Magyar Tudomány, 2008/06 663. o.

A klíma- és környezetváltozások földtudományi összefüggései



A földtörténet klímaváltozásai és azok tanulságai


Császár Géza

az MTA doktora, tanszékvezet

ELTE Regionális Földtani Tanszék

csaszarg mail . datanet . hu


Haas János

a földtudomány doktora, kutatóprofesszor

kutatócsoport-vezet, MTA–ELTE Geológiai,

Geofizikai és rtudományi Kutatócsoport

haas ludens . elte . hu


Nádor Annamária

PhD, kutatási igazgatóhelyettes

Magyar Állami Földtani Intézet

nador mafi . hu


Bevezetés


Az üvegházhatású gázoknak – fként a vezet ipari országokban – az utóbbi két évtizedben bekövetkezett növekv mérték kibocsátása és az ennek megfékezését célzó erfeszítések elmaradása (Kiotó, 1997 stb.) egyre fokozódó érdekldést, st feszültséget kelt nem csupán a meteorológiával foglalkozó szakemberek és jövkutatók, hanem a kormányok, st a lakosság széles körében is. Ezzel összhangban az éghajlattal kapcsolatban álló tudományterületek képviseli 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 képzd és elnyeld óceáni lemezeket, a fként ezekhez kötd vulkanizmussal, a hegyláncok felgyrdésével, továbbá a tengeri és szárazföldi üledékképzdés különböz kérdéseivel együtt. Ez utóbbin belül kiemelt figyelmet fordítanak az üledék jellegének, mennyiségének, eloszlásának változásaira, minthogy ezek a képzdmények rizték meg számunkra kövület formájában a mindenkori élet nyomait, amelyeknek egyirányú változásain, fejldésén a földtörténeti múlt tagolása ma is alapszik. Az aktualizmus elvét szem eltt tartva az üledékek jellege és a bennük lév smaradványok alapján már a geológiai kutatás korai szakaszában rekonstruálni próbálták a képzdmények keletkezési körülményeit, beleértve az adott idszak és terület hmérsékletének és csapadékmennyiségének értékelését is. A tudomány fejldése a késbbiekben lehetvé tette, hogy a radioaktív elemek bomlási termékeinek mérése alapján a földtörténeti idszakok tartama években is kifejezhetvé váljék, majd a stabil izotópok rendszeres mérésének köszönheten a környezet állapotára vonatkozó egyéb körülmények is egyre pontosabban számszersíthetk lettek. Ezek sorában kiemelked jelentség az oxigén nehéz izotópjának (O18) tér- és idbeli mennyiségi eloszlására vonatkozó adatok ismerete, mert ennek változása igen szoros összefüggést mutat a tengervíz hmérsékletének változásával. A növekv adatok birtokában a geológia tehát rekonstruálni képes az egyes kontinensek helyzetének idbeli változásait (idleges egyesülését, szétválását, forgását), a tengerrel borítottság mértékének változását, tengerek, tavak mélységének és hmérsékletének, 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 jövjét alapveten befolyásoló stratégiai döntések mérlegelésénél.


A klímatényezkrl általában


Az éghajlat a Földre ható rendkívül összetett, gyakran ellentétes irányú küls és bels hatások eredjeként alakul ki. A küls hatások közül minden kétséget kizáróan a Napból származó besugárzás a legfontosabb, de egyéb küls (kozmikus) tényezk, például Naprendszer bolygóinak a Föld pályaelemeit módosító hatása, vagy a kozmikus testek becsapódása is fontos szerepet töltenek be, ugyanakkor nagyobb idtávlatokban a Naprendszernek más rendszerekhez viszonyított helyzete ma még felbecsülhetetlen változások okozója lehet. Földünk klímáját végs soron a litoszféra, az atmoszféra, a hidroszféra és a bioszféra összetett és bonyolult kölcsönhatása szabja meg. Az éghajlatot meghatározó tényezk, illetve azok sajátosságának nyomai a kzetben megrzdhetnek, és megfelel módszerekkel azokból kinyerhetk. A küls tényezkön túlmenen ezek sorában az egyik legjelentsebb a kontinensek konfigurációjának a földtörténet során bekövetkezett változása volt. A kontinensek alakja, mérete, eloszlása, ezen belül a magas hegyláncok elrendezdése alapveten befolyásolja az óceáni és légköri áramlások kialakulását.

A fenti tényezk hatásának eredjeként kialakuló éghajlat leginkább meghatározó jellemzje a hmérséklet. A nagyszámú oxigénizotóp-mérésnek köszönheten a földtörténet fanerozoikumának (a többnyire szilárd vázzal rendelkez szervezetek maradványait, nyomait rz utóbbi mintegy 570 millió éves szakaszának) globális átlaghmérséklet-eloszlására ma már számszersített értékekkel is rendelkezünk, de a Föld teljes történetére kiterjed hmérsékletváltozásnak mindmáig csak relatív értékei adhatók meg a Föld nagyobbik, afanerozoós (a napjainktól számított 570 millió év eltti) szakaszára. A teljesebb kép érdekében (1. ábra) ezért mi is az utóbbi megoldást választottuk a hmérsékletváltozás bemutatására (Merrits, 1998). Az ábráról rendkívül tág határok között változó idtartamú hideg klímájú (eljegesedési) idszakaszok 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 ismerhet fel szabályszerség az egyes hideg klímaszakaszok között eltelt id 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, fként, ha figyelmen kívül hagyjuk az ábrán nem szerepl, rendkívül rövid idej oligocén eleji hvös 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 ter környezetbe kerül, ami a besugárzás mértékét is jelentsen befolyásolhatja. A hideg klímaszakaszok közötti kiugróan nagy átlaghmérséklet idintervallumok közül csupán a kréta idszak esik a fanerozoikumra.

A fanerozoikum éghajlatát Alfred G. Fischer (1986) jelents mérv egyszersítésekkel, összevonásokkal melegházi (greenhouse) és htházi (icehouse) szakaszokra tagolta (2. ábra). A htházi szakaszok középs részére estek az eljegesedési periódusok, míg a két melegházi szakasz közül a mezozoós–kainozoós szakasz közepét jelent kréta idszakra hmérsékleti maximum, az ópaleozoikum közepére rövid idej eljegesedés esik. Az óceánokban jelentsebb mérv oxigénhiány (anoxia) a melegházi szakaszok jellemzje (Racki, 1999), amit az idéz el, 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. Közelítleg ezekkel látszik korrelálni a mindenkori légkör szén-dioxid mennyiségének eloszlása is, amelyet az ásványokban lév zárványokból határoznak meg. Ennek a diagramon (2. ábra) látható legnagyobb értéke – ami a mai értéknek tizenkétszerese – a paleozoós melegházi szakasz legelejére esik. Feltn 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 egyértelmvé teszik, hogy a ma leginkább meghatározónak tekintett melegházhatású gázok legjelentsebbjének, vagyis a szén-dioxidnak az eloszlásán, valamint a vulkáni aktivitás mértékén túlmenen, ma még egyértelmen meg nem határozható további okoknak is jelents szerepük lehetett az éghajlat fentiekben jelzett, késbb részletezend alakulásában. Ezek sorában az egyik legfontosabb a Naptól származó besugárzás mértékének ugyancsak különböz okokra visszavezethet változása lehetett. Az adatok szerint (2. ábra) a légkör oxigéntartalmának változása a szén-dioxid-tartalom változásával alapveten ellentétes lefutást mutat. Ennek leglátványosabb megnyilvánulása, hogy a szén-dioxid-tartalom eddigi (karbon idszaki) minimuma, amely a mai értéknél is kisebb volt, teljesen egybeesik az oxigéntartalom eddigi maximumával (kb. 35 %). Ugyanakkor ez az összefüggés nem tekinthet mindenütt egyértelmnek: esetenként együttfutásra is van példa, ami ersíti az egyéb tényezk alkalmankénti meghatározó szerepének lehetségét is. További fontos adalékot jelent az egyes tényezk szerepének változékonyságára a szén-dioxid-tartalom és a hmérséklet eloszlásának egybevetése. Mint láttuk, a nem kiugróan meleg kambrium elején a szén-dioxid-tartalom a mai érték tizennyolcszorosa volt, míg a jóval melegebb kréta idszakban csupán hatszorosa.

Mindazonáltal nem kétséges, hogy a hmérséklet alakulásában – elssorban a megszerzett h mennyiségének megtartásában – az egyik legfontosabb tényez a leveg szén-dioxid-tartalma. A kambriumot megelzen a légkör szén-dioxid-tartalma ersen kérdéses, de a mai értéknél mindenképp jóval nagyobb, akár több százszorosa is lehetett. Ez valószínleg kulcsfontosságú tényez volt a Föld hmérsékletének stabilizálásában a prekambrium során. Az akkori kismérték besugárzás miatt a hmérséklet jóval kisebb lett volna, de a légkör nagy szén-dioxid-tartalma melegházhatást eredményezett, amit az élet fejldésének alakulása szempontjából a szakemberek dönt tényeznek tekintenek.

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

Felmerülhet a kérdés: hogyan ismerhetk fel a földtörténeti múlt éghajlatának változásai, és milyen alapon beszélhetünk számszer értékekrl. A földtani képzdményeknek, illetve azok bizonyos alkotóinak (smaradványok, ásványok, elemek vagy izotópok) gyakorisága és eloszlása, a kontinensek elrendezdése, a szubdukciós (kéregbetolódási) övek helyzete és gyakorisága mennyiségi, máskor csak minségi adatokat szolgáltatnak a hmérséklet nagyságának, lokális és globális eloszlásának változásairól. A csapadék mennyiségének és éves eloszlásának mértékérl elssorban a növényzet (fként a leveleken lév légznyílások srsége, valamint a spóra- és pollentartalom), másodsorban a klímajelz kzetek nyújtanak tájékoztatást. Az evaporitok például kifejezetten csapadékszegény, arid (meleg) éghajlatot, a bauxitok trópusi, de szezonálisan változó csapadékkal jellemezhet éghajlatot jeleznek (Bárdossy – Aleva, 1990). A nagy vastagságú, sekélytengeri karbonátos rétegsorok trópusi, esetleg szubtrópusi éghajlaton keletkeznek. A kszénlápok relatíve jelents 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 szemcseösszetétel üledék) hideg, glaciális környezet szülötte. Az üledékes kzetek egyes ásványaiba, smaradványok szilád vázába beépült oxigénizotóp-arány az egykori hmérsékleti viszonyok kiváló jelzje. A mindenkori légkör összetételét rögzítik a kzetekben a legutóbbi néhány százezer évre vonatkozóan a jégben megrzdött gázzárványok. Ennek megfelelen az oxigén, annak izotóp aránya (és ebbl a közeg hmérséklete), továbbá a szén-dioxid mennyisége a gázzárványadatok tömegébl számolható.

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


A Föld keringési pályaelemeinek változása

és a rövid idtartamú klímaváltozások –

orbitális ciklusok


Milutin Milankovi 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 idben rendkívül hosszadalmas – munkáját Budapesten a Magyar Tudományos Akadémia épületében hadifogolyként végezte.

A besugárzást jelentsen befolyásoló pályaelem-változások periódusideje három tényeztl függ (3. ábra). Az excentricitás, azaz a Föld Nap körüli keringési pályájának módosulása 100 és 410 ezer éves periodicitást mutat. A tengelyferdeség kismérték (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 f 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 eredjébl adódik.

A ferdeség és a precesszió periódusa, mivel a Föld forgási sebességétl és a Föld–Hold távolságtól függ, a földtörténet során változott. A tengelyferdeség változása számottev, a fanerozoikum kezdetén csupán 27 ezer év lehetett a jelenlegi 41 ezer év helyett. A precessziós f periódusok tartama 17 és 19 ezer év volt, ami geológiai értelemben nem jelents különbség a mai értékekhez képest. Nem tnik 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 hkiegyenlítdés mértékének változását eredményezi.

Az éghajlatváltozások a htházi klímaszakaszok idején jelentsebbek, de a melegházi szakaszokban is kimutathatók. Az üledékképzdés jellegét a hmérsékletváltozásnál 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 Egyenlít irányában, a maximális besugárzás szakaszaiban az egyenlíti Hadley-cella (5. ábra) hódít teret a pólusok irányában.

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

Az orbitális ciklusok kitn példáit ismerjük a földtörténeti középkor triász idszakából, amely egy sok tízmillió év idtartamú „htház” és egy hasonlóan hosszú „melegház” idszak határára esik.

A triász idszak vége felé, kb. 220–210 millió évvel ezeltt, gyorsan süllyed rift árokban hatalmas kiterjedés tórendszer jött létre az Appalache-hegység keleti elterében, amelyben a mintegy 6 km vastag rétegsor rakódott le. Az e rendszerhez tartozó Newarki-medence rétegsorát fúrásokkal tökéletesen feltárták. A több nagyságrendben is ciklikus felépítés rétegsor (6. ábra) elemi ciklusa egyre mélyül környezetben létrejött rétegekkel indul, majd a legnagyobb mélységet elérve sekélyesedés nyomai figyelhetk meg a teljes kiszáradást jelz kzetfajtákig. A ciklusok képzdésének ideje kb. 20 ezer év, ami a precessziós ciklusok képzdési idejével azonosítható (Olsen, 1986). Az elemi ciklusok cikluskötegekbe szervezdnek, melyek a rövidebb és a hosszabb idtartamú excentricitási ciklusokkal hozhatók kapcsolatba (6. ábra). A jelenlegi feltételezések szerint a perm idszakban kiemelkedett Appalache-hegységvonulat magashegységi jégtömegének változása határozhatta meg elssorban ennek a triász tónak a vízszintjét. A magashegységi jégtakarók térfogatváltozásai ugyanakkor a világtengerek szintjének változásához is hozzájárulhattak.

Hasonló idtartamú ciklicitást sikerült kimutatni a Newarki-medence tavi rétegsoraival egyidej hazai sekélytengeri karbonátos kzetekben is. A Bakonyban és a Gerecsében mélyült fúrások a Dachsteini Mészk 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 képzdési idtartama 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 szervezdnek, melyek az excentricitási ciklusokkal hozhatók kapcsolatba.

Klímaváltozásokat tükröz ciklusos rétegsorok szárazföldi medencékben is létrejöhetnek. A klíma ugyanis nagymértékben meghatározza a mállás, továbbá a folyóvízi szállítás intenzitását és ezen keresztül az üledékgyjt medencébe kerül üledék mennyiségét és jellegét is. Matthews és Perlmutter (1994) az Egyesült Államok középs részén a Green River-i-medence eocén folyóvízi-tavi rétegsorát vizsgálva mutatta ki a Milankovi-ciklusokra visszavezethet 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 követen újra ariddá vált. Ennek megfelelen alakultak az üledékképzdési viszonyok a kontinentális medencében (7. ábra). A csapadékviszonyok változását a szárazföldi növények spóra-pollen együttesének elemzése is alátámasztotta.

Bizonyos körülmények között, a kzetek vékony réteglemezei az éghajlat egészen rövid idej változásait is megrizhetik. Évszakos változások nyomát mutatták ki gleccsertavak és lefolyástalan sós tavak üledékeiben, tengertl elrekesztett lagúnák, pangó viz anoxikus tengermedencék rétegsoraiban. Az évszak váltakozása ez esetben a milliméteres, centiméteres rétegek vastagságának és összetételének változásaiban tükrözdik. A tómedencébe például a csapadékos évszakban nagyobb mennyiség hordalék kerül be a környez hegyvidékrl, mint a száraz évszakban, vagy a sós tavakban a víz bepárlódásával a száraz évszakban képzdnek a sókiválások.

Tavi (ún. varv típusú) üledékek réteglemezeinek vastagságváltozása alapján egészen rövid idtartamú 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 megfigyelhet 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 fként els, közel 3,5 milliárd évérl alig van adatunk. Az élet els kezdetleges formái kb. 3,8 milliárd éve jelentek meg a Földön, de ezek az egykori klímáról szinte semmit nem mondanak. Az els üledékes kzetek, amelyek kb. 3,7 milliárd éve képzdtek, felteheten a mainál kb. 10°C-kal melegebb átlaghmérséklet 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 ebbl az idbl az akkor egyenlítközeli helyzetben lev 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 nagyméret vulkánkitörések és az ezt követen megntt légköri szén-dioxid-tartalom vezethetett a „hólabda állapot” megsznéséhez. Ezután a Földön kb. egymilliárd évig jégmentes állapot uralkodott.

Kb. egymilliárd évvel ezeltt kezddött el a földtörténetnek azon idszaka, amelybl 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 ezeltt, 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 egyenlít menti óceánok jégmentesek maradtak, aminek dönt fontossága lehetett az élet fennmaradása szempontjából.


A földtörténet paleozoós szakasza


A prekambrium végén, kb. 700 millió éve a magasabb rend növények és az els 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 rendelkez szervezetek, így a klímára vonatkozó paleontológiai anyag is gyakorlatilag ettl az idtl áll rendelkezésre.

Az alábbiakban a mintegy 570 millió év idtartamú fanerozoikum éghajlatának változásait kívánjuk röviden áttekinteni néhány jellemz pillanatának – sföldrajzi 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 éghajlatjelz üledék (evaporit, kszén, paleotalaj, bauxit, eolikus homok, zátony mészk, glaciális üledék stb.) közül a jelentsebb evaporit- és kszénelfordulásokat tüntettük fel – részben elterjedésüknek megfelelen, részben szimbólummal. Valamennyi térképváltozat tartalmazza továbbá a csapadék mennyiségének négy relatív kategóriába összevont eloszlását.

A kés kambriumban (8. ábra) a mai Eurázsiát alkotó öt önálló kontinenssel szemben az egykori déli nagy skontinens, a Gondwana, egyetlen kontinensegységet formált. Az éghajlat szempontjából azonban meghatározó jelentség az a körülmény, hogy a kontinensek az Egyenlít közelében helyezkedtek el. Matthew R. Saltzman és munkatársai (2000) rekonstrukciójában Baltika Szibériától délre, Kína pedig a déli féltekére esett. Ez a kontinens-elrendezdés, ezen belül a hegyláncok eloszlása akadálytalan globális hkicseréldést tett lehetvé mind az óceánokban, mind a légkörben. Sok csapadék kizárólag az Egyenlít szkebb környezetében hullott, míg kevés csapadék a mai Afrika északkeleti, Laurentia (Észak-Amerika) keleti és Ausztrália középs részén fordult el. Evaporit-elfordulások a térítk környezetébl ismertek. A kszén-elfordulások hiányát a megfelel növényzet hiányával magyarázhatjuk. Ezt követen a szilur elején (kb. 440 millió éve) ugyan volt egy rövid idej eljegesedés, de ez a hosszú melegházi perióduson belül csupán epizódként jelent meg.

A kora devon (9. ábra) idejéig a kontinensek helyzetét illeten jelents mérv átrendezdés zajlott le: a Gondwana egyre inkább a déli pólus felé tolódott el, míg a késbbi Eurázsiát alkotó kontinensek az északi irányú mozgásuk során egyre közelebb sodródtak egymáshoz, st a Iapetus-óceán bezáródásával Laurussia néven egyesült Lauerentia (Észak-Amerika) és Baltika – együttesen seurópa –, miközben hatalmas kiterjedés, észak–déli orientációjú hegylánc alakult ki az Egyenlít környékén. Ennek megfelelen a hkicseréldés a korábbihoz viszonyítva némileg korlátozottá, és a csapadékeloszlás is differenciáltabbá vált. Sok csapadék ezúttal is csak az Egyenlítt övezen 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 jelz evaporit-elfordulások eloszlása között.)

A kés karbon idejére (10. ábra) a korábbi melegházi viszonyokkal szemben htházi körülmények jöttek létre. A Gondwanát és Laurussiát egyesít Pangea szuperkontinens majdnem maradéktalan kialakulásának, valamint a kontinensek nagy részére kiterjed, nagyrészt észak–déli, mindamellett tekintélyes kelet–nyugati irányú hegyláncok létrejöttének (Embry et al., 1994) köszönheten ersen korlátozottá vált a globális hkicseréldés mind az óceánokban, mind a légkörben. Az óriási méretvé vált Pangea déli, gondwanai részén hatalmas méret eljegesedés alakult ki, amelynek északnyugati nyúlványai megközelítették a 30. déli szélességet. A kontinenseloszlással és a korlátozott hkicseréldéssel összhangban rendhagyó volt a csapadék eloszlása, és talán összmennyisége is kevesebb volt a korábbiaknál. Sok csapadék csupán a Paloe-Tethys legbels 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 kszénlápok fejldtek ki nemcsak a kifejezetten csapadékos (a térképen „sok csapadék” jelzés), hanem a viszonylag sok, st egyes esetekben a viszonylag kevés csapadékú területeken is, mégpedig nemcsak az Egyenlít környéki övezetben, hanem a Pangea északi mérsékelt övezetében is. Különös ugyanakkor, hogy a Gondwanán – az egyenlíti övezetet is beleértve – alig van kszén-elfordulás. A fentiekkel összhangban a kés karbon idején lényegesen szerényebb mérték az evaporitos területek kiterjedése.

A kés karbon htházrendszer kialakulásában a fent jelzetteken túlmenen minden bizonnyal meghatározó szerepet játszott a szén-dioxid-tartalom jelents részének a légkörbl történt kivonódása és a kszénrétegekben való óriási mérték felhalmozódása, ami a Földre jutó vagy ott képzdött h jelents részének a világrbe történ kisugárzásával járt együtt. További jelents tényezként értékelik a jelenség létrejöttében Peter R. Vail és munkatársai (1977) a nagymérv tengerszintesést, és Alfred G. Fischer (1984) az ezt elidéz lelassult óceáni lemezképzdést (spreading), ami egyrészt csökkent mérték víztömeg-átrendezdéssel, másrészt a Föld belsejébl kisebb mérv hfeláramlással járt. Ehhez számíthatjuk még azt a körülményt is, hogy a szuperkontinens alatt termeld h csak korlátozott mértékben jutott a légkörbe, ezért az jelents mértékben megemelte a kontinentális kérget. Ez utóbbi körülménnyel hozható kapcsolatba, hogy a tagolt térszín eljegesedési területen belül a mélyebb völgyekben gazdag flóra létezett.


A földtörténet mezozoós szakasza


A Föld a kés-paleozoós eljegesedést követen a htházi 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 szélesed óceánág, a Panthalassa-világóceán hatalmas, a Pangeába messze benyúló öbleként. Az Eurázsai-lemez alá tolódó Paleo-Tethys beszkülésével párhuzamosan a kés perm majd a triász idején új óceánmedence – a Neo-Tethys – kezdett keletrl nyugat felé felnyílni. A perm–triász intervallumban tehát az egyenlít közelében elhelyezked öbölszer Tethys-óceánt minkét oldalról a hatalmas Pangea kontinens szegélyezte, és ez a szituáció igen erteljes monszun- („megamonszun”) cirkulációt eredményezett (Parrish, 1993). A monszunrendszer kialakulásában a Tethys északi peremét övez hegyvonulatoknak is jelents szerepük lehetett.

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

A perm és a triász idszak határán viszonylag rövid id alatt hatalmas környezeti katasztrófa zajlott le, ami a Föld élvilágának hihetetlen mérték kipusztulásához vezetett: az állat- és a növényfajok több mint 90 %-a végleg eltnt. A mai ismeretek szerint a környezeti katasztrófa egyik lényeges eleme a globális felmelegedés, a szélsségesen melegházi klíma kialakulása volt, így e katasztrofális helyzet kialakulása igen tanulságos a klímaváltozások megértése szempontjából is. A levélmaradványokon megfigyelhet légznyílások (sztomák) srsége egyértelmen jelzi a légköri CO2 drámai megnövekedését a határnál. A légköri szén-dioxid hirtelen megnövekedése a Szibériában ekkor lezajlott hatalmas méret bazaltvulkánossághoz köthet, részben közvetlenül, részben közvetett módon. A vulkáni mködés során nagymeny-nyiség CO2 került a levegbe, ami az üvegházhatás ersödéséhez 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 élvilágra nézve katasztrofális következményekkel járt. A hirtelen klímaváltozás a kontinenseken is felborította a bioszféra érzékeny egyensúlyát. Hasonló folyamatok játszódtak le a triász idszak végén is, ugyancsak rendkívül jelents kihalást eredményezve, amiért valószínleg a Közép-atlanti magmás provincia bazaltvulkánjai tehetk felelssé.

A jura idszak folyamán a Tethys tovább szélesedett, megkezddött az Atlanti-óceán felnyílása, ami a Pangea feldarabolódásához és a monszunhatás megsznéséhez vezetett.

Természetesen a hosszú mezozoós melegházi periódus éghajlatában egyéb jelentsebb változások, lehlések is kimutathatók. Ezek azonban nem mérhetk össze a szilur elejei eljegesedéssel, bár a kora kréta idején, 128–126 millió éve, lezajlott jelentsebb tengerszinteséssel kapcsolatban felmerült a sarki jégsapka kialakulásának lehetsége is. A kés kréta kori viszonyokat (11. ábra) a kés karbonnál lényegesen tagoltabb kontinenselrendezdés, ugyanakkor hatalmas kiterjedés, fként észak–déli irányú hegyláncok létrejötte jellemzi. Ennek megfelelen, elvileg korlátozott globális hkiegyenlítdéssel lehetne számolni. Az slénytani és kzettan-geokémiai adatok szerint viszont kitn volt a hkiegyenlítdés. Az átlaghmérséklet 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 megfelelen nemcsak az egyenlít 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 kszén-elfordulások ismertek az északi féltekén még a poláris övben is. A sok csapadéknak megfelelen korlátozott mérték volt az evaporit-képzdés, amely az Egyenlíttl északra es területekre korlátozódott.


A földtörténet kainozoós szakasza


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

Az eocén az igazán melegházi viszonyok utolsó szakaszát képviseli. sföldrajzi és klimatikus viszonyainak lényeges vonásai megegyeznek, vagy nagyon hasonlítanak a kés krétáéra. Az Atlanti-óceán tágulásával észak– déli irányban növekszik, a Tethys–Földközi-tenger szkülésével kelet–nyugati irányban csökken az óceánokban a hkiegyenlítdés lehetsége. Lényegesen összeszkült a kontinentális lemezeken a tengerrel borított terület, és korlátozottabb a sokcsapadékú terület elterjedése is. Változatlanul jelents volt a kszénlápok kiterjedése, immáron Ausztráliában is. Ugyanakkor lényegesen nagyobb területen képzdtek evaporitok, elssorban a Ráktérít környezetében és attól északra.

Az eocént követ idszakokban fluktuáló jelleggel folyamatos hmérséklet csökkenés tapasztalható, amely már egy újabb htházi szakasz részének tekinthet. A lehlés több tényezvel 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, csökken légköri szén-dioxid-tartalom stb. Az eocén–oligocén határ közelében (38 millió éve) történt hirtelen hlés a világtenger szintjének drasztikus csökkenésében is jelentkezett. Ennél is jelentsebb 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 történ mozgása elsegítette az Antarktisznak a cirkumpoláris áramlások által történ elszeparálódását. Az Antarktisz 50 millió évvel ezeltt kialakult els hegyvidéki gleccserei tovább nttek, és fokozatosan tért hódított a belföldi jégtakaró, noha pollenadatok alapján 25 millió éve még léteztek erds területek a kontinensen.

12–14 millió évvel ezeltt az északi féltekén is megindult a gleccserek képzdése a hegyvidéki területeken, és az Antarktisz keleti része is eljegesedett. A másik jelents klímaesemény ebben az idszakban 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 jelentsen megemelkedett, és a klíma melegebb lett, ami kb. 3 millió évig, a középs pliocénig tartott. Kb. 2,5 millió évvel ezeltt egy hirtelen lehlés és tengerszintesés következett be, ami az északi félteke jégsapkájának kialakulásával hozható összefüggésbe.


A jelenkori klímaviszonyok közvetlen elzménye – a jelenkori htházi állapot


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

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

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

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

A jégmagok egyes rétegei savasságának mérése a fbb vulkáni tevékenységrl ad információt. A klímaváltozást potenciálisan befolyásoló jelentsebb vulkánok kitörésük során nagy mennyiségben kénvegyületeket bocsátanak a légkörbe, amelyek hosszú élet kénsavas aeroszolokat alkotnak a sztratoszférában. A sarkvidéki területeken a csapadék savassága jó mutatója az egykori jelents vulkánkitöréseknek. A Pinatubo-vulkán 1991-es kitörése során például több mint 20 millió t kénvegyület került a légkörbe. Az ebbl képzd szulfát az egyik legjelentsebb tényez a besugárzási egyenleg csökkenésében, és a becslések szerint ez a mennyiség megfelelt 3–4 W/m2 besugárzáscsökkenésnek. Érdekes összehasonlítani, hogy ugyanilyen nagyságrend melegedéshez az ipari forradalom eltti légköri szén-dioxid-tartalom megkétszerezdésére lenne szükség, azaz egyetlen vulkánkitörés jelentsebb légköri változásokat képes elidézni, mégpedig nagyon rövid távon.

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

A hosszabb periódusidej orbitális ciklusokhoz köthet negyedidszaki és azt közvetlenül megelz klímaváltozások nyomai leginkább a mélytengeri üledékekbl váltak ismertté. Ezek az üledékek az óceáni medencékben nagyrészt a pelágikus és bentosz foraminiferák és nanoplankton szervezetek vázainak felhalmozódásából képzdtek igen lassú és egyenletes üledékképzdés során az elmúlt évmilliók alatt. Ezen parányi éllények kalcium-karbonát anyagú vázában az oxigénizotóp összetételének változásai a jégtakaró egykori elrenyomulására, ill. visszahúzódására engednek következtetni. A jégtakaró növekedése, vagyis a lehlés 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 él mészvázú éllények 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. Milankovi-ciklicitást mutató negyedidszaki globális klímaváltozások nem csak óceáni, hanem szárazföldi üledékekbl is kiolvashatók. Ezek legismertebb példái a lösz-paleotalaj összetétel rétegsorok (14. ábra), de az elmúlt években hasonló ciklicitást sikerült kimutatni az Alföld nagy vastagágú negyedidszaki folyóvízi rétegsorából is (15. ábra Nádor et al., 2003). A Körös-medencében mélyített Dévaványa D–1 és Vészt V–1 fúrások üledékes rétegsorának paraméterei (szemcseméret-eloszlás, mágneses szuszceptibilitás, ásványtani érettség, fauna- és flóratartalom) ciklikus eloszlást mutattak. A fúrások paramétereinek ciklicitása jellegében és idbeli változásában jó korrelációt mutatott az ODP 677-es mélytengeri fúrás 18O-izotóp eloszlásával: a kb. egymillió évnél idsebb szakaszon a 40 ezer éves, míg a fiatalabb szakaszon a 100 ezer éves periódus volt jellemz. A ciklusok számának, periodicitásának és alakbeli lefutásának nagyfokú hasonlósága a két eltér környezetben igazolta a vizsgált folyóvízi rétegsorok folyamatosságát, valamint azt is, hogy a folyóvízi üledékes ciklusok dönten az éghajlatváltozásoktól függ üledékbeszállítás függvényében alakultak ki, s ezért jól korrelálhatók a sarki jég pillanatnyi tömegétl függ mélytengeri izotópértékekkel.

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


Következtetések


1. Amint az a fenti áttekintésbl is egyértelmen kirajzolódik, a Föld története során rendkívül erteljes éghajlatváltozásokon ment keresztül. E változások idtartamuk szerint négy csoportba sorolhatók.

A ma felismerhet leghosszabb idtartamú változások, a melegházi és htházi klímaszakaszok 106–108 évet ölelnek fel. Idtartamuk és megjelenési módjuk is ersen változó. E váltakozások következményei viszonylag jól ismertek, kiváltó okai azonban ismeretlenek, illetve e tárgyban csak feltételezésekre szorítkozhatunk.

A közepes idtartamú (104–105 év) változások – az elbbivel szemben – egyértelmen periodikusnak bizonyultak, és jól egyeztethetk a Föld pályaelemeinek (precesszió, tengelyferdeség, excentricitás) a fentiekben ismertetett változásaival. Minthogy a pályaelemek változásai számíthatóak, az ezzel összefüggésben lév, bonyolult visszacsatolásos folyamatsor eredménye, vagyis az éghajlati változások – legalábbis minségi szinten – ugyancsak kalkulálhatóak.

A rövid idtartamú (1–103 év), periodikusnak tetsz változások hatásai különlegesen kedvez üledékképzdési körülmények között (például zavartalan, folyamatos tavi rétegsorokban) jól kimutathatók, de az okokat egyelre csak valószínsíteni tudjuk (például napfolttevékenység).

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

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

3. Jelenleg egy htházi klímaszakaszon belül egy interglaciális kési szakaszában vagyunk. Nicole Petit-Maire (2000) szerint a legutóbbi glaciális minimum átlaghmérséklet 4,5 °C-kal volt kisebb a jelenleginél, míg a legnagyobb holocén átlaghmérséklet 2°C-kal volt nagyobb a jelenleginél. A természetes tendenciának a lehlés látszik, de az általa is kalkulált modell szerint az ipari tevékenység következtében a következ évtizedekben 1–4 °C-os globális felmelegedésre lehet számítani. Ma még megjósolhatatlan, hogy a természetes lehlés ezt a melegedést milyen mértékig fogja csökkenteni, és – ami rendkívül lényeges – nem ismert a hmérsékletváltozási 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 képvisel kréta idszak idején a globális átlaghmérséklet 10 °C-kal haladta meg a jelenlegit (16. ábra). A melegházi és htházi klímaszakaszok változásainak okát és szabályszerségét nem ismerjük, de a földtörténetbl levonható tapasztalatok alapján nyilvánvaló, hogy természetes okokra visszavezethet nagymérték felmelegedésre a jövben is sor fog kerülni. A Föld története során fajok milliói haltak ki, miközben újak jöttek létre. Az emberi faj létezésének tartománya (fajöltje) megjósolhatatlan. Ez az ember esetében a biológiai mellett társadalmi tényezktl, továbbá a tudomány fejldésétl is függ. Elképzelhet, hogy az emberi faj akár további millió éveket érhet meg, „Ha istenésszel, angyal érzelemmel / Használni tudnák éltök napjait”. Ebbl adódóan a pillanatnyilag már látható és gondot okozó, közvetlen elttünk állónál sokkal nagyobb mérv változásokkal is szembesülhet az emberiség. (Erre figyelmeztet a 16. ábrán látható diagram.) Már fele vagy harmad akkora globális hmérsékletemelkedés is, mint ami a kréta idszakban végbement a poláris jégsapka nagymérv, 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 elidézett, viszonylag rövid idej (száz- vagy ezeréves nagyságrend), többé-kevésbé szabályos periódus szerint ismétld klímaváltozásokat jelz rétegsorokat. A meteorológusokkal közösen végzend elemzések eredményeként remény van tehát olyan összefüggések felismerésére, amelyek alapján esetleg többéves, talán évtizedes, elfogadható valószínség klímaváltozási prognózisok is készíthetk lesznek.

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


Kulcsszavak: paleoklíma, klímajelz kzetek, 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 séghajlat-jelz földtani képzdmények. 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 hmérsékletének változását mutató görbe az eljegesedési idintervallumok (vízszintes sávozás), a kiugróan nagy átlaghmérséklet idintervallumok (rácsozott szakaszok), valamint az eljegesedések idtartamának és az eljegesedések közötti idtartamoknak a feltüntetésével, továbbá a kontinensek idben változó helyzetének szemléltetésével (Merritts, 1998 nyomán)

2. ábra • A fanerozoikumi éghajlat leegyszersített eloszlási képe a melegházi és htházi szakaszokkal, jégtakarókkal, anoxikus szintekkel (A és B), a leveg-oxigén és szén-dioxid eloszlásával, a kontinensek tengerrel borítottságával és a vulkanizmus mértékének idbeli 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 üledékképzdési környezeteinek változásai egy klímaciklus során (Matthews – Perlmutter, 1994)

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

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

11. ábra • A kontinensek eloszlása a kés kréta idején a sekélytengeri és a síkvidéki szárazulati területek megkülönböztetésével, a hegyláncok helyzetével, az evaporit- és kszén-elfordulások 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 hmérséklet-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 negyedidszaki klímaváltozásokat jelzi

15. ábra • A mágneses szuszceptibilitás és az átlagos szemcseátmér 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 átlaghmérséklete és annak szélességi körök szerinti eloszlása a kréta idszakban és a holocén folyamán (Tardy et al., 1998 nyomán)


<-- Vissza a 2008/06 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra


[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]