V. Rész - A globális felmelegedés - Csillagászati okok

Csillagászati okok

A napciklus

A napfoltok száma, a földfelszín hőmérséklete és a légkör szén-dioxid-koncentrációja. A vörös görbe a hőmérséklet változása Celsius-fokban, a sárga a napfoltok száma, a kék pedig a légkör szén-dioxid koncentrációja ppmv-ben. Utóbbit a hatvanas évekig tengerszinten, majd később a Mauna Loa hegyen (Hawaii) mérték.

A Föld éghajlatát befolyásolja a napsugárzás, a napállandó, valamint az, hogyan hasznosul a beérkező energia a földi szférákban. Ha ezek bármelyike megváltozik, akkor változik a Föld energiamérlege és ezzel éghajlata is.

A megfigyelhető napfoltok száma és intenzitása változó, elhelyezkedésük egyenetlen; a változás ciklusa 11,2 éves. A napciklus minimumán csak néhány napfolt látható, sőt, időnként egy sem. Később az Egyenlítő két oldalán szimmetrikusan, magas szélességi körökön jelennek meg, és az Egyenlítő felé vándorolnak, miközben újabbak alakulnak ki. A napfoltok általában párokban jelennek meg a két féltekén, és környezetükben ellentétes a mágneses töltés előjele. A legtöbb napfolt a napciklus végén, az északi és déli mágneses pólus felcserélődésekor látható. A 11 éves, rövid periódusú cikluson kívül ismerünk egy hosszabb, 72-82,5 év között változó hosszú ciklust is. Archív adatokból arra következtettek, hogy ez a ciklus 1784 és 1867 között volt a leghosszabb (82,5 éves), az azóta kimutatott hét periódus egyre rövidebb.

Elsőként Knud Lassen (Dán Meteorológiai Intézet) hívta fel a figyelmet arra, hogy a napfolttevékenység ciklusa a jelek szerint szinkronban van a globális hőmérséklet változásával. (A napfolttevékenység intenzitását az elmúlt 1000 évre az antarktiszi és a grönlandi jégmintákberillium-10 izotóp-tartalmából becsülik.) Elméletét más tudósok is próbálták alátámasztani, az 1970-es években a Nap aktivitásának megfigyeléséből kiindulva próbálták magyarázni a globális felmelegedést.  Knud Lassen azonban 2000-ben beismerte, hogy az eredetileg őáltala felállított hipotézisnek vannak gyenge pontjai, s az Európai Geofizikai Társaság kongresszusán bejelentette, hogy az 1980 óta végbement drámai hőmérséklet-növekedés már szerinte sem magyarázható a napfoltokkal és a napfolttevékenység ciklusaival.  Az IPCC szintén behatóan tanulmányozta a naptevékenységet, és arra a következtetésre jutott, hogy bár a XX. század első felében valamelyest nőtt a szoláris besugárzás mértéke, ez önmagában nem ad magyarázatot a tapasztalt hőmérséklet-emelkedésre.

Ismert a napfoltoknak egy körülbelül 1500 éves ciklusa (Bond-események), melynek hatása van a Föld éghajlatára. S. Frederick Singeramerikai éghajlatkutató szerint a napfolttevékenység erősödése okozza a Föld éghajlatának felmelegedését.

A napállandó változása 

A mérésekből kiderült, hogy a napállandó értéke időben változik, fluktuációja néhány tized Wm⁻² értékű növekedést mutat. Erre több tudományos magyarázat is született. 1. A Nap energiasugárzása évmilliókban mérhető időskálán növekszik. 2. A Nap – életének egy korábbi szakaszában – kozmikus porfelhőn haladt keresztül, amely akár évmilliókig is eltarthatott, és időszakosan a napállandó értéke kisebb is volt a mainál. A napállandó értékében történő 1%-os csökkenés hatása a földfelszín átlaghőmérsékletének akár 0,7-0,8 °C-os csökkenését is maga után vonhatja.

A Föld pályaelemeinek nagy léptékű változása

Ezt az elméletet Milutyin Milankovity szerb meteorológus dolgozta ki az 1920-as években. Az elmélet lényege, hogy a Föld pályaelemei változást mutatnak: az excentricitás 100 és 410 ezer éves periódusokkal változik, a földtengely és a pálya által bezárt szög 41 ezer éves periódussal változik, ezen kívül a Nap és a Hold tömegvonzásából, valamint a Föld lapultságából eredő precesszió 21 ezer éves ciklust mutat. Ezek a változások hatással vannak a napsugárzás földfelszíni eloszlására. Ennek az elméletnek súlyos hiányossága azonban, hogy figyelmen kívül hagyja az üvegházhatást előidéző szén-dioxid légköri koncentrációjának csökkenését, következésképpen nem ad kielégítő magyarázatot a jégkorszakok létrejöttére. Emellett a földtörténet legnagyobb részén nem igazolható a Föld pályaelemeinek változásai és az éghajlat közötti összefüggés.

 

Felmelegedési spirál, visszacsatolások 

A Kilimandzsáró jégsapkájának visszahúzódása 1993 és 2000 között

A felmelegedési spirált a pozitív visszacsatolások okozzák. A legfontosabb ilyen folyamatok:

§                    A légkör megnövekedett szén-dioxid-koncentrációja az üvegházhatás miatt közvetlenül felfűti a levegőt, ami magasabb hőmérsékleten több vízpárát vesz fel. Ezzel növekszik a hőelnyelés mértéke is, ami a vízpára további felvételét idézi elő.

§                    A tengervíz és a fölötte elhelyezkedő légrétegek felmelegedésével fokozódhat a párolgás, vagyis nőhet a légkör vízgőztartalma. A vízgőz a leghatékonyabb természetes üvegházgáz. Ha az üvegházgáz légköri koncentrációja nő, felmelegedés következik be, aminek közvetett következményeként nő a légköri páratartalom és ezzel együtt tovább erősödik az üvegházhatás. Frank Wentz fizikus szerint ez a visszacsatolás már megkezdődött: a légköri vízgőz-koncentráció az 1990-es években 2%-kal nőtt. A légrétegek megnövekedett vízgőztartalma ugyanakkor negatív visszacsatolást is kiválthat. A felhők elnyelik az infravörös sugárzást és az elnyelt mennyiség arányában fejtenek ki melegítő hatást. Ugyanakkor visszatükrözik a napfény egy részét, így nagy mennyiségük gátolja a felmelegedést. A vízgőz okozta visszacsatolás mértékét nehéz megállapítani, mivel a vízgőz – ellentétben a szén-dioxiddal – nem egyenletesen oszlik el a levegőben. A vízgőz (felhők formájában) a visszacsatolási folyamaton kívül fontos szerepet játszik a sugárzásegyenlegkialakításában. A nappali Föld felszínének közel felét árnyékoló felhők a napsugárzás több, mint ötödét verik vissza, mérsékelve a felmelegedést.

§                    A légkörben megnövekedett szén-dioxid-mennyiség felmelegíti a Föld felszínét, megolvasztja a jégtömböket. A jég fehér felületként veri vissza a Napsugarait, és ahogy olvad, helyét a hőt lényegesen jobban elnyelő tenger vagy szárazföld foglalja el. Ettől gyorsabban olvadnak a jégfelületek, és öngerjesztő folyamat alakul ki.

§                    A szén-dioxid koncentrációjának növekedése a talaj hőelnyelő képességére is hat. A talajban a szén igen finom egyensúlyban raktározódik, és már a hőmérséklet egy kis változása is elég ahhoz, hogy a talaj elkezdje kibocsátani a korábban elnyelt szén-dioxidot. Alacsonyabb hőmérsékleten lassabb abakteriális bomlás, és az elhalt növényi részek széntartalma felhalmozódik a talajban. Ahogy a talaj felmelegszik, gyorsul a lebontás, és szén-dioxid jut vissza a légkörbe.

§                    A szén-dioxid koncentrációjának növekedése fokozza az esőerdőkben a növények kilégzését (a transpirációt). Amikor a növények kinyitják a leveleiken elhelyezkedő légzőnyílásokat (sztómákat), elpárologtatják víztartalmuk egy részét. A sztómák kinyitásával jutnak hozzá a légköri szén-dioxidhoz, és ezt a „kaput” pont addig hagyják nyitva, ameddig szükséges. Ha nő a légkörben a szén-dioxid mennyisége, az esőerdők növényei az átlagosnál tovább tartják zárva sztómáikat és ezért kevesebb vízpárát lélegeznek ki, ami egyesek szerint csökkenti a csapadék mennyiségét.

§                    Egy másik pozitív visszacsatolási folyamat során a globális felmelegedés hatására a metán-hidrátból metán szabadulhat fel. A metán-hidrát szilárd anyag, de instabil elegy, amely alacsony hőmérsékleten képződik a tengerek mélyén, a tengervíz keltette nagy nyomás alatt. A metán-hidrát létrejöttének alapvető feltétele a kellően vastag üledékréteg, amelyben a metán keletkezik. Ha ez az anyag kiszabadul a tengervíz nyomása alól, közvetlenül szublimál és szétoszlik a levegőben, üvegházhatást okozva gyorsítja a globális felmelegedés folyamatát.

További fontos visszacsatolási folyamatok:

§                    Az El Niño jelenség és a légköri szén-dioxid koncentráció: pozitív visszacsatolás.

§                    Az észak-atlanti vízsüllyedés és a légköri szén-dioxid koncentráció: pozitív visszacsatolás.

§                    Vegetáció az arktikus övezetben és a légköri szén-dioxid koncentráció: negatív visszacsatolás.

§                    Az arktikus övezet fagyott talaja és a szén-dioxid koncentráció. E visszacsatolási folyamat jellegét ma még nem tudjuk egyértelműen meghatározni.