Magyar Tudomány, 2008/06 663. o.

A klíma- és környezetváltozások földtudományi összefüggései



A földtörténet klímaváltozásai és azok tanulságai


Császár Géza

az MTA doktora, tanszékvezetõ

ELTE Regionális Földtani Tanszék

csaszarg mail . datanet . hu


Haas János

a földtudomány doktora, kutatóprofesszor

kutatócsoport-vezetõ, MTA–ELTE Geológiai,

Geofizikai és Ûrtudományi Kutatócsoport

haas ludens . elte . hu


Nádor Annamária

PhD, kutatási igazgatóhelyettes

Magyar Állami Földtani Intézet

nador mafi . hu


Bevezetés


Az üvegházhatású gázoknak – fõként a vezetõ ipari országokban – az utóbbi két évtizedben bekövetkezett növekvõ mértékû kibocsátása és az ennek megfékezését célzó erõfeszítések elmaradása (Kiotó, 1997 stb.) egyre fokozódó érdeklõdést, sõt feszültséget kelt nem csupán a meteorológiával foglalkozó szakemberek és jövõkutatók, hanem a kormányok, sõt a lakosság széles körében is. Ezzel összhangban az éghajlattal kapcsolatban álló tudományterületek képviselõi is egyre nagyobb mértékben terjesztik ki kutatásaikat az éghajlat egyes elemeinek vizsgálatára, továbbá a várható következmények elemzésére.

A Föld múltjának megismerésére irányuló geológiai kutatások vizsgálják a kontinensek helyzetének, alakjának, méretének változásait, a folyamatosan képzõdõ és elnyelõdõ óceáni lemezeket, a fõként ezekhez kötõdõ vulkanizmussal, a hegyláncok felgyûrõdésével, továbbá a tengeri és szárazföldi üledékképzõdés különbözõ kérdéseivel együtt. Ez utóbbin belül kiemelt figyelmet fordítanak az üledék jellegének, mennyiségének, eloszlásának változásaira, minthogy ezek a képzõdmények õrizték meg számunkra kövület formájában a mindenkori élet nyomait, amelyeknek egyirányú változásain, fejlõdésén a földtörténeti múlt tagolása ma is alapszik. Az aktualizmus elvét szem elõtt tartva az üledékek jellege és a bennük lévõ õsmaradványok alapján már a geológiai kutatás korai szakaszában rekonstruálni próbálták a képzõdmények keletkezési körülményeit, beleértve az adott idõszak és terület hõmérsékletének és csapadékmennyiségének értékelését is. A tudomány fejlõdése a késõbbiekben lehetõvé tette, hogy a radioaktív elemek bomlási termékeinek mérése alapján a földtörténeti idõszakok tartama években is kifejezhetõvé váljék, majd a stabil izotópok rendszeres mérésének köszönhetõen a környezet állapotára vonatkozó egyéb körülmények is egyre pontosabban számszerûsíthetõk lettek. Ezek sorában kiemelkedõ jelentõségû az oxigén nehéz izotópjának (O18) tér- és idõbeli mennyiségi eloszlására vonatkozó adatok ismerete, mert ennek változása igen szoros összefüggést mutat a tengervíz hõmérsékletének változásával. A növekvõ adatok birtokában a geológia tehát rekonstruálni képes az egyes kontinensek helyzetének idõbeli változásait (idõleges egyesülését, szétválását, forgását), a tengerrel borítottság mértékének változását, tengerek, tavak mélységének és hõmérsékletének, továbbá a csapadék mennyiségének és eloszlási jellegének változását, módosulásait is, és mindezek alapján egyre nagyobb megbízhatósággal képes a földtörténeti múlt éghajlatának rekonstrukciójára is.

A földtörténet klímaváltozásainak elemzésével szeretnénk rámutatni arra, hogy a geológiai múltnak fontos üzenete van a társadalom és különösen a döntéshozók számára az emberiség jövõjét alapvetõen befolyásoló stratégiai döntések mérlegelésénél.


A klímatényezõkrõl általában


Az éghajlat a Földre ható rendkívül összetett, gyakran ellentétes irányú külsõ és belsõ hatások eredõjeként alakul ki. A külsõ hatások közül minden kétséget kizáróan a Napból származó besugárzás a legfontosabb, de egyéb külsõ (kozmikus) tényezõk, például Naprendszer bolygóinak a Föld pályaelemeit módosító hatása, vagy a kozmikus testek becsapódása is fontos szerepet töltenek be, ugyanakkor nagyobb idõtávlatokban a Naprendszernek más rendszerekhez viszonyított helyzete ma még felbecsülhetetlen változások okozója lehet. Földünk klímáját végsõ soron a litoszféra, az atmoszféra, a hidroszféra és a bioszféra összetett és bonyolult kölcsönhatása szabja meg. Az éghajlatot meghatározó tényezõk, illetve azok sajátosságának nyomai a kõzetben megõrzõdhetnek, és megfelelõ módszerekkel azokból kinyerhetõk. A külsõ tényezõkön túlmenõen ezek sorában az egyik legjelentõsebb a kontinensek konfigurációjának a földtörténet során bekövetkezett változása volt. A kontinensek alakja, mérete, eloszlása, ezen belül a magas hegyláncok elrendezõdése alapvetõen befolyásolja az óceáni és légköri áramlások kialakulását.

A fenti tényezõk hatásának eredõjeként kialakuló éghajlat leginkább meghatározó jellemzõje a hõmérséklet. A nagyszámú oxigénizotóp-mérésnek köszönhetõen a földtörténet fanerozoikumának (a többnyire szilárd vázzal rendelkezõ szervezetek maradványait, nyomait õrzõ utóbbi mintegy 570 millió éves szakaszának) globális átlaghõmérséklet-eloszlására ma már számszerûsített értékekkel is rendelkezünk, de a Föld teljes történetére kiterjedõ hõmérsékletváltozásnak mindmáig csak relatív értékei adhatók meg a Föld nagyobbik, afanerozoós (a napjainktól számított 570 millió év elõtti) szakaszára. A teljesebb kép érdekében (1. ábra) ezért mi is az utóbbi megoldást választottuk a hõmérsékletváltozás bemutatására (Merrits, 1998). Az ábráról rendkívül tág határok között változó idõtartamú hideg klímájú (eljegesedési) idõszakaszok olvashatók le. Ha a jelenlegi, még befejezetlen hideg klímaszakasztól el is tekintünk, az értékek 15 és kb. 430 millió év között változnak. Ezzel összhangban nem ismerhetõ fel szabályszerûség az egyes hideg klímaszakaszok között eltelt idõ hossza tekintetében sem, amely 105–1000 millió év között változik. Mindamellett figyelemre méltó, hogy a fanerozoikumon belül ezek az értékek lényegében 100–200 millió évnek adódnak, fõként, ha figyelmen kívül hagyjuk az ábrán nem szereplõ, rendkívül rövid idejû oligocén eleji hûvös klímájú intervallumot. Ha azonban azt is figyelembe vesszük, akkor a permi és jelenlegi jégkorszak közötti 245 millió évet egy 215 és egy 30 millió éves szakaszra kell tagolni. Mindazonáltal az utóbbi évtizedben egyre többen számolnak a naprendszer egészének 240 millió éves ciklusával is, amelynek során a naprendszer változó transzparenciájú és változó gravitációs terû környezetbe kerül, ami a besugárzás mértékét is jelentõsen befolyásolhatja. A hideg klímaszakaszok közötti kiugróan nagy átlaghõmérsékletû idõintervallumok közül csupán a kréta idõszak esik a fanerozoikumra.

A fanerozoikum éghajlatát Alfred G. Fischer (1986) jelentõs mérvû egyszerûsítésekkel, összevonásokkal melegházi (greenhouse) és hûtõházi (icehouse) szakaszokra tagolta (2. ábra). A hûtõházi szakaszok középsõ részére estek az eljegesedési periódusok, míg a két melegházi szakasz közül a mezozoós–kainozoós szakasz közepét jelentõ kréta idõszakra hõmérsékleti maximum, az ópaleozoikum közepére rövid idejû eljegesedés esik. Az óceánokban jelentõsebb mérvû oxigénhiány (anoxia) a melegházi szakaszok jellemzõje (Racki, 1999), amit az idéz elõ, hogy a sarki jégsapkák hiánya miatt csökken a tengeráramlások intenzitása, ezért a tenger aljzatán felhalmozódó szerves anyag oxigén hiányában nem bomlik el. A jégtömegek elolvadása következtében megemelkedett tengerszint, vagyis a kontinensek megnövekedett tengerrel való borítottsága, valamint a vulkáni tevékenység intenzitási csúcsa jó egyezést mutat a melegházi periódusok eloszlásával. Közelítõleg ezekkel látszik korrelálni a mindenkori légkör szén-dioxid mennyiségének eloszlása is, amelyet az ásványokban lévõ zárványokból határoznak meg. Ennek a diagramon (2. ábra) látható legnagyobb értéke – ami a mai értéknek tizenkétszerese – a paleozoós melegházi szakasz legelejére esik. Feltûnõ ugyanakkor, hogy a mezozoós–kainozoós melegházi szakasz legnagyobb szén-dioxid-tartalma, ami egy melegházi szakasz közepére esik, a mainak csupán négyszerese volt. A fenti tények egyértelmûvé teszik, hogy a ma leginkább meghatározónak tekintett melegházhatású gázok legjelentõsebbjének, vagyis a szén-dioxidnak az eloszlásán, valamint a vulkáni aktivitás mértékén túlmenõen, ma még egyértelmûen meg nem határozható további okoknak is jelentõs szerepük lehetett az éghajlat fentiekben jelzett, késõbb részletezendõ alakulásában. Ezek sorában az egyik legfontosabb a Naptól származó besugárzás mértékének ugyancsak különbözõ okokra visszavezethetõ változása lehetett. Az adatok szerint (2. ábra) a légkör oxigéntartalmának változása a szén-dioxid-tartalom változásával alapvetõen ellentétes lefutást mutat. Ennek leglátványosabb megnyilvánulása, hogy a szén-dioxid-tartalom eddigi (karbon idõszaki) minimuma, amely a mai értéknél is kisebb volt, teljesen egybeesik az oxigéntartalom eddigi maximumával (kb. 35 %). Ugyanakkor ez az összefüggés nem tekinthetõ mindenütt egyértelmûnek: esetenként együttfutásra is van példa, ami erõsíti az egyéb tényezõk alkalmankénti meghatározó szerepének lehetõségét is. További fontos adalékot jelent az egyes tényezõk szerepének változékonyságára a szén-dioxid-tartalom és a hõmérséklet eloszlásának egybevetése. Mint láttuk, a nem kiugróan meleg kambrium elején a szén-dioxid-tartalom a mai érték tizennyolcszorosa volt, míg a jóval melegebb kréta idõszakban csupán hatszorosa.

Mindazonáltal nem kétséges, hogy a hõmérséklet alakulásában – elsõsorban a megszerzett hõ mennyiségének megtartásában – az egyik legfontosabb tényezõ a levegõ szén-dioxid-tartalma. A kambriumot megelõzõen a légkör szén-dioxid-tartalma erõsen kérdéses, de a mai értéknél mindenképp jóval nagyobb, akár több százszorosa is lehetett. Ez valószínûleg kulcsfontosságú tényezõ volt a Föld hõmérsékletének stabilizálásában a prekambrium során. Az akkori kismértékû besugárzás miatt a hõmérséklet jóval kisebb lett volna, de a légkör nagy szén-dioxid-tartalma melegházhatást eredményezett, amit az élet fejlõdésének alakulása szempontjából a szakemberek döntõ tényezõnek tekintenek.

A légkörben a szén-dioxid és az oxigén egyensúlya a biológiai ciklussal összhangban változik. Ennek során az oxigént a növény a levegõ szén-dioxidjának felhasználásával fotoszintézis útján állítja elõ, míg a szén-dioxid a szerves anyag oxidálódása során jön létre. Így a földtörténet során a bioszféra fejlõdése és a szerves anyag lebomlásának/beágyazódásának aránya alapvetõen befolyásolta a légkör szén-dioxid-tartalmát. A biológiai cikluson túl azonban két másik tényezõ is jelentõs hatással van a légkör szén-dioxid-tartalmára. Az egyik a vulkánok okozta exhaláció, a másik a szilikátos kõzetek mállása, amelyek intenzitásváltozásai szoros összefüggést mutatnak a lemeztektonikai folyamatok sebességével.

Felmerülhet a kérdés: hogyan ismerhetõk fel a földtörténeti múlt éghajlatának változásai, és milyen alapon beszélhetünk számszerû értékekrõl. A földtani képzõdményeknek, illetve azok bizonyos alkotóinak (õsmaradványok, ásványok, elemek vagy izotópok) gyakorisága és eloszlása, a kontinensek elrendezõdése, a szubdukciós (kéregbetolódási) övek helyzete és gyakorisága mennyiségi, máskor csak minõségi adatokat szolgáltatnak a hõmérséklet nagyságának, lokális és globális eloszlásának változásairól. A csapadék mennyiségének és éves eloszlásának mértékérõl elsõsorban a növényzet (fõként a leveleken lévõ légzõnyílások sûrûsége, valamint a spóra- és pollentartalom), másodsorban a klímajelzõ kõzetek nyújtanak tájékoztatást. Az evaporitok például kifejezetten csapadékszegény, arid (meleg) éghajlatot, a bauxitok trópusi, de szezonálisan változó csapadékkal jellemezhetõ éghajlatot jeleznek (Bárdossy – Aleva, 1990). A nagy vastagságú, sekélytengeri karbonátos rétegsorok trópusi, esetleg szubtrópusi éghajlaton keletkeznek. A kõszénlápok relatíve jelentõs csapadékú területeken, ezen belül jobbára – de egyáltalán nem kizárólag – a meleg éghajlati övben jöttek létre. A kvarcban és szilikát ásványokban gazdag törmelékes üledékek a mérsékelt és hideg éghajlati övben halmozódnak fel, míg a tillit (a jég által összetorlasztott vegyes szemcseösszetételû üledék) hideg, glaciális környezet szülötte. Az üledékes kõzetek egyes ásványaiba, õsmaradványok szilád vázába beépült oxigénizotóp-arány az egykori hõmérsékleti viszonyok kiváló jelzõje. A mindenkori légkör összetételét rögzítik a kõzetekben a legutóbbi néhány százezer évre vonatkozóan a jégben megõrzõdött gázzárványok. Ennek megfelelõen az oxigén, annak izotóp aránya (és ebbõl a közeg hõmérséklete), továbbá a szén-dioxid mennyisége a gázzárványadatok tömegébõl számolható.

A besugárzás mértékének, s ezen keresztül az éghajlat alakításában, ennek folyományaként az üledékképzõdés egyes jellegeinek megváltozásában a Föld keringési pályaelemeinek van kiemelt jelentõsége, ezért errõl kiemelten szólunk.


A Föld keringési pályaelemeinek változása

és a rövid idõtartamú klímaváltozások –

orbitális ciklusok


Milutin Milankoviæ szerb mérnök, csillagász, matematikus az 1920-as években olyan elméletet dolgozott ki, amelyben a jégkorszakok kialakulását, az eljegesedési és a felmelegedési szakaszok váltakozását a Föld keringési pályaelemeinek módosulása miatti besugárzásváltozásokra vezette vissza. Tudománytörténeti érdekesség, hogy a pályaelemek kiszámításának – abban az idõben rendkívül hosszadalmas – munkáját Budapesten a Magyar Tudományos Akadémia épületében hadifogolyként végezte.

A besugárzást jelentõsen befolyásoló pályaelem-változások periódusideje három tényezõtõl függ (3. ábra). Az excentricitás, azaz a Föld Nap körüli keringési pályájának módosulása 100 és 410 ezer éves periodicitást mutat. A tengelyferdeség kismértékû (22o és 24o30’ közötti) változásának periódusa 41 ezer év. A precesszió (a Föld forgástengelyének kúppalást menti elfordulása) átlagos periodicitása pedig 21,7 ezer év, 19 és 23 ezer éves fõ periódusokkal. A 4. ábra az excentricitási, a tengelyferdeségi és a precessziós index André Berger (1978) által kiszámított változásait mutatja az elmúlt 800 ezer évben. A legalsó görbe e periodikus változások eredõjébõl adódik.

A ferdeség és a precesszió periódusa, mivel a Föld forgási sebességétõl és a Föld–Hold távolságtól függ, a földtörténet során változott. A tengelyferdeség változása számottevõ, a fanerozoikum kezdetén csupán 27 ezer év lehetett a jelenlegi 41 ezer év helyett. A precessziós fõ periódusok tartama 17 és 19 ezer év volt, ami geológiai értelemben nem jelentõs különbség a mai értékekhez képest. Nem tûnik alaptalannak, ha a távolabbi múltban további változásokat tételezünk fel.

Az orbitális ciklusok hatása az éghajlatra nyilvánvaló, de áttételes. A pályaelemek módosulása a besugárzás mértékének szezonalitását változtatja, ami az óceáni és a légköri áramlási rendszereken keresztül a hõkiegyenlítõdés mértékének változását eredményezi.

Az éghajlatváltozások a hûtõházi klímaszakaszok idején jelentõsebbek, de a melegházi szakaszokban is kimutathatók. Az üledékképzõdés jellegét a hõmérsékletváltozásnál is jobban befolyásolja a csapadék mennyiségének változása, de az egyéb klímaelemek (pl. szél) hatása sem hanyagolható el. Az orbitális ciklusok és a klímaelemek kapcsolatának értelmezésére Martin D. Matthews és Martin A. Perlmutter (1994) dolgoztak ki modellt (5. ábra), amely abból indul ki, hogy a besugárzás változásának hatására a légköri áramlási rendszerek, illetve a klímaövek szélessége, helyzete megváltozik. A minimális besugárzás szakaszaiban a sarki cella terjed ki az Egyenlítõ irányában, a maximális besugárzás szakaszaiban az egyenlítõi Hadley-cella (5. ábra) hódít teret a pólusok irányában.

A periodikus klímaváltozások áttételesen a tengerszint helyzetét is befolyásolják. Az orbitális ciklusok frekvenciatartományába esõ jelentõs tengerszintváltozások – melyek létére számos bizonyíték van – aligha magyarázhatók másként, mint hatalmas jégtömegek (elsõsorban a hûtõházi szakaszok sarki jégsapkáinak) kiolvadásával, amit glacio-eusztatikus tengerszintváltozásnak nevezünk. A negyedidõszaki eljegesedés, illetve megolvadások idején 100 métert meghaladó amplitúdójú vízszintváltozások mentek végbe, jól követve a 100 ezer éves, sõt esetenként a 20 ezer éves periodicitást is. A melegházi szakaszokban megfigyelt kismértékû (néhány méteres) tengerszintváltozásokat elsõsorban az óceánok vizének hõtágulására vezetik vissza.

Az orbitális ciklusok kitûnõ példáit ismerjük a földtörténeti középkor triász idõszakából, amely egy sok tízmillió év idõtartamú „hûtõház” és egy hasonlóan hosszú „melegház” idõszak határára esik.

A triász idõszak vége felé, kb. 220–210 millió évvel ezelõtt, gyorsan süllyedõ rift árokban hatalmas kiterjedésû tórendszer jött létre az Appalache-hegység keleti elõterében, amelyben a mintegy 6 km vastag rétegsor rakódott le. Az e rendszerhez tartozó Newarki-medence rétegsorát fúrásokkal tökéletesen feltárták. A több nagyságrendben is ciklikus felépítésû rétegsor (6. ábra) elemi ciklusa egyre mélyülõ környezetben létrejött rétegekkel indul, majd a legnagyobb mélységet elérve sekélyesedés nyomai figyelhetõk meg a teljes kiszáradást jelzõ kõzetfajtákig. A ciklusok képzõdésének ideje kb. 20 ezer év, ami a precessziós ciklusok képzõdési idejével azonosítható (Olsen, 1986). Az elemi ciklusok cikluskötegekbe szervezõdnek, melyek a rövidebb és a hosszabb idõtartamú excentricitási ciklusokkal hozhatók kapcsolatba (6. ábra). A jelenlegi feltételezések szerint a perm idõszakban kiemelkedett Appalache-hegységvonulat magashegységi jégtömegének változása határozhatta meg elsõsorban ennek a triász tónak a vízszintjét. A magashegységi jégtakarók térfogatváltozásai ugyanakkor a világtengerek szintjének változásához is hozzájárulhattak.

Hasonló idõtartamú ciklicitást sikerült kimutatni a Newarki-medence tavi rétegsoraival egyidejû hazai sekélytengeri karbonátos kõzetekben is. A Bakonyban és a Gerecsében mélyült fúrások a Dachsteini Mészkõ mintegy 800 m-es (az egyik tatai fúrás 1200 m-t harántolt!) folyamatos rétegsorát tárták fel. Az átlagosan mintegy 2 m vastag elemi ciklusok számított képzõdési idõtartama 23 ezer év (Schwarzacher – Haas, 1986). Balog Anna és mtsai (1997) vizsgálatai szerint az elemi ciklusok 4–6 ciklusból álló, kb. 10 m vastag kötegekbe, és ezek kb. 40 m vastag kötegsorozatokba szervezõdnek, melyek az excentricitási ciklusokkal hozhatók kapcsolatba.

Klímaváltozásokat tükrözõ ciklusos rétegsorok szárazföldi medencékben is létrejöhetnek. A klíma ugyanis nagymértékben meghatározza a mállás, továbbá a folyóvízi szállítás intenzitását és ezen keresztül az üledékgyûjtõ medencébe kerülõ üledék mennyiségét és jellegét is. Matthews és Perlmutter (1994) az Egyesült Államok középsõ részén a Green River-i-medence eocén folyóvízi-tavi rétegsorát vizsgálva mutatta ki a Milankoviæ-ciklusokra visszavezethetõ klímaváltozások hatását, amelynek eredményeként édesvízi és evaporitos üledékek váltakozásából álló üledékciklusok keletkeztek. A vizsgált terület az eocén folyamán a mérsékelt égövben helyezkedett el, de a globális klíma maximum idején az éghajlat arid, majd mérsékelten száraz, a klíma minimum idején mérsékelten humid, majd a felmelegedés során ismét mérsékelten szárazzá, ezt követõen újra ariddá vált. Ennek megfelelõen alakultak az üledékképzõdési viszonyok a kontinentális medencében (7. ábra). A csapadékviszonyok változását a szárazföldi növények spóra-pollen együttesének elemzése is alátámasztotta.

Bizonyos körülmények között, a kõzetek vékony réteglemezei az éghajlat egészen rövid idejû változásait is megõrizhetik. Évszakos változások nyomát mutatták ki gleccsertavak és lefolyástalan sós tavak üledékeiben, tengertõl elrekesztett lagúnák, pangó vizû anoxikus tengermedencék rétegsoraiban. Az évszak váltakozása ez esetben a milliméteres, centiméteres rétegek vastagságának és összetételének változásaiban tükrözõdik. A tómedencébe például a csapadékos évszakban nagyobb mennyiségû hordalék kerül be a környezõ hegyvidékrõl, mint a száraz évszakban, vagy a sós tavakban a víz bepárlódásával a száraz évszakban képzõdnek a sókiválások.

Tavi (ún. varv típusú) üledékek réteglemezeinek vastagságváltozása alapján egészen rövid idõtartamú éghajlatváltozásokat is kimutattak (Fischer, 1986): 7,5–9 év, 12–16 év, 21–24 év és 40 év. Ezekben az üledékekben a napfoltciklusok hatása csak gyengén jelentkezett, a határozottan megfigyelhetõ 21–24 éves periodicitás a Hale-féle szoláris mágneses ciklussal hozható kapcsolatba.


Éghajlati elemek és éghajlatváltozások

a földtörténet során


A földtörténet korai

(prekambriumi) szakasza


A Föld közel 4,5 milliárd éves történetének klímaváltozásairól, annak is fõként elsõ, közel 3,5 milliárd évérõl alig van adatunk. Az élet elsõ kezdetleges formái kb. 3,8 milliárd éve jelentek meg a Földön, de ezek az egykori klímáról szinte semmit nem mondanak. Az elsõ üledékes kõzetek, amelyek kb. 3,7 milliárd éve képzõdtek, feltehetõen a mainál kb. 10°C-kal melegebb átlaghõmérsékletû éghajlat során rakódhattak le. Bolygónkat 2,7 és 1,8 milliárd év közötti szakaszban eljegesedés uralta. A tillitek (rosszul osztályozott, kevert glaciális üledék) tanúsága szerint a 2,5 és 2,2 milliárd év közötti intervallum idején három glaciális szakasz ismert. Mivel ebbõl az idõbõl az akkor egyenlítõközeli helyzetben levõ Afrikából is eljegesedésekre utaló nyomok váltak ismertté, feltételezik, hogy akár a Föld egészén is glaciális viszonyok uralkodhattak (hólabda Föld elmélet). A Föld egészét borító hótakaró megolvadására máig nincs általánosan elfogadott magyarázat. Egyes feltételezések szerint valamilyen katasztrofális esemény, például nagyméretû vulkánkitörések és az ezt követõen megnõtt légköri szén-dioxid-tartalom vezethetett a „hólabda állapot” megszûnéséhez. Ezután a Földön kb. egymilliárd évig jégmentes állapot uralkodott.

Kb. egymilliárd évvel ezelõtt kezdõdött el a földtörténetnek azon idõszaka, amelybõl már megbízhatóbb geológiai információink vannak az egykori klímaváltozásokról. A prekambrium végén ismét jégkorszak köszöntött a Földre, amely kb. 200 millió éven át tartott. Az eljegesedésnek legalább két maximuma volt 850 és 590 millió évvel ezelõtt, és a jégtakarók egészen a kis szélességi körökig lenyúltak. A legújabb számítógépes modellezések szerint a „hólabda állapot” nem tért vissza, s a kiterjedt jégtakarók ellenére az egyenlítõ menti óceánok jégmentesek maradtak, aminek döntõ fontossága lehetett az élet fennmaradása szempontjából.


A földtörténet paleozoós szakasza


A prekambrium végén, kb. 700 millió éve a magasabb rendû növények és az elsõ állatok megjelenésével drámai evolúciós robbanás történt a Földön. A fanerozoikum („látható élet”) elején, a kambriumban (kb. 550–600 millió éve) jelentek meg a már szilárd vázzal rendelkezõ szervezetek, így a klímára vonatkozó paleontológiai anyag is gyakorlatilag ettõl az idõtõl áll rendelkezésre.

Az alábbiakban a mintegy 570 millió év idõtartamú fanerozoikum éghajlatának változásait kívánjuk röviden áttekinteni néhány jellemzõ pillanatának – õsföldrajzi térképének felvillantásával. Az áttekintéshez Richard K. Bambach és munkatársai (1980), Judith Totman Parrish és munkatársai (1982), Alfred M. Ziegler és munkatársai (1979), valamint Yves Tardy és Claude Roquin (1998) térképsorozatait használtuk. Ezeken az óceáni környezet mellett sekélytengeri, síkvidéki szárazulati és hegyvidéki területeket különböztettek meg. A számos éghajlatjelzõ üledék (evaporit, kõszén, paleotalaj, bauxit, eolikus homok, zátony mészkõ, glaciális üledék stb.) közül a jelentõsebb evaporit- és kõszénelõfordulásokat tüntettük fel – részben elterjedésüknek megfelelõen, részben szimbólummal. Valamennyi térképváltozat tartalmazza továbbá a csapadék mennyiségének négy relatív kategóriába összevont eloszlását.

A késõ kambriumban (8. ábra) a mai Eurázsiát alkotó öt önálló kontinenssel szemben az egykori déli nagy õskontinens, a Gondwana, egyetlen kontinensegységet formált. Az éghajlat szempontjából azonban meghatározó jelentõségû az a körülmény, hogy a kontinensek az Egyenlítõ közelében helyezkedtek el. Matthew R. Saltzman és munkatársai (2000) rekonstrukciójában Baltika Szibériától délre, Kína pedig a déli féltekére esett. Ez a kontinens-elrendezõdés, ezen belül a hegyláncok eloszlása akadálytalan globális hõkicserélõdést tett lehetõvé mind az óceánokban, mind a légkörben. Sok csapadék kizárólag az Egyenlítõ szûkebb környezetében hullott, míg kevés csapadék a mai Afrika északkeleti, Laurentia (Észak-Amerika) keleti és Ausztrália középsõ részén fordult elõ. Evaporit-elõfordulások a térítõk környezetébõl ismertek. A kõszén-elõfordulások hiányát a megfelelõ növényzet hiányával magyarázhatjuk. Ezt követõen a szilur elején (kb. 440 millió éve) ugyan volt egy rövid idejû eljegesedés, de ez a hosszú melegházi perióduson belül csupán epizódként jelent meg.

A kora devon (9. ábra) idejéig a kontinensek helyzetét illetõen jelentõs mérvû átrendezõdés zajlott le: a Gondwana egyre inkább a déli pólus felé tolódott el, míg a késõbbi Eurázsiát alkotó kontinensek az északi irányú mozgásuk során egyre közelebb sodródtak egymáshoz, sõt a Iapetus-óceán bezáródásával Laurussia néven egyesült Lauerentia (Észak-Amerika) és Baltika – együttesen Õseurópa –, miközben hatalmas kiterjedésû, észak–déli orientációjú hegylánc alakult ki az Egyenlítõ környékén. Ennek megfelelõen a hõkicserélõdés a korábbihoz viszonyítva némileg korlátozottá, és a csapadékeloszlás is differenciáltabbá vált. Sok csapadék ezúttal is csak az Egyenlítõt övezõen hullott, míg Gondwana nagyobbik részét és Észak-Amerika északnyugati területeit kevés csapadék áztatta. (Meg kell ugyanakkor jegyeznünk, hogy nincs teljes összhang a csapadékeloszlási kép és a száraz éghajlatot jelzõ evaporit-elõfordulások eloszlása között.)

A késõ karbon idejére (10. ábra) a korábbi melegházi viszonyokkal szemben hûtõházi körülmények jöttek létre. A Gondwanát és Laurussiát egyesítõ Pangea szuperkontinens majdnem maradéktalan kialakulásának, valamint a kontinensek nagy részére kiterjedõ, nagyrészt észak–déli, mindamellett tekintélyes kelet–nyugati irányú hegyláncok létrejöttének (Embry et al., 1994) köszönhetõen erõsen korlátozottá vált a globális hõkicserélõdés mind az óceánokban, mind a légkörben. Az óriási méretûvé vált Pangea déli, gondwanai részén hatalmas méretû eljegesedés alakult ki, amelynek északnyugati nyúlványai megközelítették a 30. déli szélességet. A kontinenseloszlással és a korlátozott hõkicserélõdéssel összhangban rendhagyó volt a csapadék eloszlása, és talán összmennyisége is kevesebb volt a korábbiaknál. Sok csapadék csupán a Paloe-Tethys legbelsõ öblében és a Kínai kontinens déli nyúlványán lehetett, miközben hatalmas térséget ölelt fel mind a gondwanai, mind a laurussiai részen a kevés csapadékkal ellátott terület. Hatalmas kõszénlápok fejlõdtek ki nemcsak a kifejezetten csapadékos (a térképen „sok csapadék” jelzésû), hanem a viszonylag sok, sõt egyes esetekben a viszonylag kevés csapadékú területeken is, mégpedig nemcsak az Egyenlítõ környéki övezetben, hanem a Pangea északi mérsékelt övezetében is. Különös ugyanakkor, hogy a Gondwanán – az egyenlítõi övezetet is beleértve – alig van kõszén-elõfordulás. A fentiekkel összhangban a késõ karbon idején lényegesen szerényebb mértékû az evaporitos területek kiterjedése.

A késõ karbon hûtõházrendszer kialakulásában a fent jelzetteken túlmenõen minden bizonnyal meghatározó szerepet játszott a szén-dioxid-tartalom jelentõs részének a légkörbõl történt kivonódása és a kõszénrétegekben való óriási mértékû felhalmozódása, ami a Földre jutó vagy ott képzõdött hõ jelentõs részének a világûrbe történõ kisugárzásával járt együtt. További jelentõs tényezõként értékelik a jelenség létrejöttében Peter R. Vail és munkatársai (1977) a nagymérvû tengerszintesést, és Alfred G. Fischer (1984) az ezt elõidézõ lelassult óceáni lemezképzõdést (spreading), ami egyrészt csökkent mértékû víztömeg-átrendezõdéssel, másrészt a Föld belsejébõl kisebb mérvû hõfeláramlással járt. Ehhez számíthatjuk még azt a körülményt is, hogy a szuperkontinens alatt termelõdõ hõ csak korlátozott mértékben jutott a légkörbe, ezért az jelentõs mértékben megemelte a kontinentális kérget. Ez utóbbi körülménnyel hozható kapcsolatba, hogy a tagolt térszínû eljegesedési területen belül a mélyebb völgyekben gazdag flóra létezett.


A földtörténet mezozoós szakasza


A Föld a késõ-paleozoós eljegesedést követõen a hûtõházi és a melegházi klímaállapot közötti átmenet állapotában volt (2. ábra). Bár a variszkuszi lemeztektonikai ciklus végén, a karbonban Laurussia és Gondwana ütközésével a Pangea szuperkontines lényegében létrejött, de a perm és a triász során még újabb hatalmas területek (Szibéria, Kelet-Ázsia) kapcsolódtak a Pangeához. Az ütközés során azonban a Paleo-Tethys nem záródott be mindenhol. Megmaradt egy kelet felé szélesedõ óceánág, a Panthalassa-világóceán hatalmas, a Pangeába messze benyúló öbleként. Az Eurázsai-lemez alá tolódó Paleo-Tethys beszûkülésével párhuzamosan a késõ perm majd a triász idején új óceánmedence – a Neo-Tethys – kezdett keletrõl nyugat felé felnyílni. A perm–triász intervallumban tehát az egyenlítõ közelében elhelyezkedõ öbölszerû Tethys-óceánt minkét oldalról a hatalmas Pangea kontinens szegélyezte, és ez a szituáció igen erõteljes monszun- („megamonszun”) cirkulációt eredményezett (Parrish, 1993). A monszunrendszer kialakulásában a Tethys északi peremét övezõ hegyvonulatoknak is jelentõs szerepük lehetett.

A karbon nedves klímája után a permre a Pangea egyenlítõi övezete jóval szárazabbá vált, de határozott szezonalitással. A száraz és a nedves évszakok váltakozására utal többek között a vörös színû folyóvízi rétegsorok gyakorisága a késõ perm–kora triász szakaszban. A triászban a monszuncirkuláció még intenzívebbé vált. A Pangea nyugati része (Észak-Amerika) viszonylag csapadékosabbá, míg a keleti részeken az egyenlítõi övezet még szárazabbá vált. Ezzel magyarázható, hogy a bepárlódással keletkezõ kõsó, valamint gipsz- és anhidritképzõdés csúcspontja a triászra esik.

A perm és a triász idõszak határán viszonylag rövid idõ alatt hatalmas környezeti katasztrófa zajlott le, ami a Föld élõvilágának hihetetlen mértékû kipusztulásához vezetett: az állat- és a növényfajok több mint 90 %-a végleg eltûnt. A mai ismeretek szerint a környezeti katasztrófa egyik lényeges eleme a globális felmelegedés, a szélsõségesen melegházi klíma kialakulása volt, így e katasztrofális helyzet kialakulása igen tanulságos a klímaváltozások megértése szempontjából is. A levélmaradványokon megfigyelhetõ légzõnyílások (sztomák) sûrûsége egyértelmûen jelzi a légköri CO2 drámai megnövekedését a határnál. A légköri szén-dioxid hirtelen megnövekedése a Szibériában ekkor lezajlott hatalmas méretû bazaltvulkánossághoz köthetõ, részben közvetlenül, részben közvetett módon. A vulkáni mûködés során nagymeny-nyiségû CO2 került a levegõbe, ami az üvegházhatás erõsödéséhez vezetett, és ezáltal felmelegedést okozott. Ennél is fontosabb azonban, hogy a tengervíz felmelegedésével a kontinentális selfek üledékében felhalmozódott metánhidrátból a metán felszabadult, ami különlegesen hatékony üvegházhatású gáz, bár gyorsan oxidálódva CO2-vé alakul. A globális felmelegedés miatt az óceáni medencékben az áramlási rendszerek gyakorlatilag leálltak, és oxigénhiányos víztömeg alakult ki, ami a tengeri élõvilágra nézve katasztrofális következményekkel járt. A hirtelen klímaváltozás a kontinenseken is felborította a bioszféra érzékeny egyensúlyát. Hasonló folyamatok játszódtak le a triász idõszak végén is, ugyancsak rendkívül jelentõs kihalást eredményezve, amiért valószínûleg a Közép-atlanti magmás provincia bazaltvulkánjai tehetõk felelõssé.

A jura idõszak folyamán a Tethys tovább szélesedett, megkezdõdött az Atlanti-óceán felnyílása, ami a Pangea feldarabolódásához és a monszunhatás megszûnéséhez vezetett.

Természetesen a hosszú mezozoós melegházi periódus éghajlatában egyéb jelentõsebb változások, lehûlések is kimutathatók. Ezek azonban nem mérhetõk össze a szilur elejei eljegesedéssel, bár a kora kréta idején, 128–126 millió éve, lezajlott jelentõsebb tengerszinteséssel kapcsolatban felmerült a sarki jégsapka kialakulásának lehetõsége is. A késõ kréta kori viszonyokat (11. ábra) a késõ karbonnál lényegesen tagoltabb kontinenselrendezõdés, ugyanakkor hatalmas kiterjedésû, fõként észak–déli irányú hegyláncok létrejötte jellemzi. Ennek megfelelõen, elvileg korlátozott globális hõkiegyenlítõdéssel lehetne számolni. Az õslénytani és kõzettan-geokémiai adatok szerint viszont kitûnõ volt a hõkiegyenlítõdés. Az átlaghõmérséklet még a sarkvidéki területeken is elérhette a 17 ºC-ot. Ezzel állhat összefüggésben az a figyelemre méltó különbség a korábbiakkal szemben, hogy a melegházi viszonyoknak megfelelõen nemcsak az egyenlítõ környékét jellemzi sok csapadék, hanem a tengerparti övezetet is mind az északi, mind a déli féltekén, még az egészen nagy szélességi körök mentén is (Barron – Washington 1982). Ezzel összhangban tekintélyes kõszén-elõfordulások ismertek az északi féltekén még a poláris övben is. A sok csapadéknak megfelelõen korlátozott mértékû volt az evaporit-képzõdés, amely az Egyenlítõtõl északra esõ területekre korlátozódott.


A földtörténet kainozoós szakasza


A mezozoikum végén ismét lehûlés következett be, majd a földtörténet legutolsó 65 millió évét magába foglaló kainozoikum során Földünk éghajlata lassan, de fokozatosan hûlt, ami a bentosz foraminiferák héjából mért oxigénizotóp arányváltozásokból már aránylag pontosan nyomon követhetõ. A lehûlés nem volt egyenletes, 50 és 38 millió éve ugrásszerûen felgyorsult (12. ábra).

Az eocén az igazán melegházi viszonyok utolsó szakaszát képviseli. Õsföldrajzi és klimatikus viszonyainak lényeges vonásai megegyeznek, vagy nagyon hasonlítanak a késõ krétáéra. Az Atlanti-óceán tágulásával észak– déli irányban növekszik, a Tethys–Földközi-tenger szûkülésével kelet–nyugati irányban csökken az óceánokban a hõkiegyenlítõdés lehetõsége. Lényegesen összeszûkült a kontinentális lemezeken a tengerrel borított terület, és korlátozottabb a sokcsapadékú terület elterjedése is. Változatlanul jelentõs volt a kõszénlápok kiterjedése, immáron Ausztráliában is. Ugyanakkor lényegesen nagyobb területen képzõdtek evaporitok, elsõsorban a Ráktérítõ környezetében és attól északra.

Az eocént követõ idõszakokban fluktuáló jelleggel folyamatos hõmérséklet csökkenés tapasztalható, amely már egy újabb hûtõházi szakasz részének tekinthetõ. A lehûlés több tényezõvel is magyarázható: az északi félteke nagyobb szélességi köreinek térségében a szárazföldek területének megnövekedése, egyes óceáni kapuk kinyílása és bezáródása, a Himalája, a Tibeti-plató és a Nyugati-Kordillerák kiemelkedése, csökkenõ légköri szén-dioxid-tartalom stb. Az eocén–oligocén határ közelében (38 millió éve) történt hirtelen hûlés a világtenger szintjének drasztikus csökkenésében is jelentkezett. Ennél is jelentõsebb hatása volt azonban az óceáni áramlási pályákban az oligocén során bekövetkezett változásoknak. A Drake-átjáró kinyílása Dél-Amerika és az Antarktisz között, és Ausztrália további észak felé történõ mozgása elõsegítette az Antarktisznak a cirkumpoláris áramlások által történõ elszeparálódását. Az Antarktisz 50 millió évvel ezelõtt kialakult elsõ hegyvidéki gleccserei tovább nõttek, és fokozatosan tért hódított a belföldi jégtakaró, noha pollenadatok alapján 25 millió éve még léteztek erdõs területek a kontinensen.

12–14 millió évvel ezelõtt az északi féltekén is megindult a gleccserek képzõdése a hegyvidéki területeken, és az Antarktisz keleti része is eljegesedett. A másik jelentõs klímaesemény ebben az idõszakban a Földközi-tenger szeparálódása és kiszáradása volt („messiniai sókrízis”). Ez a világóceán sótartalmának csökkenését is eredményezte, amelynek a tengeráramlások módosulása révén komoly hatása volt a klímára. Kb. 5,3 millió éve, tektonikus hatásra, a Gibraltári-szoros kinyílt, és a Földközi-tenger medencéjébe ismét beáramlott a tengervíz.

A miocén és pliocén határán (kb. 5,2 millió éve) a tengerszint jelentõsen megemelkedett, és a klíma melegebb lett, ami kb. 3 millió évig, a középsõ pliocénig tartott. Kb. 2,5 millió évvel ezelõtt egy hirtelen lehûlés és tengerszintesés következett be, ami az északi félteke jégsapkájának kialakulásával hozható összefüggésbe.


A jelenkori klímaviszonyok közvetlen elõzménye – a jelenkori hûtõházi állapot


A kainozoikum során egyre hûvösebbé váló éghajlat a negyedidõszaki eljegesedéssel tetõzött, amikor a Föld felszínének akár 32 %-át is jég borította. Errõl a globális klímaváltozásról a legtöbb információt a sarkvidékek jégtakarói, ill. az óceáni üledékek szolgáltatják.

Azokon a területeken, ahol a nyári olvadás nem volt számottevõ, a lehulló hó a növekvõ rétegterhelés hatására jéggé fagyott. A folyamatosan növekvõ vastagságú jégösszlet fontos információkat hordoz annak az idõszaknak a klímájáról, amikor az egyes rétegek csapadék formájában lehullottak. Ezek az információk az egykori hõmérsékletre, a lehullott csapadék (hó) mennyiségére, a kisebb szélességi körökrõl szél által szállított (vulkáni) por mennyiségére és a buborékokba befagyott levegõ összetételére vonatkoznak. Az eddigi legrészletesebb eredmények az antarktiszi és a grönlandi jégmagokból váltak ismertté.

A klímára vonatkozó legközvetlenebb információ a jég vízmolekuláinak izotópösszetételébõl, különösen a 16O/18O izotóparányból nyerhetõ. Ezen arányváltozások alapján mind éves, mind annál hosszabb periódusidejû ciklusok is kimutathatóak. A grönlandi jégmagok esetében az éves ciklusok változása 15 ezer évig követhetõ. Az Antarktiszon, ahol a hó felhalmozódása sokkal lassúbb folyamat, az éves ciklusokat csak néhány száz évre visszamenõen lehetett kimutatni. Ugyanakkor a jégtakaró központi részén az oxigénizotóp arányváltozások alapján az egykori klímaváltozásokat 250 ezer évre visszamenõen lehetett rekonstruálni.

A jégbe zárt portartalom az egykori légkörzésre vonatkozóan szolgáltat információt. A közepes szélességi körökön fújó erõs szelek a kontinentális port felkavarják, és a sarkvidékek felé szállítják, ahol az a hó felszínére ülepedve a jégrétegekbe fagy. A pormennyiség a hõmérséklet függvényében erõsen váltakozik.

A jégmagok egyes rétegei savasságának mérése a fõbb vulkáni tevékenységrõl ad információt. A klímaváltozást potenciálisan befolyásoló jelentõsebb vulkánok kitörésük során nagy mennyiségben kénvegyületeket bocsátanak a légkörbe, amelyek hosszú életû kénsavas aeroszolokat alkotnak a sztratoszférában. A sarkvidéki területeken a csapadék savassága jó mutatója az egykori jelentõs vulkánkitöréseknek. A Pinatubo-vulkán 1991-es kitörése során például több mint 20 millió t kénvegyület került a légkörbe. Az ebbõl képzõdõ szulfát az egyik legjelentõsebb tényezõ a besugárzási egyenleg csökkenésében, és a becslések szerint ez a mennyiség megfelelt 3–4 W/m2 besugárzáscsökkenésnek. Érdekes összehasonlítani, hogy ugyanilyen nagyságrendû melegedéshez az ipari forradalom elõtti légköri szén-dioxid-tartalom megkétszerezõdésére lenne szükség, azaz egyetlen vulkánkitörés jelentõsebb légköri változásokat képes elõidézni, mégpedig nagyon rövid távon.

A jégbe zárt légbuborékok különbözõ vegyületei – például CO2, CH4 – az egykori légkör összetételére vonatkozó közvetlen információt szolgáltatnak (13. ábra).

A hosszabb periódusidejû orbitális ciklusokhoz köthetõ negyedidõszaki és azt közvetlenül megelõzõ klímaváltozások nyomai leginkább a mélytengeri üledékekbõl váltak ismertté. Ezek az üledékek az óceáni medencékben nagyrészt a pelágikus és bentosz foraminiferák és nanoplankton szervezetek vázainak felhalmozódásából képzõdtek igen lassú és egyenletes üledékképzõdés során az elmúlt évmilliók alatt. Ezen parányi élõlények kalcium-karbonát anyagú vázában az oxigénizotóp összetételének változásai a jégtakaró egykori elõrenyomulására, ill. visszahúzódására engednek következtetni. A jégtakaró növekedése, vagyis a lehûlés során ugyanis a 16O-izotóp nagyobb mennyiségben fagy be a jégbe, mint a 18O-izotóp. Így az óceánok vizének izotóp aránya a jégbe fagyott oxigénizotóp arányváltozásokat tükrözi, ami a földtörténet során számunkra az óceánokban élõ mészvázú élõlények héjában mért izotópváltozások formájában marad fenn, és szolgáltat értékes információt a klímaváltozásokról. Mint a 14. ábrán is látható, ezek az izotóp arányváltozások rendkívül jól korrelálnak az egykori besugárzás számított értékeinek változásaival.

Az ún. Milankoviæ-ciklicitást mutató negyedidõszaki globális klímaváltozások nem csak óceáni, hanem szárazföldi üledékekbõl is kiolvashatók. Ezek legismertebb példái a lösz-paleotalaj összetételû rétegsorok (14. ábra), de az elmúlt években hasonló ciklicitást sikerült kimutatni az Alföld nagy vastagágú negyedidõszaki folyóvízi rétegsorából is (15. ábra Nádor et al., 2003). A Körös-medencében mélyített Dévaványa D–1 és Vésztõ V–1 fúrások üledékes rétegsorának paraméterei (szemcseméret-eloszlás, mágneses szuszceptibilitás, ásványtani érettség, fauna- és flóratartalom) ciklikus eloszlást mutattak. A fúrások paramétereinek ciklicitása jellegében és idõbeli változásában jó korrelációt mutatott az ODP 677-es mélytengeri fúrás 18O-izotóp eloszlásával: a kb. egymillió évnél idõsebb szakaszon a 40 ezer éves, míg a fiatalabb szakaszon a 100 ezer éves periódus volt jellemzõ. A ciklusok számának, periodicitásának és alakbeli lefutásának nagyfokú hasonlósága a két eltérõ környezetben igazolta a vizsgált folyóvízi rétegsorok folyamatosságát, valamint azt is, hogy a folyóvízi üledékes ciklusok döntõen az éghajlatváltozásoktól függõ üledékbeszállítás függvényében alakultak ki, s ezért jól korrelálhatók a sarki jég pillanatnyi tömegétõl függõ mélytengeri izotópértékekkel.

Az utóbbi évtized hazai rétegsorokon végzett kutatásainak eredményeként részletes elemzések születtek a késõ miocén (Korpás-Hódi et al., 2000) és a késõ pleisztocén–holocén (például: Nagy-Bodor et al., 2000, Sümegi – Krolopp, 2002; Gábris et al., 2002) éghajlatváltozásairól is.


Következtetések


1. Amint az a fenti áttekintésbõl is egyértelmûen kirajzolódik, a Föld története során rendkívül erõteljes éghajlatváltozásokon ment keresztül. E változások idõtartamuk szerint négy csoportba sorolhatók.

A ma felismerhetõ leghosszabb idõtartamú változások, a melegházi és hûtõházi klímaszakaszok 106–108 évet ölelnek fel. Idõtartamuk és megjelenési módjuk is erõsen változó. E váltakozások következményei viszonylag jól ismertek, kiváltó okai azonban ismeretlenek, illetve e tárgyban csak feltételezésekre szorítkozhatunk.

A közepes idõtartamú (104–105 év) változások – az elõbbivel szemben – egyértelmûen periodikusnak bizonyultak, és jól egyeztethetõk a Föld pályaelemeinek (precesszió, tengelyferdeség, excentricitás) a fentiekben ismertetett változásaival. Minthogy a pályaelemek változásai számíthatóak, az ezzel összefüggésben lévõ, bonyolult visszacsatolásos folyamatsor eredménye, vagyis az éghajlati változások – legalábbis minõségi szinten – ugyancsak kalkulálhatóak.

A rövid idõtartamú (1–103 év), periodikusnak tetszõ változások hatásai különlegesen kedvezõ üledékképzõdési körülmények között (például zavartalan, folyamatos tavi rétegsorokban) jól kimutathatók, de az okokat egyelõre csak valószínûsíteni tudjuk (például napfolttevékenység).

Az egyszeri, katasztrofális események okozói lehetnek földi (például vulkánkitörések) vagy kozmikus eredetûek (például különbözõ méretû kozmikus testek becsapódásai). Ezeknek az éghajlatra és az ökológiai rendszerre gyakorolt hatása (például kihalások) nagyon különbözõ lehet; kutatásuk ma intenzíven folyik (Racki, 1999).

2. Az üvegházhatású gázok és más környezetszennyezõ anyagok szabályozatlanul növekvõ mértékû kibocsátása egyre nagyobb mértékben keltette fel az embereknek a lehetséges éghajlatváltozások iránti érdeklõdését. A média is hajlamos arra, hogy a várható éghajlatváltozást egyedül az emberi tevékenység rovására írja, ezért a geológiának kötelessége felhívni a figyelmet a változásokért felelõs egyéb, már jól vagy kevésbé jól ismert, illetve feltételezett természetes eredetû okokra, továbbá arra is, hogy egyéb jelentõs hatású, ma még egyáltalán nem ismert kiváltó okokkal is számolnunk kell. Ugyanakkor a számszerû értékeket tartalmazó elõrejelzésekhez szükséges lenne ismerni a kiváltó okok hatásmechanizmusát, a változások mértékét és sebességét (Bárdossy, 1996) is. E tekintetben ugyan vannak, de összességében még meglehetõsen szerények az ismereteink. Ebbõl adódóan ma a geológiai értelemben igen rövid távú (éves, évezredes) változások csak a legfiatalabb és lényegében közel folyamatos képzõdés mellett létrejött üledékekben vázolhatók fel.

3. Jelenleg egy hûtõházi klímaszakaszon belül egy interglaciális késõi szakaszában vagyunk. Nicole Petit-Maire (2000) szerint a legutóbbi glaciális minimum átlaghõmérséklet 4,5 °C-kal volt kisebb a jelenleginél, míg a legnagyobb holocén átlaghõmérséklet 2°C-kal volt nagyobb a jelenleginél. A természetes tendenciának a lehûlés látszik, de az általa is kalkulált modell szerint az ipari tevékenység következtében a következõ évtizedekben 1–4 °C-os globális felmelegedésre lehet számítani. Ma még megjósolhatatlan, hogy a természetes lehûlés ezt a melegedést milyen mértékig fogja csökkenteni, és – ami rendkívül lényeges – nem ismert a hõmérsékletváltozási folyamatok sebessége.

4. Az emberiségnek nem a holnapi gondja ugyan, a geológia mégsem mehet el szó nélkül a mellett a tény mellett, hogy a melegházi klímaszakaszt képviselõ kréta idõszak idején a globális átlaghõmérséklet 10 °C-kal haladta meg a jelenlegit (16. ábra). A melegházi és hûtõházi klímaszakaszok változásainak okát és szabályszerûségét nem ismerjük, de a földtörténetbõl levonható tapasztalatok alapján nyilvánvaló, hogy természetes okokra visszavezethetõ nagymértékû felmelegedésre a jövõben is sor fog kerülni. A Föld története során fajok milliói haltak ki, miközben újak jöttek létre. Az emberi faj létezésének tartománya (fajöltõje) megjósolhatatlan. Ez az ember esetében a biológiai mellett társadalmi tényezõktõl, továbbá a tudomány fejlõdésétõl is függ. Elképzelhetõ, hogy az emberi faj akár további millió éveket érhet meg, „Ha istenésszel, angyal érzelemmel / Használni tudnák éltök napjait”. Ebbõl adódóan a pillanatnyilag már látható és gondot okozó, közvetlen elõttünk állónál sokkal nagyobb mérvû változásokkal is szembesülhet az emberiség. (Erre figyelmeztet a 16. ábrán látható diagram.) Már fele vagy harmad akkora globális hõmérsékletemelkedés is, mint ami a kréta idõszakban végbement a poláris jégsapka nagymérvû, esetleg teljes megolvadásához is vezethet, aminek eredményeként a tengerszint 100–200 méterrel is meghaladhatja a jelenlegi értéket.

5. A földtörténeti múlt számos speciális rétegsorában mutattak ki ma még nem ismert okok által elõidézett, viszonylag rövid idejû (száz- vagy ezeréves nagyságrendû), többé-kevésbé szabályos periódus szerint ismétlõdõ klímaváltozásokat jelzõ rétegsorokat. A meteorológusokkal közösen végzendõ elemzések eredményeként remény van tehát olyan összefüggések felismerésére, amelyek alapján esetleg többéves, talán évtizedes, elfogadható valószínûségû klímaváltozási prognózisok is készíthetõk lesznek.

(A tanulmány a Magyar Tudományos Akadémia elõadóülésén, 2004-ben hangzott el. Ezt követõen számos tudományos közlemény foglalkozott az éghajlatváltozással, különösen annak az emberi tevékenység által elõidézett globális átlaghõmérséklet-növekedéssel, ami az emberiség szempontjából minden eddiginél nagyobb mérvû veszélyforrásként értékelhetõ. Jelen tanulmányban ezek elemzésére már nem volt módunk kitérni. Mindazonáltal nagyobb figyelmet kellene fordítanunk olyan integrált kutatásokra, amelyek eredményeként feltárhatjuk, hogy az emberi tevékenységtõl független természetes folyamatok a fent említett veszélyt tovább fokozzák, vagy éppen ellenkezõleg, mérséklik-e azt.)


Kulcsszavak: paleoklíma, klímajelzõ kõzetek, melegházi klímaszakasz, orbitális klímaciklusok

Irodalom

Balog Anna – Haas J. – Read, J. F. – Coruh, C. (1997): Shallow Marine Record of Orbitally Forced Cyclicity in a Late Triassic Carbonate Platform, Hungary. Journal of Sedimentary Research. 67, 661–675.

Bambach, Richard K. – Scotese, Ch. R – Ziegler, A. M. (1980): Before Pangea: The Geographies of the Paleozoic World. American Scientist. 68, 1, 26–38.

Bárdossy György (1996): Paleoklimatológia és õséghajlat-jelzõ földtani képzõdmények. Magyar Tudomány. 4, 472–480.

Bárdossy György – Aleva, Gerard J. J. (1990): Lateritic Bauxites. Elsevier Science Publishers Co. 624 P.

Barron, Eric J. – Washington, Warren H (1982): Cretaceous Climate: A Comparison of Atmospheric Simulations with the Geologic Record. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 40, 1–2, 103–133.

Berger, André L. (1978): Long-Term Variations of Caloric Insolation Resulting from The Earth’s Orbital Elements. Quarternary Research. 9. 239–267.

Berggren, William A. – Kent, D. V. – Swisher, C .C. – Aubry, M.-P. (1995): A Revised Cenozoic Geochronology and Chronostratigraphy. In: Berggren, William A. – Kent, D. V. – Aubry, M.-P. – Hardenbol, J. (eds.): Geochronology, Time Scales and Global Stratigraphic Correlation. SEPM Special Publication. 54, 129–212.

Embry, Ashton F. – Beauchamp, B. – Glass, D. J. (1994): Pangea: Global Environments and Resources. Canadian Society of Petroleum Geologists, Calgary. Memoir 17.

Fischer Alfred G. (1986): Climatic Rhytms Recorded in Strata. Annual Reviews of Earth Planetary Sciences. 14, 351–376.

Gábris Gyula – Horváth E. – Novothny Á. – Újházy K. (2002): History of Environmental Changes from the Last Glacial Period in Hungary. Praehistoria. 3, 9–20.

Houghton, John T. – Meira Filho, L. G. – Bruce, J. – Lee, H. S. – Callendar, B. A. – Haites, E. – Harris, N. – Maskell, K. (eds.) (1994): Climate Change. Radiative Forcing and an Evaluation of the IPCC IS92 Emission Scenarios. IPCC 1994. Cambridge University Press, Cambridge, UK

Imbrie, John – Hays, J. D. – Martinson, D. G. – Mcintyre, A. – Mix. A. – Morley, J. J. – Pisias, N. G. – Prell, W. – Shackleton, N. J. (1984): The Orbital Theory of Pleistocene Climate: Support from a Revised Chronology of the Marine δ18O Record. In: Berger, André – Imbrie, J. – Hays, J. D. – Kukla, G. – Saltzman, B. (eds.): Milankovitch and Climate. D. Reidel, Hingham, Mass., 269–305.

Korpás-Hódi M – Nagy E. – Nagy-Bodor E. – Székvölgyi K. – Ó. Kovács L. (2000): Late Miocene Climatic Cycles and Their Effect on Sedimentation (West Hungary). In: Hart, Malcolm B. (ed.) Climates: Past and Present. The Geological Society Special Publications. 181, 79–88.

Kukla, George – An, Z. S. – Melice, J. L. – Gavin, J., – Xiao, J. L. (1990): Magnetic Susceptibility Record of Chinese Loess. Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences. 81, 263–288

Matthews, Martin D. – Perlmutter, Martin A. (1994): Global Cyclostratigraphy: An Application to the Eocene Green River Basin. In: De Boer, Poppe L. – Smith, David G. (eds.): Orbital Forcing and Cyclic Sequences. IAS Special Publications, Blackwell. 19, 459–481.

Merrits, Dorothy – De Wet, A. – Menking, K. (1998): Environmental Geology: An Earth System Science Approach. W. H. Freeman Company, New York

Nagy-Bodor Elvira – Járai-Komlódi M. – Medve A. (2000): Late Glacial and Post-Glacial Pollen Records and Inferred Climatic Changes from Lake Balaton and the Great Hungarian Plain. In: Hart, Malcolm B. (ed.) Climates: Past and Present. The Geological Society Special Publications. 181, 121–133.

Nádor A. – Lantos M. – Thamóné Bozsó E. –Tóthné Makk Á. (2003): Milankovitch-scale multi-proxy records for the fluvial sediments of the last 2.6 Ma from the Pannonian Basin, Hungary. Quaternary Science Reviews 22, 2157–2175.

Olsen Paul E. (1986): A 40-Million-Year Lake Record of Early Mesozoic Orbital Climatic Forcing. Science. 234, 842–848.

Parrish, Judith Totman – Ziegler, A. M. – Scotese, C. R. (1982): Rainfall Patterns and the Distribution of Coals and Evaporites in the Mesozoic and Cenozoic. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. Elsevier Sciences. 40, 67–101.

Petit-Maire, Nicole (2000): The Future World Seen Through the Recent Past. Abstract Volume, Rio De Janeiro

Racki, Grzegorz (1999): Silica- Secreting Biota and Mass Extinctions: Survival Patterns and Processes. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 154. 107–132.

Raymo, Maureen E. – Ruddimann, William F. (1992): Tectonic Forcing of Late Cenozoic Climate. Nature. 359, 117–122.

Saltzman, Matthew R. – Ripperdan, P. L. – Brasier, M. D. – Lohmann, K. C. – Robison, R. A. – Chang, W. T. – Peng, S. – Egaliev, E. K. – Runnegar, B. (2000): A Global Carbon Isotope Excursion (SPICE) During the Late Cambrian: Realation to Trilobite Extinctions, Organic Matter Burial and Sea Level. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 162. 211–223.

Schwarzacher, Walther – Haas János (1986): Comparative Statistical Analysis of Some Hungarian and Austrian Upper Triassic Peritidal Carbonate Sequences. Acta Geologica Hungarica. 29, 175–196.

Shackleton, Nicholas J. – Berger, A. – Peltier, W. R. (1990): An Alternative Astronomical Calibration of the Lower Pleistocene Timescale Based on ODP Site 677. Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences. 81, 251–261.

Sümegi Pál – Krolopp Endre (2002): Quatermalacological Analyses for Modeling of the Upper Weichselian Palaeoenvironmental Changes in the Carpathian Basin. Quaternary International. 91, 53–76.

Tardy, Yves – Roquin, Claude (1998): Dérive des continents. Paléoclimats et altérations tropicales. Edition BRGM, Orleans

Vail, Peter R. – Mitchum, R. M. – Thompson, S. (1977): Seismic Stratigraphy and Global Changes of Sea Level. Part 3: Relative Changes of Sea Level from Coastalonlap. In: Payton, Charles E. (ed.) Seismic Stratigraphy – Applications to Hydrocarbon Exploration. American Association of Petroleum Geologists Memoirs. 26, 83–97.

Ziegler, Alfred M. – Scotese, C. R. – McKerrow, W. S. – Johnson, M. E. – Bambach, R. K. (1979): Paleozoic Paleogeography.  Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 7, 457–502.




1. ábra • A Föld relatív globális hõmérsékletének változását mutató görbe az eljegesedési idõintervallumok (vízszintes sávozás), a kiugróan nagy átlaghõmérsékletû idõintervallumok (rácsozott szakaszok), valamint az eljegesedések idõtartamának és az eljegesedések közötti idõtartamoknak a feltüntetésével, továbbá a kontinensek idõben változó helyzetének szemléltetésével (Merritts, 1998 nyomán)

2. ábra • A fanerozoikumi éghajlat leegyszerûsített eloszlási képe a melegházi és hûtõházi szakaszokkal, jégtakarókkal, anoxikus szintekkel (A és B), a levegõ-oxigén és szén-dioxid eloszlásával, a kontinensek tengerrel borítottságával és a vulkanizmus mértékének idõbeli változásával (Fisher, 1984 nyomán, módosítva, kiegészítve)

3. ábra • A Föld keringési pályaelemei és változásuk periodicitása

4. ábra • A keringési pályaelemek André Berger (1978) által kiszámított változásai az elmúlt 800 ezer évre vonatkozóan

5. ábra • A légköri áramlási rendszerek helyzete klíma minimum és klíma maximum esetén (Matthews – Perlmutter, 1994)

6. ábra • A Newark-medencei triász tavi üledékek ciklicitása jól tükrözi a Föld keringési pályaelemeinek változási ciklusait (Olsen, 1986 nyomán)

7. ábra • A Green River-medence eocén szárazföldi üledékképzõdési környezeteinek változásai egy klímaciklus során (Matthews – Perlmutter, 1994)

8. ábra • A kontinensek eloszlása a késõ kambrium idején a sekélytengeri és a síkvidéki szárazulati területekkel, a hegyláncok helyzetével, az evaporit-elõfordulási területekkel, valamint a csapadékeloszlási képpel (Bambach et al., 1980; Tardy – Roquin, 1998)

9. ábra • A kontinensek eloszlása a kora devon idején a sekélytengeri és a síkvidéki szárazulati területekkel, a hegyláncok helyzetével, az evaporit-elõfordulási területekkel, valamint a csapadékeloszlási képpel (Bambach et al., 1980; Tardy – Roquin, 1998)

10. ábra • A kontinensek eloszlása a késõ karbon idején a sekélytengeri és a síkvidéki szárazulati területekkel, a hegyláncok helyzetével, az evaporit- és kõszén-elõfordulási területekkel, valamint a csapadékeloszlási képpel (Bambach et al., 1980; Tardy – Roquin, 1998)

11. ábra • A kontinensek eloszlása a késõ kréta idején a sekélytengeri és a síkvidéki szárazulati területek megkülönböztetésével, a hegyláncok helyzetével, az evaporit- és kõszén-elõfordulások feltüntetésével, valamint a csapadékeloszlási képpel (Ziegler et al., 1979; Parrish et al., 1982)

12. ábra • A 18O-izotóparány változása a krétától napjainkig (Raymo – Ruddimann, 1992)

13. ábra • A szén-dioxid- és a metántartalom változásai, valamint a becsült hõmérséklet-értékek a vostoki jégmagból az elmúlt 220 ezer évre vonatkozóan (IPCC, 1994)

14. ábra • A júniusi besugárzás (Berger, 1978), a 18O-izotóparányok (Imbrie et al., 1984; Shackleton et al., 1990) és egy kínai löszszelvény mágneses szuszceptibilitás-változásainak (Kukla et al., 1990) korrelációja, amelyek ciklikus jellege a negyedidõszaki klímaváltozásokat jelzi

15. ábra • A mágneses szuszceptibilitás és az átlagos szemcseátmérõ változásai a Dévaványa Dv–1 alapfúrásban, és a ciklusok korrelációja az ODP 677 mélytengeri fúrás 18O-izotóparány változásaival (Nádor et al., 2000)

16. ábra • A Föld átlaghõmérséklete és annak szélességi körök szerinti eloszlása a kréta idõszakban és a holocén folyamán (Tardy et al., 1998 nyomán)


<-- Vissza a 2008/06 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra


[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]