Gondolatok a pleisztocén légköri porkoncentráció rekonstrukciójáról

A múltbéli légköri por mennyiségének rekonstruálása során többféle mérőszámmal találkozhatunk a szakirodalomban. A szedimentációs ráta vagy a porfluxus értéke tájékoztatást nyújt ugyan a poranyag felhalmozódásának sebességéről, azonban a légkörben tartózkodó porról nem. 

Hazánk területét nagy vastagságban, kiterjedt területeken fedik a középső- és felső-pleisztocén lösz–paleotalaj sorozatok. A rétegsorok folytonossága és a több mint 100 évre visszamenő kutatástörténetük során szerzett adatokból szerkesztett általánosított szelvények révén ezek az összletek az egykori porhullásos epizódok pontosabb megismerhetőségét teszik lehetővé. Különösképpen igaz ez az egyre pontosabb koradatokkal rendelkező felső-pleisztocén löszökre. A szemcseeloszlási eredményeket rétegtani adatokkal kiegészítve a légköri por mennyiségének pontosabb megismerése válik lehetővé.

Az alapötlet

A löszöket - számos más tulajdonságuk mellett - jellemző szemcseméretük miatt szeretik a szedimentológusok. A szél által történő üledékszállítás rendkívül szelektív, csak egy adott, viszonylag szűk mérettartományba eső szemcséket képes hosszabb távon a magasban tartani a légáram. A löszök, mint a vizsgálatunk legfőbb tárgyai és mint a legelterjedtebb szárazföldi hullóporos eredetű üledékek jellemző szemcsemérete a durva kőzetliszt (~31-62,5 μm) frakcióba esik, de emellett még nagy mennyiségben jelen vannak finom (2 v. 4–7,8 μm) és közepes (15,6–31 μm) kőzetliszt, valamint agyag tartományú, sőt finom homok méretű szemcsék is. Ezért egyetlen mérőszámmal (pl. átlagos, modális vagy medián szemcseátmérő) nem igazán lehet jellemezni az üledékünket; sőt a ferdeség és csúcsosság értékek sem hordoznak magukban sok érdemi információt az üledékképződésről vagy a lerakódás utáni átalakulási folyamatokról. Legszerencsésebb a teljes szemcseeloszlási görbéket bemutatni.
A mérések során kapott szemcseeloszlás görbék döntő többsége bimodális vagy rejtetten bimodális lefutást mutatott. A rejtetten bimodális kifejezés arra utal, hogy tisztán matematikai-statisztikai értelemben nem mutatkozik meg a másodlagos maximum, de az egyértelműen megjelenő fő-móduszon kívül, a finomabb szemcsék irányába hosszan elnyúlik a görbe, aszimmetrikussá válik. 
A jelenkori porviharok és porhullásos események megfigyelései során vált egyértelművé, hogy a poranyag szállítása két fő módon történik. Az epizodikus, intenzív porviharok eredményként a durva kőzetliszt méretű szemcsék a felszín közelében – általában 2,5–3 km-nél nem magasabban – szállítódnak és a forrásterülethez közel halmozódnak fel. Az agyag és finom kőzetliszt méretű, 20 μm-nél kisebb szemcsék a légkör magasabb régióiba is feljutnak, ahonnan a hosszabb légköri tartózkodás következtében állandó háttérporként, lassan ülepednek ki.
A kéttípusú szedimentációs mechanizmus révén az adott térségben felhalmozódó poranyag több forrásterületről származó üledékpopuláció keverékeként értelmezhető, melyek jellemző tulajdonságai átöröklődnek és a kétmaximumú szemcseeloszlás görbék matematikai-statisztikai módszerekkel történő felbontásával külön-külön is vizsgálhatóvá válnak.
A számítások menete

A légköri por mennyiségének meghatározása rétegtani adatok alapján valósítható meg. A löszösszletek rétegvastagságának és a lerakódási kornak a hányadosából számított szedimentációs ráta (SR) értéke a por mennyiségével egyenesen arányos. A poranyag lerakódás utáni kompakciójából és a képződött lösz porozitásából adódó pontatlanságot a szedimentációs ráta és az üledék sűrűségének szorzatából számított porfluxus (DF) érték használatával küszöbölhetjük ki. Ezáltal az egységnyi idő alatt egységnyi területre hullott por tömegét kapjuk meg, melynek a szedimentációs sebességgel vett hányadosa a légköri ásványi por koncentrációját (C) adja meg.
A porkoncentrációt alapvetően az ásványi por mennyisége mellett a szemcsemérettől függő leülepedési idő határozza meg. A pleisztocén löszképződéskor uralkodó arid klíma a száraz ülepedési folyamatoknak kedvezett,  így az ismert szemcseméret függvényében a szedimentációs sebesség, gömb alakú kvarcszemcséket feltételezve a Stokes-törvény szerint számítható.
Az üledékpopulációk közül az állandó háttérpor adatai kerültek felhasználásra a porkoncentráció számításakor. Az epizodikus porviharok gyakoriságáról megbízható adatokkal nem rendelkezünk, illetve a nagyobb méretű szemcsék rövidebb légköri tartózkodási ideje és a leülepedés után gyakori újraerodálódása is indokolta a számításokból való mellőzésüket.

A bizonytalanságok

A légköri por mennyiségének meghatározásához szükséges akkumulációs adatok a számítások legbizonytalanabb tényezői. A hazai lösz–paleotalaj sorozatok nem teljesek, a különböző okokra visszavezethető lepusztulási periódusok során kialakult réteghiányok mértéke az esetek többségében nehezen meghatározható. Ebből kifolyólag a szedimentációs ráta értéke, továbbá a porfelhalmozódás mértéke még viszonylag kis területen belül is jelentős eltéréseket mutathat a geomorfológiai helyzettől függően.
A késő-pleisztocén éghajlatának sajátos, gyakori, nagy amplitúdójú kilengései az eolikus szedimentációt is befolyásolhatták. A Dansgaard-Oeschger ciklusok üledékképződést módosító hatásai azonosításra kerültek már. Tehát a szedimentációs ráta egyes periódusokban jelentősen lecsökkenhetett, a löszképződés feltételei a késő-pleisztocén glaciálison belül sem voltak mindig adottak. További problémát jelentenek a nem megfelelő koradatok is, melyek valódi koránál gyakran jelentősen fiatalabbnak tüntetik fel az üledéket. A rétegtani hiátusok és a nem kellően pontos kormodellek a szedimentációs ráta alul-, illetve felülbecsléséhez vezetnek. Mindezek következtében csupán egy viszonylag hosszú időintervallumra vonatkozó átlagos porkoncentráció meghatározására nyílik lehetőség. A magyarországi felső-pleisztocén löszsorozatok magukban foglalják az utolsó interglaciális talajt, egy interstadiális paleotalajt, két humuszhorizontot és a holocén talajt: egyben ez a regionálisan jellemző sztratigráfia is.

Eredmények

A Kárpát-medence területéről publikált nagymennyiségű koradat lehetőséget ad az átlagos szedimentációs ráta viszonylag pontos meghatározására. A korábbi munkánkban elemzett 33 felső-pleisztocén löszsorozat értékei alapján a porfelhalmozódás sebessége 0,1–0,95 m/ezer év közé tehető, 0,23 m/ezer év módusszal és 0,28 m/ezer év átlaggal. Ehhez tartozóan a porfluxus 150–1400 g/m2/év közti értékekkel, valamint 338 g/m2/év modális és 417g/m2/év átlagos értékkel jellemezhetőek, míg az alsó és felső kvartilis között 200–500 g/m2/év-nak adódott.
A korábbiakban levezetett összefüggések alapján számolva a 200–500 g/m2/a porfluxushoz tartozó háttérpor koncentráció 1100–2750 μg/m3 közé helyezhető. A szemcseeloszlások kismértékű különbségei miatt ±20%-os eltérések továbbra is előfordulhatnak. A késő-pleisztocén fiatalabb üledékeinek (2-es Oxigén-izotóp Stádium) feltárásonkénti értékei az alábbi táblázatban találhatók (SR:szedimentációs ráta; DF: porfluxus; C: porkoncentráció). 
Egyes feltárások kimagasló értékei (pl. Dunaújváros, Paks) további finomrétegtani és kronológiai feldolgozás szükségességét veti fel, mely során a feltárások lineáris szedimentációs modelljét újabb adatokkal lehetne kiegészíteni. Feltehetően a lokális forrásterületek (Duna alluvium) időnként kimagasló porfelhalmozódást okozhattak, amely epizódokat a kevés adatból számított átlagok felülírtak.


Hely
Teljes poranyag
Finomszemcsés populáció
SR [m/ka]
DF [g/m2/a]
SR [m/ka]
DF [g/m2/a]
C [μg/m3]
Magyarország
Albertirsa
0,39
587
0,05–0,07
74,3–105,4
1489–2113
Basaharc
0,23
348
0,03–0,04
44–62,5
878–1246
Bodrogkeresztúr I
0,25
381
0,03–0,04
48,2–68,4
955–1355
Csorgókút I
0,19
284
0,02–0,03
35,9–51
726–1030
Csorgókút II
0,3
453
0,04–0,05
57,3–81,3
1146–1626
Debrecen (Alföldi téglagyár)
0,16
237
0,02–0,03
30–42,5
611–867
Dunaszekcső
0,47
707
0,06–0,08
89,4–126,9
1795–2547
Dunaújváros
0,83
1238
0,1–0,15
156,6–222,2
3170–4498
Katymár
0,42
632
0,05–0,08
79,9–113,4
1604–2276
Lakitelek I
0,17
254
0,02–0,03
32,1–45,6
649–921
Látókép
0,14
212
0,02–0,03
26,8–38,1
535–759
Madaras
0,25
375
0,03–0,04
47,4–67,3
955–1355
Mende
0,51
761
0,06–0,09
96,3–136,6
1948–2764
Paks
0,95
1422
0,12–0,17
179,9–255,2
3628–5148
Ságvár
0,12
176
0,02–0,02
22,3–31,6
458–650
Süttő
0,39
584
0,05–0,07
73,9–104,8
1489–2113
Szeged-Öthalom I
0,22
332
0,03–0,04
42–59,6
840–1192
Tápiósüly
0,34
504
0,04–0,06
63,8–90,5
1298–1842
Tokaj (Kereszt-hegy II)
0,15
222
0,02–0,03
28,1–39,8
573–813
Tokaj (Patkó-bánya)
0,22
332
0,03–0,04
42–59,6
840–1192
Üveghuta-2
0,23
338
0,03–0,04
42,8–60,7
878–1246
Horvátország
Erdut
0,14
215
0,02–0,03
27,2–38,6
535–759
Zmajevac
0,29
437
0,04–0,05
55,3–78,4
1107–1571
Szerbia
Batajnica
0,22
329
0,03–0,04
41,6–59,1
840–1192
Crvenka
0,13
197
0,02–0,02
24,9–35,4
496–704
Irig
0,13
192
0,02–0,02
24,3–34,5
496–704
Mošorin
0,26
395
0,03–0,05
50–70,9
993–1409
Petrovaradin
0,12
174
0,02–0,02
22–31,2
458–650
Ruma
0,13
192
0,02–0,02
24,3–34,5
496–704
Stari Slankamen
0,11
168
0,01–0,02
21,3–30,2
420–596
Surduk
0,29
434
0,04–0,05
54,9–77,9
1107–1571
Susek
0,1
150
0,01–0,02
19–26,9
382–542
Titel
0,34
510
0,04–0,06
64,5–91,5
1298–1842

Ezek az értékek lényegesen nagyobbak még a mai arid–szemiarid térségek hasonló mutatóinál is, hangsúlyozva ezzel a múltbéli légköri por nagy mennyiségét és környezeti szerepének jelentőségét. A recens porviharok során megfigyelt légköri porkoncentráció azonban ezeket az értékeket is többszörösen meghaladja. Heves porkifúvások során a Negevben mértek már 23 000 μg/m3, a Szaharában 13 000 μg/m3 feletti értékeket. A Kanári-szigeteken a szaharai porkitörések során elérheti a 1 000 μg/m3-t is a por koncentrációja. Kínában a Pekingen átsöprő, több ezer kilométer távolságról érkező 2000. áprilisi porvihar során 3 900 μg/m3-t meghaladó volt a légkör portartalma.
A pleisztocén során kialakuló porviharok gyakoriságáról, intenzitásáról és az egy-egy esemény során szállított por mennyiségéről nem rendelkezünk adatokkal, így ezekre vonatkozóan a becslések hibahatára túlságosan nagy lenne. A szemcsék légköri tartózkodási idejének és felhalmozódásának adataiból számítható érték állandó porviharos állapotokat feltételez, azonban a heves kifúvások feltehetően a pleisztocén során nagy gyakorisággal ugyan, de epizodikusan voltak jelen. Jelenkori megfigyelések alapján egy-egy porvihar időtartama néhány órás: Mongóliából átlagosan 1,6–6 órás, a Takla-Makánból 2–4 órás, Kínából általában 2 óránál rövidebb eseményekről számolnak be. Türkmenisztánban a 12 óránál hosszabb porviharok gyakorisága kevesebb, mint 3%.

További érdekesség: pleisztocén látótávolság becslés

Az átlagos, háttérporból adódó porkoncentráció értékeket felhasználva egy további érdekes, korábbiakban nem számított környezeti viszonyszám meghatározásának a lehetősége is felmerül. A recens porviharos események során megfigyelt és megbecsült látási viszonyok empirikus összefüggéseit felhasználva megbecsülhetjük az adott múltbéli porkoncentrációhoz tartozó látótávolságot. E célból a leggyakrabban alkalmazott porkoncentráció számításhoz felhasznált egyenletekből kifejezhetőek a látótávolság értékek, azonban az összefüggések között megfigyelhető jelentős eltérések figyelhetők meg, melyek okai a kis mennyiségű adat, a szemcseméret és a vízgőztartalom hatásai, továbbá a szubjektivitás.

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése