PALEOKLIMATOLGIA Paleoklimatolgia Trgya Az ghajlatot befolysol tnyezk Kutatsi

PALEOKLIMATOLÓGIA

Paleoklimatológia • Tárgya • Az éghajlatot befolyásoló • tényezők Kutatási módszerek Éghajlatváltozások okai • Csillagászati, fizikai, geológiai hipotézisek Éghajlatváltozások a múltban • Földtörténeti korok éghajlata • Jégkorszakok Éghajlat – antropogén hatások • • • Ember – történelmi égh. vált. Emberi tevékenység hatása jövőkép Grinnell gleccser, Gleccser Nemzeti Park, USA, 1911 és 2000

Paleoklimatológia • Feladata: A földtörténeti korok éghajlati viszonyainak rekonstruálása, elemzése • Segédtudományok: – – – Csillagászat Meteorológia Fizika Geológia Őslénytan Geomorfológia ~ 500 millió év!!! (A Föld kora ~ 4600 millió év)

Paleoklimatológia Vizsgálati módszerek: • Műszeres meteorológiai mérésekkel /1537: Galilei, hőmérő; 1643: Torricelli, légnyomásmérő/ – A leghosszabb hőm. -i idősor 1659 -től Angliára – Első állomáshálózat Európában: Societas Meteorologica Palatina (1780) • Történelmi dokumentumok: – Évkönyvek, krónikák, közigazgatási és kormányzati feljegyzések, magánbirtokok adatai, hajózási és kereskedelmi feljegyzések (a klímára köv. ); ősi barlangrajzok, festmények, műalkotások (a térség flórájára ás faunájára köv. ) • Fizikai módszerek • Geológiai, geomorfológiai és őslénytani módszerek

Fizikai módszerek • Radiokarbon-eljárás (kor) • Oxigén-izotóp módszer (hőmérséklet) • További radiometrikus: K, Ar, U, stb. • Lumineszens kormeghatározás (pl. kvarc) • Mágneses (A Föld polaritásának megváltozása alapján) • Egyéb

Radiokarbon-kormeghatározás = Szénizotópos kormeghatározás: a szerves anyagot tartalmazó, 50 - 60 000 évesnél fiatalabb geológiai és régészeti leletek korának meghatározására alkalmas módszer. Alapja az, hogy a légkörben lévő 14 C-izotóp 5730 év felezési idővel bomlik. Az élő szervezetekben a 12 C és a 14 C aránya állandó. Az elpusztult szervezetekben a 14 C részaránya csökken, s így a 12 C-é nő. A két izotóp arányának radiometrikus kormeghatározása adja a vizsgált anyag abszolút korát.

Radiokarbon-kormeghatározás A nyers radiokarbon méréseket gyakran a „bp” (before present) referenciával adják meg. Jelentése: az 1950 előtti radiokarbon évek számát adja meg. Alapja az 1950 -ben mért légköri 14 C névleges értéke. A vizsgálat határa kb. 60 000 év, ugyanis efelett a 14 C értéke a mintában annyira kicsi, hogy nem lehet megkülönböztetni a háttérsugárzástól. „cal bp”: kalibrált bp, ugyanis a 14 C értéke nem állandó a légkörben sem (kozmikus sugárzás, óceáni rezervoárok, légköri nukleáris kísérletek, fosszilis tüzelőanyagok)

Oxigén-izotóp módszer A kőzetekben, jégfuratokban a 18 O/16 O izotóp-arányt határozzák meg és ebből következtetnek a hőm. -re, ugyanis ez az arány a hőmérséklet függvénye. Nagyon pontos módszer: 1 °C pontosság

Fizikai módszerek • Radiokarbon-eljárás (kor) • Oxigén-izotóp módszer (hőmérséklet) • További radiometrikus: K, Ar, U - Tavak, folyók üledékanalízise - Óceánfenék üledékanalízise - Gleccserek, sarki jégpáncélok furatmintái - Fosszíliák izotópanalízise - Korallzátonyok kémiai- és izotópanalízise - Speleotemek kémiai- és izotópanalízise

Édesvízi tavak, folyók medréből vett üledékek analízise Mintavevő

HMS Challenger, 1872 JOIDES Resolution (8000 + 2100 méter)

Óceáni üledékek analízise Elsősorban a kontinentális jégtakaró mennyiségét adja vissza Heinrich-események Az utolsó eljegesedés tengeri üledékeiben talált 6 különleges réteg, mely a jégtakarókból származó jégarmada úszásával kapcsolatos. MIS időszakok (Marine Isotope Stages)

Heinrich események Nagy mennyiségű kontinentális víz kerül az Atlanti-óceánba

Jégfurat-analízis Pár száz métertől ~3 km-ig mély furatok…

Jégfurat-analízis ~ 3 km mély furatok: (I. fele: ~ 10 000 év, II. fele: ~ 250 000 év) Grönland - GRIP = Egyesült Európai Grönlandi Jégfurat Projekt (Greenland Icecore Project) - GISP 2 = Amerikai Jégfurat Projekt (Greenland Ice Sheet Project) - NGRIP = North Greenland Ice core Project Antarktisz: - EPICA = European Project for Ice Coring in Antactica (Dome C) - VOSTOK, Dome F, stb.

Jégfurat-analízis

Jégfurat minták analízise -- ANTARKTISZ

Jégfurat-analízis (Dome C, Antarktisz)

Jégfurat-analízis (Dome C, Antarktisz) Vostoki furat (1999): ~ 440 e év Dome C (2005): ~ 650 e év

Jégfurat-analízis

Jégfurat-analízis Következtetések: - lokális (pl. hófelhalmozódás, ebből: csapadék, T) - regionális (pl. szél szállította tengeri só) - globális (pl. jégbezárt gázok (pl. CO 2, CH 4, stb. )) Jégbezárt gázok: Akkori atmoszféra!!! ~ 300 évig van légcsere Ha CO 2 v. CH 4 nő T nő

Óceáni üledékből vett fosszíliák izotópanalízise Mikroszkópikus méretű kagylók, csigák, ún. „FORAMINIFERÁK” elemzése Előfordulási arányuk alapján tengervíz hőmérséklete 18 O és 16 O izotóparányok számítása

Korallzátony analízis

Korallzátony analízis Új- Guinea Houn-félsziget 130 ezer éves korallok Izotopikus és vegyi elemzése 14 különböző korszak elkülönítése Eredmények: az El Niño jelenleg a legerősebb A jégkorszak idején 50%-kal gyengébb volt

Speleotemek analízise (karbonát alapú barlangi üledékes kőzetek, pl. sztalaktit, sztalagmit) Ca. CO 3 13 C 12 C 18 O 16 O

Geológiai, geomorfológiai és őslénytani módszerek és megfigyelések (1) Közvetett források, ún. proxi adatok segítségével, melyek a klímát indirekt módon detektálják. (Hosszabb időtávra használhatók, de kevésbé pontosak) Felmerülő problémák lehetnek: • Idősorok összevetése több forrás esetén • Reakcióidő figyelembevétele (pl. megkövülés ideje) • Meteorológiai interpretáció, vagyis az értelmezés

Geológiai, geomorfológiai és őslénytani módszerek és megfigyelések (2) • Növényi és állati maradványok alapján • Virágporok analitikai vizsgálata (Pollenanalízis) (klíma) / pl. szárazabb klíma esetén a tölgy mennyisége nő / • Fák évgyűrűi alapján (Dendroklimatológia) • Kőzetek elszíneződése alapján (klíma) / pl. vörös szín (vas-oxid) melegebb éghajlat barna (vas-hidroxid) nedves-mérs. éghajlat / • Kőzetek, üledékek mésztartalma alapján (tengervíz hőm. ) • Kőszén-, kőolaj- és földgáztelepek (klíma) / meleg/mérs. és csapadékos éghajlatra utalnak /

Kínai löszpadok rétegelemzése Sötét rétegek: volt vegetáció Meleg, nedves klíma Világos rétegek: nincs vegetáció, hideg, száraz klíma

Geológiai, geomorfológiai és őslénytani módszerek és megfigyelések (3) • Sókőzetek alapján / kősó és gipszrétegek, melyek beltavak, elzáródott tengerrészek kiszáradásával keletkeznek szárazabb égh. / • Gleccserek felszínalakító munkájának nyomai alapján / U V alakú völgyek / • Gleccsertavak alján lerakódott hordalékrétegek alapján / vastagság, szemcseösszetétel és színeződés alapján az egymást követő nyarak és telek hőm. és csap. viszonyai / • Gleccserek mozgása, hóhatár változása

Nunavut gleccser, Baffin sziget, Kanada

Gleccserek • Hó- és jéglerakódással összegyűlt jégfolyam • Összenyomódás, részleges olvadás, újra kristályosodási folyamatok • Évi előrehaladása néhány m • Kialakulás feltétele: a télen lehullott hó nem tud teljesen elolvadni minden évben (földrajzi szélesség, magasság) • Több tízezer, több százezer évre visszamenőleg adhat információkat

Az északi hemiszféra 18000 évvel ezelőtti és jelenlegi tengeri jég, kontinentális hó és jég, illetve gleccser-borítottsága Jelenleg a Földön 15, 8 millió négyzetkilométert borít hó/jég/gleccser. Ez a teljes kontinentális felszín 10 %-a (kb. Dél-Amerika területe).

18000 ezer évvel ezelőtt (az utolsó jégkorszak leghidegebb időszakában) Hó- és jég borította a mai: Németországot, Lengyelországot, Brit szigeteket, Skandináv félszigetet, Kanadát, az USA egy hányadát (pl. New Yorkot) a a A Föld teljes kontinentális felszínének 32 %-át!!!!!!

A déli hemiszféra 18000 évvel ezelőtti és jelenlegi tengeri jég, kontinentális hó és jég, illetve gleccser-borítottsága Alig van különbség a jelenlegi, s a 18000 ezer évvel ezelőtti hó/jég/gleccser borítottság között!!!!!

ELŐSZÖR: 1837 -ben Louis Agassiz Elmélete: valaha az északi hemiszféra jelentős hányadát jég borította Megfigyelései: - Skócia - Anglia - Skandináv félsziget - Svájc - Olaszország - Franciaország - Észak-Amerika Bizonyíték: Magányos nagy kövek (bedrock)

Nunavut, Baffin sziget, Kanada

Bedrock • Óriás kövek • Egymástól néhány km távolságra • Általában sima völgyek legalján • Valaminek oda kellett szállítani, emelni őket • Louiz Agassiz szerint: A. gleccserfolyamok szállították B. a földköpeny megemelkedése (erről bebizonyosodott, hogy nem lehetséges)

Louis Agassiz második bizonyítéka, evidenciája: az U alakú letarolt völgyek A folyók vágta völgyek V alakúak A gleccserek vágta völgyek U alakúak

Baffin hegység fjordjai, Kanada – U völgyek

Louis Agassiz harmadik bizonyítéka, evidenciája: sziklákon talált párhuzamos rajzolatok (az U alakú letarolt völgyek, s az óriás kövek környékén) Ezeket csak a mozgó gleccserek „rajzolhatták” az általuk szállított kövek által

Baffin hegység, Kanada – sziklakarcolatok

James Croll (1896) Elfogadta Louis Agassiz bizonyítékait Ő az okokat kereste (A Nap sugárzása változik, vagy belső okok? ? ? ) Elsődlegesen csillagászati okokra gondolt (Vulkán-teória, hibás) Jövő éghajlata? ? ? !

• Tengeri üledékekből: T, időjárási minta • Jégfuratokból: T, múltbeli légkör • Korallokból: jégtakaró • Fák évgyűrűiből: aszályok, csapadék Óriási kirakójáték

Az éghajlatváltozások okai Az éghajlati ingadozásokat magyarázó elméletek: / az eljegesedésre keresik az okot/ • Csillagászati hipotézisek • Fizikai hipotézisek • Geológiai hipotézisek

Csillagászati hipotézisek • A napsugárzás váltakozó intenzitása: • • A Nap sugárzásának intenzitása 200 -250 millió éves ritmus szerint változik, 1%-os vált. 0, 72°C-os globális DT A Naprendszer időnként interstelláris porfelhőn halad át: lecsökkenti a Földre jutó napsugárzás mennyiségét Milankovich – Bacsák elmélet: A Föld pályaelemeinek periodikus változásai okozzák az éghajlatváltozásokat: - excentricitás (~95 e) - perihelion-eltolódás (~22 e) - tengelyelhajlás (~41 e) - szögsebességváltozás (~21 e) - évszakok váltakozása

Az orbitális pálya excentricitása (~ 95 e év) Lineáris exc. : e=e/a = 0, 0167 × b a e ×

Tengelyelhajlás (~ 41 e év) A változás értéke: 0. 00013°/év

A tengely körüli forgás változása (precesszió) (~ 21 e év), és a perihelion-eltolódás (~ 22 e év) Ez megegyezik a szögsebesség változásával, hiszen W = v / r

Az évszakok változása

Milutin Milankovich (1943) Elfogadta Louis Agassiz és James Croll eredményeit Továbbfejleszti, pontosítja 650 000 évre visszamenőleg kiszámolta a sugárzási bevételt a Föld pályaelemeinek megfelelően

A SZUPERPONÁLT ORBITÁLIS PERIÓDUSOK OKOZTA SUGÁRZÁSVÁLTOZÁSOK A nyári besugárzás görbéje az északi félteke 65 o szélességen. (tengelyelhajlás, az excentricitás, s a szögsebesség változásainak hatásai)

Csillagászati hipotézisek Milankovich – Bacsák elmélet: Klímamodellek szerint elfogadható, ha azt is figyelembe vesszük, hogy a CO 2 alacsonyabb hőm. -en jobban elnyelődik. Az eljegesedés kedvező feltételei akkor alakulnak ki, ha: - maximális a földpálya lapultság, - minimális tengelyelhajlás, - és a naptávol nyáron következik be A sarkvidékeken erősödik a lehűlés, csökken a nyári besugárzás, fokozatos hó- és jégfelhalmozódás A jégkorszaknak „kedvez”, ha a téli besugárzás > nyári besug. A pályaelemek mindig változtak!!!

Imbrie (1984) Újabb becslések az orbitális paraméterek ciklikus változásaira ~ 800. 000 év 1. Excentricitás 2. Szögseb. vált. 3. Tengelyelhajlás 4. Szuperponált hatások

Fizikai hipotézisek • Simpson-elmélet: Ha nő a Földre jutó sug. mennyisége emelkedik a hőm. növekedés mértéke arányos az átlaghőm. -tel a trópusi övezeteben nagyobb, a sarkokon kisebb mértékű a melegedés felerősödik a mérs. övi cirk. megélénkül a ciklontev. megnő a felhőzet és több lesz a csapadék. A klímamodellek szerint nem fogadható el! • A légköri CO 2 koncentrációjának változásai CO 2 mint üvegházgáz • A légkörbe kerülő vulkáni hamu mennyiségének változásai

Fizikai hipotézisek Vulkáni tevékenység • • A kitörések erősségének mérőszáma: DVI (Dust Veil Index) Kalibrálására: Krakatau 1883 = 1000 DVI Egy kitörés hatását 4 évre becsülik (j függő) Egy vulkánkitörés sugárzási deficitet okoz, mely 20 -30 % is lehet. • A DVI problémája, hogy a részecskéket nem különbözteti meg új index: VEI (Volcanic Explosity Index)

Geológiai hipotézisek • Wegener-elmélet (kontinensvándorlás): • az okot nem, csak a helyet adja meg Tektonikai folyamatok, mint hegységképződési folyamatok: - Nagy földtömegek emelkednek ki és válnak hóval borítottá hűtő hatás - A szárazföld-tenger eloszlással változik a Föld kisugárzása. Jégkorszak, ha a sarkokon szárazföld van. (Az Antraktiszon már 20 millió évvel ezelőtt elkezdődött az eljegesedés)

A rekonstruált múltbeli éghajlat

A holocén időszak éghajlat-változásai • Földünk jelenleg annak a jégkorszaknak az egyik interglaciális időszakában van, amely már legalább 2 millió évvel ezelőtt elkezdődött. • Jégkorszak: állandó eljegesedés a tengerszinten, a csapadék hó formájában. Glaciális (erős, azaz sarki jégmezők és magashegyi gleccserek ott, ahol interglaciálisban nem), interglaciális (szerényebb) • A holocén a negyedidőszak 2. szakasza, amely napjainkig tart. (A negyedidőszak 1. szakaszában, a pleisztocénben 4 nagy eljegesedés volt a Földön (Günz-, Mindel-, Riss-, Würm-korszak) • az utolsó eljegesedés végétől számítjuk a holocént ( 10 -12 ezer év) pl. Balti tenger kialakulása gleccserek helyén. )

A holocén időszak éghajlat-változásai

A holocén időszak éghajlat-változásai A holocénben az éghajlat nem különbözött lényegesen a maitól. Kisebb ingadozások: • a XII. sz. és XV. sz. eleje: a XX. sz. közepéhez hasonlóan • • meleg éghajlat 1500 1850: Kisjégkorszak pl. Alaszka eljegesedése XIX. sz. óta felmelegedés, XX. végén a legintenzívebb 1910 1945: hőm. emelkedés (főleg az É i féltekén és a poláris területeken volt jelentős oka: naptevékenység, vulkanizmus), majd csökkenés 1976 2000: hőm. emelkedés (oka: emberi tevékenység)

A holocén időszak éghajlat-változásai

A holocén időszak éghajlat-változásai

A Negyedidőszak A negyedidőszak kezdete az első „jelentős” lehűlés. De mi is az a jelentős? ? ? Megegyezés kérdése… Olaszországi feltárás: 1, 8 millió év / 1950: 680 000 év /

Negyedidőszak utolsó 400. 000 évének idősorai hasonlóságot mutatnak: 1. Csillagászati hatások szuperponáltja 2. Tengeri fosszíliák izotópelemzése (O 18) 3. Kínai löszpadok rétegelemzése 4. Antarktiszi jégfuratminták elemzése(O 18)

Eredmények GRIP: / Dansgaard et al. , 1993, Nature / 3028, 8 méteres furat: • Egy 8, 21 ezer évvel ezelőtti d 18 O minimumtól eltekintve az eredmények egy figyelemreméltó stabil éghajlatról tanúskodnak az elmúlt 10 ezer évben. A furat maradék részeiben viszont nagy és hirtelen d 18 O ugrásokat találtak. • A Holocéntől eltekintve az Észak-Atlanti térség klímáját viszonylag nagy instabilitás uralta az elmúlt 230 ezer évben. Ez éles ellentétben áll a Holocén extrém stabilitásával és azt sejteti, hogy ez a stabilitás inkább kivétel, mint szabály. Ez vonatkozik az elmúlt nagy eljegesedési korszakokra is, vagyis kérdéses, hogy a jelenkor éghajlata stabil marad-e a növekvő légköri szennyeződések ellenére is.

Eredmények GISP 2: / Alley et al. , 1994, Nature / 2250 méteres furat: • Az utolsó nagy eljegesedés végén bekövetkező melegedés számos hirtelen vissza-fordulattal jellemezhető, melyek közül a legismertebb az ún. Younger Dryas esemény. Oxigén-izotóp vizsgálatok alapján ez periódus nagyon hirtelen (kb. 50 év) ért véget, míg porkoncentráció vizsgálatok egy még gyorsabb változásról (≤ 20 év) tanúskodnak. A Younger Dryas esemény vége: kb. 11, 5± 0, 2 ezer év BP • a késő glaciális éghajlat-oszcilláció kapcsolatban van az óceáni termohalin cirkulációval az óceáni mélyvíz felemelkedésén és a felszíni meleg áramlatokon keresztül Milankovich lassú átmenetű periodicitás

• Fiatal Dryes időszak 11 -13 ezer évvel ezelőtt = jelentős melegedés

Jégtömörödés mértéke /Vostok-i furatmintában/

Eredmények /Vostok/ A CH 4 -on alapuló É-D korreláció Az Antarktisz felmelegszik amikor Grönland lehűl, és lehűl, amikor Grönland melegedni kezd Rahmstorf, Nature, 2002 Blunier et Brook, Science, 2001 Blunier et al. , Nature, 1998

Eredmények /Vostok/ Vostok:

Dome C: / Siegenthaler et al. , 2005, Science / • az elmúlt 740 000 év erős 100 000 éves periodicitást mutat (óceáni analízisek alapján is), oka nem teljesen tiszta • A jelenlegi légkör különleges: az elmúlt 650 000 évben nem volt magasabb sem CO 2 sem a CH 4 értéke, mint az Ipari forradalom előtt • A CO 2 és a CH 4 erős kapcsolatban egymással és a T-tel • A jelen interglaciálishoz hasonló volt a MIS 13 és MIS 15 Eredmények

Eredmények

Spekulatív múlt- jövő összehasonlítási séma a globális melegedésre (Crowlley, 1989)

Köszönöm a figyelmet!