Légkőri aeroszol, mint a globális biogeokémikai változások indikátora

Huszár Rudolf

Washington UniversitySt. Louis, USA

Székfoglalási Előadás Magyar Tudományos Akadémia

Budapest, 1998 Junius 23

A Föld rendszer egészségi állapota

Az orvosok a páciens egészségét ugy állapitják meg, hogy lemérik a hőmérsékletét, sziv dobogását, a kolesztorol koncentrácioját és a többi életre fontos jellemzőt. Egy beteg diagnózisára, az orvosok kölönböző műszereket használnak, pl. Röntgen és ultrahang képeket, stb.

Az állandóan változó Föld

A Föld is egy élő rendszerhez hasonló. James Lovelock, az angol tudós szerint manapság szükségessé vált a Föld bolygó egészségét, fiziológiáját, is figyelmmel kisérni. Ez azért szükséges mert a Föld fizikai állapota és vegyi összetétele állandoan változik. A Föld fizikailag öregedik és ugyanakkor az evolució a bioszférát állandóan újitja. A változások egy része lassan és egyenletessen történik és előre látható. Azonban sok biogeokemiai változás gyorsan és váratlanul történik, valamint időben és térben egyenletlen. Emberi szempontból, ezek sokszor katasztrofális események, mint például a vulkánikus kitörések, nagy tüzek, szárazság, El Nino, stb. Ezekhez az esemenyékhez az emberiségnek alkalmazkonia kell.

Alkalmazkodás a környezetbeli változásokhoz

• A változások észlelése és felismerése (monitoring)

• A változások okainak a magyárazata (kutatás)

• Ha szükséges, alkalmazkodási közbelépés (management-kezelés)

Tehát attól függetlenül, hogy a Földünk most “egészséges” e vagy “beteg”, az elkerűlhetetlen és nem előrelátható környzezetbeli változásak megkivánják a következő lépéseket:

Ezek az érzéki-mozgási viszacsatolási ciklus alapjai. Állitólag ez a három lépés szükséges az emberiség fejlödésének a fenntartásához. (sustainable development) . Ez eléggé logikus, mert minden élőlény ilyen érzeki visszacsatolással, tartja fenn magát a változékony környezetben.

A mai elöadásunk célja ezt a három lépést megvilágitani és az egész Föld kezelő rendszert példákon keresztül ilusztrálni.

A Főld merese

A Föld-tudományok szakemberei mérik a globális hőmérsékletét, a kén-doxidot, a felhősséget és a Föld sok más életre fontos jelzőit. Méréseiket a hőmérőkkel, vegyi analizissal és műholdas megfigyelésekkel teszik meg.

Aeroszol….

Fontos biogeokémiai folyamatok megjelenitése aeroszollal

Vulkánikus kitörések

Por viharok Erdő tüzek

Ember által okozott változásokMindezek a folyamatok lényegesen befolyásolják a biogeokémiai anyagforgást és ugyanakkor szemmel látható füstöt, porfelhőt és légköri homályt okoznak. Tehát a füst, a por és légkőri homály menyisége, minősege, valamint a tér és időbeli elosztása jellemzi a biogeokémikus folyamatokat.

Az emberi szemhez hasonlóan, a múholdra szerelt szenzor érzékeli a földről reflektált sugárzást ( Ro), és a visszavetett fényszórást az aeroszol, tiszta levegő és felhő rétegekről. Leegyszerűsitve, a műholdon mérhető sugárzást, igy lehet kifejezni:

I / Io = Ro e- + (1- e-) P

Az aeroszol műholdas távmérése

Itt az aeroszol optikai mélysége és P az iránybeli sugárzás valószinűsége.

Az élet alapanyagai, ugyanis a szén, kén, nitrogén, kalcium, és foszfor állandó körforgásban vannak az atmoszféra, hidroszféra, litoszféra es bioszféra közott. A környezet akkor van egyensulyban ha az anyagok ki-es-be folyása egyenlő. Másrészt, változások a környeztben akkor történnek, ha ezeknek az anyagoknak kőrforgása megváltozik. Például, a szén-dioxid koncentrációja a légkörben akkor emelkedik ha a források mennyisége nagyobb mint a kiüllepedés mennyisége.

A Föld egyensúlya és állandó változásai

Por viharok

Por viharok okozzák a homok szállitását a Föld egyik részéből a másikba. Lösz, a jó termő sárgás hordalék, a Föld kontinenseinek kb. 10 százalékát takarja. Kinában, például 100 m mélységű lösz réteg is található. A lősz vegyi ősszetétele nagyrészben az afrikai és ázsiai homok sivatagjaira mutat vissza.

A Föld legfontosabb por forrásai a Szaharában, Saudi Arábiában és kőzép Azsiaban találhatatók.

A por részecskéket a szél ereje emeli a levegőbe a homok dűne felületéről. A por vegyi összetétele hasonló az adott sivatag homokjához.

Szaharai porfelhő Atlanti óceán felett

A kissebb por részecskéket, 1-5 m között, több ezer kilométerre szállitja a szél. Ezért található nagymennyiségű szaharai por Dél Amerikában és kinai sivatagi por Észak Amerikában és Grönlandon.

A por mint szárazság indikátora

A légkőri por mérése száraz vidékeken kimutatja por forrásait, a szállitás mennyiségét és a szálitott ayag térbeli elosztását. Ezen keresztül, más merésekkel kombinálva meg lehet állapitani a szárazság méretét, vagy a sivatag terjedését.

TüzekA növények égetése lényegessen hozzajárul az élet alapanyagainak a körforgásához. Erdő, szavanna és mezőgazdásági tüzek nagy menyiségű szén-dioxidot, szerves gőzöket és aeroszolt bocsátanak a légkőrbe. Manapság a tüzek leginkább az emberi tevékenységek miatt keltkeznek.

Növényi égések füstje

A Szahara alatti szavanna tartományban ezrével égnek a kistüzek, különösen December és Január között. Ez sűrű füst réteget okoz egy 1000-2000 km hoszú sávban. A téli szavanna füstöt a szél Dél Amerika irányába szállitja 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 mezögozdasági tüzek körül kimutatja a tüzek nagyságát, térbeli és évszykonkémti eloszlását.

Vulkánikus aeroszolVulkánikus kitörésknél az aeroszol szürke hamupor részecskékből áll és gyorsan leülepedik a légkőrből.

A tartós vulkanikus aeroszol (0.5-1 m nagyság között), a sztratoszférábon keletkezik mint kénsav, kén-dioxid diokszid oxidáciojából.

Vulkánikus aeroszol mérésével meglehet állapitani a kén kidobás mennyiségit és az

aeroszol világkörüli szétterjedését. Nagy kitörések lecsökkentik a Föld átlaghömérsékletét 1-2 °C és világszerte vörös napnyugtatot okoznak

A vulkánikus szulfát aeroszol 1-2 hónap alatt kiterjed az egész világra és utánna 1-2 évig a sztratoszférában tartózkodik 10-20 km magasságban.

A vukánikus 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.

Ember által okozott változások

.

Az emberiség megváltoztatta a természetes folyamatokat is. Az erdök szandékos leégetese a világ sok részeben is növelitek a bio-anyagok körforgását. A sivatagok terjedése pedig befolyásolja a talaj porok légköri szétszorását.

Az utolsó évszázad óta az emberiség lényegesen befolyásolja a Föld biogeokémiai egyensúlyát. Szén, olaj, és gáz fűtöanyag égetésével nagy mennyiségű szén, kén és (trace) fém anyag kerül a légkörbe. Észak Amerikában például a kén napi fejenkénti kibocsátása a légkörbe kb. fél kilogram. Ez a nagy kén mennyiség nemcsak a levegőt szennyezi hanem mikor leüllepedik, a növényeknek árthat és a talajt savanyitja.

Emberi tevékenységgel okozott légkőri homályKözép Európa India

Kina Észak-kelet Amerika

Az ázsiai por és közép amerikai füst esetei

1988 tavaszán két jelentős aeroszol eset történt. Ezek illusztrálják:

• Az aeroszol nagymérétü (félgömbi) szállitását

• A műlholdak fontos szerepét aeroszol mérésekre, és

• A tutatások hozzájárulását a légszennyezödés kzeéséhez

A kelet-ázsiai porzivatar

1988 Április 15-én egy porzivatar kezdődött Kina nyugati tartományábon. Különbözött a tavaszi por zivatartól, mert sokkal nagyobb méretű volt. A CNN szerint, sok ember eltünt. Április 20-ara a sárga porfelhő kelet Kinának 1500 km tartományát takarta be.

A por felhő szállitáasa a Csendes óceánon keresztül

Április 20 és 25-e között a porfelhő gyorsan átutazott a Csendes-oceánon

Az óceán felett a sárga por felhőt könnyen meglehetett különböztetni a fehér viz felhőktöl.

Az ázsiai porfelhő kihatása észak Amerikábon

Április 25-én a porfelhő megérkezett Észak Amerikába. Müholdas képek szerint az egyik ága folytatta az utat Kanada felett keleti irányban. A másik ága délre fordult Oregon és Kalifornia irányában. Washington államban a por felhő 120 g/m3 aeroszol koncentrációt okozott.

A légszennyeződés kezelésének a kutatásos támogatása

• Egy néhány kutató figyelte az ázsiai por felhő alakulását és mozgását.

• Amikor a porfelhő Észak Amerikához közeledett, étesitették a kőrnyezet védelmi hatóságokat és a kutatótársakat

•Két napon belül több mint 40 kutató és kőrnyezetvédelmi szakember jelentette a megfigyeléseit és adatait a közös interneti hólózaton keresztül.

•A kőrnyezetvédelmi hatóságok a web-oldolon keresztül tájékoztaták a lkosságot erröl a különleges aeroszol jelenségröl.

A Kozép Amerikai erdő tüzek

A 1998-as év egész tavaszán ezrével gyulladtak ki a tüzek Dél Mexikó és Panama között. Ez magában nem meglepő de a szárazsag miatt az égő novényzet mennyisége allitólag 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.

A füstfelhő átutatasa Észak Amerikán• A légáramlás hiánya miatt, 1988 május 12-re egy különösen sűrű füstfelhő

gyült össze az 1500 Km nagyságú Mexikoi 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. Utánna a füstfelhő eltakarta a Egyesült Államok keleti országait.

• Az aeroszol utjában mindehol a standard feletti aeroszol koncentráciot okozott, és a lég homályosság miatt gátolta a légiforgalmat.

A füstfelhő SeaWiFS műhold felvétele szerint Aprilis 14 és 16-án.

GOES 8 muhold felvetele Aprilis 16-án

A közép Amerikai tüzeket a tavasz folyamán sok kutató kisérte figyelemmel különféle műholdas mérésekkel.

Az interneten bemutatott külonböző adatokat összesitették 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 és mikor kaphat a standard átlépéséért felmentést.

A légtisztaság védelmének tudományos támogatása

Összefoglaló

A légkőri aeroszol egy igen megfelelő indikátora a por szállitás, növenyzeti tüzek, vulkánikus kitöréseknek és az üzemanyag égésének a folyamataira.Mindegyik folyamtanak egy különleges aeroszol jellmzője vanErőteljes napsugár szórása miatt az aeroszol könnyen észlelhetőMűholdas műszerek már most mérhetik a globáis aeroszol mindennapi elosztásátA hátralévő mérési problémák közeljövőben megoldhatókAz ázsiai porzivatar és a közép amerikai tüz eseteken azt is tapasztaltuk hogy a tudomános kutatók hatásosan és és időben hozzájárulhatnak a légminőseg kzeléséhez.

GAIN

GlobalAerosol InformationNetwork

Biomass burning

Vulcanic aerosol

Radiative effects

Pollution

Health effects

Aeolian dust

Javaslatunk: Globális aeroszol megfigyelő hálózatAzt javasoljuk hogy egy globális aeroszol megfigyelő redszert állitsunk össze. Egy kisszámu, de tapasztalt nemzetközi csoport állandoan figyelné a globalis aeroszol elosztását interneten hozzájutható műholdas képeken keresztül.Érdekes por, füst vagy légkori homály esetében, a többi kutatókat és a hatóságog értesitve lennének egy globális aeroszol informácios hálozaton keresztül. Szükség esetén, részletesebb megfigyelések indithatok és a lakosság felkészülhető a vedekezésre.

Köszönet

Legelőször is szives köszönetemet szeretném kifejezni feleségemnek, Jánjának, aki e munka minden részében segitett, Attila fiunknak, aki elkészitette az első műholdon mért globális aeroszol térképünket és a Maja lányunknak aki karban tartotta az ázsia pornak a Web-oldalát.