Hőmérséklet-modellezés eredményei a Tejos Camp mintavételi ponton

és modellezett idősorokban a vizsgálat teljes időtartamára vontakozó napi periodikus ingadozás jelenlétének arányaival, abszolút és relatív hibák számításával fejeztük ki. Amint az ismertetésre került, a modell számára bemenő adat a –10 cm-en mért hőmérséklet-idősor volt, és ebből történt becslés a –35 és a –60 cm-es mélységekre. Az eredmények a 4.11.

ábrán láthatók. Közülük ki kell emelni a halmazállapot-indexet, aminek értéke 0, ha a modell szerint a halmazállapot víz, és 1, ha jég.

A napi periodikus ingadozással rendelkező napok számának aránya a teljes vizsgált időtartamban a mért és modellezett idősorokban, 35 cm-es mélységben 5%-os, 60 cm-es mélységben 2,8%-os különbséget mutatnak (4.8. táblázat).

4.8. táblázat: Napos periodikus ingadozás jelenléte százalékban, a vizsgált időtartam egészéhez képest mért és modellezett idősorokban, 2012.02.04.-2016.02.02. között

Mélység (cm) Mért (%) Modellezett (%)

35 67,0 62,0

60 49,0 51,8

A napi átlagos hőmérsékletek esetében a számított hibák a mélységgel növekvő tendenciát mutatnak (4.9. táblázat). –35 cm-en, hűlési folyamat során a modellezett hőmérsékletek alatta maradnak a mérteknek. Nyári időszakokban a modell a mért adatokkal jól egyezően 0 °C feletti hőmérsékleteket becsült. Ekkor a folyadék halmazállapot jellemző, ami a vizsgált időtartam 28,2%-aban volt jelen. –60 cm-en a hőmérséklet csökkenésének időszakában (jellemzően ősszel) a modell becsült értékei a mért hőmérsékletek alatt figyelhetők meg. A hőmérséklet növekedése során (jellemzően tavasszal) a modellezett értékek általában jól közelítik a mérteket, kivételt a mért hőmérsékleteknek –2-től 0 °C közötti tartománya jelent, ahol a mért értékek a modell által túlbecsültek. Ennek mértéke megközelítheti az 1 C°-ot. A nyári időszakokban a modellezés eredményeiben, ebben a mélységben is, megjelennek pozitív értékek és ezzel együtt a halmazállapot-változás is bekövetkezik, amikor folyadék halmazállapot volt jelen. Ez jellemző a vizsgált időtartam 13,2%-ában (4.9. ábra).

4.9. táblázat: Napi átlagos hőmérséklet becslésének abszolút és relatív hibái, mért és modellezett idősorokban, 2012.02.04.-2016.02.02. között

Mélység (cm) Abszolút hiba (°C) Relatív hiba (%)

35 0,58 16,2

60 1,451 43,3

65

4.9. ábra: Mérési és modellezési eredmények a Tejos Camp –35, –60 cm-en levő mérőhelyein, hőmérséklet-idősorokra, 2012-2016 között. A hófedettség (fekete), napi periodikus viselkedés jelen van (a piros a modellezésből kapott idősorokra, a kék a mért adatokra vonatkozó waveletspektrum-becslés eredménye), modellezett idősorból számított halmazállapot-index (érték egy, szín szürke-jég; érték nulla, szín fehér-víz)

hőmérséklet-adatok (piros modell, kék mért) (Nagy et al., in prep. szerint)

66

A hőtani modell eredménye szerint a halmazállapot-változás szilárd fázisból a folyadék fázisba 60–80 cm mélyen következik be, időben nem szimmetrikus folyamatként. A nyári felmelegedés során a halmazállapot-változás az olvadás felé lassabban halad egyre mélyebbre, míg a szilárd fázisba történő átalakulás kissé gyorsabb. az eredmények szerint – 35 cm-en december közeptől április második feléig, míg –60 cm-en január utolsó napjaitól április végéig van folyadék fázis. Egy ilyen halmazállapot-változásnak a folyamatát, a 2014.

év nyár időszakára 3D-ban mutatja be a 4.10. ábra. A 4.11. ábra az előbbi kiterjesztése a teljes vizsgált időszakra, azzal a céllal, hogy bemutassa a halmazállapot-változásokat térben az egymást követő években.

4.10. ábra: A halmazállapotot leíró index megjelenítése 3D-ban, 2015. nyári félévében, 2014.10.29.-2015.07.06. között. Kék szín víz, halmazállapot-index értéke 0; világos szürke szín jég, halmazállapot-index

értéke 1) (Nagy et al., in prep. szerint)

4.11. ábra: A halmazállapotot leíró index megjelenítése 3D-ban, 2012.02.03. – 2016.02.02. között, 100 cm mélységig (kék szín víz, halmazállapot-index értéke 0; világos szürke szín jég, halmazállapot-index értéke 1)

(Nagy et al., in prep. szerint)

67 4.4. Következtetések

Eredményeink szerint az Ojos del Saladón a permafroszt és a talajban levő jég jelenléte valószínűtlen 4600 m t.sz.f. alatt, de valószínű 5300 m t.sz.f. felett. A permafroszt és a talajban levő jég megjelenik 5800 m t.sz.f. magasságban. 6750 m t.sz.f. felett a permafroszt ugyan jelen van, de az aktív réteg rendkívül vékony. Eredményeink összhangban vannak az Andok nagyobb magasságaiból származó modellezési (Gruber, 2012) és korábbi in situ vizsgálatok eredményeivel. Megállapítottuk, hogy az Ojos del Saladón jégtartalmú permafroszt 5300–5800 m t.sz.f. magasságban jelenik meg, ami jól illeszkedik a jégtartalmú permafroszt megjelenési magasságának észak felé emelkedő trendjébe, összhangban az Andok növekvő szárazságával a d.sz. 33,5° és 27° között.

Az aktív rétegben fontos és jellemző folyamat a halmazállapot-változás. Ekkor a pórusokban levő víz/jég hőmérséklete eléri a 0 C°-ot, egyensúlyi állapot áll be, aminek oka, hogy az elnyelődött energia nem a hőmérséklet-csökkenésre, illetve emelkedésre, hanem az anyag molekuláris szerkezetének megváltoztatására fordítódik. Ekkor a mért hőmérsékletek napi ingadozása alacsonnyá válik, a napos periodikus viselkedés elmarad. A jelenségnek ez utóbbi viselkedését kihasználva, wavelet-transzformáció alkalmazásával jelentősen lehet segíteni a felszín alatti jég jelenlétére vonatkozó megállapításaink megbízhatóságát.

A wavelet-transzformáció alkalmazásának eredményei alapján megállapítható, hogy a mért hőmérséklet-idősorokban a napi periódus nemcsak a halmazállapot-változás során marad ki, hanem téltől a nyár felé tartó melegedés során, a felszíntől való távolság függvényében, –35 cm-en átlagosan –1,33 tól, –60 cm-en átlagosan –2,53 tól, 0 °C-ig terjedő hőmérséklet-intervallumban is. A jelenség megértésére hőtani modell készült a Tejos Camp mintavételi pontra, melynek segítségével a felszíntől számított néhány méteres mélységig becsülni lehetett a jégtartalmú permafroszt hőmérsékletének idő- és térbeli változásait. E szerint a felszíni hőmérsékletváltozás hatására létrejövő hőmérséklet éves ingadozása és a napi periodikus változás amplitúdói a felszín alatt a mélység növekedésével csökkennek, aminek mértékét a felső, az adott mérőhely felett lévő réteg anyagának (kőzet, levegő, víz, jég) hőszigetelése és átlagos hőkapacitása befolyásolja, de ezek nagysága/mértéke az év során változik. Amikor a tavaszi, nyári időszak emelkedő hőmérsékletének hatására elkezdődik a kőzetben levő jég halmazállapotának változása (olvadása), ez a halmazállapot-változás a felszíntől kezdődően különböző mélységekben következik be, függően a külső szezonális hőmérséklet változásától. Mivel a víznek kisebb a hővezető képessége, mint a jégnek, a felszín közelében elhelyezkedő és a jég olvadása miatt egyre növekvő vastagságú porózus kőzet/víz/levegő összetételű réteg egyre nagyobb szigetelő hatást biztosít, nagyobbat, mint a még meg nem olvadt porózus kőzet/jég/levegő anyagú. Ennek következménye, hogy a napi periodikus viselkedés meg is szűnhet, annak ellenére, hogy adott mélységben – pl. –60 cm-en – a mért hőmérséklet még jóval fagypont alatt van. Mivel télen nincs halmazállapot-változás, a felső rétegnek kisebb a szigetelő hatása, ennek következménye, hogy a napi hőmérsékletváltozásból eredő periodikus viselkedés amplitúdói nagyobbak télen, mint nyáron.

A halmazállapot-változás folyamata adott mérőhelyen időben aszimmetrikus mintázatot mutat. Ez a jelenség erőteljesen látható a mért felszín alatti hőmérséklet-idősorokban és

68

tükröződik a modell által becsült hőmérséklet értékekben is. A jelenség oka, hasonlóan a napi periodikus viselkedés elmaradásához, az év folyamán változó arányban jelenlévő víz és jég különböző hőszigetelő képességében rejlik. Amikor a felszíni hőmérséklet emelkedik, hatására a felszín közelében elhelyezkedő olvadt víz szigeteli a rendszert, aminek vastagsága így szigetelőképessége is az idő előre haladásával egyre nő, ezért a jég halmazállapot és hőmérséklet változása lassabban következik be. A felszíni hőmérséklet csökkenése során a felszín közelében képződő jég gyorsan átvezeti a hőt, mely folyamat jelentősen gyorsítja a víz halmazállapotváltozását.

A vizsgálatok időtartamára vonatkozóan fontos modellezési eredmény, hogy napjainkhoz közeledve a halmazállapotváltozás egyre mélyebbre kerül. A megfigyelési időintervallum (2012–2016) azonban még nem kellően hosszú a megalapozott következtetések levonásához az Ojos del Saladón, ugyanakkor ez az eredmény utal a klímaváltozás hatására a permafroszton.

Az eredmények szerint az üledék a felszínhez közel egész évben száraz, a periglaciális felszínformák fejlődése a tanulmányozott mintavételi pontokon gyenge. Ez kombinálva az erős széllel (Milana, 2009), lehetővé teszi, hogy az eolikus folyamatok a periglaciális felszínformákat „felülírják” az Ojos del Salado nagyobb magasságaiban. Összességében azt lehet mondani, hogy 5000 és 6000 m t.sz.f. magasságok között, éppen a hatalmas sivatagi fennsíkok és a meredek törmeléklejtők és lávafolyások között egy egyértelműen elkülöníthető zóna van az Ojos del Saladón, ahol a felszínformák fejlődését legfőképpen a hideg és a száraz feltételek határozzák meg.

A rendkívül száraz Andokon belül a csapadék kevés, szórványos, még sziklagleccserek is viszonylag ritkák. Ebből adódóan, a felszín alatti víz mellett (Fritz et al., 1979; Aravena 1995; Grosjean, et al., 1995; Pourrut és Covarrubias, 1995) a sziklagleccsereken kívül levő, jeget tartalmazó talaj fontos vízforrás lehet (Arenson és Jakob, 2010), ami befolyásolhatja az ökológiai és gazdasági folyamatokat (Romero, 2002; Grosjean és Veit, 2005; Romero et al., 2012). Eredményeink alapján az Ojos del Saladón folyékony víz a jég olvadásából érhető el, a kiolvadási időszakokban 5300 m fölött kb. 6400 m-es magasságig. Azonban ennek a víznek hidrogeológiai szerepe és mennyisége még nem ismert. Jelenlegi eredményeink alapot szolgáltatnak a régióban történő, a permafrosztban zajló folyamatok további vizsgálataihoz.

69

5. MINTAVÉTELI RENDSZER FELÜLVIZSGÁLATA KÓDOLT