GÖTZ GUSZTÁV

Létezik-e az éghajlati rendszerünknek Achilles-sarka?


Az 1990-es évek közepére a klímadinamikai kutatások mind több bizonyítékot tártak fel arról, hogy Földünk éghajlata a múltban ismételten tanúsított hirtelen és radikális változásokat, és elméletileg megalapozott feltételezések szerint képes erre a jövőben is. A gondolkodásnak ez a vonala alapvetően eltér attól a ma széles körben vallott nézettől, amely az éghajlat emberi tevékenységből származó módosulását fokozatos globális felmelegedésként kezeli. Ezzel párhuzamosan a társadalom a közelmúltban két, meglehetősen drasztikus változatban szembesült azzal a paradoxonnal, hogy a globális melegedés folyamata magában hordozza egy fordított irányú és nagyon gyors regionális klímaváltozás lehetőségét.

A történet úgy kezdődött, hogy az Egyesült Államok védelmi minisztériumának neves stratégája, Andrew Marshall megbízásából két San Franciscó-i stratégiai kutató, Peter Schwartz és Doug Randall jelentést állított össze a Pentagon számára, amely Egy hirtelen éghajlatváltozás forgatókönyve, és annak az Egyesült Államok nemzetbiztonságát érintő vonatkozásai címmel 2003 októberében került nyilvánosságra. Az összeállítás abból a feltételezett tényből indult ki, hogy az antropogén eredetű globális melegedés nyomán az Észak-Atlanti-óceán felszíni víztömegének meridionális cirkulációja 2010 és 2020 között jelentősen lelassul, és ennek eredményeként az éves középhőmérséklet Észak-Amerikában és Európa nyugati felében egyaránt 3 fokot meghaladó mértékben csökken. A jelentés szerint a lehűlés drámai következményekkel járhat: a hideg és a súlyos aszály Skandinávia lakosságát 2012-ben délebbre költözni kényszeríti, 2020-ban pedig megkezdődik a Benelux államok és Németország lakosainak Spanyolországba és Olaszországba települése. A népvándorlás 2020 és 2030 között tovább folytatódik; 2025-re az Európai Unió az összeomlás szélére kerül, 2027-ben az európaiak áttelepülésének célállomása Algéria, Marokkó és Izrael lesz, 2030-ra pedig Európa összlakosságának már közel a 10 százaléka kénytelen új otthont keresni magának. A Pentagon-jelentés néven elhíresült jövőkép, amelyet a Fortune amerikai gazdasági folyóirat A Pentagon időjárási lidércnyomása címmel ismertetett, nem nélkülözi a gazdasági háború és a fegyveres konfliktusok lehetőségének különböző borzalmas formáit sem. A hazai közvélemény a média jóvoltából értesülhetett a nem is olyan távoli jövő ilyen kilátásairól. A jelentést klimatológusok és magukat az éghajlat szakértőjének valló személyek kommentálták, általában igyekezve hangsúlyozni, hogy mindez "a legrosszabb eset forgatókönyve".

Alig csillapodtak le a kedélyek, amikor 2004 májusában a hazai mozik is vetíteni kezdték a 20th Century Fox Holnapután című filmjét, amelyet Roland Emmerich rendezett. A filmben a washingtoni klimatológust alakító Dennis Quaid egymaga kénytelen megküzdeni az északi féltekét "holnapután" fenyegető katasztrófával, amit a Déli-sarkvidék jégmezőjéből leváló hatalmas, sziget nagyságú jégtömb indít el. Los Angelest porrá zúzzák a viharok, a Hollywood feliratot hurrikán tépi le, New Yorkra vízár ömlik és pillanatok alatt megfagy, míg csak derékig jégbe zárva nem áll a Szabadság-szobor. A képsorok annyira megrázóak, hogy az amerikai filmszínházakban tájékoztató füzeteket osztottak a jegyek mellé, megnyugtatva a nézőket, hogy amit látnak, csak hosszú évek múlva következhet be, nem most. Ennek ellenére akkora volt a riadalom, hogy számos oceanográfiai kutatóintézet összegyűjtötte és az interneten válaszolta meg a történettel kapcsolatos leggyakoribb kérdéseket.

A német rendező filmje egyértelmű támadás a Bush-kormányzat környezetvédelmi politikája ellen. A filmben ábrázolt katasztrófa bekövetkezése ugyan lehetetlen, néhány motívumnak azonban, amelyhez a történet illeszkedik, van valami távoli kapcsolata azokkal a folyamatokkal, amelyeket ma klímakutatók, oceanográfusok és glaciológusok egyaránt behatóan vizsgálnak. Létezik valóságalapja a Pentagon-jelentésnek is.

A sarkvidékek jégmezői

A legújabb vizsgálatok egyértelműen bebizonyították, hogy az Északi- és a Déli-sarkvidék jégtakarója egyaránt sokkal érzékenyebben reagál a globális felmelegedésre, mint ahogy azt korábban gondoltuk. A műholdas radarmérések szerint a grönlandi jégtömegveszteség 1997 és 2003 között évente átlagosan 80 km3 volt, szemben az 1993–1998. esztendei 60 km3/év értékkel, az Antarktiszon pedig az Amundsen-tengerből a Walgreen-part felé benyúló Pine Island-öböl selfjégtömege az elmúlt évtized során évenként 5,5 m-t vékonyodott [1].

A Déli-sarkvidék partjaihoz csatlakozó selfjégmezők történetében az utóbbi 30 esztendő legnagyobb eseménye volt, amikor az Antarktiszi-félsziget keleti oldalán húzódó, Larsen-jégnek nevezett mező egyik része, a Larsen–B selfjég 1250 km2 területű északi tartománya darabokra tört, majd több ezer jéghegyre szakadozva eltávolodott a kontinenstől, és a Weddell-tengerbe sodródott. A folyamat 2002. január 31-én kezdődött, és mindössze 35 nap alatt zajlott le.

Az Antarktisz selfjégtömegét a kontinens partvidékének legnagyobb részén az óceán felé mozgó gleccserek táplálják. A Larsen–B 220 m vastag volt, és a kutatók szerint legalább 400 évet "élt", mielőtt az esemény bekövetkezett. Labilis helyzetére argentin kutatók már 2001 novemberében figyelmeztettek, miután megfigyelték, hogy az utóbbi öt esztendő során a mező a kiterjedéséből 5700 km2-t vesztett el. A folyamat a regionális klíma gyors melegedésének tulajdonítható: a Déli-sarkvidék éves középhőmérséklete az 1940-es évek vége óta 2,5 fokot emelkedett, és az Antarktiszi-félsziget selfjegének területe 13 500 km2-t zsugorodott [2]. Ezért a Larsen–B-től délre fekvő Larsen–C mező szintén a stabilitás határára került, és a következő évtizedek során elkezdhet a parttól távolodni, ha a melegedési trend folytatódik. Ám ennél fontosabb, hogy a hatalmas Ross-jég egyes részeit is alig néhány fokos melegedés választja el attól, hogy utolérje a Larsen–B végzetéhez vezető folyamat.

Az úszó jég nem szorít ki több tengervizet, amikor feltöredezik vagy elolvad. Van viszont a selfjégnek az azt tápláló gleccserekre gyakorolt fékező hatása: amikor az úszó jég elmozdul, a szárazföldi jég mozgása felgyorsul, és ez hozzájárulhat az óceán átlagos vízszintjének a megemelődéséhez [3]. A tengerszint globális melegedést kísérő emelkedésének elsődleges oka azonban nem ez a folyamat, hanem a víztömeg hőtágulása. A számítások szerint a felszíni középhőmérséklet a 2100. évben – az emberi tevékenységből származó kényszerek alakulására, valamint az éghajlat érzékenységére tett feltételezések függvényében – az 1990. évi referenciaértéknél 1,4-5,8 fokkal lehet magasabb, ami az átlagos tengerszint 0,09-0,88 m-es emelkedésével járhat. Katasztrofális méretű tengerszint-emelkedést csak több évszázadon keresztül tartó melegedés válthatna ki, ami például a teljes grönlandi jégmező elolvadásához vezetne, és ami a tengerszintet 7 m-rel emelné meg. A modellszámítások szerint ez a folyamat irreverzibilis lenne: később hiába állna vissza az ipari forradalom kezdetét megelőző korszak klímaállapota, Grönlandon a permanens jég nem jelenne meg újra.

A világóceán vízkörzése

Az Egyenlítő és a sarkvidéki tartományok közötti hőmérséklet-különbség mérséklésében a légkör általános cirkulációja mellett jelentős szerep jut a világóceán nagy vízkörzésének, amelyet gyakran neveznek globális óceáni szállítószalagnak. Ennek a vízkörzésnek a részeként az Észak-Atlanti-óceán felső, 1500 m vastag rétegében másodpercenként 15×106 m3 mennyiségű meleg és sóban gazdag (literenként átlagosan 35,8 g sót tartalmazó) víz áramlik a trópusok felől Izland irányába. Az általa transzportált hő becsült értéke a 24° N szélességnél 1,27×1015 W, az 55° N szélességnél pedig még mindig 0,28×1015 W, ami az észak-atlanti térséget 3-5 fokkal melegíti, és létrehozza Nyugat-Európában a téli hónapok viszonylag enyhe jellegét [4]. A légkörnek átadott hő következtében az óceán északi pereménél a víz lehűl és sűrűbbé válik, ezért süllyedni kezd, majd a mélyben lassan (0,1 m/s körüli sebességgel) visszaindul dél felé. Hosszú útja során ez a mélytengeri hideg áramlás részben körbefutja az Antarktiszt, részben az Indiai-óceán keleti medencéjében észak felé fordul, és a Csendes-óceán mélyén halad tovább. A víz az Alaszkai-félsziget közelébe érve emelkedik ismét a felszínre, hogy aztán meleg áramlatként visszatérjen az Atlanti-óceán térségébe, és ezzel a kör bezáruljon (1. ábra). Mivel a szállítószalagot a tengervíz sűrűségének térbeli gradiense mozgatja, a sűrűséget pedig a víz hőmérséklete és sótartalma határozza meg, a folyamatot termohalin cirkulációnak is nevezik (ez a görög "thermos" – hő – és "halos" – só – szavak összevonásából ered).

1. ábra. A globális termohalin cirkuláció jelenleg uralkodó elrendeződése

Ha a hideg és sós észak-atlanti felszíni víztömeg a felmelegedés és/vagy a sótartalom csökkenése révén nem kezd el süllyedni, a globális óceáni cirkuláció elsődleges hajtóereje gyengülhet, sőt meg is szűnhet. Ennek nyomán a ma létező tengeráramlatok is leállhatnak, vagy új irányba fordulhatnak, mint például a Golf-áramlás, amelynek a pályáját az általános légkörzés szintén jelentősen befolyásolja. Paleoklimatológiai feltárások (az óceán talapzatából és a sarkvidékek jegéből nagy mélységekig lehatoló fúrásokkal szerzett minták vizsgálatai) igazolják, hogy a vízkörzés gyors átrendeződése a múltban többször előfordult. Elméleti oldalról szintén bizonyított, hogy mivel a mélybe süllyedéshez elegendően nagy sűrűségű víz Földünk több helyén is képződhet, a cirkulációnak egynél több kvázistabilis működési módja van.

A termohalin cirkuláció leállása – példák a múltból, lehetőség a jövőben

A geológiai időskálán nem is nagyon távolinak számító múltba visszatekintve (a holocén korszakon belül maradva), a termohalin cirkuláció az utolsó glaciális időszakot követő globális felmelegedés során kétszer állt le. Az első esemény 12 700 évvel ezelőtt történt; következményeként az észak-atlanti térség középhőmérséklete igen gyorsan, mindössze egy évtizeden belül közel öt fokkal esett vissza, és a mélytengeri üledékek analízise szerint jéghegyek tűntek fel Portugália partjainál. Ez a hideg periódus (amelyet a geokronológia a hideg éghajlat jellegzetes növényzete, a Dryas octopetala nyomán felső Dryas néven emleget) 1300 éven keresztül tartott, és ugyanolyan hirtelen ért véget, mint ahogyan elkezdődött. Nem sokkal később, 8200 évvel ezelőtt hasonló, bár kevésbé drasztikus, Közép-Európában kétfokos hirtelen hűlést kiváltó folyamat zajlott le, tartama pedig mindössze egy évszázadot ölelt át.

Kell-e számolnunk a jövőt tekintve a jelenlegi globális melegedés kísérőjeként hasonló átrendeződéssel? Tény, hogy a tengeri jégmező kiterjedése az Arktisz térségében, különösen tavasszal és nyáron, az 1950-es évek óta 10-15 százalékkal zsugorodott, a nyári átlagos jégvastagság az elmúlt harminc év során közel 40 százalékkal lett kisebb, és az oceanográfusok megfigyelései szerint a szubpoláris tengerek Észak-Atlanti-óceánba táplálódó vizének sótartalma az 1960-as évek közepétől egészen az 1000-4000 m-es mélységig szintén folyamatosan redukálódik (2. ábra) [5]. Megfigyelték azt is, hogy a Feröer- és Shetland-szigetek között húzódó csatornán keresztül a Grönlandi- és a Norvég-tengerből származó hideg és sóban gazdag víznek az óceán felé irányuló átfolyása 1950 óta legalább 20 százalékkal csökkent [6]. Mindez azt eredményezhette, hogy az észak-atlanti térségben a mélybe leszálló víz tömegének csökkenése, és ezzel a termohalin cirkuláció lassulása máris elkezdődött, és valószínűsíthető, hogy az Arktisz klímájának antropogén eredetű melegedését a vízkörzés további gyengülése követi majd.

2. ábra. Az Atlanti-óceán északi részét övező szubpoláris tengerek sótartalmának csökkenése az 1960-as évek közepe óta. A víz sótartalma ppm-egységekben szerepel (1 ppm=10–6 térfogatrész)

Jelenlegi ismereteink szerint a globális óceáni szállítószalag észak-atlanti ága képezi az éghajlati rendszer mai állapotának leginkább sebezhető pontját: a vízkörzés átrendeződése az egyetlen mechanizmus, amely Európa és Amerika északi részén, megszakítva a melegedés folyamatát, gyors lehűlést okozhat. Wallace S. Broecker, a Columbia Egyetemhez tartozó palisadesi Lamont-Doherty Earth Observatory kutatója ezért nevezte el a termohalin cirkulációt éghajlati rendszerünk Achilles-sarkának [7]. Az éghajlati állapot egyensúlyának bizonytalansága az Egyesült Államok Tudományos Akadémiáját arra késztette, hogy különbizottságot hozzon létre a váratlan éghajlatváltozás elemzésére. A tíztagú bizottság, amelynek elnöki tisztét Richard B. Alley, a Pennsylvaniai Állami Egyetem professzora tölti be, 2002-ben hozta nyilvánosságra első jelentését Hirtelen éghajlatváltozás: elkerülhetetlen meglepetések címmel [8]. 2003 januárjában, a davosi Világgazdasági Fórumon a probléma elemzésére speciális munkacsoport alakult, ahol Robert B. Gagosian, a massachusettsi Woods Hole Oceanographic Institution vezetője Hirtelen éghajlatváltozás: kell-e aggódnunk? címmel terjesztette elő vitaindítóját. Gagosian szerint két forgatókönyvet érdemes megfontolni: 1. A termohalin cirkuláció már az elkövetkező két évtizeden belül jelentősen lelassul. Ez a világgazdaság teljes széteséséhez vezethet, ugyanis az észak-atlanti térség gyors és számottevő lehűlése pontosan az általánosan várttal ellentétes esemény lenne, kivédésére pedig nagyon kevés idő áll rendelkezésre. 2. A termohalin cirkuláció csak egy évszázad múltán áll le. Ebben az esetben az észak-atlanti térség hűlése részben vagy teljesen ellensúlyozhatja a globális melegedés hatását, és remény van arra, hogy ekkor a klíma majd hamar visszaáll a maihoz hasonló állapotba.

Programok a bizonytalanság mérséklésére

A globális óceáni szállítószalag jelenlegi szerkezetének potenciális instabilitásáért elsősorban a nagytérségű légköri kényszer okolható, amely meghatározza az alacsony földrajzi szélességeken a melegedés és a párolgás intenzitását, illetve a sarki vidékeken a hűlés mértékét, valamint a csapadéknak a párolgást meghaladó arányát. A bizonytalanság hátterében az a probléma áll, hogy nem tudjuk, valójában milyen mértékű a viszonylagos fontossága mindazoknak a visszacsatolási mechanizmusoknak, amelyektől az észak-atlanti térségben a tengervíz hőmérsékletének és sótartalmának meridionális gradiense függ. Ilyen folyamatot képviselhet a többi között a hőnek és a víznek a légkör és az óceán között lebonyolódó fluxusa, a tengerjég kialakulása és mozgása, valamint a kontinentális lefolyás mértéke. A nagy éghajlatkutató központok globális légkör–óceán modelljeivel végrehajtott numerikus kísérletek egyértelműen arra utalnak, hogy az észak-atlanti termohalin cirkuláció a XXI. század során tovább gyengül, a változás mértéke azonban még megoldásra váró kérdés. A legtöbb projekció az intenzitás fokozatos és szignifikáns csökkenését jelzi. Számos változat a teljes leállásig terjedő lassulást szimulálja arra az esetre, amikor a globális felszíni középhőmérséklet emelkedése tovább folytatódik, a melegedés mértéke pedig átlép egy 3,7 és 7,4 fok közé eső küszöbértéket. Befolyásolja a termohalin cirkuláció stabilitását az üvegházgázok légköri koncentrációjának növekedési üteme is. Ha a légkörben a szén-dioxid dúsulása a mostani sebességgel folytatódik, és így 100 éven belül a jelenlegi szintnek közel a kétszeresére (750×10–6 térfogatrészre) emelkedik, a cirkuláció tartósan leáll, ha viszont lassabban emelkedik erre az értékre, akkor a vízkörzés egyszerűen csak veszít az intenzitásából [9, 10].

A bizonytalanság csökkentésének elsődleges feltétele, hogy elméleti tudásunk – főként az éghajlati rendszer összetevői viselkedésének lényegesen megbízhatóbb megfigyelésére támaszkodva – számottevően bővüljön. Az információ hiányossága különösen az óceánok terén szembeötlő. A második világháborút követő évtizedekben az oceanográfusok a legtöbb adatot a kijelölt pontokon állomásozó időjárási hajókról nyerték, majd a hidegháború időszakában azokról a tengeralattjárókról, amelyek egy váratlan támadás veszélyének elhárítására járőröztek. Az 1970-es években, a műholdas technika fejlődésével az időjárási hajók fölöslegessé váltak, visszavonásukkal, majd a hidegháború befejeződésével az óceánok állapotáról képet adó adatmennyiség jelentősen megcsappant.

Napjainkban számos nemzetközi program tűzte ki feladatául a minél teljesebb körű adatgyűjtést. Amerikai kezdeményezésre 2003 nyara óta már miniszteriális szinten folyik egy nemzetközileg integrált globális Föld-megfigyelő rendszer – a "rendszerek rendszere", ahogyan gyakran nevezik – tíz évre szóló megvalósítási tervének kidolgozása, hogy elsősorban a műholdas mérésekre és távközlésre építve sikerüljön "rajta tartani kezünket bolygónk pulzusán". Az UNESCO kormányközi oceanográfiai bizottsága által szponzorált globális óceáni megfigyelőrendszer keretében hatodik éve jó ütemben halad a görög mitológia legendás hajója nyomán elnevezett Argo-program megvalósítása, amely nemzetközi összefogással 2006-ig 3000 speciális, automatikusan működő bója telepítését irányozza elő a világ óceánjaira. A 4-5 éves élettartamra tervezett Argo-bóják 1 és 2 km közötti mélységben szabadon sodródnak, és minden 10. napon a felszínre emelkedve mérik a víz hőmérsékletének és sótartalmának vertikális eloszlását. Az adatokat, valamint a mélyvízi tengeráramlásról információt nyújtó aktuális pozíciójukat műholdak gyűjtik össze, majd a bóják visszasüllyednek, és új ciklus kezdődik. 2005 elején 1567 bója működését regisztrálták; területi eloszlásukról a 3. ábra nyújt képet. Kiemelt hangsúllyal szerepelnek az óceáni megfigyelések a Meteorológiai Világszervezet légkörtudományi bizottságának 2003-ban elkezdődött, és tíz évre tervezett, sok új technikát felvonultató ambiciózus mérési és kutatási programja keretében is.

3. ábra. A 2005. év elején aktív 1567 Argo-bója elhelyezkedése a világóceánon

Az éghajlat hirtelen megváltozása lehet elkerülhetetlen. Az azonban nem okvetlenül elkerülhetetlen, hogy a változás a társadalmat váratlan meglepetésként, felkészületlenül érje. Az összehangolt programok egyik fő célja a globális felmelegedés nyomán térségünkben esetleg bekövetkező fordulat részletes mechanizmusának tisztázása, valamint az időben történő előrejelzés elméleti és gyakorlati feltételeinek megteremtése.

IRODALOM

[1] A. Shepherd, D. Wingham és E. Rignot, 2004: Warm ocean is eroding West Antarctic Ice Sheet. Geophys. Res. Lett., 31, L 23 402.
[2] T. Scambos, C. Hulbe, M. Fahnestock és J. Bohlander, 2000: The link between climate warming and break-up of ice shelves in the Antarctic Peninsula. J. Glaciol., 46, 516–530.
[3] H. J. Zwally, W. Abdalati, T. Herring, K. Larson, J. Saba és K. Steffen, 2002: Surface melt-induced acceleration of Greenland ice-sheet flow. Science, 297, 218–222.
[4] R. Seager, D. S. Battisti, J. Yin, N. Gordon, N. Naik, A. C. Clement és M. A. Cane, 2002: Is the Gulf Stream responsible for Europe’s mild winters? Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 128, 2563–2586.
[5] B. Dickson, I. Yashayaev, J. Meincke, W. R. Turrell, S. Dye és J. Holfort, 2002: Rapid freshening of the deep North Atlantic Ocean over the past four decades. Nature, 416, 832–837.
[6] B. Hansen, W. R. Turrell és S. Österhus, 2001: Decreasing overflow from the Nordic seas into the Atlantic Ocean through the Faroe Bank channel since 1950. Nature, 411, 927–930.
[7] W. S. Broecker, 1997: Thermohaline circulation, the Achilles heel of our climate system: Will man-made CO2 upset the current balance? Science, 278, 1582–1588.
[8] U. S. National Research Council, 2004: Abrupt Climate Change: Inevitable Surprises (report in brief). National Academies Press, Washington, 4 pp.
[9] T. F. Stocker és A. Schmittner, 1997: Influence of CO2 emission rates on the stability of the thermohaline circulation. Nature, 388, 862–865.
[10] A. Hu, G. A. Meehl, W. M. Washington és A. Dai, 2004: Response of the Atlantic thermohaline circulation to increased atmospheric CO2 in a coupled model. J. Climate, 17, 4267–4279.
Természet Világa, 136. évfolyam, 11. szám, 2005. november
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/