ForrásMásfél fokÍrta: Szabó Amanda Imola – Meteorológus-éghajlatkutató, doktorandusz az ELTE TTK Meteorológiai Tanszékén és a Másfél fok egyik állandó szerzője.

Az emberi tevékenységből származó megnövekedett légköri üvegházhatású gázkoncentráció az üvegházhatás erősödéséhez vezet, mely a globális felszínközeli átlaghőmérséklet emelkedésével jár. Egyesek szerint azonban már ez az alapvető gondolatmenet is hibás, hiszen az elmúlt pár százezer év adatait bemutató grafikonokon a hőmérséklet-emelkedés olykor megelőzi a szén-dioxid szint emelkedését. Ennek oka, hogy a Föld pályaelem változásai természetes módon indították el az éghajlati rendszer visszacsatolási folyamatait, az azt követő melegedés harmada a szén-dioxid koncentráció növekedése miatt történt. Ebből a természetes visszacsatolási folyamatból kreált az emberi tevékenység éghajlat-alakító kényszert, ami korunk földtörténeti léptékben mérve gyors ütemű éghajlatváltozásához vezetett. Bemutatjuk, hogyan kergeti egymást a hőmérséklet és a szén-dioxid a grafikonokon és a valóságban, valamint szerepüket a földtörténeti múltban és napjainkban zajló változásokban.

A jégkorszakok és jégmentes – vagy kevésbé jeges – időszakok folyamatosan váltották egymást az elmúlt 2,5 millió évet felölelő negyedidőszak során. Ebben jó néhány éghajat-alakító tényező szerepet játszott, többek között az üvegházhatású gázok, különösen szén-dioxid (CO2) szint változása. Ha alaposan megnézzük a hőmérsékletet és a légköri CO2 koncentrációt ábrázoló grafikont, feltűnhet, hogy néhány esetben mintha előbb emelkedett volna a hőmérséklet szintje és ezt követte a CO2 koncentráció növekedése. Felmerül a “tyúk vagy a tojás” jellegű kérdés, hogy mi az igazság? A CO2 emelkedés vezet felmelegedéshez vagy valójában a hőmérséklet emelkedése okozza az egyre jelentősebb üvegházhatású gázkoncentrációt? A válasz az, hogy mindkettő igaz.

Az utolsó eljegesedési időszak végét jelentő éghajlati kényszer a Föld pályaelemeinek változása volt és ez vezetett a melegedés harmadát okozó üvegházhatású gázkoncentráció emelkedéséhez. A napjainkban zajló gyors ütemű felmelegedés éghajlati kényszere viszont az emberi tevékenység.

Ahhoz, hogy megértsük a hőmérséklet és a CO2 szint kapcsolatát, lépjünk hátra körülbelül 11 ezer évet az időben. Nagyságrendileg ekkortól számítva lett az éghajlat kellően stabil ahhoz, hogy az emberi fajnak legyen esélye a gyarapodásra és a civilizációs fejlődésre. A vadászó-gyűjtögető vándor életmódot felváltotta a letelepedett életvitel, kialakult a mezőgazdaság és az első társadalmak. Az ekkor kezdődő földtörténeti időszakot hívjuk Holocénnek. A Holocén az elmúlt néhány millió éves, még napjainkban is tartó jégkorszak egy melegebb interglaciális időszaka.

Hőmérséklet és CO2 koncentráció változás antarktiszi jégfuratból nyert adatokból. Forrás: NOAA

Geológiai értelemben ugyanis akkor beszélünk jégkorszakról, ha található jégsapka és gleccserek a sarkokon és a kontinenseken. Ezen belül hidegebb glaciális és melegebb interglaciális időszakok váltogatják egymást. A váltakozás egyik kiváltó oka az úgynevezett Milanković-ciklus, melyről részletesen itt  írtunk korábban. A folyamat lényege, hogy a Föld pályaelemeiben történő változások következtében, bár nem jelentősen, de változik a beérkező napsugárzás mennyisége, és ami még fontosabb, a beérkező energia területi eloszlása is, ami hőmérséklet-változást eredményez. Mivel a cikluson belül háromféle hatás, különböző, néhány tízezer évet felölelő periodicitással fejti ki hatását, ezért a glaciális-interglaciális változások hossza eltérő. A Milanković-ciklus tehát egy úgynevezett éghajlati kényszer melynek következtében az éghajlati-rendszerben különböző kölcsönhatások játszódnak le.

A földi jégtakaró méretének változása. Forrás: NASA 

Ha például az északabbra húzódó földrajzi szélességek területei kevesebb energiát kapnak, a jégtakaró kiterjedése növekedésnek indul. Mivel a világos jégfelszín több sugárzást ver vissza, így további hűtő hatást eredményez. Ez a fajta öngerjesztő folyamat a másik irányban, olvadás esetén is működik és melegedést okoz. Mielőtt azonban megkönnyebbülve hátradőlnénk, hogy csupán egy természetes éghajlati kényszer felelős korunk klímaváltozásáért, egy fontos kutatási eredményt figyelembe kell vennünk:

A pályaelem változások hatása önmagában nem fedezi a glaciális-interglaciális váltások során lezajló hőmérséklet ingadozások mértékét.

A pályaelem változások hatására bekövetkező változás az éghajlati-rendszert mozgásban tartó energia területi eloszlásában egy fontos éghajlati kényszer, de az igazán jelentős változást a kényszer hatására megindult visszacsatolási folyamatok okozzák. Ilyen visszacsatolási folyamat szerepét töltötte be a földtörténet során a CO2.

Visszacsatolási folyamatok a glaciális-interglaciális váltások során

A glaciális időszakok kialakulása során, melyek esetén nemcsak a sarkokon és a magas hegységeken található állandó jég és hó, hanem a kontinensek kiterjedt területein, összetett visszacsatolási folyamatok játszódtak le. A változáshoz a “kezdő lökést” tehát a pályaelem változások adták, glaciális esetén hűtőhatást eredményezve. A növekvő jégborítottság hatására lecsökkent a tengerek és óceánok szintje és a felszabaduló szárazföldi területeken elterjedő növényzet jelentős CO2 felvevővé vált. Ezzel egy időben a hidegebb óceánba egyre több CO2 oldódott be. Végül nem elhanyagolható az sem, hogy a kiterjedt jégborítás nagy területen fedte le az óceánok felszínét is, így gátolva a CO2 légkörbe való felszabadulását.

Az északi sarkvidék jégtakarója 18 ezer éve (balra) és napjainkban (jobbra). Forrás: NASA

Az utolsó glaciális időszak szintén a Föld pályaelemeinek periodikus változása hatására ért véget. A sugárzás eloszlásában beállt változás miatt melegedés indult meg a magasabb földrajzi szélességeken, ami a jégtakaró csökkenését idézte elő. Az éghajlati adatsorok alapján az is látszik, hogy az utolsó glaciális-interglaciális időszak átmenete során az olvadás hatására nagy mennyiségű édesvíz került az óceánokba, megzavarva ezzel azok áramlási rendszerét, benne az atlanti meridionális áramlási rendszert (AMOC; ennek a része a közismertebb Golf-áramlat is) mely az északi félteke hűléséhez és a déli félteke melegedéséhez vezetett. Tehát bár geológiai értelemben rövid idővel előbb jelentkezett a hőmérséklet emelkedése, mint a CO2 koncentráció emelkedése, ez azonban csak a déli féltekén volt jellemző, nem pedig globálisan.

A melegedés oka globális átlagban a CO2 szint emelkedése volt.

A melegedés hatására CO2 szabadult fel az óceánból, és ez vezetett az adatokból megmutatható globális skálájú melegedéshez.

A pályaelem változások, mint éghajlati kényszer, változtatják az éghajlati rendszer egyes elemeit, mint például a jégtakaró állapotát a lehűlés és a felmelegedés során egyaránt. A CO2 szintben beállt változás pedig egy erre adott válasz, vagyis visszacsatolás. Emiatt a glaciális-interglaciális változások során a CO2 koncentráció változás néhány száz, akár ezer évvel később következett be, mint a hőmérséklet vagy a földi jégtakaró változása, sőt a legújabb kutatások még rövidebbre becsülik ezt a változást. Fontos kihangsúlyozni, hogy a glaciális időszakból interglaciálisba váltás több ezer év alatt következett be, ez idő alatt játszódott le a néhány Celsius-fokos hőmérséklet emelkedés.

COkoncentráció, mint éghajlati kényszer

A glaciális-interglaciális időszakok váltakozása során a CO2 és más üvegházhatású gázok koncentrációjának a változása is egy külső éghajlati kényszer kiváltotta visszacsatolási folyamat volt. Az utolsó glaciális időszak végét jelentő melegedés során, a jégtakaró és az aeroszol koncentráció változása mellett, is jelentős szerepe volt a felmelegedés körülbelül 35%-át okozta.

Az éghajlati rendszer válaszát a CO2 koncentráció változására az éghajlati érzékenység  számításával becsülhetjük meg, mely annak a mérőszáma, hogy az ipari forradalom előtti 280 ppm-es CO2 koncentráció megduplázódása milyen mértékű felmelegedést eredményez. A paleoklimatológiai vizsgálatok alapján ez a szám a becslések szerint átlagosan 3 °C. Ez – több millió év éghajlatváltozásainak ismeretében is – megerősíti, hogy a CO2-nek óriási szerepe van az éghajlati rendszer állapotváltozásaiban. Az éghajlat-alakító tényezők irányította természetes éghajlati változékonyságot módosította az emberiség, amikor fosszilis tüzelőanyagok égetésével elkezdett jelentős mennyiségű CO2-t és egyéb üvegházhatású gázokat juttatni a légkörbe. Ehhez járult még hozzá, hogy a Föld-rendszer egyéb elemeinek működését is megbolygatta, például a nagy területen történő felszínhasználattal, ami szintén felborította az üvegházhatású gázok természetes körforgását.

A CO2 koncentrció változása ezáltal már nem egy éghajlatalakító kényszerre adott visszacsatolási folyamatként játszik szerepet, hanem mint az ember által okozott éghajlat-alakító kényszer. Az emberi hatás ráadásul több millió év helyett évszázados időléptékben okoz olyan mértékű változást, mint többek között a legutóbbi glaciális végét jelentő természetes hatások, melyek a jégtakaró csökkenését okozták.

A jégtakaró kiterjedése, a CO2 és más üvegházhatású gázok koncentrációival és a hőmérséklet változásával karöltve, a legfontosabb meghatározója a múlt stabil éghajlati állapotainak és a változásoknak. Jelenleg a szárazföldi és tengeri jégtakarók földtörténeti léptékben rohamos mértékű olvadásnak indultak a bolygó több pontján.

A múlt lenne a kulcs a jövőhöz?

A University of Wisconsin-Madison, a Columbia University és egyéb neves intézmények kutatói közös tanulmányukban arra jutottak , hogy a további felmelegedés oly módon változtatja majd az éghajlatot, hogy akár az 50 millió évvel ezelőtti Eocén kor éghajlata lehet jellemző a század végére. A lehetséges jövőbeni éghajlatot bemutató térképeken megfigyelhetjük a piros színnel jelölt “no analog” kategóriát, ami arra utal, hogy az emberi tevékenység okozta éghajlatváltozás a paleoklimatológiai vizsgálatok alapján eddig ismeretlen éghajlati állapotokat ereményezhet majd a Föld több pontján.

Várható földtörténeti éghajlati analógiák az éghajlatváltozás következtében 2050, 2100 és 2200-ra. Forrás: University of Wisconsin-Madison, Burke et al., 2018 alapján.

Ha nem mérsékeljük az emberi tevékenységből származó üvegházhatású-gázkibocsátásokat, és az ebből fakadó felmelegedést, úgy nagyon könnyen, földtörténeti léptékben mérve pedig elképesztően gyorsan egy új éghajlati állapotba taszíthatjuk az éghajlati rendszert, amivel az emberiség létezése során még sohasem találkozott.