MTA RBH Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora Huszár Rudolf Washington University, St. Louis, USA Székfoglaló előadás Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 1998 junius 23 [English Version]English Version

MTA RBH Az állandóan változó Föld •A Föld is egy élő rendszerhez hasonló. A Föld fizikailag öregszik és ugyanakkor az evolúció a bioszférát állandóan megújitja. A természetes változások mellett, Föld változásaihoz az emberiség is hozzájárul. •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 a gyors változások sokszor katasztrofális eseményekkel jár. •James Lovelock, szerint a Föld bolygó egészségét, fiziológiáját, ezért figyelmmel kell kisérni.

MTA RBH A változásokhoz való alkalmazkodás Attól függetlenül, hogy a Föld ‘egészséges’ e vagy ‘beteg’, az elkerűlhetetlen 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 Változások magyarázata Döntés és akció

MTA RBH A Föld megfigyelése és mérése 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 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.

MTA RBH Biogeokémiai folyamatok megjelenítése aeroszollal E folyamatok jeletős biogeokémiai anyagforgalmmal járnak és ugyanakkor szemmel látható aeroszolt okoznak - füstöt, porfelhőt és légköri homályt. Az aeroszol menyisége, minősége, és tér-időbeli elosztása jellemzi a biogeokémikus folyamatot. Porviharok Erdötüzek Vulkánkiörések Légszennyezödés

MTA RBH Az aeroszol műholdas távmérése A müholdak az aeroszol mérésére különösen megfelelőek. Az emberi szemhez hasonlóan, a műholdra szerelt szenzor érzékeli a Földről ( R o ), illetve aeroszol részecskékről, a levegő molekulákról és felhőkről visszavert fényt. A távmérés azonban az aeroszolnak csak az integrál tulajdonságait mutatja ki. I / I o = R o e -  + (1- e -  ) P Leegyszerűsítve, a műholdon mérhető sugárzás: (  - optikai vastagság, P - szórási tényező)

MTA RBH A változások magyarázata 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 környezetben akkor történnek, ha az anyagok körforgása megváltozik. Például, a szén-dioxid koncentrációja a légkörben akkor emelkedik, ha a források erőssége nagyobb, mint a nyelők intenzitása. Az aeroszol koncentrácioja is a források és nyelők erősségétől, valamint a légköri áramlásoktól függ.

MTA RBH 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 por kémiai összetétele hasonló az adott sivatag homokjának összetételéhez. A por részecskéket a szél ereje emeli a levegőbe a homokdűne felületéről. 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

MTA RBH 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.

MTA RBH A kelet-ázsiai porvihar 1998 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.

MTA RBH A porfelhő szállítása a Csendes-óceán fölött 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.

MTA RBH 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  g/m 3 aeroszol koncentrációt okozott.

MTA RBH Az ázsiai por megfigyelése és magyarázata •Néhány kutató figyelte az ázsiai porfelhő alakulását és mozgását. • Amikor a porfelhő Észak-Amerikához közeledett, értesítették a környezetvédelmi hatóságokat és a kutatótársakat •Magas aeroszol koncentráció miatt, a hatóságok megtiltották a szabad tüzek gyujtását • A kutatók jelentették a megfigyeléseiket és adataikat egy web- oldalon keresztül. •A környezetvédelmi hatóságok a kutatók web-oldalán keresztül tájékoztatták a lakosságot erről a különleges aeroszol jelenségről.

MTA RBH Biomassza égetése A növények, a biomassza égetése lényegesen hozzajárul az élet alapanyagainak 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 déli szavanna tartományban ezrével égnek a tüzek, különösen december és január között. Dél- Amerikában szeptembenben történik a legtöbb égetés.

MTA RBH Növényi égések füstje A füst mérése az erdő, szavanna és mezőgazdasági tüzek körül kimutatja a tüzek nagyságát, térbeli és évszakonkénti eloszlását. A téli szavanna füst egy 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.

MTA RBH 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. Sűrű füst takarta Közép-Amerikát és a körülötte lévő tengereket. A tavasz folyamán a füst néhányszor az USA-ba és egyszer Kanadába is eljutott.

MTA RBH A füstfelhő SeaWiFS és GOES8 műhold adatai szerint

MTA RBH A füstfelhő terjedése Észak Amerika fölött A TOMS mühold naponta méri az abszorbáló aeroszolt. Az adatai szerint, a légáramlás hiánya miatt, 1998 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.

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

MTA RBH Emberi tevékenységgel okozott légköri homály India Kina Észak-Kelet Amerika

MTA RBH Ö sszefoglaló • A légköri aeroszol igen jó indikátora a biogeokémiai folyamatoknak, mint pl. a porviharok, a növényi tüzek, vulkánkitörések és ipari aeroszol előfordulásának. • Mindegyik folyamatnak egy 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. • A tudományos kutatók mérvadó információval hatásosan és időben kisegithetik a környezetvédelmi szerveket.