet-európai országok kén-dioxid és közvetlen aeroszol részecske kibocsátása hihetetlenül magas volt. A levegőtisztaság-védelem erre az időszakra Nyugat- és Észak-Európában már komoly eredményeket ért el. Valószínű ezért, hogy az aeroszol részecskék éghajlati hatása ebben a térségben 1961 után már csökkenőben volt és sohasem volt olyan intenzív, mint Közép- és Kelet-Európában.

A 2. ábrán, illetve az 1. táblázatban bemutatott adatok menetének magyarázatára két hipotézist tehetünk. Egyrészt lehetséges, hogy hibás az alapfeltevésünk, amely szerint a hőmérséklet az üvegházhatású gázok mennyiségének növekedése miatt emelkedik, hiszen pl. a szén-dioxid a levegőben akkor is dúsult (lásd 1. ábra), amikor a hőmérséklet nem változott. A másik, valószínűbb feltevés szerint valamilyen más (természetes vagy emberi) tényező 1940 és 1980 között kiegyensúlyozta az üvegházhatású gázok légköri koncentrációja növekedésének hatását.

A mérések megbízhatósága

A hőmérséklet emelkedését közvetlen meteorológiai mérések igazolják. Ennek ellenére nem zárható ki, hogy a megfigyelt változás valamilyen módon a mérések inhomogenitását tükrözi. Ilyen inhomogenitás a következő okokból adódhat (Karl, 1992):

A mérőállomások helye megváltozott;

Az állomások sok helyen települések közelében találhatók, ahol közvetlen emberi hatások (pl. városi hősziget) érvényesülnek;

Az állomások sűrűsége (elsősorban az óceánok fölött) és elhelyezkedése nem reprezentatív a globális változások jellemzésére;

A mérési eszközökben, a mérési módszerekben és gyakorlatban az idők során jelentős változások történtek.

A fenti okok miatt akár a hőmérséklet-emelkedés tényét is megkérdőjelezhetnénk. Anélkül, hogy az inhomogenitás okait tovább részleteznénk, megjegyezzük, hogy a megfigyelt hőmérsékleti változásokat azért nem tehetjük vita tárgyává, mivel a hőmérsékleti adatokon túl az éghajlatváltozást más, a meteorológiai mérésektől független tények is alátámasztják. Ilyen tény, hogy olvad a sarki jégtakaró, növekszik a hegységekben a hóhatár magassága, visszahúzódnak a gleccserek és melegszik a tengerfelszín hőmérséklete. Így az IPCC ( ENSZ Intergovernmental Panel of Climate Change) 1990-es közleménye szerint 100 év alatt mintegy 10 cm-rel emelkedett az óceánok szintje, amely részben a melegedés miatti hőtágulás, részben a sarki jégtakaró olvadása miatt következett be.

Mindez arra utal, hogy a 19. század vége óta megfigyelt hőmérséklet-emelkedést valós tényként fogadhatjuk el. Ez a következtetés természetesen nem okvetlenül jelenti azt, hogy a melegedés valóban az üvegházhatású gázok növekedése miatt következett be.

Modellszámítások

Az éghajlat leírására ma már numerikus modellek állnak rendelkezésünkre, amelyek segítségével kiszámítható, hogy a bemenő paraméterek (pl. üvegházhatású gázok koncentrációja) megváltozása esetén milyen éghajlati változások következnek be. A fejlett kutatóközpontok olyan bonyolult, ún. általános cirkulációs modellekkel is rendelkeznek, amelyekkel a változások három dimenzióban szimulálhatók. A modellezést megnehezíti, hogy a légkör sok változót tartalmazó komplex rendszer, amelyben számos visszacsatolási mechanizmus működik, és ezek vagy erősítik (pozitív visszacsatolás), vagy gyengítik (negatív visszacsatolás) az eredeti hatást.

Az éghajlatkutatás fontos eredménye, hogy a legújabb modellekben, az üvegházhatású gázok mellett, a légköri aeroszol részecskék közvetlen vagy közvetett hatását is figyelembe veszik. Az aeroszol részecskék egyrészt valamelyest gyengítik a Föld felszínére érkező napsugárzás erősségét. Másrészt, mint kondenzációs magvak, megváltoztatják a felhők szerkezetét, ami a felhők sugárzásvisszaverő képességének növekedésével jár. Mindkét hatás csökkenti a talajközeli levegő felmelegedését. Az emberi tevékenység a légkörbe számos olyan gázt (pl. kén-dioxid, szerves gázok) bocsát, amelyek a levegőben kémiai átalakulás után aeroszol részecskéket alkotnak, azaz az éghajlatra az üvegházhatású gázokkal ellentétes hatást fejtenek ki.

A 3. ábra az angliai Hadley Központ modellszámításainak eredményeit mutatja ,Bolin (1997) közleménye alapján. A kihúzott görbe az üvegházhatású gázok, a szaggatott görbe az üvegházhatású gázok és az antropogén aeroszol részecskék együttes éghajlati hatását mutatja az 1860-2050 időszakra. 1994-ig a számítások tényleges kibocsátásokon (a számítások 1995-ben készültek), míg 1994 után az IPCC becsült értékein alapulnak. Az ábra alapján néhány fontos megállapítást tehetünk. Az első és legfontosabb az, hogy az üvegházhatású gázok növekedését egyedül figyelembe vevő számítások, főleg 1950 után, intenzívebb melegedést jeleznek, mint a megfigyelt értékek. Ebből az következik, hogy bár a számítások és a megfigyelési eredmények tendenciája megegyezik, az abszolút értékek eltérnek egymástól. Ha azonban az aeroszol részecskék hatásait is figyelembe vesszük, akkor az egyezés jónak mondható. Úgy tűnik tehát, hogy az emberi tevékenységnek köszönhető üvegházhatást mérsékelte a szintén antropogén aeroszol részecskék hatása.

A kérdés azonban nem ilyen egyszerű. Az üvegházhatású gázok légköri tartózkodási ideje nagyjából tíz év. Ez azt jelenti, hogy molekuláiknak elég idő áll rendelkezésére ahhoz, hogy az egész légkörben elkeveredjenek, azaz éghajlati hatásuk valóban globálisnak tekinthető. Ezzel szemben az aeroszol részecskék légköri tartózkodási ideje mindössze kb. egy hét. Így hatásaikat elsősorban a források közelében, így Észak-Amerikában, Európában, illetve a Távol-Keleten (Kína, Japán) fejtik ki. Megkérdőjelezhető tehát, hogy a modellszámítások eredményeiből globális középértékeket képezzünk, mint az a 3. ábra elkészítésekor történt. A másik nagy probléma az, hogy az aeroszol részecskék éghajlati hatásainak modellezése jóval nehezebb, mint az üveghatású gázoké. A gázok egymással teljesen azonos molekulákból állnak. Ezzel szemben az aeroszol részecskék nagysága, formája és kémiai összetétele igen változatos lehet. Ráadásul a részecskék, mint említettük, bonyolult módon a felhők szerkezetét is megváltoztatják, amit elég nehéz figyelembe venni. A részletek mellőzése nélkül gondoljuk el: arról van szó, hogy mondjuk a kén-dioxid kibocsátást a felhőcseppek számával kell összefüggésbe hozni. A nehézségek ellenére az aeroszol részecskék hatását néhány megfigyelés alátámasztani látszik. Így az északi félgömbön, ahol a kén emisszió koncentrálódik, az átlagos melegedés valamivel kisebb mértékű, mint a déli félgömbön. Másrészt a nappali felmelegedés globális léptékben gyengébb, mint az éjszakai hőmérséklet-emelkedés. Ez azzal magyarázható, hogy az aeroszol részecskék napsugárzás csökkentő hatása csak a nappali órákban jelentkezik. Érdekes módon mind az antropogén üvegházhatású gázok (elsősorban szén-dioxid), mind az aeroszol részecskék (elsősorban szulfát) az energiatermeléssel hozhatók kapcsolatba. Az éghajlatváltozást okozó részecskék jelentős része ugyanis a fosszilis tüzelőanyagok kéntartalmából felszabaduló kén-dioxidból származik. Ez azonban nem jelenti azt, hogy nem kell semmit sem tennünk, mivel az egyik káros hatás kiküszöböli a másikat. A kén-dioxid kibocsátás ugyanis savas esőket okoz, amelyek a bioszférát komolyan károsítják. Az európai levegőtisztaság-védelem legnagyobb eredménye, hogy az utóbbi években lecsökkent a kén-dioxid kibocsátás és jelentősen javult a levegő és a csapadékvíz minősége. Akadékoskodó ember persze felteheti a kérdést: nem ezért emelkedik a hőmérséklet 1990 után?

Összefoglalásképpen tehát megállapíthatjuk, hogy a modellszámítások teljes biztonsággal nem erősítik meg, de nem is cáfolják azt a feltevést, hogy a 19. század vége óta megfigyelt felmelegedést az emberi tevékenység okozza. Másrészt valószínű, hogy a felmelegedés a jövőben is folytatódni fog.

Kitekintés

A fenti konklúzió alapján azonban nem vonhatjuk le azt a következtetést, hogy a felmelegedés esetleges veszélyeivel nem kell foglalkoznunk. A dilemma ugyanis az, hogy feltehetőleg késő lesz a szükséges intézkedések megtételére (szén-dioxid emisszió csökkentése), amikor már teljesen bizonyossá válik, hogy a globális felmelegedést az emberi tevékenység okozza. Ebből a szempontból osztanunk kell az Európai Unió véleményét, amely szerint az üvegházhatású gázok kibocsátását haladék nélkül korlátozni kell. Ebből az is következik, hogy az Amerikai Egyesült Államok hozzáállását közel sem tarthatjuk elfogadhatónak. Azt is hangsúlyoznunk kell, hogy a kisebb kibocsátású, kisebb területű országok sem zárkózhatnak el a felmelegedést gátló nemzetközi intézkedések betartásától. Az éghajlatváltozás az egész Földet érinteni fogja és magában foglalja a csapadék mennyiségének módosulását is. A modellek szerint Magyarország térségében csökkenni fog a csapadék és növekedni fog a szélsőséges időjárási helyzetek előfordulási valószínűsége. Ez a magyar mezőgazdaságot és vízgazdálkodást igen érzékenyen érintheti.

A kérdéskörnek azonban van még egy, eddig nem említett tudományos vetülete is. Ez a következő. Az üvegházhatást figyelembe vevő modellek pontosságát ma már mintegy 20-25%-ra becsülik (aeroszol részecskék esetén a pontosság sokkal kisebb), ami elfogadhatónak mondható. A probléma az, hogy minden modellszámításnál feltételezzük, a változások lineárisak lesznek, azaz hirtelen nagyobb ugrások nem következnek be. A komplex (kaotikus) rendszerek alapvető sajátsága azonban, hogy kis változások jelentős, hirtelen változásokat váltanak ki. Így nem elképzelhetetlen, hogy kisebb éghajlatváltozások eredményeként a Föld éghajlata jelenlegi kvázi-egyensúlyi állapotából egy másik egyensúlyi állapotba "ugrik" át, mint az a jégkorszakok és interglaciálisok váltakozásakor a Föld történetében már többször előfordult. Joggal teszi fel tehát W.S. Broecker (1997) neves amerikai oceanológus a kérdést: vajon a Föld üvegházhatásának jövő változása folyamatos lesz-e.

IRODALOM

Bacsó, N., Kakas, J. és Takács, L., 1953: Magyarország éghajlata. Országos Meteorológiai Intézet Hivatalos Kiadványa, XVIII. kötet, Budapest.

Bolin, B., 1997: Biogeochemical cycles and climate change. In: A Better Future for the Earth, 167-183. The Asahi Glass Foundation, Tokyo.

Broecker, W.S., 1997: Will our ride into the greenhouse future be a smooth one. In: A Better Future for the Earth, 211-221. The Asahi Glass Foundation, Tokyo.

ECSN (European Climate Support Network), 1995: Climate of Europe. Recent variation, present state and future prospects. Publ. of National Meteorological Services.

IPCC, 1990: Assessments: Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, U.K.

Karl, T.R., 1992: Contemporary global warming: are we sure? In: Global Climate Change: Implication, Challenges and Mitigation Measures, 37-49. Pennsylvania Academy of Sciences, Easton, PA.

Meteorológiai Világszervezet (1999): Állásfoglalás az éghajlat 1998. évi állapotáról. WMO-No. 896. Magyar nyelvű kiadás. OMSz, Budapest.

Róna, Zs., 1909: Éghajlattan. K.M. Természettudományi Társulat, Budapest.


<-- Vissza az 2001/11. szám tartalomjegyzékére