Porviharok és a légkör por szerepe a múlt és jelen környezeti folyamataiban

(Az Élet és Tudomány 2013. június 28-án megjelent LXVIII. évfolyamának 26. számában megjelent Szelek potyautasai - Ősi porviharok nyomában című cikkem szerkesztői lektorálás előtti változata)


Már az ókorból ismerünk feljegyzéseket hatalmas, pusztító por- és homokviharokról, melyeket gyakran valami elkövetkező rossz előjeleként írtak le. A későbbiekben már pontosabb megfigyelések is kezdtek megjelenni, melyek mint különleges természeti jelenségek írták le az eseményeket. A minket körülvevő világ megismerése iránti egyre növekvő igény megjelenésekor pedig még Charles Darwin is felfigyelt Afrika nyugati partjainál hajózva az érdekes jelenségre, amikor a Beagle fedélzetére hullott port összegyűjtötte, elemezte és – helyesen – szaharai eredetűnek vélte (1. kép). A korabeli epizodikus megfigyelésekkel ellentétben a mai, napi rendszerességű modern műholdas mérések által már tudjuk, hogy Földünk sivatagi és félsivatagi területeinek kopár vagy növényzettel alig fedett térségeiből többmilliárd tonna ásványi por kerül a légkörbe porviharok által évről-évre. A légköri porterheltséget mutató térképek segítségével pedig pontosan meg is tudjuk határozni a legfontosabb por-forrásterületeket.
1. kép. Charles Darwin által 1838-ban gyűjtött porminta (fénykép: Anna A. Gorbushina; forrás: Gorbushina, A.A. et al. 2007).

A homok- és porviharokat a többségében szállított szemcsék mérete alapján különíthetjük el; ennek szükségszerűsége abból fakad, hogy a 63 mikrométernél nagyobb és 2 mm-nél kisebb homokszemcsék a felszín közelében, maximum néhány méteres magasságban szállítódnak, míg az ennél kisebb porszemek néha több ezer méteres magasságokba is felemelkednek. Ez a hatalmas mennyiségű finomszemcsés anyag olykor óceánokat is átutazva, hatalmas távolságokra is eljuthat lehordási régiójától (2. kép). Szaharai por gyakran észlelhető az Atlanti-óceán felett vagy azon túl a Karib-térségben és az Egyesült Államok délkeleti államaiban; belső-ázsiai porviharok szemcséi gyakran megfigyelhetők Japán és a Csendes-óceán légkörében. Egészen szélsőségesnek nevezhető az az 1990-es eset, amikor a Takla-Makánból kifújt poranyag a Csendes-óceán, Észak-Amerika és az Atlanti-óceán légkörét is átutazva Európában, a Francia-Alpokban ülepedett le. Hazánk területén is viszonylag gyakoriak azok az események, melyek során szaharai por kerül légkörünkbe, azonban ezt leggyakrabban csupán a műholdas felvételeken láthatjuk, vagy csak rendkívül pontos műszerekkel tudjuk észlelni, a kihullás és a kimosódás valószínűsége igen csekély. Nem véletlenül használjuk az igen ritka eseményekre vonatkozóan a „majd ha piros hó/eső esik” szólásunkat, melynek hátterében szintén a sivatagi környezetben vas-oxidok által vörösre színezett apró szemcsék a felelősek.
2. kép. Porviharos események a NASA MODIS felvételein (a: szaharai por a Kanári-szigetek térségében; b: szaharai porvihar a Földközit-tenger fölött; c: a Közel-Kelet porviharai; forrás: NASA Earth Observatory – http://earthobservatory.nasa.gov/)

A leghosszabb mérési sorozattal és kellően részletes tér- és időbeli felbontással az elérhető mérési sorozatok közül a NASA különböző műholdakra telepített Total Ozone Maping spektrométerének (TOMS) aeroszol adatai rendelkeznek. Az 1978 novemberétől kezdődő adatsorok az északi és a déli szélesség 70. szélességi foka közötti területekről szolgáltatnak napi gyakoriságú adatokat 1°-os horizontális felbontással. Az adatsorok elemzésére kifejlesztett számítógépes algoritmus és az elkészített térképsorozatok alapján az évközi és a szezonális porkibocsátás gyakoriságok, valamint a porviharok területi eloszlása, és ennek változásai is jól elemezhetőek. Az adatok alapján egyértelművé vált, hogy a Szahara; Kelet- és Belső-Ázsia sivatagi területei (Takla-Makán, Badain Jarran, Tengger, Ulan Buh, Hobq, Mu Us; Kara-kum, Kizil-kum, Mujun-kum); az Arab-félsziget; a Negev; Dél-Afrikában az Etosha és a Makgadikgadi vidéke; Dél-Amerikában Patagónia; Észak-Amerikában az Egyesült Államok belső és nyugati államai; illetve Ausztrália sivatagi területei a legfontosabb porlehordási régiók Földünkön (1. ábra).
1. ábra. A vizsgált időszak (1979–2009) adatszolgáltatási és mérési hibáktól mentes 23 teljes évének napi TOMS Aerosol Indexeiből szerkesztett globális átlagtérkép (saját szerkesztés).

A vizsgálati időszak során azonosított nagyméretű porkifúvások meteorológiai hátterét elemezve elkülöníthetővé váltak azok a nagytérségi szinoptikus helyzetek, melyek a porviharok kialakulásához vezethetnek. Ezek ismeretében pedig sokkal pontosabban ismerhetjük meg azon mechanizmusokat, melyek a porviharok kialakulásához szükségesek, beleértve ebbe az emberi hatásokat is (pl. Aral-tó kiszáradásának okai).
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.
Az éghajlati hatásokon kívül káros egészségügyi következményei is lehetnek a porviharoknak. A finomszemcsés ásványi anyagok a tüdő mélyebb rétegeibe is eljuthatnak, és légúti, légzőszervi betegségek kialakulásához vezetnek. A 10 mikrométernél kisebb (PM10) szállópor egészségügyi határértéke 50 μg/m3, egyes heves porviharos események közepette azonban mértek már 20 000 μg/m3-t meghaladó értéket is. A fokozottabb légköri porkoncentráció a látótávolság drasztikus lecsökkenésével is jár (3. kép). Ilyen, hirtelen kialakuló események számos közlekedési és termelési problémát okoznak (pl. közúti balesetek, repülőterek bezárása, olajkitermelés leállítása).
3. kép. Porviharok közelednek (a: Stratford, Texas, USA 1935. – forrás: NOAA George E. Marsh Album; b: Irak 2005. – http://www.angelfire.com/poetry/soultoucha/photos.html; c: Ransom Canyon, Texas, USA 2009. – http://www.panoramio.com/photo/28899651; d: Fregon, Ausztrália 2009. – http://bitethedust.com.au/bitingthedust/2009/03/22/dust-storm/)

A porviharok azonban nem csak szervetlen részecskéket szállítanak. A porszemcsékhez tapadva baktériumokat, vírusokat és gombákat is magával ragadhat a szél. Laboratóriumi elemzésekkel sikerült már kimutatni a pestist okozó Yersinia pestis nevű baktériumot vagy például a TBC-ért felelős Mycobacterium tuberculosis-t is a begyűjtött pormintákból. Antropogén hatásokra is módosulhat a szállított por anyagi minősége. A Kína keleti partjainál fekvő ipari térségek légszennyező-anyagai a belsőbb, sivatagi, félsivatagi területek felől kifújt por felszínéhez tapadva Japánban okozhatnak komoly egészségügyi kockázatot. Hasonló a helyzet az egykori katonai kísérleti robbantások térségeivel is, ahonnan a szél által a légkörbe juttatott szemcsék a radionuklidok transzportjában játszanak szerepet.
Ahogy a bevezetőben említettem, évente hatalmas mennyiségű poranyag kerül légkörünkbe. A földtörténeti múlt egyes szárazabb időszakaiban azonban a por mennyisége a mainak akár 15–20-szorosa is lehetett. Ilyen intervallumok voltak a pleisztocén eljegesedései, az utolsó nagy jégkorszak glaciálisai is. A jégsapkák kialakulásának következtében lecsökkent a világtengerek szintje és szárazra kerültek a selfek (vízzel borított kontinentális talapzat). A megnövekedő szárazföldi területeket és a lecsökkenő csapadék következtében egyre nagyobb térségeket felölelő kopár térszíneket a jégpajzsok felett kialakuló hatalmas anticiklonok pusztító erejű széllökései ostromolták. Az egyre gyakoribbá váló hatalmas porviharok hatalmas mennyiségű port szállítottak el, és halmoztak fel nagy vastagságban, mikor erejük lecsökkent. A Földünk szárazföldjeinek mintegy 10%-át, hazánk területének több mint felét fedő lösztakaró ezeknek a több százezer éves porviharoknak az eredménye. A Duna-menti magaspartok (pl. Paks, Dunaszekcső, Dunaföldvár) függőleges falait tanulmányozva ezeket a porviharokat ismerhetjük meg pontosabban. Laboratóriumi elemzésekkel az uralkodó szél sebességét és irányát, az évi átlagos hőmérsékleti- és csapadékviszonyokat, a lerakódások korát, valamint a por származási helyét is rekonstruálhatjuk. A világ számos további pontjáról leírt hasonló löszlerakódásokkal, jégfuratok pormintáival és mélytengeri üledékek sorozataival párhuzamosíthatjuk. Az egykori nagy, globális léptékű éghajlatváltozások pontosabb megértése révén pedig a jövőre vonatkozó előrejelzések hibahatárait csökkenthetjük le. A porviharokkal kapcsolatos vizsgálatok jelentőségét a jövőbeni éghajlati változásokat taglaló modellszámítások tovább növelik, melyek szerint az aszályokkal sújtott térségek helyzete továbbiakban sem fog javulni, sőt mi több nagyobb területeken figyelhetünk meg a későbbiekben fokozódó vízhiányos periódusokat.

Irodalom:

Gorbushina, A.A. – Kort, R. – Schulte, A. – Lazarus, D. – Schnetger, B. –  Brumsack, H.-J. – Broughton, W.J. – Favet, J. 2007. Life in Darwin’s dust: intercontinental transport and survival of microbes in the nineteenth century. Environmental Microbiology 9. pp. 2911–2922.
Goudie, A.S. – Middleton, N.J. 2006. Desert Dust in the Global System. Springer, 287 p.
Maher, B.A. – Prospero, J.M. – Mackie, D. – Gaiero, D. – Hesse, P.P. – Balkanski, Y. 2010. Global connenctions between aeolian dust, climate and ocean biogeochemistry at the present day and at the last glacial maximum. Earth-Science Reviews 99. pp. 61–97.
Mahowald, N. − Kohfeld, K. − Hansson, M. − Balkanski, Y. − Harrison, S.P. − Prentice, I.C. − Schulz, M. − Rodhe, H. 1999: Dust sources and deposition during the last glacial maximum and current climate: a comparison of model results with paleodata from ice cores and marine sediments. Journal of Geophysical Research 104. pp. 15895−15916.
Pósfai, M. – Buseck, P.R. 2010. Nature and climate effects of individual tropospheric aerosol particles. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 38. pp. 17–43.
Pye, K., 1987. Aeolian Dust and Dust Deposits. Academic Press, London, 334 p.
Varga Gy. 2010. Gondolatok a porviharok és a klimatikus, környezeti folyamatok összefüggéseiről. Földrajzi Közlemények 134. (1) pp. 1−14.

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése