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…

Mi történik itt?

Eddig nem volt ilyen. Vagy mégis?

Korábbi cikkünkben bemutatásra került, hogy az elmúlt mintegy negyven évben több mint 200 szaharai porviharos eseményt tudtunk azonosítani a Kárpát-medencében, ráadásul ezek száma és intenzitása úgy tűnik, hogy az elmúlt évtizedben még nőtt is. De összességében mégis egy természetes folyamatról van szó.

A Szahara ott van (nagyjából) a jelenlegi helyén mintegy 5 millió éve, a szelek pedig korábban is fújtak. A tengeri üledékek, a Mediterráneum terra rossái, a Pireneusok és az Alpok gleccsereinek porrétegei vagy éppen Grönland jegének hasonló ásványi anyaga mind arról tanúskodnak, hogy százezer évek óta kifújja a szél a Szahara porát és elszállítja onnan, olykor irgalmatlan távolságokra is. Jelenleg a kifújt por mennyisége évente meghaladja az 1 milliárd tonnát… Milliárd tonna, nem elírás.

Az elmúlt évtizedben mégis mintha változott volna valami. Tényleg több a sivatagi por Európában, évente akár 10-12 alkalommal is elérik hazánkat a szaharai porral telített légtömegek. Ez nem jelenti azt, hogy ki is ülepszik a poranyag, mert azt a helyi meteorológiai viszonyok (értsd: Esik-e az eső?) határozzák meg. Na, pont erről jelent meg éppen ma (2022. április 13-án) új cikkünk a Frontiers in Earth Science hasábjain: Rostási Á, Topa BA, Gresina F, Weiszburg TG, Gelencsér A and Varga G (2022) “Saharan Dust Deposition in Central Europe in 2016 - A Representative Year of the Increased North African Dust Removal Over the Last Decade”.

A 2016-os év példáján keresztül kerül bemutatásra, hogy mi zajlik itt. A tárgyalt évet, mint tipikus 2010-es évet tárgyaljuk, és hét szaharai porkimosódással együtt járó epizódot mutatunk be. A cikkben részletesen kielemezzük a porviharos események szinoptikus meteorológiai hátterét, a légtömegek szállítási útvonalait, a lehetséges forrásterületeket, a poranyag ásványtani viszonyait és még szemcseméretét is. Ez utóbbi kapcsán érdekes, hogy ismét bebizonyosodott, hogy az ásványi por szemcsemérete sokkal nagyobb, mint ahogy azt korábban sokan gondolták, vagy éppen gondolják ma is. (Ez pl. azért fontos, mert a klímamodellekben nem kerülnek parametrizálásra a 20 mikronnál nagyobb szemcsék, míg a mintákban bőven van 60 mikronos méretet meghaladó is.)

Az anyagi minőségre vonatkozóan viszont mindenkit megnyugtathatunk, hiszen a facebook népének felvetéseivel (grafén-oxid, chemtrail, gyógygomba, radioaktív por) ellentétben főként kvarc, földpátok, karbonátok és agyagásványok kerültek beazonosításra.

Az, hogy miért lett gyakoribb és egyben intenzívebb a szaharai porkimosdásos események száma, azt már szintén tárgyaltuk korábban; nagyon úgy tűnik, hogy az éghajlatváltozás áll a háttérben. 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. (Újabban a lomha és meanderező jet kialakulásának hátterében további folyamatok kerültek azonosításra, azonban ez a mi szempontunkból jelenleg irreleváns…)

Ha ez valóban így működik, akkor kettős következménye lehet a hazánkat érintő szaharai porviharos eseményekre vonatkoztatva: (1) a lassabb nyugat-keleti irányú mozgás révén tovább fennmarad a porviharos epizód kialakulásáért felelős szinoptikus meteorológiai helyzet; (2) a nagyobb délies kilengése egy ilyen magaslégköri hullámnak nagyobb valószínűséggel vezet a teknőről lefűződő hidegcsepp létrejöttéhez, mely a legintenzívebb porviharos események hátterében áll.

https://www.frontiersin.org/.../feart.2022.869902/full

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

Noha jelen sorok szerzője a téli szaharai porviharos események gyakoriságának a növekedéséről sokkal szívesebben írna, ahogy azt az előző 40 évnyi Szaharai por a Kárpát-medencében című, elsősorban az Environment International cikk megjelenése kapcsán született posztban is hangsúlyoztam...

De nem, nem minden megy ilyen flottul... 

Ennek oka, hogy 

(1) az idén télen (és részben már tavaly is) elsősorban a zonális cirkuláció dominanciája volt a jellemző (, ami ugye ellentétben a meridionálissal, nem szállít dél felől szaharai port Kárpát-medencébe); 

(2) a tél elmúlt.

Ennek ellenére, a sok renitens autó, ablak és egyéb kerti bútor tisztaságmániás  honpolgár dühére, én nagy örömmel fogadtam a napokban érkezett és azóta is érkező szaharai port. 

Állandó információforrásom, a Barcelona Supercomputing Center szimulációi már korábban jelezték, hogy a meteorológiai feltételek adottak és hatalmas mennyiségű por éri el Dél-Európát. Na, ennek a későbbi módosítása, már bőségesen betalálta Közép-Európát.

A brutális mennyiségű poranyag az Atlasz déli előteréből, annak hegylábfelszíneinek konszolidálatlan üledékeiből, időszakos vízfolyásainak lerakódásaiból és a szintén hektikus vízjárású sóstavainak mederüledékéből kerültek ide hozzánk, viszonylag tehát közeli szaharai forrásterületekről.

A DNy-Európa fölött található alacsony-nyomású légköri központ előoldalán kialakuló délnyugati áramlás létrejöttében a magaslégköri futóáramlás délies kilengése - igen, igen az oly sokszor emlegetett meanderezése - is szerepet játszott. 

Már korábban írtam a magaslégköri teknőkről lefűződő hidegcseppekről és a lomha, hullámzóvá váló jet stream viszonyáról, melynek a hátterében egyre inkább a jelenleg zajló éghajlatváltozás egyik folyományát az északi magas szélességek, azaz az arktikus régiók fokozottabb felmelegedését sejtjük. A lecsökkenő magas és alacsony szélességek közti hőmérsékletkülönbség játszhat szerepet a jet stream meandereinek kialakulásában. (Ahogy szépen hullámzik, nagyobb eséllyel "harap" bele Észak-Afrikába és szállítja hozzánk a port.)

Itt kapcsolódik össze mégis a jelenlegi helyzet a Varga, Gy. (2020). Changing nature of Saharan dust deposition in the Carpathian Basin (Central Europe): 40 years of identified North African dust events (1979–2018). Environmental International 139. 105712 cikkel, amiben először szerepelt, hogy a Kárpát-medencében észlelt fokozott kiülepedéssel járó szaharai porviharos események és az arktikus amplifikáció néven elhíresült felmelegedési folyamatok összefügghetnek/összefüggenek.

Ha ez valóban így működik, akkor kettős következménye lehet a hazánkat érintő szaharai porviharos eseményekre vonatkoztatva: (1) a lassabb nyugat-keleti irányú mozgás révén tovább fennmarad a porviharos epizód kialakulásáért felelős szinoptikus meteorológiai helyzet; (2) a nagyobb délies kilengése egy ilyen magaslégköri hullámnak nagyobb valószínűséggel vezet a teknőről lefűződő hidegcsepp létrejöttéhez, mely a legintenzívebb porviharos események hátterében áll.

40 évnyi Szaharai por a Kárpát-medencében

Varga, Gy. (2020). Changing nature of Saharan dust deposition in the Carpathian Basin (Central Europe): 40 years of identified North African dust events (1979–2018). Environmental International 139. 105712

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?

Röviden:

Arról, hogy...

(1) több és intenzívebb a téli szaharai porviharos esemény az elmúlt néhány évben, ami mögött a klímaváltozás áll;

(2) a kiülepedett szemcsék mérete jóval nagyobb, mint korábban gondolták/korábban mérték, ami amiatt fontos, mert a finomszemcsés por hűti a légkört, míg a durvább fűti;
(3) nagyméretű porszemcsék nagyobb száma fokozottan (értsd: köbösen) jelenik meg a portömeg egyenlegben, így részben a pormodellek alábecsült porkiülepedési értékeit is meg tudjuk magyarázni.

Hosszabban:

Milyen időintervallumot vizsgáltunk? És milyen gyakoriak ezek az események?

Kutatásaink során a hazánk területét érintő szaharai porviharos eseményeket vizsgáltuk az 1979 és 2018 közti időszakban. Összesen 218 ilyen epizódot sikerült beazonosítani a műholdas felvételek és mérések, illetve számítógépes modellek eredményei alapján. Meghatároztuk a porviharos események meteorológiai hátterét, a porszállítás útvonalát, a lehetséges forrásterületeket, a kiülepedett por mennyiségét és szemcseméretét; valamint mindezek időbeni változását.

Mikor találkozhatunk porral a légkörünkben?

A Közép-Európát érintő porviharos események egy jellemző tavaszi-nyári szezonális eloszlással rendelkeznek. Az elmúlt években mégis egyre több alkalommal figyelhettünk meg őszvégi-téli, jelentős porkimosódással együtt járó epizódot. Ennek hátterében a jelenleg zajló éghajlatváltozást és az ennek következtében kialakuló egyre nagyobb délies amplitúdójú magaslégköri áramlásokat sejtjük. 

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.

Ha ez valóban így működik, akkor kettős következménye lehet a hazánkat érintő szaharai porviharos eseményekre vonatkoztatva: (1) a lassabb nyugat-keleti irányú mozgás révén tovább fennmarad a porviharos epizód kialakulásáért felelős szinoptikus meteorológiai helyzet; (2) a nagyobb délies kilengése egy ilyen magaslégköri hullámnak nagyobb valószínűséggel vezet a teknőről lefűződő hidegcsepp létrejöttéhez, mely a legintenzívebb porviharos események hátterében áll.

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 szél által légkörbe juttatott porszemcsékkel és azok kiülepedése után felhalmozódott finomszemcsés, úgynevezett hullóporos eredetű üledékekkel kapcsolatos vizsgálatok a környezeti kutatások homlokterében állnak. Az eolikus por mennyisége érzékenyen reagál az éghajlati változásokra, így az akkumulálódott poranyag fizikokémiai tulajdonságai is mind tükrözik a felhalmozódásukkor uralkodó környezeti viszonyokat. Éppen ezért használjuk a legismertebb, hazánk területének is csaknem felét borító hullóporos löszsorozatokat előszeretettel a paleoklimatológiai rekonstrukciók során.

Különösen igaz ez manapság, amikor az emberi tevékenység hatására lezajló, a földtörténeti múltban nem látott dinamikájú, sebességű éghajlatváltozással nézünk farkasszemet. A Föld-rendszer megértése szempontjából rendkívüli jelentőséggel bírnak a (1) légkörben lezajló különböző léptékű változások; a (2) változásokra érzékenyen reagáló, sérülékeny térségek (pl. szárazságokkal sújtott régiók) környezeti állapota; (3) az egyre gyakoribbá váló szokatlan természeti jelenségek (pl. szaharai porhullás és kimosódás a Kárpát-medencében) megmagyarázása valamint (4) a rendszerben lezajló változásokban játszott emberi szerep mértékének meghatározása, mely a természetes variabilitás megismerése nélkül lehetetlen.
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.). 

A földrajzi gondolkodásmód szintetizáló jellege alapjaiban szükséges azoknak a tér- és időbeli kereteknek az egységes kezeléséhez, melyeket figyelembe kell vennünk munkánk során; a néhány mikron átmérőjű ásványi szemcséktől a több tízezer kilométer távolságokra eljutó légtömegekig (~10^-6-10⁷ m); a néhány órás, napos porviharos eseményektől indulva a földtörténeti múltban évmilliós ciklusokig (~10^-3-10⁶ év), kiegészítve ezt még a jövőre vonatkozó modellekkel. A számos nagyságrendet átölelő dimenziók az egységként történő kezelésének és elemzésének az igénye teszi ezt a kérdéskört a mai modern földrajztudomány egyik legérdekesebb és legizgalmasabb problematikájává.

Szemcse (1) - méret (2) - meghatározás (3) : a szemcseméret meghatározás három legfőbb problémája

Szemcseméret meghatározásra alapuló kutatásaink során lettünk figyelmesek a manapság rutinszerűen használt, "legmodernebb" granulometriai módszerek nagyvonalúan ignorált problémáira. Ekkor született meg a gondolat, hogy szemcseméret meghatározást, mint az egyik legalapvetőbb vizsgálati módszert (mind természetföldrajzban, mind üledékföldtanban, mind egyéb, nem földtudományi területeken, pl.: gyógyszeripar, cementgyártás) kritikusan bemutassuk a kutatói társadalomnak. 

Célunk, hogy módszertani kutatási eredményeink minél több kollégához eljussanak, hiszen az elmúlt években, a modern szemcseméret meghatározási vizsgálatok viszonylag könnyen elérhetővé váltak a kutatók számára. A méréstechnológiai fejlődés azonban úgy tűnik – egyes tudományterületeken –, megelőzi az azt alkalmazók háttértudásának bővülését.

A módszertani kérdéseket boncolgató publikációinkban bemutattuk a lézer diffrakciós (Varga et al., in press) és az automata statikus képfeldolgozáson (Varga et al.,  2018) alapuló szemcseméret meghatározás legfőbb problémaforrásait, valamint a granulometriai adatok értelmezési problémáit:

• 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.

Lézer diffrakció

A 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.
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.

Egy háromdimenziós objektum - jelen esetben ásványi szemcse - méretének egyetlen egy mérőszámmal történő leírása bizonyos mértékű torzítást von maga után. A lézerdiffrakció esetében a fény törésének és elnyelődésének figyelembevételével, egy gömb-ekvivalens átmérővel közelítjük a mért szemcse méretét, melyet aztán térfogatszázalékban fejezünk ki. Eközben azt feltételezzük, hogy (1) a vizsgált szemcse gömb alakú és (2) ismerjük az optikai tulajdonságait (komplex törésmutatóját), ami egy poliminerális közegben már önmagában komoly leegyszerűsítésnek tekinthető. 

A képfeldolgozáson alapuló szemcseméret meghatározás során a háromdimenziós objektumunk méretét egy kétdimenziós levetített kép paramétereivel közelítjük, leggyakrabban a kör-ekvivalens átmérővel. Egy anizotróp testről készült levetített kép (mérete és alakja) függ (1) a test alaktani paramétereitől (egyszerű testek esetében az elnyúltságot és laposságot reprezentáló oldalarányokkal jól definiálhatók), valamint (2) a test levetítési síkhoz viszonyított orientáltságától. 

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 adatok értelmezési problémái

"Interpretation of sedimentary (sub)populations extracted from grain size distributions of Central European loess-paleosol series" című tanulmányunkban felhívtuk a kutató társadalom figyelmét arra, hogy a túlzott leegyszerűsítések jelentős problémákkal terhelik meg az adatok értelmezését, azaz (1) egyetlen mérőszámmal vagy egyszerű index-szel nem lehet kifejezni a komplex szemcseeloszlási görbe legfőbb jellemzőit; (2) egyetlen környezeti folyamatra nem lehet következtetést levonni szemcseméret adatok alapján, mivel az üledékek képződésekor uralkodó szélviszonyok (szélsebesség, szélirány, szezonális eloszlások, viharosság stb.), a forrásterület(ek) távolsága vagy éppen a poranyag leülepedése utáni talajosodási, mállási folyamatok együttes hatása alakítja ki a vizsgált minta granulometriai profilját.

A hullóporos szedimentációs mechanizmus két komponensének, a helyi eredetű, porviharokhoz kötődő durvaszemű frakcióinak és a nagytávolságokról érkező finomszemű háttérpornak a mennyiségét különböző módszerekkel vizsgáltam. A szemcseeloszlási vizsgálatokat alkalmazó nemzetközi szakcikkekben az egyszerű statisztikai mutatókon túl a paraméteres függvényillesztés, az end-member modellezés, valamint olykor hierarchikus klaszter-analízis módszerével oldják meg a különböző üledékpopulációk elkülönítését. Ezeknek a különböző eljárásoknak az eredményei eltérőek, de a látszólagos ellentmondás a probléma eltérő megközelítéséből adódik. A paraméteres függvényillesztés során a bemeneti adat egy minta, melyet a szedimentációs mechanizmus két komponensére bontunk, ezzel ellentétben az end-member modellezés a teljes mérési adatbázis kovariancia struktúráját egyszerre vizsgálja, melynek eredményeként adódó három végső tag súlyozásával az összes minta szemcseeloszlása kifejezhető. A három tag egy hosszabb időintervallum, három alperiódusának jellemző szedimentációját tükrözi, melyek szezonálisan váltották egymást, míg a paraméteresen elkülönített populációk az eolikus szedimentáció két fő mechanizmusát képviselik. A klaszter-analízis eredményei jellemzően az end-member elemzésekhez hasonló eredményeket nyújtanak.

2019. április: Az évtized szaharai porviharos eseménye érte el Európát?

Narancssárgára színezett naplemente, vörös foltok és porcseppek az autók szélvédőjén, kerti bútorokon, hajók fedélzetén, marsbéli tájra emlékeztető magashegységi hómezők. A közösségi médiában fellelhető beszámolók és fényképek ilyesmikről számolnak be a Kréta szigetétől Dél-Európán át a Brit-szigetekig. Elérte Európát az évtized (egyik) legmarkánsabb szaharai porviharos eseménye.
2019-et írunk, egyelőre úgy fest, hogy a címben feltett kérdésre IGEN a válasz.

Szaharai porviharos esemény? Mit is takar a fogalom?

Ezzel a névvel szoktuk illetni az észak-afrikai porforrásterületekről kiinduló intenzív porkifúvásos epizódokat, melyek során a több ezer vagy tízezer kilométeres távolságba is eljut – olykor hatalmas mennyiségben – a szaharai finomszemcsés poranyag.

Lehetett tudni előre a por érkezéséről?

Már napokkal az első beszámolók előtt felkeltette a kutatók figyelmét a porkibocsátást előrejelző modellek néhány friss szimulációja. A Barcelona Supercomputing Center légköri pormennyiségre és nedves ülepedésre vonatkozó predikciói egy csaknem teljes Európát érintő porkifúvásos esemény lehetőségét vázolták fel. A modellfuttatások szerint már 2019. április 19-én eléri az Ibériai-félszigetet némi szaharai por, mely porral telített légtömegek aztán a légköri viszonyok alakulása és a lényegében korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló poranyag-utánpótlás révén egyre nagyobb kiterjedésű területeket fognak érinteni. Kezdetben a Nyugat-Mediterráneum, Spanyolország, Dél-Franciaország és Olaszország, majd a Balkán-félsziget, Közép- és Nyugat-Európa, a Brit-szigetek, míg végül Szent-György napjára Krétától Izlandig, majdhogynem a teljes kontinens légköre szaharai porral lesz telítve.

Miért alakult ki ez a légköri helyzet?

Egy magaslégköri teknő délfelé húzódása eredményeként kialakult hidegcsepp áll az esemény meteorológiai hátterében. A keletfelé mozgó alacsonynyomású légköri képződmény előoldalán alakult ki az intenzív déli áramlás, mely ezután a kontinens feletti anticiklon blokkoló hatása miatt nem egyre jobban szétterjedt ÉNy-Európától egészen a Földközi-tenger keleti medencéjéig.

Mennyire ritka ez az esemény?

Gyakran figyelhető meg szaharai por a Földközi-tenger medencéjében. Korábbi vizsgálataink során a nyugati részmedencében (Alborán- és Baleár-tengerek) a teljes vizsgált időszak 23,5%-ában, a középső részmedencében (Tirrén- és Jón-tenger) 29,5%-os, míg a keleti részmedencében 33,75%-os gyakorisággal azonosítottunk szaharai eredetű port a légkörben. 

• 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.

Mi várható a jövőben?

Az Európát érintő porviharos események egy jellemző tavaszi-nyári szezonális eloszlással jellemezhetők. Az elmúlt években mégis egyre több alkalommal figyelhettünk meg őszvégi-téli, jelentős porkimosódással együtt járó epizódot. Ennek hátterében az egyre nagyobb délies amplitúdójú magaslégköri áramlásokat sejtjük. 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. 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.

Ha ez valóban így működik, akkor kettős következménye lehet a hazánkat érintő szaharai porviharos eseményekre vonatkoztatva: (1) a lassabb nyugat-keleti irányú mozgás révén tovább fennmarad a porviharos epizód kialakulásáért felelős szinoptikus meteorológiai helyzet; (2) a nagyobb délies kilengése egy ilyen magaslégköri hullámnak nagyobb valószínűséggel vezet a teknőről lefűződő hidegcsepp létrejöttéhez, mely a legintenzívebb porviharos események hátterében áll.

• 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

Mekkorák a porszemcsék?

Jellemzően kőzetliszt-méretűek, döntően néhány 10 µm. A magyar elnevezés rendkívül találó, hiszen a hétköznapi finomra őrölt lisztéhez hasonló igen apró, 2–62,5 µm (tehát 1/500 – 1/16 mm) átmérőjű szemcseméret ezek. (Csak, hogy jobban el tudjuk képzelni ezt a méretet: hajszálaink átmérője - egyénektől függően – körülbelül 20 és 180 µm közt változik.)

Ehhez a szemcsemérethez tartozó szedimentációs sebesség értéke már elegendően kicsi ahhoz, hogy a részecskékre ható, a felszín egyenetlen melegedése vagy alacsonynyomású légköri képződmények hatására kialakuló konvektív cellák felhajtó ereje a légkör magasabb rétegeibe is eljuttassa a porszemcséket.

Amúgy, ha a minket körülvevő földtani környezetre és talajtakaróra tekintünk és megvizsgáljuk az apró ásványi szemcsékből felépülő törmelékes üledékes kőzeteket, arra lehetünk figyelmesek, hogy a néhány és főként a néhánytíz mikronos szemcsék mennyisége számos esetben kiugróan nagynak adódik.

• 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.

Mekkora mennyiségről van szó? És honnan jön a por?

Több tízmillió tonnányi szaharai por került most a légkörbe. Amúgy, Földünk porforrásterületeinek éves kibocsátása néhány milliárd tonnára tehető, melynek legnagyobb hányada a Szahara területéről kerül ki.

Korábbi években a fő lehordási területnek tekintett sivatagi-félsivatagi térségek gyér mérőhálózata miatt nem rendelkeztünk megfelelő mennyiségű meteorológiai adattal. Ez mára már megváltozott, így a közvetlen felszíni és légköri mérések adatsorai, valamint a globális távérzékelési módszerekkel gyűjtött adatok alapján a porviharok kialakulását, méretét és gyakoriságát, ezáltal a légkörbe kerülő por mennyiségét, és a mindezeket szabályozó éghajlati, meteorológiai, geomorfológiai, föld- és talajtani, illetve antropogén folyamatokat viszonylag jól ismerjük.

A légköri por környezeti jelentőségének felismerése révén kialakított specifikus meteorológiai mérőhálózatok terjedésének és a műholdas mérési adatsorok elegendő hosszúságának és hozzáférhetőségének, valamint a folyamatosan fejlődő számítógépes adatelemzési technikáknak köszönhetően a jelenkori porviharok legfontosabb lehordási területeit, szezonális vagy többévente jelentkező intenzitási változásait egyre pontosabban ismerjük. A területi eloszlás kapcsán további részletek elérhetők itt: Porviharok földrajza.

Globális átlagos aeroszol-térkép és a legfőbb forrásterületek

1. Észak-Afrika: 1.1. Bodélé-medence; 1.2. Azawagh-szerkezeti medence; 1.3. Taudeni-medence D-i része; 1.4. Ny-szaharai hegylábfelszínek; 1.5. Tidikelt-depresszió és az Ahaggar Ny-i, ÉNy-i törmelékkúpjai; 1.6. Chott Melrhir és Chott Jerid sóstavak; 1.7. Kireneika és a Kattara-mélyföld; 1.8. Nílus Ny-i réteglépcsői; 1.9. Tokar; 2. Közel-Kelet: 2.1. Jebel Tuwaiq sós lapályai és időszakos vízfolyásai; 2.2. Jebel Dhoraf sabkha rendszere; 2.3. Tigris-Eufrátesz ártere; 3. Belső- és Kelet-Ázsia: 3.1. Szeisztán-medence; 3.2. Dast-e Kavir és Dast-e Lut; 3.3. Fergana-medence; 3.4. Kara-Bogaz Gol; 3.5. Aral-tó egykori medre; 3.6. Balkhas-Alakol-medence alluviális lerakódásai; 3.7. Dzsungár-medence; 3.8. Uvs-tó zárt medencéje; 3.9. Takla-Makán; 3.10. Lop-nór vidéke (Quaidam-medence); 3.11. Indus és Gangesz ártere; 3.12. Thar sivatag; 4. Észak-Amerika: 4.1. Nagy-Sóstó vidéke; 4.2. Smoke Creek és Black Rock sivatag; 4.3. Salton-tó egykori medencéje; 4.4. Chihuahuan sivatag; 4.5. Bolsón de Mapimí; 5. Dél-Amerika: 5.1. Salar de Uyuni (és az Altiplano további sóstavai); 5.2. Déli-Andok hegylábfelszíne; 5.3. Patagónia; 6. Dél-Afrika: 6.1. Etosha sósmocsár; 6.2. Makgadikgadi-depresszió; 7. Ausztrália: 7.1. Eyre-tó medencéje; 7.2. Darling alluviális üledékei; 7.3. Murray-menti sósmocsarak; 7.4. Barkly-táblavidék sós lapályai.

• 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?

A szárazon kihulló por a felszínen is megjelenhet, de sokkal látványosabb az egyre gyakoribbá váló csapadéknak köszönhető nedves ülepedés, amit véres esőként is emlegetnek. Az esőcseppekkel felszínre érkező vöröses, narancssárgás sivatagi eredetű porszemcsék foltokat hagynak az autók szélvédőjén, karosszériáján, a tetőablakokon, a kertibútorokon, a fák levelein, de nagykiterjedésű hómezők egész felületét is képesek elszínezni.

Anyagi összetételét tekintve nem igazán nevezhető különlegesnek a szaharai por. Lényegében kvarc, földpát, kalcit, dolomit szemcsékről és agyagásványokról van szó, a különböző forrásterületi tulajdonságok miatt változatos arányokban. A szervetlen összetevőkön túl természetesen sok egyéb más is megfigyelhető a poranyagban: spórák, gombák, baktériumok, azaz lényegében az összes szaharai mikroorganizmust azonosítani lehet kismennyiségben.

Egészségügyi hatásai a megnövekedett légköri porkoncentráció kellemetlenségén túl nem jellemzőek. 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.

Mik a szaharai por környezeti hatásai?

Az elmúlt években a környezeti kutatások homlokterébe kerültek a légköri porral kapcsolatos vizsgálatok, azon egyszerű tényből kifolyólag, hogy hazánkkal ellentétben bolygónk számos „porosabb” térségében fontos éghajlati és egyéb környezeti jelenség esetében bizonyosodott be a porviharok által a légkörbe juttatott aeroszol részecskék (aeroszol: légkörünk szilárd és cseppfolyós halmazállapotú részecskéinek halmaza) domináns szerepe. Földünk energiaháztartását nagyban befolyásolja, hogy a Napból érkező rövidhullámú sugárzás mekkora hányada éri el a földfelszínt. A légköri por jelentős hatással bír a sugárzási energia visszaverésében, elnyelésében és szórásában; többnyire lecsökkentve ezáltal a beérkező energia mennyiségét. Ezen közvetett hatáson túl, egyes ásványi összetételű apró részecskék a felhőképződést is fokozzák, tovább csökkentve ezzel a besugárzást.

Az energiamérleget szintén befolyásoló szén-dioxid koncentráció kismértékű módosításában is részt vesz a sivatagból kifújt por. Bolygónk tüdejének számító erdőségeinken túl, az óceáni ökoszisztémák szerepe a CO₂ elnyelésében döntő jelentőségű. Azonban a szárazföldektől és tengeráramlásoktól távol eső térségek biológiai értelemben sivatagnak tekinthetők, hiszen a növényi életformák számára nem rendelkeznek kellő mennyiségű tápanyaggal. A légkörből kihulló poranyag tápanyagot (Si, Fe, P stb.) szolgáltat e térségek számára, hozzájárulva ezzel a fitoplankton szervezetek szénmegkötő tevékenységéhez.

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. Egyesek szerint 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.

• Varga Gy. (2010). Gondolatok a porviharok és a klimatikus, környezeti folyamatok összefüggéseiről. Földrajzi Közlemények 134 (1) pp. 1−14.

Miért érdekes mindez nekünk?

A szél által légkörbe juttatott porszemcsékkel és azok kiülepedése után felhalmozódott finomszemcsés, úgynevezett hullóporos eredetű üledékekkel kapcsolatos vizsgálatok a környezeti kutatásokhomlokterében állnak. Az eolikus por mennyisége érzékenyen reagál az éghajlati változásokra, így az akkumulálódott poranyag fizikokémiai tulajdonságai is mind tükrözik a felhalmozódásukkor uralkodó környezeti viszonyokat. Éppen ezért használjuk a legismertebb, hazánk területének is csaknem felét borító hullóporos löszsorozatokat előszeretettel a paleoklimatológiai rekonstrukciók során.

Különösen igaz ez manapság, amikor az emberi tevékenység hatására lezajló, a földtörténeti múltban nem látott dinamikájú, sebességű éghajlatváltozással nézünk farkasszemet. A Föld-rendszer megértése szempontjából rendkívüli jelentőséggel bírnak a (1) légkörben lezajló különböző léptékű változások; a (2) változásokra érzékenyen reagáló, sérülékeny térségek (pl. szárazságokkal sújtott régiók) környezeti állapota; (3) az egyre gyakoribbá váló szokatlan természeti jelenségek (pl. szaharai porhullás és kimosódás a Kárpát-medencében) megmagyarázása valamint (4) a rendszerben lezajló változásokban játszott emberi szerep mértékének meghatározása, mely a természetes variabilitás megismerése nélkül lehetetlen.

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.). A földrajzi gondolkodásmód szintetizáló jellege alapjaiban szükséges azoknak a tér- és időbeli kereteknek az egységes kezeléséhez, melyeket figyelembe kell vennünk munkánk során; a néhány mikron átmérőjű ásványi szemcséktől a több tízezer kilométer távolságokra eljutó légtömegekig (~10^-6-10⁷ m); a néhány órás, napos porviharos eseményektől indulva a földtörténeti múltban évmilliós ciklusokig (~10^-3-10⁶ év), kiegészítve ezt még a jövőre vonatkozó modellekkel. A számos nagyságrendet átölelő dimenziók az egységként történő kezelésének és elemzésének az igénye teszi ezt a kérdéskört a mai modern földrajztudomány egyik legérdekesebb és legizgalmasabb problematikájává.

• Varga Gy. (2016). Porviharok és a hullóporos eredetű üledékek jelentősége környezetrekonstrukciókban és recens környezeti folyamatokban. MTA CSFK Földrajztudományi Intézet 252 p.