Az éghajlati rendszer

A 3.1. ábra az éghajlati rendszer elemeit, vagyis azokat a fontosabb tényezőket, folyamato-kat mutatja be, melyek a múlt és jelen éghajlatát meghatározzák. Ugyancsak e rendszeren keresztül érthetjük meg az elkövetkező évtizedek, évszázadok éghajlatváltozását. Az éghaj-lati rendszer öt alapeleme: a légkör, az óceán, a krioszféra, a bioszféra és a talajfelszín. Az éghajlati rendszert vezérlő két alapvető hatás: (1) a légkör felmelegedése a bejövő rövidhul-lámú (látható tartományú) napsugárzás révén, (2) a hűtő hatás a világűrbe történő hosszú-hullámú (infravörös) kisugárzás által. Míg a melegítő hatás a kisebb szélességeken, a trópu-sokon a legerősebb, addig a hűtés a sarki térségek téli időszakában a legintenzívebb. A föld-rajzi szélességek között meglévő jelentős hőmérsékleti gradiens – mely egyben az adott térségek markáns légnyomáskülönbségét is jelenti – vezérli a légköri és óceáni cirkulációt.

A légköri és óceáni kiegyenlítő áramlások hajtják végre a teljes rendszer egyensúlyba jutá-sához szükséges energia- és hőátvitelt.

3.1. Az éghajlati rendszer 107

3.1. ábra: Az éghajlati rendszer vázlatos szerkezete 3.1.1. A légkör

A bejövő napsugárzás jelentős hányada nem a légkörben nyelődik el, hanem a Föld felszínén (talaj, óceán, jégtakaró). A párolgás és a földfelszínt érő direkt hősugárzás alakítja ki a felszín és a légkör között kialakuló hőátvitelt, melynek ehhez kapcsolódó két megjelenési formája rendre a látens és a szenzibilis hő. Az energiacsere leggyakoribb közvetítői az ún. tranziens időjárási rendszerek (például: ciklonok, anticiklonok), melyek átlagos élettartama mindössze néhány naptól egy-két hétig terjed.

Az éghajlati rendszer egyik legfontosabb összetevőjének, a légkörnek az állapotát főként a következő paraméterek és folyamatok határozzák meg:

 ún. turbulens jellegű hőátvitel, mely kifejezés a légköri átkeveredés örvényes jellegére utal,

 a felszín nedvességtartalma,

 a felszín típusa, illetve annak albedója, mely meghatározza a bejövő és a visszavert nap-sugárzás arányát,

 a vízgőz kondenzálódása révén felszabaduló, ún. látens hő,

 felhőzet, melynek fontos szerep jut a bejövő rövidhullámú napsugárzás visszaverődésénél és a kimenő hosszúhullámú földsugárzás abszorpciójánál, illetve emittálásánál,

 a szén-dioxid, vízgőz, ózon és egyéb nyomgázok légköri hűtő és melegítő hatása,

 a Föld keringési pályaelemeinek ciklikus változásai,

 orográfiai akadályok, szárazföldek és óceánok területi eloszlása, inhomogenitása,

 a légkör és az éghajlati rendszer más elemei között fellépő visszacsatolási mechanizmusok.

A légkört jellemző globális mozgásrendszert az ún. háromcellás cirkulációs modellel ír-hatjuk le, melyet már az 1920-as években kidolgoztak, majd a magaslégköri megfigyelések

eredményeinek felhasználásával a későbbi évtizedekben még finomították. A 3.2. ábra mutat-ja be a forgó Föld idealizált, átlagos viszonyokat tükröző háromcellás cirkulációs modelljét.

Ebben a Hadley által feltételezett cirkuláció mint az Egyenlítőhöz legközelebbi cellapár jele-nik meg, Hadley-cella néven. Ezen kívül még megjelejele-nik a mérsékelt öv nyugatias áramlásait lefedő Ferrel-cella, valamint az északi és déli sarkvidékeken a keleties áramlások által uralt poláris cella. A szomszédos cellákban a levegő egymással ellentétes irányban áramlik, így alakul ki a két Hadley-cella érintkezésénél az Egyenlítő térségében a talajon az ún. trópusi összeáramlási zóna (ITCZ), és a tropopauza magasságában egy szétáramlási zóna. Ehhez ha-sonlóan a Hadley- és a Ferrel-cella találkozásánál süllyedő száraz, hűvös levegőt találunk, és a felszínen kialakul a szubtrópusi nagy nyomású zóna.

3.2. ábra: A Föld idealizált háromcellás cirkulációs modellje

Kicsit részletesebben tekintsük át az Egyenlítőhöz legközelebb lévő, északra és délre kö-zel szimmetrikusan elhelyezkedő Hadley-féle konvektív cellákat! Itt az intenzív besugárzás hatására heves feláramlás indul meg, mely a trópusokra jellemző erős felhősödést eredménye-zi. A feláramló meleg levegő és a gomolyos szerkezetű (Cumulus) toronyfelhők kialakulása felszabadítja a látens hőt a légtömegből, és elméleti megfontolások szerint ez a folyamat biz-tosítja a Hadley-cellában zajló áramlásokhoz szükséges mozgási energiát. A felhőkből hulló bő csapadék táplálja a trópusokon fejlődő dús növényzetet, nevezetesen Délkelet-Ázsia,

Afri-3.1. Az éghajlati rendszer 109

ka Egyenlítői régiója és Dél-Amerika (az Amazonas-medence) esőerdőit. A cirkulációs cel-lában a troposzféra tetejére a tropopauzához már száraz és jelentős mértékben lehűlt légtö-meg érkezik. Az áramlás kettéválva a sarkok irányába indul, és a lehűlési folyamat tovább folytatódik. Az északi és déli 30° szélességeket elérve lefelé indul a légáram és (az adiaba-tikus süllyedés miatt) meleg száraz légtömegként éri el a talajt. Ez jól összecseng a szubtró-pusi régió éghajlati sajátosságaival, mely zónába például az afrikai Szahara, és az ausztrál sivatagok is tartoznak. Ebben a leszálló légáramlatok által uralt térségben a felszín közelé-ben gyenge légmozgás uralkodik, gyakori a szélcsend. Spanyol hajósok ló szélességnek (spanyolul latitudes de los caballos, angolul horse latitudes) nevezték ezt az övezetet, mivel a legendák szerint a hosszú szélmentes időszakok során nem egyszer kényszerültek az óceá-non átkelő hódító harcosok lovaikat a tengerbe ölni, mikor már elfogyott a hajón az eteté-sükhöz, itatásukhoz szükséges abrak és víz.

A Hadley-cella felszíni áramlási ága a passzát szelek öve, mely mindkét féltekén keleti-es szélösszetevőket tartalmaz. Angol nyelvterületen kerkeleti-eskedelmi szeleknek (trade winds) hívják e szélövet, arra utalva, hogy az óceánt átszelő kereskedelmi utakat ebben az övben volt érdemes tervezni, hiszen sem a szélcsendes ló szélesség, sem pedig a sarkok felé azt követő, nyugatias szelek öve nem adott a hajózáshoz biztonságos szélviszonyokat.

A két Hadley-cella közötti hely, sáv a talajon az év során nem állandó, mellyel együtt nyilván a két cirkulációs cella is vándorol. A trópusi összeáramlási zóna aktuális helyzete egyrészt az évszakok, másrészt a földrajzi hosszúság szerint is változik. Az összeáramlási zóna földrajzi helyzete általában jól egybeesik a termikus egyenlítővel (mely a klimatikusan legnagyobb felmelegedés területe, és követi a Nap látszólagos évi járását). Kontinensek es e-tén sokkal nagyobb az Egyenlítőtől való eltávolodás, mint óceánok esee-tén.

3.1.2. Az óceán

Az óceánok is meghatározó szerepet játszanak a globális éghajlati rendszerben. A légkörbe lépő sugárzásnak több mint a fele érkezik le a földfelszínre. Az óceán elnyeli, illetve tárolja ezt az energiát, és a tengeráramlások révén újra elosztja. Az energia nagyobbrészt párolgási folyamatokon keresztül jut ki újra a légkörbe látens hő formájában, kisebb részben pedig hosszúhullámú földsugárzásként. A tengeráramlásokat az impulzusmomentum, a hő és a víztömeg kicserélődési folyamatai vezérlik. Bonyolult vertikális és horizontális összetevő-ket tartalmazó pályákon haladnak ezek az áramlatok, melyeösszetevő-ket a tenger felett fújó szél irá-nya és erőssége, a tengervíz hőmérséklete és sókoncentrációja, a kontinensek partvonalai, valamint a tengerfenéken húzódó hegyvonulatok, árokrendszerek határoznak meg.

A felszíni áramlások csak az – átlagosan több km mélységű – óceántömeg felső néhány száz méterét érintik. A mélytengerek is mozgásban vannak, melyek iránya és sebessége gyakran jelentősen eltér a felszíni áramlásoktól. Az óceán vertikális, azaz lefelé és felfelé irányuló mozgásait termohalin cirkulációnak nevezzük, mivel ezeket az óceán sűrűségvál-tozásai irányítják (a víz akkor a legsűrűbb, ha hideg és sós). A nagy sűrűségű víz olyan mélységekig süllyed le, hogy az egyensúlyi állapot létrejöjjön.

3.3. ábra: A termohalin cirkuláció mélytengeri és felszínközeli áramai (Forrás: ACIA, 2005)

A termohalin mélytengeri cirkuláció áttekintő képét láthatjuk a 3.3. ábrán, mely sugallja, hogy ez az ún. óceáni szállítószalag (angol nevén conveyor belt) a Föld óceánjait egybefüggő rendszerbe fogja össze. Ezen áramlás szerepe az egymástól földrajzilag távol fekvő óceáni medencék közötti hőmérsékleti és sókoncentrációbeli különbségek kiegyenlítése.

A termohalin cirkulációnak a horizontális víztömegszállítás mellett vertikális le- és fel-szálló komponensei is vannak. Az Észak-Atlantikumban jellemző száraz arktikus légtömegek elvonják a hőt és intenzív párolgást indukálnak az óceán felszínközeli rétegeiben, mely meg-növeli a sótartalmat és a vízsűrűséget. E sűrű, nehéz víztömegek néhány ezer méter mélység-be leszállva olyan déli irányba haladó mélytengeri folyammá állnak össze, melynek össztö-mege hússzorosa a világ összes folyójának. Ez a mélytengeri áramlás az Atlanti-óceán északi peremétől Dél-Afrika felé folyik, majd áthalad az Indiai-óceánon, délről megkerüli Ausztráli-át, és megérkezik a Csendes-óceánba, eközben mindvégig nagy mélységben halad. Ez az óce-áni szállítószalag juttatja el az Atlanti-óceóce-áni intenzív vízgőz kipárolgás miatt visszamaradt sómennyiséget a Csendes-óceánba. Jég- és üledékminták bizonyítják, hogy ez a nagy szállító-szalag-rendszer a glaciális és interglaciális időkben többször összeroppant, illetve áthelyező-dött, így az elkövetkezendő klímaváltozásoknak szintén fontos meghatározója lehet.

3.1.3. A krioszféra

Krioszférának a földfelszínen található alábbi hó- és jégformációkat nevezzük:

 Időszakos szárazföldi hótakaró, amely a leggyorsabban reagál a néhány naptól néhány hétig terjedő időskálán a légkörben lejátszódó dinamikai folyamatokra. A téli időszakban megjelenő kontinentális hótakaróban tárolt hőmennyiség a teljes Földet tekintve nem je-lentős. A krioszféra legfontosabb hatása a hóval fedett felszínek nagy albedójából ered (vagyis hogy a beérkező napsugárzás nagy részét visszaveri).

 Tengeri jég, melynek hatása az éghajlatra az évszakos és annál nagyobb időskálán érvé-nyesül. Az óceánon lévő jégnek és a szárazföldet borító hónak a hőegyenlegre gyakorolt

3.1. Az éghajlati rendszer 111

léte megakadályozza az impulzusmomentum és a nedvesség cserefolyamatait. Bizonyos térségekben szerepe van a mélytengeri víztömegek elkülönülésében, például a sókoncentráció növekedésekor, a fagyási periódusokban, illetve édesvízi rétegek kelet-kezésekor az olvadási időszakokban.

 Grönland és Antarktika jégtáblái, melyek szinte állandóan jelen lévő felszíni formáci-óknak tekinthetők. Talán meglepőnek tűnik, de ezen jégtömegek tartalmazzák a Föld édesvízkészletének 80%-át. Ez indokolja a hidrológiai ciklusban betöltött hosszú idő-skálán ható tározó szerepüket. A jégtáblák méreteiben bekövetkező bármely változás a tengerszint megváltozását vonná maga után.

 Hegyi gleccserek, melyek a krioszférának csak egy nagyon kis hányadát teszik ki. Szin-tén édesvízi tározóknak tekinthetők, és így ugyancsak hatással lehetnek a tengerszint alakulására. Az éghajlat megváltozása szempontjából fontos diagnosztikai jelentőségük van, hiszen a környezeti feltételek megváltozására nagyon gyorsan reagálnak.

 Az örök fagy birodalma, mely hatással van a felszíni ökoszisztémákra és a tengerbe ömlő folyók vízhozamára. Ez befolyásolja az óceánok termohalin cirkulációját.

3.1.4. A bioszféra

A bioszféra vezérli, illetve kontrollálja néhány fontos üvegházgáznak az óceán, a légkör, valamint a különféle felszínformák közötti kicserélődési folyamatait. A legfontosabb ilyen gázok a szén-dioxid és a metán. Ezek a folyamatok nagyon érzékenyek az éghajlat ingado-zására, módosulására, illetve a környezeti hatásokra. A legkisebb változás egy adott térség légköri összetevőiben, állapotjelzőiben, vagy a környezetben (például a szén-dioxid gáz többlete, azaz koncentrációjának növekedése a légkörben) az egyensúly megbomlásához vezethet. Ekkor az adott elemek, gázok többletként, feleslegként jelennek meg a légkörben.

Ez magyarázza a légköri visszacsatolási mechanizmusok jelentőségét, és azt, hogy e folya-matoknak a klímaváltozásokat leíró modellekben kitüntetett szerep jut.

3.1.5. A talajfelszín

A hidrológiai ciklusban jelentős szerepet játszanak a talajban, valamint annak felszínén ját-szódó folyamatok is. Fontos komponensek: a talaj felszínközeli rétegében talajnedvesség-ként tárolt édesvíz mennyisége; a talaj anyagi tulajdonságaitól nagy mértékben függő föld-alatti víztározók elhelyezkedése, védettsége. A talaj kölcsönhatásban áll a légkörrel a gázok, az aeroszolok és a légnedvesség cserefolyamatai révén. Ezeket a történéseket nagymérték-ben befolyásolja a talaj típusa és a felszín növényi borítottsága, amit természetesen ismét nagyon erősen determinál a talaj nedvessége. Bár jól látható e folyamatok szoros és több-szörös kölcsönhatása, mégis a pontos összefüggések nem ismertek kellő pontossággal. Az utóbbi évtizedben sok kutatás foglalkozik e témakörrel.