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

Az előadások a következő témára: "Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora Huszár Rudolf Washington University St. Louis, USA Székfoglaló előadás Magyar."— 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. A Föld is egy élő rendszerhez hasonló. James Lovelock, az angol tudós szerint manapság szükségessé vált a Föld bolygó egészségét, fiziológiáját, is figyelmmel kisérni. A földtudományok szakemberei mérik a Föld globális hőmérsékletét, a levegő kémiai összetételét, a felhősséget és a Föld sok más életre fontos jelzőit. Méréseiket (a) hőmérőkkel, kémiai analizissel és műholdas megfigyelésekkel végzik.

3 Alkalmazkodás a környezetbeli változásokhoz
A Föld fizikai állpota és kémiai összetétele állandoan változik. A Föld fizikailag öregszik és ugyanakkor az evolúció a bioszférát állandóan megújitja. 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. Az elkerűlhetetlen és nem előrelátható környzezetbeli változásak megkivánják a következő lépéseket: A változások észlelése és felismerése (monitoring) A változások okainak a magyárazata (kutatás) Ha szükséges, megfelelő közbelépés (management-kezelés) Ez a három lépés szükséges a fenntartható fejlődéshez. (sustainable development) . Ez logikus, mert minden élőlény ilyen visszacsatolással tartja fenn magát a változékony környezetben.

4 Ember által okozott változások
Fontos biogeokémiai folyamatok megjelenítése aeroszollal Porviharok Erdőtüzek Ember által okozott változások Vulkánkitörések Mindezek a folyamatok lényegesen befolyásolják a biogeokémiai anyagforgalmat és ugyanakkor szemmel látható füstöt, porfelhőt és légköri homályt okoznak. Tehát a füst, a por és légköri homály menyisége, minősége, valamint tér és időbeli elosztása jellemzi a biogeokémikus folyamatokat.

5 Az aeroszol műholdas távmérése
Az emberi szemhez hasonlóan, a műholdra szerelt szenzor érzékeli a Földről ( Ro), illetve aeroszol részecskékről, a levegő molekulákról és felhőkről visszavert fényt. Leegyszerűsítve, a műholdon mérhető sugárzást, az alábbi módon lehet kifejezni: I / Io = Ro e- + (1- e-) P Itt  az aeroszol optikai mélysége, míg P az adott irányból érkező sugárzás valószínűsége.

6 A Föld egyensúlya és állandó változásai
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. 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.

7 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 lösz kémiai összetétele nagyrészben az afrikai és ázsiai sivatagi homok összetételét tükrözi. A por részecskéket a szél ereje emeli a levegőbe a homokdűne felületéről. A por kémiai összetétele hasonló az adott sivatag homokjának összetételéhez. A Föld legfontosabb porforrásai a Szaharában, Szaúd-Arábiában és Közép- Ázsiában találhatatók.

8 Szaharai porfelhő az Atlanti-óceán felett
A kisebb por részecskéket, 1-5 mm között, több ezer kilométerre szállítja a szél. Ezért található nagy mennyiségű szaharai por Dél-Amerikában és kínai sivatagi por Észak- Amerikában és Grönlandon.

9 A por mint a szárazság indikátora
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.

10 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.

11 Növényi égések füstje A füst mérése az erdő, szavanna és mezőgazdasági tüzek körül kimutatja a tüzek nagyságát, térbeli és évszakonkénti eloszlását. A Szaharától délre, a szavanna tartományban ezrével égnek a tüzek, különösen december és január között. Ez sűrű füst réteget okoz egy km hoszú sávban. A téli szavanna füstöt a szél Dél-Amerika irányába szállítja az Atlanti-óceánon keresztül. Nyugat-Afrika körül megeshet, hogy a szaharai porfelhők és a szavanna füstje egymással keverednek.

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

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

14 Ember által okozott változások
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 nagy kén mennyiség nem csak a levegőt szennyezi, hanem mikor leülepszik, a növényeknek árthat és a talajt savanyítja. . 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.

15 Emberi tevékenységgel okozott légköri homály
Közép-Európa India Kína Észak-kelet Amerika

16 Az ázsiai por és közép-amerikai füst esetei
1988 tavaszán két jelentős aeroszol eset történt. Ezek illusztrálják: Az aeroszol nagymérétű (félgömbi) szállítását A műlholdak fontos szerepét aeroszol mérésekben, és A kutatások hozzájárulását a légszennyeződés kezeléséhez

17 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.

18 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.

19 Az ázsiai porfelhő hatása Észak-Amerikában
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. Washington államban a porfelhő 120 mg/m3 aeroszol koncentrációt okozott.

20 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.

21 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 kétszer nagyobb volt, mint a tavaszi átlag. Sűrű füst takarta Közép-Amerikát és a körülötte lévő tengereket. A tavasz folyamán a füst néhányszor az USA-ba és egyszer Kanadába is eljutott.

22 A füstfelhő terjedése Észak Amerika fölött
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.

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

24

25 A légtisztaság védelmének tudományos megalapozása
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.

26 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.

27 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.

28 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?) karban tartotta az ázsiai por a Web-oldalát (számítógépes adatait?).