Az egyes földtörténeti korok éghajlatainak rövid jellemzése

Az 3.6. ábra az egyes földtörténeti korok tagolódását és időtartamát mutatja be.

Földtörténeti ősidő és előidő éghajlata

Éghajlati kép alig adható a szerves maradványok hiánya miatt, csak a kőzetek adnak némi tájékoztatást. Az ősidő éghajlata arid vagy szemiarid lehetett, erre utal az archaikumból származó vöröshomokkő. Észak-Amerika területein eljegesedés nyomai mutathatók ki, kb. 1100 millió évvel ez előttről (első jégkorszak). Az előidő során többször jelentkezett eljegesedés, de jól elkülönültek Földünkön a száraz és csapadékosabb területek (3.7. ábra).

Földtörténeti ókor (paleozoikum)

A paleozoikum első szakaszában, a kambriumban lassú felmelegedés kezdődött el, ami folytatódott a következő szakaszban, az ordiviciumban is. Az éghajlati övek közötti különbségek elmosódtak. A szilur az egész Földre kiterjedő közel egyenletes meleg éghajlatával tűnik ki. A devonban a mainál melegebb éghajlat uralkodott, de fokozódott az éghajlati övek közötti eltérés. Kifejezett száraz övezetek alakultak ki. Az éghajlati övezetesség élesedésének oka a kaledóniai hegységképződés lehetett. A karbon időszakból származó gazdag kőszéntelepek nedves, meleg éghajlatra utalnak. Az egész Földön közel egyenletes, csökkent övezetességű klíma állhatott fenn, ami a tengerek nagy túlsúlya miatt főképpen óceáni jellegű lehetett. A Karbon végén az északi félteke szárazföldjén száraz meleg klíma kezd kialakulni, míg a déli félgömb több helyén eljegesedés mutatkozik. A Perm időszaka egyenletes, humid éghajlatú lehetett a Föld nagy részén. Eljegesedés nyomai találhatók Dél-Amerikában, Dél-Afrikában, India és Ausztrália területén (feltételezett oka: a hegységképződés). A perm időszak végén egy felmelegedési periódus kezdődött meg.

Földtörténeti középkor

A mezozoikum első szakaszában, a triászban tovább folytatódott a felmelegedés. A déli féltekén csapadékos, meleg éghajlat alakult ki, míg Európa területe szárazzá vált. A jura időszakban Európa csapadékosabbá vált, az éghajlat zonalitása fokozódott, a pólusok lehűltek. A kréta szakaszában fokozottabb éghajlati övezetesség jellemezte a Földet, a mediterrán területeken nedves, meleg trópusi klíma alakult ki, sarki jég feltételezhetően nem volt, a mainál melegebb volt az éghajlat.

Harmadidőszak

A földtörténeti harmadidőszak éghajlatának rekonstruálása már jóval biztosabb, mint a megelőző koroké, mert bővebben tárhatók fel az e korból származó éghajlatjelző maradványok. Általánosan elmondható, hogy a meleg éghajlatú övek a sarkokhoz közelebb helyezkedtek el, mint ma, és a sarkvidékeken is mérsékelt klíma uralkodott. Az európai szárazföld melegebb és nedvesebb volt, erre utalnak az ebben a korban képződött kiterjedt barnaszén-telepek. A harmadidőszak végén a pliocénben lassú lehűlés indul meg, a hőmérséklet fokozatosan elérte a maihoz hasonló értéket.

Negyedidőszak

A földtörténeti negyedidőszak kezdete a pleisztocén, amit eljegesedések jellemeztek. Az eddigi vizsgálatok szerint a Földön ezek mind egyidőben alakultak ki (3.8. ábra). Az északi féltekén több nagy eljegesedési góc keletkezett: Észak-Amerika, Szibéria, Észak-Európa, Alpok, Közép-Ázsia hegységei. A negyedidőszaki jégkorszakon belül több glaciális alakult ki (a jégsapka kiterjedése). Európában ezeket a következő elnevezésekkel illetik: Biber, Donau, Günz, Mindel, Riss, Würm. A glaciális időszakokat megszakították melegebb periódusok a jégkorszakon belül, ezek az interglaciálisok. Észak-Amerikában is kimutathatók voltak az európaiakkal egyidőben az eljegesedési ciklusok: Nebraska, Kansas, Illinois, Wisconsin. A holocén (az utolsó eljegesedéstől számítjuk, ma is tart) klímáját a pleisztocén végét jelentő gyors felmelegedés határozta meg. Ezzel a jégtakarók az Északi- és Déli-sarkok közelébe húzódtak, ami nagyban hozzájárult az ember elterjedéséhez. Arról azonban viták folynak, hogy ez a melegebb klíma egy újabb interglaciális, vagy pedig a korábbi glaciálisok-interglaciálisok láncolatának vége. Természetesen a glaciálisokon és az interglaciálisokon belül sem egyenletes az időjárás, hidegebb (stadiális) és melegebb (interstadiális) periódusok váltják egymást.

Jelenkori éghajlat-ingadozások

Kb. 10-12 ezer évvel ez előttig a nyár középhőmérséklete kb. 5⁰C-kal, a télé kb. 10⁰C-kal volt hidegebb a mainál. Ezután kb. 8 ezer évvel ez előttig a mostaninál melegebb nyarak és telek voltak jellemzőek. Kb. 3-4 ezer éve alakult ki a mai klíma. Az éghajlat-ingadozások jellemző sajátossága a földi klímának, s bár az utóbbi néhány ezer évben az éghajlat stabilizálódni látszik, nem tért el jelentősen a maitól, kisebb ingadozások ebben az időszakban is megfigyelhetők. Izland és Grönland területén végzett glaciológiai vizsgálatok és az Észak- Atlanti térségre vonatkozó tengeri-jég megfigyelések alapján közel ezer évre visszamenőleg rekonstruálták az évi középhőmérséklet valószínű alakulását. Ezen elemzések alapján a XII. században és a XV. század elején legalább olyan magas lehetett a hőmérséklet („középkori hőmérsékleti optimum”), mint a XX. század közepén tetőző felmelegedéskor. Ezzel szemben mostohább éghajlati viszonyok jellemezték az 1580-1700 közötti időszakot, amit „kis jégkorszak” is nevezünk (3.9. ábra). Ebben az időszakban a tengeri jég és a magashegységi gleccserek jelentős előrenyomulása volt megfigyelhető. 1650 körüli hőmérsékleti mélyponttal jellemezhető ez az időszak. A XIX. század első harmadában is hűvösebb volt az éghajlat a mainál.

Éghajlat-ingadozások magyarázata

• Csillagászati hipotézisek

  • Napsugárzás intenzitásváltozása

  • Milankovich-Bacsák elmélet

  • Csillagközi porfelhőn való áthaladás

• Geológiai hipotézisek

  • Wegener hipotézise

  • Hegységképződés

  • Broecker-conveyor

• Fizikai hipotézisek

  • Simpson elmélete

  • Légkör CO2 tartalmának változása

A napsugárzás intenzitásváltozása:

A Nap, mint változó fényességű csillag, változó mennyiségű energiát bocsát ki, 200-250 millió éves ritmus szerint. A napállandó csekély változása is érzékenyen érintheti a Föld hőháztartását, hőmérsékleti viszonyait. A Nap és a Föld felszínének abszolút hőmérséklete és a kisugárzott energiamennyisége közötti kapcsolatot a Stefan-Boltzmann törvény írja le.

Tételezzük fel, hogy a kisugárzás energiamennyisége α-ad résszel megnövekszik, ez maga után vonja a sugárzó test hőmérsékletének β-ad résszel való növekedését.

Az egyenletből kifejezve β-t, az alábbi egyenletet kapjuk:

Milankovich-Bacsák elmélet:

Az elmélet a Nap sugárzását állandónak veszi, és olyan csillagászati okokat keres, amelyek a besugárzás földövenkénti megváltozását idézik elő. A Föld 3 pályaelemének periodikus változásainak kombinációja alakítja ki az elmélet szerint a hőmérsékletingadozásokat, ezek az ekliptika ferdesége, az excentricitás és a precesszió (3.10. ábra).

A besugárzás mennyiségének földövenkénti megváltozása az eljegesedés oka, ennek feltételei az elmélet szerint:

1. a forgástengely ferdesége minimális (a kisebb hajlásszög azt jelenti, hogy kiegyenlítettebb a hőmérséklet az év során, az egyenlítői vidéken fokozódik a felmelegedés, a pólusokon a lehűlés),

2. a pálya lapultsága maximális (amikor az ellipszis elnyúlt, a Föld hosszabb ideig tartózkodik távol a Naptól, és kevesebb sugárzást kap az év során, nagy a naptávol és napközel közötti sugárzáskülönbség, azon a féltekén, amelynek a tele napközelbe esik, az évszakok mérséklődnek, míg azon a féltekén, melynek tele naptávolra esik, az évszakok ellentéte felerősödik),

3. a naptávol nyáron következik be (precesszió befolyásolja a napközel és naptávol időpontját).

E feltételek teljesülésekor a sarkvidékeken erősödik a lehűlés és jelentősen csökken a nyári besugárzás intenzitása, ezért a téli hótömegekből egyre kevesebb olvadhat el, fokozatos hó- és jégfelhalmozódás áll elő. Az elmélet jól magyarázza a negyedidőszaki eljegesedésen belüli glaciálisok és interglaciálisok váltakozását, de nem ad magyarázatot a közöttük lévő jelentős hőmérsékletkülönbségekre (3.11. ábra).

Csillagközi porfelhőn való áthaladás:

A hipotézis szerint a napsugárzás intenzitásának változásai feltételezhetően a Naprendszer csillagközi porfelhőn való áthaladása miatti szóródás hatására alakulnak ki. Feltételezik, hogy az intersztelláris ködön való áthaladás megnöveli a Földre érkező sugárzás mennyiségét, mert a szóródás révén olyan energiamennyiség is eljut hozzánk, ami különben a világűrbe távozna.

Wegener hipotézise:

A kontinensek helyzetének a földtörténet során lezajlott megváltozásával keres magyarázatot a jelenlegi trópusi területeken található egykori eljegesedések jeleire, illetve a mai sarki területeken a hajdani trópusi klímára utaló jelekre. Például kiterjedt eljegesedés uralkodott Gondwanán, azon a hatalmas kontinensen, amely ma Indiát, Dél-Amerikát, Ausztráliát, az Antarktiszt és Afrikát, valamint Ázsia és Észak-Amerika egy részét alkotja (Perm eleje, 3.12. ábra). Valójában Wegener a kontinensvándorlást támogató érveinek jó része az ősi éghajlati viszonyok tanulmányozásából származott. Abból indult ki, hogy sok éghajlatjelző üledékes kőzet ma olyan klíma alatt található, amelynek keletkezése nem elképzelhető.

Hegységképződés:

A hegyképződési folyamatoknak tulajdonítanak klímamódosító (hűtő) hatást. E geológiai hipotézis szerint a hegységképződés időszakaiban nagy földtömegek emelkedtek a magasba és hóval, illetve jéggel borítottakká váltak. Ezeknek a hideggé vált felszíneknek a hűtő hatása a szomszédos nagyobb területekre is kiterjedt.

Broecker Conveyor (óceáni szállítószalag):

Ennek az elméletnek a szülőatyja W. Broecker paleoklimatológus volt, aki felfedezéséért 1996-ban nemzetközi elismerésben részesült. Elmélete szerint az Északi-félteke - a déliéhez képest kellemesebb - éghajlatát az óceáni vízkörzés által az Indiai-óceán felől szállított meleg vízáramlásnak köszönheti. Ez az észak-atlanti térségben mintegy 5-10 °C-os pozitív hőmérsékleti anomáliát jelent. Ezt a globális vízkörzést a sókoncentráció- és a hőmérsékletváltozás működteti, motorjának pedig a Golf-áramlat körzete tekinthető.

A Broecker Conveyor fő vonása a következő: az Atlanti-óceán északi medencéjében az észak felé áramló felszíni víz (Golf-áramlat) Izland közelébe érve 12-13 fokos, a kanadai és grönlandi hideg légáramlatok hatására azonban 2-3 fokra lehűl, és az útközben elszenvedett párolgás következtében a sótartalma is szokatlanul magas. Ez a lehűlés oly mértékben megnöveli ennek a sós felszíni víznek a sűrűségét, hogy az óceán északi csücskébe érve már nehezebb, mint az ottani mély víz, tehát lesüllyed, és a mélyben elkezd dél felé áramlani. A továbbiakban az áramlat nagyobb része Afrika megkerülésével jut el a Déli-óceán cirkumpoláris áramához, majd a távol-keleti trópusi övbe, ahol felszínre tör, és bonyolult utakon Afrikát megkerülve jut vissza az Atlanti-óceán északi részébe.

Broecker elmélete paleklimatológiai vizsgálatokra épül, melyben választ keresett arra a kérdésre, hogy a jégkorszakok időszakain belül miért jelentkeztek időről-időre melegebb szakaszok is. Elmélete szerint az emelkedő hőmérséklet miatt a poláris jégsapkák megolvadnak, aminek következtében nagyobb mennyiségű édesvíz kerül az óceánokba. Ez megváltoztatja az óceánok sókoncentrációját a poláris területek környékén. Mivel az óceáni szállítószalag működését a sókoncentráció szabályozza, a koncentráció csökkenése egy adott határértéket elérve leállíthatja a szállítószalag működését. Ha ez bekövetkezik, akkor az Északi-félteke „meleg-ellátása” megszűnik, hőmérséklete lecsökken, eljegesedik. Ezután az édesvíz hozzáadás csökken, a szállítószalag újra indul, a hőmérséklet újra emelkedik. Az utolsó jégkorszak óta ez az állapot valamilyen - egyenlőre ismeretlen - okból stabilizálódott.

Simpson elmélete:

Ha a Földre érkező sugárzás mennyisége nő, vele együtt emelkedik a hőmérséklet, ez a növekedés a földfelszíni átlaghőmérséklettel arányos, tehát a trópusokon nagyobb, sarkokon kisebb mértékű lesz. Ezzel együtt jár a trópusok és sarkok közötti hőmérsékletkülönbség fokozódása. Ez felerősíti a mérsékelt övi nyugati cirkulációt, aminek a következménye a megélénkülő ciklontevékenység lesz. Ennek következtében nő a felhőzet és a lehulló csapadék mennyisége. A besugárzás csökkenése ezzel ellentétes folyamatot vált ki. A hőmérséklet csökkenése mellett csökkenti a meridionális hőmérsékleti grádiens értékét, gyengíti a mérséklet öv nyugati áramlásait, csökkenti a felhőzetet és a lehulló csapadék mennyiségét. A felhőzet növekedése az erősödő sugárzási szakaszban és csökkenése a gyengülő sugárzási szakaszban megváltoztatja a Föld-légkör rendszer planetáris albedóját, s végső soron változik a hőháztartása is. A Föld különböző helyei ezekre a változásokra különbözőképpen reagálnak. A fagypont alatti hőmérsékletű területeken, ha a sugárzás intenzitása nőni kezd, az évi középhőmérséklet az emelkedés ellenére is egy ideig még fagypont alatt marad, s így a növekvő csapadék hóbőséget jelent. A napsugárzás erősségének növekedése kezdetben az emelkedő hőmérséklet ellenére hó- és jégfelhalmozódást idéz elő. Ha a sugárzás még tovább nő, a hőmérséklet fagypont fölé emelkedik, a hótakaró fokozatosan elolvad, a csapadék egyre nagyobb hányada eső formájában érkezik. Ha a napsugárzás intenzitása csökkenni kezd, a jelenségek fordított sorrendben játszódnak le. A csapadékmennyiség bőséges, a süllyedő hőmérséklet hatására hófelhalmozódás áll be, majd a sugárzásminimum idején a kevés csapadék miatt az alacsony hőmérséklet ellenére stagnál a hófelhalmozódás, sőt a párolgás miatt a hókészletek fogynak. Az elmélet szerint a sarki és magashegységi hó- és jégfelhalmozódás a sugárzásváltozások emelkedő és csökkenő ágában következnek be, míg a sugárzásminimum és –maximum idején a hó- és jégtakaró eltűnése, visszahúzódása figyelhető meg.

Légkör CO2 tartalmának változása:

Ismeretesek olyan fizikai hipotézisek, amelyek a Föld klímájának ingadozását a légkör CO2 tartalmának változásaival és a vulkánosság során a légkörbe jutó vulkáni hamu mennyiségének változásával, közelebbről ezeknek a Föld hőháztartására gyakorolt hatásaival magyarázzák. A vulkáni tevékenység (hamu, aeroszolok) a légkör hűlését idézik elő, az üvegházhatás fokozódása hőmérsékletnövekedést okoz.