Korábban az a megnyugtató nézet uralkodott a klimatológusok között, hogy a földi éghajlat gyökeres megváltozásához több tízezer év szükséges, s a hirtelen eljegesedés vagy felmelegedés legföljebb a hollywoodi történetekben fordulhat elő. A XX. század közepétől ez a szemlélet változni kezdett, mára pedig világossá vált: akár néhány hónap is elegendő lehet egy drasztikus változáshoz.

Ahogy egyre finomabbá váltak az egykori klíma vizsgálatára irányuló módszerek, úgy ismerték fel a szakemberek, hogy komoly éghajlatváltozás mehet végbe földtörténeti értelemben akár egy "pillanat" alatt is. Az 1950-es években az akkori legfrissebb kutatások alapján még néhány ezer évről beszéltek; a 60-as, 70-es években - újabb adatok alapján - már csak néhány száz évre becsülték a változáshoz szükséges legkisebb időt.

Az 1990-es évek jégkutatásai ezt nem csupán megerősítették, hanem kimutatták, hogy akár egy évtized is elegendő lehet. A legújabb fejlemény: egy kanadai kutatócsoport bebizonyította, hogy egyes esetekben a katasztrófafilmek világától nincs is olyan távol a valóság: a 12 800 évvel ezelőtti minijégkorszak valószínűleg pár hónap alatt alakult ki.

Jégtakaró néhány hónap alatt

Akkoriban, az úgynevezett Fiatalabb Dryas Esemény során az északi féltekén jelentős jégtakaró alakult ki, és körülbelül 1300 évig meg is maradt. Ennek rovására írható például az észak-amerikai Clovis-kultúra hanyatlása is. A kanadai kutatócsoport William Patterson (Saskatchewan Egyetem) vezetésével a Lough Monreach írországi tó üledékeit vizsgálta az ESF (European Science Foundation) EUROCORES programja keretében.

A vizsgált üledékekben egy-egy jól elkülöníthető réteg egy-három hónap alatt halmozódott fel. Ennek köszönhetően (stabilizotóp-geokémia segítségével) igen nagy időbeli részletességgel vizsgálható a klíma bizonyos jellemzőinek, így a hőmérséklet- és csapadékviszonyoknak az alakulása. Korábban e jégtakaró kialakulásáról úgy vélték, hogy legalábbis néhány évtizedig tartott; ám az új adatok alapján ez néhány hónap, maximum két év alatt megtörtént. E gyors változás hátterében az állhatott, hogy a mai Kanada területén akkoriban létezett hatalmas, glaciális (jégkorszaki eredetű) Lake Agassiz tó áttörte természetes gátjait, és óriási mennyiségű édesvíz keveredett hirtelen a tengerbe, alaposan felhígítva a sós vizet. Emiatt a többnyire sűrűségkülönbségek által hajtott Észak-atlanti-tengeráramlás leállt, és a továbbiakban nem tartotta melegen az Északi-sark körüli területet.

A klímaváltozások sebessége

Az eredmények alapján nemcsak a kisléptékű klímaingadozások következhetnek be igen gyorsan, de az éghajlat nagyléptékű változásai is. Amint azt William Patterson az ESF rovaniemi konferenciáján, 2009. október 31-én elmondta, a Fiatalabb Dryas Eseményhez hasonló hirtelen klímaváltozások egyáltalán nem ritkák a földtani (geológiai) kutatások szerint.

Pontosabb információt a folyamatok sebességéről akkor kaphatunk, ha megfelelő időbeli felbontással és mérési pontossággal vizsgálódhatunk. Erre ad lehetőséget például vastag jégtakarókból vett jégmagok vizsgálata. Így megállapítható, hogy nemcsak a lehűlés történhet ilyen gyorsan, de a felmelegedés is. A SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory) munkatársai jégmagok segítségével vizsgálták az ugyanezen eljegesedés utáni felmelegedés sebességét, és azt találták, hogy két, körülbelül 10-10 éves szakasz alatt emelkedett meg a hőmérséklet, mindegyik során kb. 7-8°C-al.

Az első 5-10 évben a tengeri jég erősen visszahúzódott, a következő 10-30 évben pedig felmelegedtek a Grönland körüli óceán felső vízrétegei. Érdekes, hogy az Észak-atlanti-óceán szubtrópusi területein a tengervíz hőmérséklete a klímaváltozás előtt körülbelül 20 évvel megemelkedett, így véleményük szerint az efféle események előrejelezhetik a fentihez hasonló klímaváltozást.

Természetesen a klímatörténet korántsem csupán katasztrófákból áll. Vannak olyan nagy léptékű változások, amelyek sokkal hosszabb idő alatt mennek végbe. Ilyenkor a következmények is sokkal tovább tartanak.

A klíma nagyléptékű változásai

Földünk éghajlatát kétféle állapot jellemezheti. Az egyik a hűtőház (icehouse) állapot, ez volt a jellemző például a késő ordovícium-alsó szilur, a karbon-perm vagy a harmadidőszak közepétől máig tartó időszakokban. Az is bizonyos, hogy a Föld korai története során (a prekambriumban) is volt legalább négy jégkorszak. Általában elmondható, hogy a hűtőház állapotban szélsőséges volt a klíma, és a nagy fajkihalások is ilyen időszakokban következtek be.
A másik a melegház vagy üvegház (greenhouse) állapot, például ilyen fordult elő a kambrium-késő ordovícium, a középső szilur-kora karbon és a triász-kréta időszakokban, illetve klimatikus maximum volt az eocénben.
Melegház állapotban jellemző a vulkanizmus, kiegyenlítettebb a klíma, valamint a mai 13 Celsius-foknál sokkal magasabb a földi átlaghőmérséklet, akár 24 Celsius-fok is lehet. Az élővilág nagy felvirágzásai általában ilyen időszakokban következtek be.
A melegházból a hűtőház állapotba való áttérés bekövetkeztében olyan folyamatok játszanak szerepet, mint a Naprendszernek a Tejútrendszeren belüli keringése; az óceáni áramlások és szárazulatok olyan helyzetének kialakulása, amely bőséges havat szolgáltat tekintélyes földtörténeti időn át; illetve az, ha a sarkoknál kontinentális terület van (nyílt óceánon vastag és nagy jégtakaró nem alakulhat ki tartósan).

A földi éghajlat ingadozása az elmúlt évszázadban

Ma már elfogadott, hogy a jelenlegi globális klímaingadozás az ember okozta (antropogén) és a természetes hatások közös eredménye. Nyilvánvalóan szerepet játszik benne az üvegházhatású gázok egyre növekvő kibocsátása, ám a klímatudományban általános az a vélemény, hogy mindezen hatások inkább csak ingadozásokat okozhatnak az éghajlatban, a nagy léptékű változásokért a Föld természetes folyamatai a felelősek.

Az előrejelzett és a mért hőmérsékleti változások összehasonlítása az elmúlt évszázadban (Mehl és munkatársai)

Ha csak az elmúlt 100 évet tekintjük (ami geológiai értelemben igen rövid időnek mondható), akkor láthatjuk, hogy a földi átlaghőmérséklet körülbelül 0,7 Celsius-fokkal, míg a tengerszint körülbelül 20 centiméterrel emelkedett. A fenti ábrán a valós, mért (observed) hőmérsékletváltozási értékeket feketével jelölték. A kék görbe a természetes, a piros a természetes+antropogén hatásokat jelöli.

Látható, a hőmérséklet ingadozásának befolyásolásáért a vizsgált időszakban eleinte a természetes hatások inkább voltak felelősek (hiszen a természetes és a természetes+antropogén mezők szinte egybeesnek), és gyenge hőmérsékletemelkedés volt jellemző.

Az időszak második felében azonban élesen szétválnak a görbék. Látható, hogy csupán a természeti folyamatokkal nagyjából stagnáló vagy enyhén emelkedő hőmérsékleti értékeket kellene kapnunk. A valós értékek azonban úgy magyarázhatók, hogy ha a természetes és emberi hatással együtt számolunk.

Üzenet a mának

Megállapítható, hogy a földi átlaghőmérséklet ingadozását gyorsítják az emberi hatások, bár mindenképpen figyelembe kell venni, hogy itt csak igen kisléptékű, és időben is igen kis kiterjedésű folyamatokról beszéltünk.

Tény viszont, hogy olyan éghajlati változások következhetnek be igen nagy sebességgel, amelyek mind az óceán, mind a jégtakaró állapotát jelentősen befolyásolják. Igen komoly kihívást jelent, hogy ezt az új felismerést miképpen alkalmazzák az emberiség által okozott folyamatok megítélésében, illetve a következetes klímapolitika kialakításában.

Például néhány klímakutató szerint akár a Fiatalabb Dryas Eseményhez hasonló gyors lehűlés is bekövetkezhet akkor, ha a grönlandi jégtakaró a jelenlegi melegebb időszak során hirtelen felolvad.

Hogyan vizsgálható az egykori klíma?

Egy adott terület éghajlatát a hőmérsékleti- és csapadékviszonyok, a széljárás valamint az egységnyi területre jutó napsütés jellemzi. Mindezeket ma megmérhetjük; de a múltbéli klíma, a paleoklíma esetében csak következtethetünk.

Paleohőmérséklet-kutatási módszerek

Az egykori hőmérsékleti viszonyokra többféle módszer segítségével következtethetünk. Alacsony hőmérsékletre utalnak egyes kőzettani bizonyítékok, például a tillit, az ejtőkövek, a varvit, a jégkarcok és a karcolt kavicsok. Magas hőmérsékletre utal a sok Fe3+ megjelenése (pl. sivatagi szín), mindennemű kémiai mállás, a meleg égövi zátonyképződés (ma: mészkő), a nagy mennyiségű mészfelhalmozódás, kőszénképződés, vagy éppen a tengeri élőlények sokféleségének (diverzitásának) növekedése.

Virágporok botanikai vizsgálatával (pollenanalízis) körülbelül 120 ezer évre, míg a fák évgyűrűinek vizsgálatával (dendroklimatológia) csak 4-6 ezer évre visszamenőleg tudhatunk meg adatokat, bár az USA délnyugati részén található szálkástobozú vagy bozontos fenyő (Pinus aristata) egyes példányai nyolcezer évig is élhetnek.

A jégárak (gleccserek) változásaiból és a sarkvidéki jégtakarókból is hasznos információkat tudhatunk meg. A gleccserek a hidegebb éghajlatú időszakokban meghosszabbodnak, melegebbekben visszahúzódnak. Ezeket a változásokat a gleccserek hordalékainak (morénák) lerakódásaiból lehet felismerni.

Bár a fenti módszerek többsége inkább minőségi (kvalitatív) információt szolgáltat, a fiziko-kémiai módszerek közé sorolható ún. stabilizotóp-geokémia segítségével akár mennyiségi (kvantitatív) információt is kaphatunk. Elsősorban plankton (azaz tengervízben lebegő) életmódot folytató, nanoméretű ősmaradványok vázából állapítható meg az egykori hőmérséklet, de ciklikus üledékes kőzetek, vagy jégtakarók egyes rétegei is vizsgálhatóak így.

A többi jellemző vizsgálata

Csapadékviszonyokra következtethetünk például a sarkvidéki jégtakarók segítségével, ahol az egyes évek hólerakódásai többé-kevésbé fölismerhető rétegeket alkotnak, vastagságuk pedig jelzi az adott év csapadékbő vagy csapadékszegény jellegét. Kőzettani-üledékföldtani bizonyíték lehet a folyóvízi üledékek megjelenése (általánosságban elmondható, hogy ahol van, ott nem volt száraz a terület), vagy éppen az evaporitok (sókőzetek) elterjedése (ahol ez előfordul, ott száraz volt a klíma). A karsztosodáshoz, bauxitképződéshez, vagy a kaolinitképződéshez egyaránt sok víz kell; míg a kontinentális állóvizek esetében ahol sós tó üledékeit találjuk, ott kevés volt, ahol édesvízét, ott megfelelő mennyiségű volt a csapadék.

Egy adott terület egykori széljárására is lehet következtetni, elsősorban felszínalaktani-üledékföldtani módszerekkel. A homokdűnék, az ún. dreikanter kavicsok, a szélmarásnyomok, a sivatagi máz, a lerakódó lösz vagy éppen a finomszemű vulkáni hamu vastagságviszonyai mind segíthetnek a rekonstruálásban.

Az utolsó jellemző, az egységnyi területre jutó napsütés meghatározása viszont gyakorlatilag nem lehetséges paleoklimatológiai módszerekkel.

Jól látható tehát, hogy különböző léptékben bár, de rekonstruálható a Föld egyes területeinek egykori klímatörténete, így meghatározható a globális klíma alakulása a különböző földtörténeti időszakok során.

Kiss Gabriella