Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora Huszár Rudolf Washington University St. Louis, USA Székfoglaló előadás Magyar Tudományos.

Az előadások a következő témára: "Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora Huszár Rudolf Washington University St. Louis, USA Székfoglaló előadás Magyar Tudományos."— Előadás másolata:

1 Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora Huszár Rudolf Washington University St. Louis, USA Székfoglaló előadás Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 1998 junius 23

2 A Föld rendszer egészségi állapota Az orvosok a páciens egészségét úgy állapítják meg, hogy megmérik a hőmérsékletét, szívének dobogását, a kolesztorin koncentrációját és a többi, életre fontos jellemzőt. Egy beteg diagnózisára, az orvosok kölönböző műszereket használnak, pl. röntgen és ultrahang képeket, stb.

3 Az állandóan változó Föld A Föld is egy élő rendszerhez hasonló. James Lovelock, szerint a Föld bolygó egészségét, fiziológiáját, figyelmmel kell kisérni mert az állpota állandoan változik. A Föld fizikailag öregszik és ugyanakkor az evolúció a bioszférát állandóan megújitja. A Föld változásaihoz az emberiség is hozzájárul és ezeket a változásokat az ember befolyásolhatja. A változások egy része lassan és egyenletessen megy végbe és előre látható. Sok biogeokemiai változás azonban gyorsan és váratlanul történik, valamint időben és térben egyenletlen. Emberi szempontból ezek sokszor katasztrofális események.

4 A változásokhoz való alkalmazkodás Attól függetlenül, hogy a Föld ‘egészséges’ e vagy ‘beteg’, az elkerűlhet-etlen és nem előrelátható környzezetbeli változásak megkivánják a következő lépéseket: Ez a három lépés a fenntartható fejlődés (sustainable development) alapfogalma. Minden élőlény ilyen visszacsatolással tartja fenn magát a változékony környezetben. Megfigyelés és mérés Érvelés és magyarázat Döntés és akció

5 A Föld megfigyelése és mérése A földtudományok szakemberei mérik a Föld globális hőmérsékletét, a levegő kémiai összetételét, a felhősséget és a Föld sok más életre fontos jelzőit. Méréseiket hőmérőkkel, kémiai analizissel és műholdas megfigyelésekkel végzik.

6 Fontos biogeokémiai folyamatok megjelenítése aeroszollal Vulkánkitörések Porviharok Erdőtüzek Ember által okozott változások E folyamatok lényegesen befolyásolják a biogeokémiai anyagforgalmat és ugyanakkor szemmel látható aeroszolt - füstöt, porfelhőt és légköri homályt okoznak. Az aeroszol menyisége, minősége, és tér-időbeli elosztása jellemzi a biogeokémikus folyamatot.

7 Az emberi szemhez hasonlóan, a műhold-ra szerelt szenzor érzékeli a Földről ( R o ), illetve aeroszol részecskékről, a levegő molekulákról és felhőkről visszavert fényt. Leegyszerűsítve, a műholdon mérhető relativ sugárzás: I / I o = R o e -  + (1- e -  ) P Az aeroszol műholdas távmérése Itt  az aeroszol optikai mélysége, míg P az adott irányból érkező sugárzás valószínűsége. A megévö müholdak a globális aeroszol eloszlását méhetik naponta.

8 Az élet alapanyagai, ugyanis a szén, kén, nitrogén, kalcium, és foszfor állandó körforgásban vannak az atmoszféra, hidroszféra, litoszféra és bioszféra között. A környezet akkor van egyensúlyban ha az anyagok ki- és beáramlása egyenlő. A változásaok magyarázata Másrészt, változások a környeztben akkor történnek, ha ezeknek az anyagoknak a körforgása megváltozik. Például, a szén-dioxid koncentrációja a légkörben akkor emelkedik, ha a források erőssége nagyobb, mint a nyelők intenzitása.

9 A változások kezelése

10 Porviharok Porviharok okozzák a homok szállítását a Föld egyik részéből a másikba. Lösz, a jó termő sárgás hordalék, a Föld kontinenseinek kb. 10 százalékát takarja. Kínában, például 100 m mélységű lösz réteg is található. A legnagobb porforrások Szaharában, Szaúd-Arábiában és Közép-Ázsiában találhatatók. A kisebb (1-5  m) por részecskéket több ezer kilométerre szállítja a szél. Nagy mennyiségű szaharai por található Dél-Amerikában és kínai sivatagi por Észak-Amerikában. A por részecskéket a szél ereje emeli a levegőbe a homokdűne felületéről. A por kémiai összetétele hasonló az adott sivatag homokjának összetételéhez.

11 Szaharai porfelhő Nyugat Afrika felett A légköri por mérése száraz vidékeken kimutatja por forrásait, a transzport folyamatok erősségét és a szállított anyag térbeli eloszlását. Ezen keresztül, más merésekkel kombinálva, meg lehet állapítani a szárazság mértékét, vagy a sivatag terjedését.

12 A kelet-ázsiai porvihar 1988 április 15-én porvihar kezdődött Kína nyugati tartományában. Különbözött a tavaszi porviharoktól, mert sokkal nagyobb méretű volt. A CNN szerint, sok ember eltűnt. Április 20-ára a sárga porfelhő Kelet-Kínának 1500 km széles tartományát takarta be.

13 A porfelhő szállítása a Csendes-óceánon keresztül Április 20 és 25-e között a porfelhő gyorsan átutazott a Csendes-óceánon. Az óceán felett a sárga porfelhőt könnyen meg lehetett különböztetni a fehér színű víz felhőktöl.

14 Az ázsiai porfelhő hatása Észak-Amerikában Washington államban a porfelhő 120  g/m 3 aeroszol koncentrációt okozott. Április 25-én a porfelhő megérkezett Észak- Amerikába. Műholdas képek szerint az egyik ága Kanada felett folytatta az utat keleti irányban. A másik ága délre fordult Oregon és Kalifornia irányába.

15 A kutatás szerepe a légszennyeződés elleni védekezésben Néhány kutató figyelte az ázsiai porfelhő alakulását és mozgását. Amikor a porfelhő Észak-Amerikához közeledett, értesítették a környezetvédelmi hatóságokat és a kutatótársakat Két napon belül több mint 40 kutató és környezetvédelmi szakember jelentette a megfigyeléseit és adatait a közös internet hálózaton keresztül. A környezetvédelmi hatóságok a web-oldalon keresztül tájékoztatták a lakosságot erről a különleges aeroszol jelenségről.

16 Tüzek A növények, a biomassza égetése lényegesen hozzajárul az élet alapanyagainak a körforgásához. Erdő, szavanna és mezőgazdásági tüzek nagy menyiségű szén-dioxidot, szerves gőzöket és aeroszolt bocsátanak a légkörbe. Manapság a tüzek leginkább az emberi tevékenység miatt keltkeznek. A Szaharától délre, a szavanna tartományban ezrével égnek a tüzek, különösen december és január között. Dél Amerikában szeptembenben van a legtöbb égetés.

17 Növényi égések füstje A téli szavanna füst egy 1000- 2000 km hoszú sávban látható. A szél a füstöt Dél-Amerika irányába szállítja az Atlanti- óceánon keresztül. Nyugat- Afrika körül megeshet, hogy a szaharai porfelhők és a szavanna füstje egymással keverednek. A füst mérése az erdő, szavanna és mezőgazdasági tüzek körül kimutatja a tüzek nagyságát, térbeli és évszakonkénti eloszlását.

18 A közép-amarikai erdőtüzek A 1998-as év egész tavaszán ezrével gyulladtak ki a tüzek Dél- Mexikó és Panama között. Ez magában nem meglepő, de a szárazság miatt az égő növényzet mennyisége a becslések szerint az átlagnál kétszer nagyobb volt.

19 Az erdőtüzek füstje Sűrű füst takarta Közép-Amerikát és a körülötte lévő tengereket. A tavasz folyamán a füst néhányszor az USA-ba és egyszer Kanadába is eljutott.

20 A füstfelhő terjedése Észak Amerika fölött A TOMS mühold adatai szerint, a légáramlás hiánya miatt, 1988 május 12-re egy különösen sűrű füstfelhő gyült össze az 1500 km nagyságú Mexikói-öbölben. A következő hét nap alatt, a füstfelhőt a szelek szétterjesztették Észak- Amerika összes keleti tarományaira. A füst először északra indult a Mississippi folyó völgyén Kanadáig. Utána a füstfelhő eltakarta a Egyesült Államok keleti államait. A füstfelhő útjában mindehol a megengedett érték feletti aeroszol koncentrációt okozott, és a levegő homályossága gátolta a légiforgalmat.

21 A füstfelhő SeaWiFS műhold felvétele szerint április 14 és 16-án. GOES 8 műhold felvetele április 16-án

22 A közép Amerikai tüzeket a tavasz folyamán sok kutató kísérte figyelemmel különféle műholdas mérések segítségével. Az interneten bemutatott külonböző adatokat összesítették az esemény minden napján A környezetvédelmi hatóságok napról-napra határoztak, hogy egészségi riadót adjanak-e ki. Az adatok alapján az EPA határozott, hogy melyik állam mikor kaphat a hatóságilag megengedett porkoncentráció túllépése alól felmentést. A légtisztaság védelmének tudományos megalapozása

23 Ember által okozott változások. Az emberiség megváltoztatta a természetes folyamatokat is. Az erdők szándékos égetése a világ sok részén is növeli a bio- anyagok körforgását. A sivatagok terjedése pedig befolyásolja a talaj porok légköri szétszórását. Az utolsó évszázadban az emberiség lényegesen befolyásolja a Föld biogeokémiai egyensúlyát. Szén, olaj, és gáz fűtöanyag égetésével nagy mennyiségű szén- és kén- vegyületek, valamint különböző fémek kerülnek a légkörbe. Észak-Amerikában például a kén napi fejenkénti kibocsátása a légkörbe kb. fél kilogram. Ez a levegőt szennyezi, növényeknek ár és a talajt savanyítja.

24 Emberi tevékenységgel okozott légköri homály Közép-EurópaIndia KínaÉszak-kelet Amerika

25 Összefoglaló A légköri aeroszol igen jó indikátora a porszállításnak, a növényi tüzek és vulkánkitörések előfordulásának, valamint az üzemanyag felhasználás mértékének. Mindegyik folyamatnak különleges aeroszol jellemzője van. A napsugárzás erőteljes szórása miatt az aeroszol könnyen észlelhető. Műholdas műszerek már most napról-napra mérhetik a globáis aeroszol elosztását A hátralévő mérési problémák a közeljövőben megoldhatók. Az ázsiai porviharok és a közép-amerikai tüzek megfigyelése azt mutatja, hogy a tudományos kutatók hatásosan és és időben hozzájárulhatnak a levegőminőség védelméhez.

26 Javaslatunk: Globális aeroszol megfigyelő hálózat A jövőben fellépő igények kielégítése céljából globális aeroszol megfigyelő rendszer életre hívását javasoljuk. Egy kisszámú, de tapasztalt nemzetközi csoport állandóan figyelné a globalis aeroszol elosztását interneten elérhető műholdas képek segítségével. Veszélyes por, füst vagy légköri homály esetében, ez acsoport a többi kutatót és a megfelelő hatóságot globális aeroszol informácios hálozaton keresztül értesítené. Szükség esetén részletesebb megfigyelések indíthatók és a lakosság felkészülhet a védekezésre. GAIN Global Aerosol Information Network Biomass burning - biogeochemists Vulcanologists Radiative effects-Climate Change Pollution monitoring- Control Health effects Aeolian dust - geologists

27 Köszönet Legelőször is köszönetemet szeretném kifejezni feleségemnek, Janjának, aki e munka minden részében segített, Attila fiúnknak, aki elkészítette az első műholdon mért globális aeroszol térképünket és Maja lányunknak, aki kezelte az ázsiai por internetes hálózatát.

28 Vulkáni aeroszol Vulkánkitöréseknél az aeroszol szürke hamuból álló részecskékből áll és gyorsan kiülepedik a légkörből. A tartós vulkáni aeroszol (0.5-1  m nagyság között), a sztratoszférában a kén-dioxid oxidációja útján keletkezik és kénsavat alkot.

29 Vulkáni aeroszol mérésével meg lehet állapítani a kénkibocsátás mértékét és az aeroszol globális szétterjedését. Nagy kitörések l ecsökkentik a Föld átlagh ő mérsékletét 1-2 °C-kal és világszerte vörös napnyugtát okoznak A vulkáni eredetű szulfát aeroszol 1-2 hónap alatt elterjed az egész Föld fölött és utána 1-2 évig 10-20 km magasságban a sztratoszférában tartózkodik. A vukáni aeroszol 1850-1900 közötti mérése azt mutatja, hogy minden évszázadban történik egy pár nagy kitörés, mint pl. Krakatoa 1883-ben és Mt. Pinatubo 1991-ben.