Kutatási területek

A Kárpát-medence területét elérő észak-afrikai eredetű porkitörések azonosítása és elemzése

A TOMS Aeroszol Index napi adataiból felépített adatbázis rekordjai közül a kiválasztott térség átlagos értékeitől szignifikánsan magasabb standardizált indexű események külön elemzések tárgyát képviselték. Elsősorban a jellemző lehordási területektől távolra eljutó porfelhők azonosítása vált így lehetővé. A mérések alapján valószínűsített események a NOAA AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), az ESA Meteosat SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager), és a Terra és Aqua műholdak MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) felvételei, illetve a NOAA HYSPLIT modellel készített „backward” trajektória-számítások után került elfogadásra vagy elvetésre. 

A beazonosított porkifúvási eseményhez tartozó szinoptikus meteorológiai helyzetet az NCEP/NCAR 40 éves reanalízis adatbázisa és a dr. Christopher Godfrey (University of North Carolina Asheville, USA) által készített NCEP Reanalysis Plotter szoftver alapján azonosítottam, míg az átlagos geopotenciál szinteket a NOAA Earth System Research Laboratory szoftverével készítettem.

A Kárpát-medence területére (É.sz. 45°–48,5°; K.h. 16–23°) kiszámított TOMS Aeroszol Indexek idősoraiból a térségre jellemző átlagtól magasabb értékek szűrésével adódó napok aeroszoltérképei, trajektória-számítások és műholdas felvételek alapján azonosítottam a légköri poros eseményeket. A légtömegek és velük együtt a szállított por mozgáspályája alapján egyértelműen észak-afrikai eredetű, döntően szaharai porkitörések termékei kerültek az adatbázisba. Az 1979–2012. időszakból összesen 130 olyan esemény került az adatbázisba, mely során a Szaharából és részben a Száhel egyes területeiről kifújt por a Kárpát-medence légkörébe eljutott.

A globális átlagtérképek alapján meghatározott hat lehetséges forrásterület közül ötöt találtam fontosnak a hazánkat érintő poros események szempontjából. Azonban az ezekről a lehordási régiókból hozzánk eljutó porkitörések gyakoriságait nem a forrásterületek intenzitása határozza meg döntően, hanem a szinoptikus meteorológiai helyzetek, melyeket a 3 fő típusba (és két altípusba) soroltam. Az egyes típusok gyakorisága is jelentős évenkénti változást és szezonális eloszlást mutatott. Ezeket részben a nagyskálájú légköri oszcillációs jelenség változásai is befolyásolják, jelezvén ezzel, hogy a földtörténeti múltban előállott, hosszabb időszakon keresztül fennmaradó nagytérségi cirkulációs helyzetek (és a forrásterület intenzívebbé válásának) hatására lényegesen nagyobb mennyiségű szaharai por kerülhetett a Kárpát-medencébe (Varga, Gy. 2012 - Földrajzi Közlemények; Varga, Gy. et al. 2013 - Global and Planetary Change; Varga, Gy. et al. 2014 - Weather).

Szaharai por a Földközi-tenger térségében

A Mediterrán térség légkörének állapotát is befolyásolja a szaharai por, egészségügyi problémák lehetőségét növelve ezzel. A légköri PM10-es szállópor koncentrációja Spanyolország, Olaszország és Görögország egyes régióiban a szaharai porkitörések alkalmával gyakran az egészségügyi határérték fölé emelkedik, emiatt az új európai emisszió csökkentési direktívák betartása esetenként nem valósítható meg.

A kutatás elsődleges célja egy olyan adatbázis felépítése volt, melynek segítségével a porviharok vizsgálata kvantitatív alapokra helyezhető. A tetszőlegesen kiválasztott vizsgálandó terület – jelen esetben a Földközi-tenger térsége – napi, havi és éves idősorai; a szezonalítás különböző felbontású diagramjai; továbbá a légköri por átlagtérképei révén pontosabban megismerhetjük a porviharok tér- és időbeli gyakoriságát, változását (Varga Gy. et al. 2014 - Aeolian Research).

Porviharok földrajzi és szezonális eloszlása

Porviharok a meleg, mérsékelt és a hideg övezet száraz és félszáraz térségeiben a leggyakoribbak, ezeken belül azonban eloszlásuk nagyfokú változatosságot mutat. A NASA napi globális TOMS Aeroszol adatmátrixainak elemzése alapján megállapítható, hogy a porviharok térbeli eloszlása jól összekapcsolható egyes geomorfológiai környezetekkel. A viszonylag magas TOMS AI értékek jelentős része geomorfológiai értelemben veendő depressziókhoz, környezetüknél mélyebben fekvő régiókhoz köthetőek. További közös vonásuk még ezeknek a térségeknek, hogy a víz jelentős szerepet játszik vagy éppen játszott kialakulásukban. Egykori tómedencék (pleisztocén pluviális tavak), időszakos sóstavak és vízfolyások a legjellemzőbb por forrásterületek, ahol a legfinomabb szemcséjű törmelékek nagy vastagságban felhalmozódhattak (Varga, Gy. 2012 - Hungarian Geographical Bulletin).

A világ pliocén–alsó-pleisztocén hullóporos eredetű üledékeinek és a hazai idős sorozatoknak az összehasonlítása

A Kárpát-medence területéről leírt, löszként értelmezhető, feltárásokban és fúrásokban található alsó-pleisztocén rétegsorok alapján számos közös tulajdonság állapítható meg. A sötétebb (vöröses, rózsaszínes) szín, a tömörödöttebb szerkezet, a vékonyabb vastagságú löszrétegekkel elválasztott vagy gyakran egymásra települő vörös paleotalajok (vöröses agyagok), a nagyméretű mészkonkréciók és a mészfelhalmozódási szintek gyakorisága jelentősen eltérnek a fiatal, középső- és felső-pleisztocén típusos löszsorozatok jellemzőitől. Az idős löszök esetében gyakran megfigyelhető még, hogy a feküjüket – szintén eolikus eredetű – vörösagyagok képezik, hangsúlyozva ezzel a már korábbi időszakokban is domináns hullóporos szedimentáció szerepét.
A paleoklimatológiai és őskörnyezeti vizsgálatok homlokterében található nemzetközi löszsztratigráfiai kutatások során a világ számos pontjáról írtak le alsó-pleisztocén löszsorozatokat. A kínai, tádzsikisztáni, alaszkai, dél-amerikai és közép-európai idős löszök legfőbb tulajdonságai jó egyezésben állnak a hazai rétegsorokkal. Az idős löszök képződésének kezdete a pliocén és pleisztocén határára, mintegy 2,6 millió évre tehető a legteljesebb, kínai sorozatok és mélytengeri üledékek alapján. A korábbi, vörösagyag-képző pliocén meleg-nedves éghajlatának alacsonyabb légköri porkoncentrációjának a megnövekedése és a leülepedés utáni mállási, talajosodási folyamatok mértékének lecsökkenése egybeesik az északi félteke eljegesedésének kezdetével és a szárazabb klimatikus állapotok megjelenésével.
A Föld pályaelemeinek megváltozásából adódó változások is szerepet játszhattak a globálisan hasonlóan alakuló jellegek kialakulásában. Az alsó-pleisztocén löszsorozatok vékonyabb, egymást gyakran váltó rétegtani egységeinek, és az utolsó 1 millió év vastag löszrétegeinek és jól fejlett talajainak váltakozásában valószínűleg a szekuláris pályaelemek középső-pleisztocén 41/100 ezer éves ciklusváltása érhető nyomon (Varga, Gy. 2011 - Quaternary International).

Lösz-paleotalaj minták szemcseeloszlás-meghatározásának nyitott kérdései és problémái

Hullóporos eredetű üledékek szemcsemérete fontos információkkal szolgál a múltbéli környezeti viszonyokról. Azonban csak a korrekt granulometriai adatok és mindazok helyes értelmezése adhat támpontot az üledékek képződésekor uralkodó szélviszonyokról (szélsebesség, szélirány, szezonális eloszlások, viharosság stb.), a forrásterület(ek) távolságáról vagy éppen a poranyag leülepedése utáni talajosodási, mállási viszonyokról. 

Szemcseméret meghatározására leggyakrabban a lézerdiffrakció elvén működő műszereket használják. Azt azonban sokszor nem veszik figyelembe, hogy a (1) ezzel a technikával közvetett adatokat szerezhetünk a vizsgált minták szemcséinek (valamilyen típusú gömb-ekvivalens)méretéről; (2) a lézerfény törésének és elnyelődésének mértéke alapján észlelt jel szemcseméretté történő átalakítása kétféle optikai modell (Fraunhofer és Mie) alkalmazásával valósítható meg; (3) a Fraunhofer-elmélet esetében feltételezzük, hogy a szemcsék kellően nagyok (a lézer hullámhosszának mintegy 40-szeres) és opakok; (4) a Mie-elmélet esetében viszont előzetes információra van szükség a szemcsék anyagi minőségétől függő refrakciós-indexről és abszorpciós-koefficiensről; (5) ez azonban egy poliminerális közeg esetében egy kellően nehéz kérdéskör; (6) nem is beszélve a különböző készülékek eltérő viselkedéséről azonos beállítások mellett is. 

A szemcseeloszlási adatok elemzési módszereinek a finomítása és a bimodális görbék újabb szempontú értelmezése

A hullóporos eredetű üledékek lézerdiffrakció elvén működő szemcseeloszlási vizsgálatai során kapott bimodális görbék és a recens porviharos események által szállított ásványi anyag jellemző szemcseméretei alapján merült fel a különböző genetikájú finomszemcsés és durvaszemcsés üledékpopulációk matematikai elkülönítésének a lehetősége. A többféle értelmezési és felbontási lehetőség [paraméteres függvényillesztés – end-member modellezés (EMMA)] közti ellentmondásokat a módszerek eltérő megközelítéséből értelmeztem és így próbáltam azokat feloldani. A többmaximumú görbék felbontásából az EMMA által adott 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 (háttérpor és porviharos kifúvás anyaga) képviselik.

A felső-pleisztocén löszsorozatok rétegtani és szemcseeloszlási adatai alapján történő porkoncentráció meghatározás lehetőségének bemutatása

A múltbéli porviszonyok rekonstruálásában korábban nem alkalmazott mérőszám, a légköri porkoncentráció meghatározásának lehetőségét az egyre pontosabb sztratigráfiai és koradatok, valamint a szemcseeloszlási görbék újabb szempontú elemzési módszere tették lehetővé. Mivel a múltbéli porviharok gyakoriságát és intenzitását nem ismerjük kellően pontosan, ezért az átlagos háttér por felhalmozódási adatainak (porfluxus) és az elkülönített finomszemcsés üledékkomponens szemcséi szedimentációs sebességeinek hányadosaként fejezetem ki az átlagos porkoncentrációt. Ennek értéke a teljes sokaságot jól reprezentáló 200–500 g/m²/a porfluxussal számolva 1100–2750 μg/m³ közé helyezhető. 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.
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: ez fenti adatokkal számolva ~6,5–26 km-nek adódott (Varga, Gy. et al. 2012 - Netherlands Journal of Geosciences).