„Innovatív megoldások a vízgazdálkodásban” a VMMK és a PE szakmai napja 2012 október 16. Globális klímaváltozási tendenciák Dr. Kárpáti Árpád Pannon Egyetem Környezetmérnöki Intézet

A kék bolygó

A Az élet bolygója bolygó

A Nap bolygóinak jellemzői – amiért a Földnek a légkörben maradt a vize, majd teljesen elfedte a víztakaró a „megszilárdult” földgolyót

- Földünk klímaváltozása részben folyamatos részben ciklikus, újkori rövid periódusait bolygók mozgása és sok pontosan nem kellően ismert tényező szabályozza. A klimaváltozás a földi élet alakulásának szerves része. A Föld biológiai élete a klimaváltozásokon keresztül alakult. Az emberiség a Föld történetében egy igen későn megjelent tényező csupán, a földi évből az utolsó perc (12 ezer év) fele az igazán az „ismert” élete. Utolsó negyed másodperc - 50 év – a CO2 koncentráció jelentős növelése, környezet átalakítása. Az emberiség az utolsó fél évszázadban gyakorolhatott számottevő hatást a Föld klímájára, és a drasztikus hatások az utóbbi két évtizedben jelentkeztek, bár azok sem egyértelműek. Hogy bírja ki ezt az emberiség ? - A bioszféra kibírja!

- A klíma (víz-levegő-talaj) alakította ki az életet ami az ember nélkül is (másodpercek híján) stabil volt – vagy stabil most is! - az élet szárazföldek nélkül is fejlődött - biológiai formáiban célirányosan - dinamikus stabilitása felmérhetetlen (mikroorganizmusoktól a növénytermesztésig) Az ipari forradalomig az embert is jól elviselte –Emberiség kritikus hatásai az utolsó száz évben: a termelés (kihasználás) ugrásszerű növelése hasonló népszaporodás agglomeráció - nagyvárosok energiaéhség - energia monopolizálás

8 Az élet kialakulásának előzményei Kb. 15 milliárd éve: a Világegyetem keletkezése (Forró Univerzum hipotézis = ősrobbanás = Nagy Bumm = Big Bang elmélet) 4,6 milliárd éve: a Naprendszer kialakulása (Hoyle elmélete) A Föld mára a bioszféra folyamatai által kialakított élőhely – a földi bioszféráé, mintegy néhány évtizede az ugrásszerűen elszaporodott emberé is

9 I.Ősidő (Archaikum): millió évvel ezelőtt A bolygó felszínének alakulása: Vízkondenzácó Ősóceán kialakulása. Őslégkör Amikor a hőmérséklet 100 o C alá süllyed, a vízgőz lecsapódásával kialakult a stabil ősóceán, őslégkör. Hőmérséklet csökken, megszilárdult a tenger alatti kéreg Az őslégkör redukáló légkör volt: oxigént nem, ammóniát, metánt, vízgőzt, széndioxid tartalmazott.

A vízforgalom meghatározója a Nap sugárzása és a tengerek hőmérséklete volt. Nap sugárzása hosszú távon állandó, a vízhőmérséklet is hamar stabilizálódott E-F ill. G-H görbék: Maximális üvegház hatással számolva, illetőleg e hatás nélkül

Elgondolásra kell hogy késztessen mindenkit, hogy nemrég harmincegyezer tudós írt alá egy petíciót, „amely kétségbe vonja, hogy a globális felmelegedés emberi tényezők következménye”. Az együttesen közel kétszázezer tagot tömörítő Európai és az Amerikai Fizikai Társaság pedig november 30-án nyilatkozatot tett közzé: „ a klímával kapcsolatos kérdés komplexitása nehézzé teszi a pontos előrejelzéseket…” (News and Informations…, 2009) Továbbá a Föld évének legfontosabb üzenete: „A Föld környezeti gondjai nem egyszerűsíthetők le egyetlen problémára, a globális felmelegedésre…” (MTA Hírlevél, január 28.)

- Azt, hogy a bolygónk sugárzási és hőháztartási folyamatait alakító számos fizikai-kémiai, biológiai-ökológiai és emberi-társadalmi hatás hogyan tud érzékenyen és folyamatosan változó, de ugyanakkor mégis meglepően szűk határok között maradó klimatikus egyensúlyt tartani, hogy mi és pontosan hogyan szabályozza ezeket a különféle klíma-szabályozási mechanizmusokat, ma még nem ismerjük.

- Kérdés, hogy a rendkívül gyorsan erősödő emberi hatások - rövidebb-hosszabb távon hogyan módosítják bolygónk éghajlatát? Mi lesz a várható változások hatása a mezőgazdaságra, vízgazdálkodásra és a bioszféra egészére Mit lehet tenni országonként és nemzetközi összefogással, hogy a kedvezőtlen hatásokat tompítsuk, vagy hozzá idejében alkalmazkodjunk?

A modellek mind melegedést jósolnak – a szén- dioxid-koncentrációk emelkedésére építve. A geológusok azonban óvatosságra intenek: „…számszerű értékeket tartalmazó előrejelzésekhez szükséges lenne ismerni a kiváltó okok hatásmechanizmusát, a változások mértékét és sebességét.” Az ún. Stern-jelentés szerint: „Senki nem tudja előre jelezni teljes bizonyossággal, hogy milyen következményei lesznek az éghajlatváltozásnak.” (Stern-jelentés)

Nem szabad ugyanakkor egyértelmű prioritást adni a hőmérséklet emelkedésének – klímaváltozásnak - s azt az emberiség „fő ellenségének” kikiáltani. Ma már egyre világosabb, hogy az emberiség égető problémái egyebek is, így a Föld erőforrásainak végessége és pazarlása, túlnépesedés, talajpusztulás, édesvízhiány, betegségek, energiatermelés, környezetszennyezés legkülönbözőbb formái. Mindezek fényében mi történt eddig és mi várható a közeljövőben, a következő évtizedekben, évszázadokban a klíma, a klímaváltozás vonatkozásában?

Földünk légköre összetételének alakulása vízének kondenzációja után - mintegy 4 milliárd év óta Redukáló  inert  oxidáló H 2 O, H 2, N 2, CO 2 N 2, O 2 NH 3, H 2 S CH 4, N 2, CO 2 O 2 mentes Vízben (tengerben előbb NH 4 + CO 2 termelés) NH 4 HCO 3 (később O 2 termelés ugyanott – alga-, ill. N 2 megkötés Cyanobaktériumok)

- Hogyan alakult ki a Föld jelenlegi bioszférája mintegy 4,6 mrd év alatt - légköre- (T kezdetektől csökkenő) - víz – kondenzáció után lett – 4 mrd éve - szárazulatok – 1 mrd éve Prebiotikus folyamatok: - szerves anyag keletkezése - szervetlen kémiai átalakulások - szerves anyagból az élő anyag összetevői Biológiai élet lassú kifejlődése, differenciálódása, egymásra épülése

- A biológiai élet kialakulása Szerves anyag mineralizálása metánná és széndioxiddá Újfajta szerves anyag termelés (cianobakter, algák) Esetlegesen ugyanez víz helyett kénhidrogénnel Algák intenzív oxigén termelése napfénnyel Oxigén mikrobiális hasznosítása (heterotrofok) Heterotrofok egyidejű széndioxid és szerves maradék termelése, utóbbi részleges lebontása az iszapüledékben (anaerob) Ammónium nitritté, majd nitrogénné alakítása (anammox) Kénhidrogén oxidációja szulfáttá, gipsz kicsapódása.

Ősi algaszőnyeg nyomai (3,8 mrd év)

- Az oxigéntermelés átalakítja az ősi bioszférát 2,6 mrd évtől 0,6 mrd évig nő az oxigénkoncentráció Oxigéntermelők – producensek (algák) Algák tengerekben 3 m vízszint alatt – UV alga inhomogenitás (hőmérséklet szerint) sekély vizek meghódítása alga inhomogenitás a „parti” vizekben lokális szerves tápanyag feldúsulás konzumensek inhomogenitása sekély vizekben differenciálódás kétéltűek kialakulása CO2 csökkenése a 6-10 atm-ról 1 atm alá

24 Előidő (Proterozoikum): millió évvel ezelőtt Éghajlat: Általában meleg, de legalább négy eljegesedés (hólabda Föld - ami az algákat nem különösebben zavarja) nyomai fedezhetők fel, légkör oxigén- tartalmától függetlenül, : 2300 millió, 1200 millió, 900 millió, 700 millió évvel ezelőtt.

26 Földfelszín kialakulása 1 mrd évvel ezelőtt : Több hegységképződés  lepusztultak  létrejöttek az ősmasszívumok (pajzsok). Az előidő végére négy őskontinens alakult ki: 1. Észak-amerikai tábla (Laurencia) 2. Kelet-európai tábla (Fennoszarmácia) 3. Szibériai tábla - Angara pajzs 4. Gondwana - az ősi Dél- Amerika, Afrika, Arábia, India, Ausztrália és Antarktisz.

27 Az élővilág fejlődése: kb. 1 milliárd évvel ezelőtt eukarióták megjelenése az óceánokban. Nem sokkal később a többsejtűek is megjelentek. Az előidő leggazdagabb élővilágmaradványa az Ediacara-fauna (Ausztrália). Kora millió év. Főleg csalánozók, gyűrűsférgek és ízeltlábúak alkotják.

- Szárazföldek és meghódítása Élet a sekély tengerek iszapjában 1 mrd évtől szárazulatok, ózonréteg Ugyanettől egysejtűen megjelenése, differenciálódása 500 m évtől tengeri állatfajok gyors szaporodása 500 m évtől a szárazulatokon növények 300 mrd évtől szárazföldi állatvilág Felgyorsuló CO2 megkötés – karbonkor Tengerekben mészvázas szervezetek Kontinenseken növényzet

31 karbon: az északi félgömbön mocsárerdők főleg fatermetű harasztokból  kőszén. A kétéltűek elterjedése.

32 Az élővilág fejlődése: kambrium: kialakultak a moszattörzsek és a gerinctelen állatok törzsei trilobiták (háromkaréjú ősrákok).

- Kontinensek vándorlása, alakulása Okai a bolygók tömegvonzása - magmozgás Ugyanez okozza a vulkánizmust is (CO2, SO2) Lassú szárazulat átrendeződés égövek kontinentális foszilis energiahordozó termelés Kisbolygókkal történő ütközések Cunamik, erdőtüzek, állatvilág ugrásszerű változása

36 A földfelszín alakulása: A triász elején még egységes Pangea elkezd feldarabolódni, a szétválás a jura és a kréta időszakban a legintenzívebb. A folyamat során megkezdődik a ma ismert kontinensek elkülönülése.

37

David Raup és John Sepkowski Jr. az utóbbi 250 millió évet átfogó földtörténeti leleteket tanulmányozta alaposan. Azt találták, hogy az irídium mennyisége az egyes rétegekben jelentősen emelkedik nagyjából minden 26. millió év tájékán. Ez szinkronban van a ciklikus fajpusztulásokkal

A Föld felszíni átlaghőmérséklete a múltban szűk tartományon belül ingadozott

43 Éghajlatváltozások az utolsó fél milliárd év során Okai elsősorban Földön kívüli, csillagászati eredetűek: pl. a Föld pályájának módosulása. Pleisztocén eljegesedések az északi félgömbön. A jégtakaró vastagsága méter. A jégtakaró Európában az Alpok - Kárpátok vonaláig), Észak-Amerikában pedig kb. az északi szélesség 40°-áig húzódott. A pleisztocén korban több hidegebb (glaciális=jégkorszak) és enyhébb (interglaciális=jégkorszakköz) időszak különböztethető meg. A jégtakaróval határos, de jéggel nem borított térségek éghajlatát, felszínformáló erőit és élővilágát a jégtakaró erősen befolyásolta, ezek a jégkörnyéki=periglaciális területek (pl. Magyarország). A jégkorszakok idején jelentősen csökkent a tengerek vízszintje. Az utolsó jégkorszak kb. 10 ezer éve ért véget, azóta a jégtakaró visszahúzódott a mai helyére.

A Föld felszíni átlaghőmérséklete a múltban szűk tartományon belül ingadozott

- Szűkebb térségünk alakulása Hol van Magyarország, mióta, meddig Európa közepe? Kárpát medence közepe 200 m éve kontinens volt, 25 m éve tengerfenék Alpok, Dinári hegység, Kárpátok kiemelkedése Tengerfenék feltöltődés (kiszáradás, süllyedés) Szentes-makói árok? Milyenek a foszilis energia tatalékai – kié?

Szűkebb környezetünk hegy és vízrajza az utóbbi tíz-húsz millió évben

Szűkebb környezetünk hegy és vízrajza az utóbbi három-négy millió évben

Szűkebb környezetünk állapotváltozása az utóbbi egy-két millió évben

Szűkebb környezetünk hegy és vízrajza az utóbbi ezer évben

Szűkebb környezetünk állapota az utóbbi ötezer évben

-

Az utóbbi tízezer év emberi fejlődése Gyűjtögetés, vadászat Állattartás, tudatos növénytermesztés, Nagy-családok, törzsek, törzsszövetségek, Öntözéses gazdálkodás, népek művelődése - summir Népek harca, rabló/hódító háborúk (bronzkor, rézkor, vaskor), vaskor 3000 éve! Summír írás kialakulása – agyagtáblák, pergament Trója - Sicambria – szkíták, avarok, húnok, Attila népvándorlások, magyarok Nemzeti államok kialakulása Igazán kritikus hatása az utolsó évnek lett!

- Levegőszennyezés és csökkentése Tüzeléstől / közlekedéstől származó Szén – por, SO2, NOx, CO, CO2 Folyékony szénhidrogén – CH, CO, CO2 Gáz – CO, CO2 CO2 emisszió csökkentése – USA, Kína Ipari védelem Por – ES porleválasztás – pernye – útépítés SO2 – meszes mosás – gipsz- építőanyag-

- GázKépletGWPa Légköri tart.idő (év) Légköri koncentráció Változás (%) szén-dioxidCO ↑ 368 ppmv +31 metánCH 4 238, ↑ 1750 ppbv +151 dinitrogén- oxid N2ON2O ↑ 316 ppbv +17 fluorozott szénhidrogének (HFC-k) HFC-23CHF ↑ 14 pptv HFC-134aCH 2 FCF ↑ 7,5 pptv

A Föld a fenti együttéléssel a mi egyetlen otthonunk ! Jobban kellene vigyáznunk levegője, vize és talaja szennyezésére – s ezzel önmagunkra is!

Legmelegebb 10 év adatai 1880 és 2006 között Év Eltérés 1951–1980 átlagától ,63 °C ,57 °C ,56 °C ,55 °C ,54 °C ,49 °C ,48 °C ,40 °C ,38 °C ,38 °C Forrás: NASA GISSNASA GISS

71 Globális léptékben a vízkörforgásban megújuló vízkészlet nő - jelentős területi eltérésekkel IPCC 2007

Az éghajlatváltozás következményei Kevesebb vízkészlet, főként a nyári félévben növekvő versengés a vízigények között mederbeli vízhasználatok csökkenése tavakban gyakrabban fordul elő tartósabb alacsony vízállás vízminőségi következmények (tavak romló vízcseréje, öntisztulás) romló ökológiai vízellátottság Szélsőségek gyakoribb aszály az aszályok nagyobb térségre terjednek ki gyakoribb heves árvizek növekvő olvadásos árvizek

A téli csapadék nő, a nyári csökken, … … az évi keveset változik, inkább csökken Területi eloszlás jellege nem változik Tél-tavaszNyár-ősz

Ariditás növekszik Hőmérséklet növekedése A csapadék éven belüli átrendeződése Mediterránosodás Gaál, 2007

75 Az évi lefolyás csökkent a Balaton vízgyűjtőjébena Tisza és Zagyva … összhangban a csapadék és a hőmérséklet változásával

76 Átrendeződik a „felszínen aktivizálódó” vízmennyiség

Szükségessé váló intézkedések Nem éghajlati hatások kezelése (vízgyűjtőrendezés, vízelvezető művek), vízszennyezés csökkentése Takarékosabb vízhasználat, alkalmazkodó vízigények Előrejelző-riasztó rendszerek Vizek visszatartása, tárolása Vízkorlátozási tervek Éghajlatváltozás figyelése (indikátor) Nagyobb vízigények esetén hatásvizsgálat Veszélyeztetett területek kijelölése, területhasználat váltás

Talajerózió A talajerózió azokon a területeken pusztít elsősorban, ahol az ember kiirtotta az eredeti növénytakarót és ezáltal utat enged a víz és a szél pusztító hatásainak. A talajok pusztulásában az ember közvetlenül is részt vesz, amikor utakat, városokat, gyárakat épít. Az emberi tevékenység következtében évente mintegy 25 milliárd tonna termőtalajjal lesz kevesebb a Földön.

- Talaj szennyezése és hatásai Növénytermesztés kapcsán Hulladékok elhelyezése kapcsán Biológiailag bonthat (bomló) szerves hulladék Inert szerves hulladék Inert szervetlen hulladék Lakossági szilárd hulladék feldolgozása kapcsán Hulladékok deponálása (ASA) miatt Hulladéklerakók csurgalékvizei (NH4, sók, vas(II), huminvegyületek) Hígtrágya mértéktelen kihelyezése miatt

- Az egyes bioszférák kritikus szennyezése Levegő – CFx, ózon, UV (erdőírtás- O2) Víz – gyógyszermaradványok – ivóvíz Talaj – növényvédőszerek - élelmiszerek (biol. elsivatagosodás) elégtelen és helytelen táplálkozás Emberiség - Monopolizáció fegyverkezés, energiaipar, bankok, gyógyszeripar

- Egyéb kockázatok a bioszférára: Ciklikus kozmikus találkozások (ezer évente kisebb ütközések, ritkábban nagyobbak, cunamik, vízözön) Gyakrabban kisbolygók gravitációs hatásai (vulkáni tevékenység)

- E mberi történelem tapasztalata: Kultúrák kihalásának leggyakoribb oka eddig emberek emberek általi népírtása, vagy élelemhiány volt. Utóbbiakat is maguk az emberek idézték elő –Folyamvölgyek, Maya, Anchor, stb A jövőben ez ugyanígy várható ? Köszönöm a megtisztelő figyelmüket, s tegyenek a továbbiakban fokozottan környezetük tudatos, emberi, romboló átalakítására.