Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora

1. Légköri aeroszol, mint a globális biogeokémiai változások indikátora Huszár Rudolf Washington UniversitySt. Louis, USA Székfoglaló előadásMagyar Tudományos Akadémia Budapest, 1998 junius 23 MTA 98 06 23 RBH

2. Az állandóan változó Föld • A Föld is egy élő rendszerhez hasonló. James Lovelock, szerint a Föld bolygó egészségét, fiziológiáját, figyelmmel kell kisérni mert az állpota állandoan változik. • A Föld fizikailag öregszik és ugyanakkor az evolúció a bioszférát állandóan megújitja. A Föld változásaihoz az emberiség is hozzájárul és ezeket a változásokat az ember be is folyásolhatja. • A változások egy része lassan és egyenletessen megy végbe és előre látható. Sok biogeokemiai változás azonban gyorsan és váratlanul történik, valamint időben és térben egyenletlen. Emberi szempontból ezek ++++ okszor katasztrofális események. MTA 98 06 23 RBH

3. A változásokhoz való alkalmazkodás Attól függetlenül, hogy a Föld ‘egészséges’ e vagy ‘beteg’, az elkerűlhetetlen és nem előrelátható környzezetbeli változásak megkivánják a következő lépéseket: Ez a három lépés a fenntartható fejlődés (sustainable development) alapfogalma.Minden élőlény ilyen visszacsatolással tartja fenn magát a változékony környezetben. Megfigyelés és mérés Változások magyarázata Kezelés: döntés és akció MTA 98 06 23 RBH

4. A Föld megfigyelése és mérése Az orvosok a páciens egészségét úgy állapítják meg, hogy megmérik a hőmérsékletét, szívének dobogását, a kolesztorin koncentrációját és a többi, életre fontos jellemzőt. Egy beteg diagnózisára, az orvosok kölönböző műszereket használnak, pl. röntgen és ultrahang képeket, stb. A földtudományok szakemberei mérik a Föld globális hőmérsékletét, a levegő kémiai összetételét, a felhősséget és a Föld sok más életre fontos jelzőit. Méréseiket hőmérőkkel, kémiai analizissel és műholdas megfigyelésekkel végzik. Sok fontos biogeokémiai folyamat aeroszol kibocsátásával jár és ezért az aeroszol jellemzi azokat a folyamatot. MTA 98 06 23 RBH

5. Biogeokémiai folyamatok megjelenítése aeroszollal • E folyamatok jeletős biogeokémiai anyagforgalmmal járnak és ugyanakkor szemmel látható aeroszolt okoznak - füstöt, porfelhőt és légköri homályt. Az aeroszol menyisége, minősége, és tér-időbeli elosztása jellemzi a biogeokémikus folyamatot. Porviharok Erdötüzek Légszennyezödés Vulkánkiörések MTA 98 06 23 RBH

6. Az aeroszol műholdas távmérése A müholdak az aeroszol mérésére kőlönössen megfelelőek. Az emberi szemhez hasonlóan, a műholdra szerelt szenzor érzékeli a Földről ( Ro), illetve aeroszol részecskékről, a levegő molekulákról és felhőkről visszavert fényt. A távmérés azonban az aeroszolnak csak az integrál tulajdonságait mutatja ki. Leegyszerűsítve, a műholdon mérhető sugárzás: ( - optikai vastagság, P - szórási tényező) I / Io = Ro e- + (1- e-) P MTA 98 06 23 RBH

7. A változások magyarázata Az élet alapanyagai, ugyanis a szén, kén, nitrogén, kalcium, és foszfor állandó körforgásban vannak az atmoszféra, hidroszféra, litoszféra és bioszféra között. A környezet akkor van egyensúlyban ha az anyagok ki- és beáramlása egyenlő. Másrészt, változások a környezetben akkor történnek, ha az anyagok körforgása megváltozik. Például, a szén-dioxid koncentrációja a légkörben akkor emelkedik, ha a források erőssége nagyobb, mint a nyelők intenzitása. Az aeroszol koncentrácioja is a források és nyelők erősségétől, valamint a légköri áramlásoktól függ. MTA 98 06 23 RBH

8. A változások kezelése Egészségé védelme. A nagytüzek, porviharok, vulkánkitörések és súlyos légszennyeződés alkalmával a lakósság egészségét meg kell védeni. Az szituáció megállapitása. Minkét esetben, az aeroszol problémanak az okát, térbeli elosztásást és iőbeli menetét meg kell állapitani. Azek a megfigyelések és magyarázatok álltalában a tudományos kutatóknak a hozzájárulása. A lakósság értesitése. Természetes kasztofák esetén a környezetvédelmi szerveknek értesiteniűk kell a lakósságot. A legszennyforrások gátolása. Ha ember által okozott légszennyeződésről van szó, akkor a hatóságok megkorlátozhatják a forrásokat. E kezelési folyamatokat ábrázolni fogjuk egy porvihar és egy erdőtűz példával. MTA 98 06 23 RBH

9. Porviharok Porviharok okozzák a homok szállítását a Föld egyik részéből a másikba. Lösz, a jó termő sárgás hordalék, a Föld kontinenseinek kb. 10 százalékát takarja. Kínában, például 100 m mélységű lösz réteg is található. A legnagobb porforrások Szaharában, Szaúd-Arábiában és Közép-Ázsiában találhatatók. A por kémiai összetétele hasonló az adott sivatag homokjának összetételéhez. A por részecskéket a szél ereje emeli a levegőbe a homokdűne felületéről. A kisebb (1-5 mm) por részecskéket több ezer kilométerre szállítja a szél. Nagy mennyiségű szaharai por található Dél-Amerikában és kínai sivatagi por Észak-Amerikában MTA 98 06 23 RBH

10. Szaharai porfelhő Nyugat Afrika felett • A légköri por mérése száraz vidékeken kimutatja por forrásait, a transzport folyamatok erősségét és a szállított anyag térbeli eloszlását. Ezen keresztül, más merésekkel kombinálva, meg lehet állapítani a szárazság mértékét, vagy a sivatag terjedését. MTA 98 06 23 RBH

11. A kelet-ázsiai porvihar • 1998 április 15-én porvihar kezdődött Kína nyugati tartományában. Különbözött a tavaszi porviharoktól, mert sokkal nagyobb méretű volt. A CNN szerint, sok ember eltűnt. Április 20-ára a sárga porfelhő Kelet-Kínának 1500 km széles tartományát takarta be. MTA 98 06 23 RBH

12. A porfelhő szállítása a Csendes-óceán fölött • Április 20 és 25-e között a porfelhő gyorsan átutazott a Csendes-óceánon. Az óceán felett a sárga porfelhőt könnyen meg lehetett különböztetni a fehér színű víz felhőktöl. MTA 98 06 23 RBH

13. Az ázsiai porfelhő hatása Észak-Amerikában Április 25-én a porfelhő megérkezett Észak-Amerikába. Műholdas képek szerint az egyik ága Kanada felett folytatta az utat keleti irányban. A másik ága délre fordult Oregon és Kalifornia irányába. Washington államban a porfelhő 120 mg/m3 aeroszol koncentrációt okozott. MTA 98 06 23 RBH

14. A mérések, magyarázatok és akció az azsiai por esetén • Néhány kutató figyelte az ázsiai porfelhő alakulását és mozgását. • Amikor a porfelhő Észak-Amerikához közeledett, értesítették a környezetvédelmi hatóságokat és a kutatótársakat • Magas aeroszol koncentráció miatt, a hatóságok megtiltották a szabad tüzek gyujtását • Két napon belül több mint 40 kutató és környezetvédelmi szakember jelentette a megfigyeléseit és adatait a közös internet hálózaton keresztül. • A környezetvédelmi hatóságok a kutatók web-oldalán keresztül tájékoztatták be a lakosságot erről a különleges aeroszol jelenségről. MTA 98 06 23 RBH

15. Tüzek • A növények, a biomassza égetése lényegesen hozzajárul az élet alapanyagainak a körforgásához. Erdő, szavanna és mezőgazdásági tüzek nagy menyiségű szén-dioxidot, szerves gőzöket és aeroszolt bocsátanak a légkörbe. Manapság a tüzek leginkább az emberi tevékenység miatt keltkeznek. • A Szaharától déli szavanna tartományban ezrével égnek a tüzek, különösen december és január között. Dél Amerikában szeptembenben történik a legtöbb égetés. MTA 98 06 23 RBH

16. Növényi égések füstje A füst mérése az erdő, szavanna és mezőgazdasági tüzek körül kimutatja a tüzek nagyságát, térbeli és évszakonkénti eloszlását. A téli szavanna füst egy 1000-2000 km hoszú sávban látható. A szél a füstöt Dél- Amerika irányába szállítja az Atlanti-óceánon keresztül. Nyugat-Afrika körül megeshet, hogy a szaharai porfelhők és a szavanna füstje egymással keverednek. MTA 98 06 23 RBH

17. A közép-amarikai erdőtüzek A 1998-as év egész tavaszán ezrével gyulladtak ki a tüzek Dél-Mexikó és Panama között. Ez magában nem meglepő, de a szárazság miatt az égő növényzet mennyisége a becslések szerint az átlagnál kétszer nagyobb volt. Sűrű füst takarta Közép-Amerikát és a körülötte lévő tengereket. A tavasz folyamán a füst néhányszor az USA-ba és egyszer Kanadába is eljutott. MTA 98 06 23 RBH

18. A füstfelhő SeaWiFS és GOES8 műhold adatai szerint MTA 98 06 23 RBH

19. A füstfelhő terjedése Észak Amerika fölött • A TOMS mühold naponta méri az abszorbáló aeroszolt. Az adatai szerint, a légáramlás hiánya miatt, 1998 május 12-re egy különösen sűrű füstfelhő gyült össze az 1500 km nagyságú Mexikói-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. Utána a füstfelhő eltakarta a Egyesült Államok keleti államait. MTA 98 06 23 RBH

20. A füstfelhő hatása US-ban • A füstfelhő útjában mindehol a megengedett érték feletti aeroszol koncentrációt okozott, és a levegő homályossága gátolta a légiforgalmat MTA 98 06 23 RBH

21. A tudományos munka és a mexikói tüzek esetén • A közép Amerikai tüzeket a tavasz folyamán sok kutató kísérte figyelemmel különféle műholdas mérések segítségével. • Az interneten bemutatott külonböző adatokat összesítették 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 hatóságilag megengedett füstkoncentráció túllépése alól felmentést. MTA 98 06 23 RBH

22. Ember által okozott változások Az utolsó évszázadtól kezdve az emberiség lényegesen befolyásolja a Föld biogeokémiai egyensúlyát fűtöanyag égetésével. Nagy mennyiségű szén- és kén-vegyületek, valamint különböző fémek kerülnek a légkörbe. Észak-Amerikában például a kén napi kibocsátása a légkörbe kb. fél kilogram fejenként. Ez a levegőt szennyezi, növényeknek ár és a talajt savanyítja. Az emberiség megváltoztatta a természetes folyamatokat. Az erdők szándékos égetése a világ sok részén is növeli a bio-anyagok körforgását. A sivatagok terjedése pedig befolyásolja a talaj porok légköri szétszórását. MTA 98 06 23 RBH

23. Emberi tevékenységgel okozott légköri homály India Észak-Kelet Amerika Kina MTA 98 06 23 RBH

24. Összefoglaló • A légköri aeroszol igen jó indikátora a porszállításnak, a növényi tüzek és vulkánkitörések előfordulásának, valamint az üzemanyag felhasználás mértékének. • Mindegyik folyamatnak egy különleges aeroszol jellemzője van. • A napsugárzás erőteljes szórása miatt az aeroszol könnyen észlelhető. • Műholdas műszerek már most napról-napra mérhetik a globáis aeroszol elosztását • A hátralévő mérési problémák a közeljövőben megoldhatók. • Az ázsiai porviharok és a közép-amerikai tüzek megfigyelése azt mutatja, hogy a tudományos kutatók hatásosan és időben kisegithetik a környezetvédelmi szerveket. MTA 98 06 23 RBH

25. Javaslatunk: Aeroszol megfigyelő hálózat • A jövőben fellépő igények kielégítése céljából globális aeroszol megfigyelő rendszer életre hívását javasoljuk. • Egy kisszámú, de tapasztalt nemzetközi csoport állandóan figyelné a globalis aeroszol elosztását interneten elérhető műholdas képek segítségével. • Veszélyes por, füst vagy légköri homály esetében, ez a csoport a többi kutatót és a megfelelő hatóságot globális aeroszol informácios hálozaton keresztül értesítené. • Szükség esetén részletesebb megfigyelések indíthatók és a lakosság felkészülhet a védekezésre. MTA 98 06 23 RBH

26. Köszönet • Legelőször is köszönetemet szeretném kifejezni feleségemnek, Janjának, aki e munka minden részében segített, Attila fiúnknak, aki elkészítette az első műholdon mért globális aeroszol térképünket és Maja lányunknak, aki kezelte az ázsiai por internetes hálózatát. MTA 98 06 23 RBH

27. Vulkáni aeroszol Vulkánkitöréseknél az aeroszol szürke hamuból álló részecskékből áll és gyorsan kiülepedik a légkörből. A tartós vulkáni aeroszol (0.5-1 mm nagyság között), a sztratoszférában a kén-dioxid oxidációja útján keletkezik és kénsavat alkot. Vulkáni aeroszol mérésével meg lehet állapítani a kénkibocsátás mértékét és az aeroszol globális szétterjedését. MTA 98 06 23 RBH

28. Vulkáni aeroszol hatásai A vulkáni szulfát aeroszol a sztratosz-férában (10-20 km ) 1-2 hónap alatt elterjed az egész légkörben. Nagy kitörések lecsökkentik a Föld átlaghőmérsékletét 1-2 °C-kal és világszerte vörös napnyugtát okoznak A vukáni 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. Az aeroszol hatása 1-2 évig tart. MTA 98 06 23 RBH