Pangea

Minden, ami földtudomány

Földünk hűtőszekrénye, az antarktiszi jégpajzs

2020. november 18. 19:17 - lezlidzsi84

Az év első felében több híradás is beszámolt arról, hogy kutatók egykori esőerdők maradványaira bukkantak az Antarktiszon. Kevéssé ismert tény, hogy a már akkor is nagyjából sarkközeli helyzetben lévő Antarktiszt 100 millió évvel ezelőtt – az aktuális pólusrégió kivételével – még nagyrészt dús erdőségek borították. De hogy vált a déli kontinens napjainkra a bolygó hűtőszekrényévé, hogyan alakulhatott ki a déli féltekét is alaposan lehűtő gigantikus jégpajzs, és hogy nézne ki a kontinens anélkül?

Az eljegesedésben két tényező töltött be fölöttébb fontos szerepet: elsősorban az üvegházhatású gázok (főként a szén-dioxid) légköri koncentrációja, valamivel kisebb mértékben pedig az óceánok és a szárazföldek elhelyezkedése, valamint széttagoltsága.

beardmore-glacier-antarctica.jpgAz óriási kiterjedésű antarktiszi jégvilág komoly hatással van Földünk klímájára - (forrás)

Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációja a földtörténet során egyáltalán nem volt állandó. A felfokozott vulkánossággal járó időszakokban például a szén-dioxid légköri koncentrációja erősen megnőtt, hogy a „nyugodtabb” időszakokban az azt felhasználó (és erősen felszaporodó) élőlények megkössék, és maradványaikkal a kőzetburokba temetődjenek a szénvegyületek – így csökkentve a légköri szén-dioxid koncentrációját. A következő erőteljesebb vulkáni aktivitást hozó időszakban az eltemetett szénvegyületek egy része azután ismét a légkörbe szabadulhatott. A vulkáni működés intenzitása erősen függött a lemeztektonikai folyamatoktól, amelyek csaknem ugyanilyen fontos szerepet kaptak történetünkben.

A második tényező hatásának talán leglátványosabb példája az Antarktisz „lehűlése”. Földünk klímáját nagyban befolyásolja a kontinensek és az óceánok elhelyezkedése, mivel ezek alapvetően meghatározzák a sarkvidékek és a közepes szélességek közötti hőkiegyenlítést végző földi légkörzés és a tengeráramlások működési mechanizmusát, ezáltal a hőkiegyenlítés mértékét. Egészen máshogy működik mindez egy egységes világkontinens esetén, mint például a mai kontinentális széttagoltság állapotában, és egyáltalán nem mindegy, hogy a sarkvidékeken milyen konfigurációban találhatók a szárazföldek és az óceánok. Hogy a vázolt folyamatokat jobban megértsük, érdemes az „Antarktisz”, valamint a földi üvegházhatás elmúlt 130 millió évét részletesebben is tanulmányoznunk.

Erdőhatár a 80. szélességi körig

A leggyakoribb becslések alapján Földünk légkörében a szén-dioxid aránya több ezer és 180 milliomod (ppm) között változott, ma 400 körüli ez az érték. Az igen magas értékek a korai, forró, erős vulkáni tevékenységet mutató s a szén-dioxidot megkötni képes életformákkal nem vagy alig rendelkező Földet jellemezték, de még 500 millió évvel ezelőtt is 4000 milliomod volt a szén-dioxid koncentrációja.

1_kep_2.pngA Gondwana 420 millió évvel ezelőtt, a Déli-sark felől nézve - (forrás)

A növényvilág lassú elterjedésével, valamint a nagyjából 330–175 millió évvel ezelőtt létező Pangea szuperkontinens révén beköszöntött, lemeztektonikai szempontból nyugodtabb időszak folyamán lassan csökkent az üvegházgázok koncentrációja: 200 millió éve már „csak” 2000 ppm, 100 millió éve pedig már 1000 ppm körül ingadozott. Földünk éghajlata ekkoriban a jelenleginél általában jóval melegebb volt. Mindez persze nem zárta ki kisebb-nagyobb eljegesedések bekövetkeztét, ahogy a csökkenő szén-dioxid-koncentráció időnkénti maximumai is okozhattak különösen erős felmelegedést egyéb tényezőkkel karöltve, amire a földi klíma egyik legmelegebb időszaka, a kréta kiváló példa, mely a nagy déli kontinensen, a Gondwanán sem maradt következmények nélkül.

3_kep.gif

A földi szén-dioxid-koncentráció modellezett változása (folytonos vonal: az indirekt változókból számolt érték; szaggatott vonal: geológiai adottságok alapján számolt érték; szürke zóna: a módszer „hibahatára”) - (forrás)

A Gondwana nagyjából 550–180 millió évvel ezelőttig a déli pólus közelében egyesítette Földünk szárazföldi területeinek csaknem a felét, miközben a Déli-sark legalább 100–150 millió (más források szerint 300 millió) éve – hasonlóan a mai helyzethez – jellemzően az antarktiszi lemezrész területére esett. Ebből adódóan a terület sugárzási egyenlege jóval kisebb volt, mint a magasabb szélességeké, ugyanakkor a kréta időszakban, körülbelül 140–65 millió éve a lassan felbomlóban lévő sarki kontinens nagyobb részét dús erdőségek borították, melyek jelentős hányada – a mai fogalmaink szerint – esőerdő volt. Persze legnagyobbrészt mérsékeltövi esőerdőkről volt szó, melyeket ma például Tasmánia északnyugati részén vagy Kanada délnyugati partvidékén találhatunk.

2_kep_5.jpgFöldünk a kréta időszakban, körülbelül 90 millió éve - (forrás

Ez arra vezethető vissza, hogy nagyjából 90 millió éve, a korábban viszonylag egységes földrészek szétszakadásának intenzívebbé válásával, az óriási hasadékokkal szabdalt (riftesedett) kőzetlemezekből nagy mennyiségű szén-dioxid került a levegőbe. A folyamat 1000 ppm-nél is nagyobb koncentrációja üvegházhatású klímát hozott létre, miközben a felmelegedést a kontinensek aktuális elhelyezkedése is segítette. A még részben egységes sarkközeli déli kontinens és a hasonlóan viszonylag magas szélességen lévő északi kontinensdarabok között ugyanis a közepes szélességek nagy óceáni területei hatékony hőcserét tettek lehetővé, miáltal a sarkvidékeken is aránylag enyhe éghajlat uralkodott. Persze a csapadék egy része ekkor is hó formájában hullott, és a sarki tengerekben is tapasztalható volt némi jégképződés, de komolyabb jégborítás nem alakulhatott ki, az erdőhatár pedig a 80. szélességi körig terjedhetett.

Elvágott globális kapcsolatok

A burjánzó növényvilág a következő évtízmilliók során lassan csökkentette a légkör szén-dioxid-tartalmát. Ugyanakkor a Déli-sarkvidék viszonylag mérsékelt éghajlata még sokáig fennállt, főleg, hogy körülbelül 55 millió éve, az Atlanti-óceán északi medencéjének kinyílásával kapcsolatos vulkánosság újabb, ezúttal nagyon hirtelen bekövetkező, komoly globális felmelegedést okozott. A dúsabb növényzet már említett szén-dioxidot megkötő mechanizmusa ismét hatott: a légköri szén-dioxid koncentrációjának mintegy 760 ppm-es értéke mellett bolygónk klímája lassan hűvösebbre fordult, ami kedvezett a mintegy 34 millió éve, a Keleti-Antarktisz magasabb területein meginduló jégfelhalmozódásnak is. Igaz, a folyamat tartósságát segítette egy másodlagos tényező is: a Dél-Amerikát, Madagaszkárt és Indiát is hordozó kőzetlemezeknek az Antarktisztól való elszakadását követően, mintegy 50 millió évvel ezelőtt Ausztrália is kezdett különválni. A két kontinens közötti tengeri átjáró körülbelül 35 millió évvel ezelőtt vált teljessé, melynek hamarosan drámai következményei lettek. Így ugyanis egy egységes, az Antarktiszt körülölelő óceánrész képződött, melyben egy, a déli kontinenst körbefutó hidegáramlás tudott létrejönni, s ez utóbbi voltaképpen elvágta a déli-sarki és trópusi területek közötti tengeri és légköri hőkiegyenlítődést, megszüntetve a korábbi mérséklő mechanizmusokat.

4_kep_4.jpgA kelet-antarktiszi jégpajzs - (forrás)

Az újabb kutatások szerint ugyanakkor a Dél-Amerika és az Antarktisz közötti Drake-szoros többször is elzáródott, az áramlás valószínűleg csak több millió évvel a kezdeti eljegesedést követően vált tartóssá, ezért inkább arról beszélhetünk, hogy stabilizáló hatással volt a már kialakuló eljegesedésre. Így vált egy óriási hűtőszekrénnyé az Antarktisz: egyre nagyobb területei jegesedtek el – persze jelentős ingadozásokkal, melyekre a Föld pályaelemei, köztük a besugárzás változásai is kihatottak.

5_kep_1.pngA Nyugati-Szél-áramlás - (forrás)

A változások nyomán lényegesen lehűlt a környező tengervíz, ezáltal pedig a déli félteke jókora része is. A jégpajzs legnagyobb kiterjedését a pleisztocén (2,5 millió ‒ 11 ezer évvel ezelőtti) eljegesedési maximumai alatt érte el, 180 ppm légköri szén-dioxid-koncentrációs szint mellett. Ekkor tűnhettek el az egykori erdőségek utolsó maradványai is a kontinensről.

Hol van a széle?

Az Antarktisz mára egy átlagosan 1,6–2 kilométer vastagságú jéggel borított, gigantikus jégfennsík, mely különleges helyzeténél fogva jóval hidegebb az Északi-sarkvidéknél. Utóbbinál egy sarkvidéki óceánt vesznek körül kontinensek, így mind a tengervíz, mind a légáramlások hőkiegyenlítő hatása valamennyire érvényesül, és az Északi-sarkvidék legalább nyáron részben felolvad. A hatalmas déli jégfennsík azonban még nyáron is visszaveri a besugárzás jelentős részét, az őszi napéjegyenlőség után pedig villámgyorsan lehűl, így az antarktiszi nyár nemcsak hűvösebb, hanem rövidebb is, mint északon. Mindez természetes módon segít megőrizni a hatalmas jégpajzsot, amely elfedi a kontinens eredeti körvonalait.

6_kep_4.jpg

Az Antarktisz topográfiája, kizárólag a teljes jégtakaró elolvadásával kalkulálva - (forrás)

De hogy is nézne ki az Antarktisz jég nélkül?  A kérdést nem is olyan könnyű megválaszolni: bár mérésekből és a jégréteg mozgási irányaiból viszonylag jól ismerjük a jég alatti kőzetrétegek magasságát, de ez nem jelenti azt, hogy a mai tengerszint szintvonala adná ki az Antarktisz körvonalait. Egyrészt a jégtakaró elolvadása körülbelül 60 méterrel megnövelné a tengerszintet, másrészt a jég hatalmas súlyától megszabadulva, a kőzetrétegek izosztatikus emelkedésbe kezdenének, ami jelentős részben „kompenzálná” a tengerelöntést.

7_kep_1.pngAz Antarktisz topográfiája, az izosztatikus emelkedést is figyelembe véve - (forrás)

Szintén érdekes kérdés, hogy a klímaváltozás révén várható-e akkora olvadás az Antarktiszon, mely az előbbiekben vizionált mértékű vízsszintnövekedést tenne lehetővé? A hatalmas kiterjedésű kelet-antarktiszi jégpajzs esetében egyértelműen nem a válaszunk. A várható felmelegedés ugyanis nem elégséges ehhez, mivel a vastag jégréteget viszonylag jól konzerválja a kontinens különösen hideg éghajlata, valamint a már említett köráramlás, a Nyugati-szél áramlás. Ugyanakkor a jóval vékonyabb és kisebb nyugat-antarktiszi pajzs könnyen instabillá válhat, ami okozhat „viszonylag” kisebb tengerszint-emelkedést. Hogy pontosan mekkorát, az a jövő zenéje.

 

Az írás eredetileg az ÉLET ÉS TUDOMÁNY 2020. évi 43. számában jelent meg

Felhasznált források:

 

12 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://pangea.blog.hu/api/trackback/id/tr7016289268

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

gigabursch 2020.11.18. 20:31:52

...S akkor egyesek 500 ppm-nél már a Vénusz hőcsapdájával jönnek...

Köszönöm. Érdekes volt ismét.
S végre olyan ábra jött Gondwanáról, amelyik pólushelyes.

]{udarauszkasz 2020.11.19. 18:18:41

@gigabursch: Naigen, ehhez hozza kell tenni azt, hogy a Venusz geologiaja is mas, mint a Folde.
Tul vastag litoszfera, ami lehetetlenne tette a lemeztektonikat. Igy aztan a felhalmozodott feszultsegek altalaban egyszerre tornek felszinre bolygoszerte, egyidejuleg atalakitva az egesz felszint egy globalis kataklizma kereteben, legalabbis igy hallottam.
A legutobbi ilyen kataklizma 800 millio evvel ezelott az osszes oceant elparologtatta, es a kenvegyuletekkel egyutt kensavat, kenessavat hozott letre az oceanokbol, ami azota is ott figyel a vastag szendioxid legkorben. Egyebkent a nitrogen parcialis nyomasa a Venuszon hasonlo a Foldehez, az oriasi nyomas tobbi reszet a szendioxid adja.

Reding Roli 2020.11.19. 20:22:14

Én meg azt gondolom, hogy az antarktiszi jég - póluson fekvése , így nagyon alacsony éves besugárzási egyenlege ellenére is- gyorsan elolvadhat... A jelenlegi , az ipari forradalom óta már megnövekedett földi átlaghőmérséklet , és a CO2 - szint is (még) rendkívül alacsony , ha hosszú földtörténeti skálán nézzük... Az elmúlt 500 millió évben az ordoviciumi és a perm eljegesedéskor voltak a negyedidőszaki eljegesedéshez hasonló, vagy alacsonyabb földi átlaghőmérsékletek, egyébként valahol 20-30 c fok között lehet a földi átlaghőmérséklet, jóval magasabb mint a jelenlegi ...A legnagyobb esély - szerintem- most arra van , hogy a Föld egy rövid , de gyors intenzív felmelegedési időszakon keresztülmenve , visszatérhet az egyensúlyhoz közelebbi állapotba , ami 20 c feletti földfelszíni átlaghőmérséklet, és jóval magasabb co2-szintet jelenhet... Az emberi tevékenység erre az önmagától is végbemenő melegedési folyamatra erősíthet rá...

lezlidzsi84 2020.11.24. 18:34:03

@Reding Roli: Pont arról szól az írás, hogy az Antarktiszi jégpajzs jóval stabilabb, mint az északi jégtakaró, mivel a köráramlás léte és stabilitása miatt kevésbé hatnak rá az egyéb tényezők (pl. a széndioxidszint változása). Léte által pedig némileg fékezheti magát a felmelegedést is.

pitcairn2 2020.11.26. 12:19:53

@lezlidzsi84:

a "preindusztriális" légköri CO2 szint elsősorban a tengervíz hőmérséklet változásának a függvénye volt, mivel a lehűlő tengervíz több CO2-t köt meg a melegebb tengervíz meg kevesebbet

emiatt a "CO2 = szuperpotens üvegházgáz" teória mellé egy hatalmas kérdőjelet lehet tenni...

egyébként első blikkre jó a poszt:)

David Bowman 2020.12.03. 22:27:20

Más.
Drága tudós barátaim! Lehetséges ez?: " mining plutonium from the site back in the 1980s."
www.outdoorrevival.com/news/crater.html
Na majd mindjárt ezt a cikket is elolvasom.

David Bowman 2020.12.03. 22:41:05

Ez a pasi 1730ban valahonnan tudta, hogy az Antartktisz valójában két szigetből áll.
i2.wp.com/www.badarchaeology.com/wp-content/uploads/2011/09/buache_antarctic.jpg?fit=1263%2C979

David Bowman 2020.12.03. 23:05:10

Hm. Hány ppm koncentrációnál válik a légkör átlátszatlanná a szén-dioxid elnyelési hullámhosszán? Azt olvastam, az ég ezen a hullámhosszon rég fekete. Akkor meg már nem mindegy? A régi korok többezer ppmje változtathatott sokat. Vagy valamit rosszul értek?

David Bowman 2020.12.04. 17:40:56

@gigabursch: Melyik évben: Gondolom Gondwana is jött-ment.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2020.12.12. 09:59:59

A poszt szokás szerint szép és jó. A jégkorszakokhoz azért adok egy "kis adalék"-ot, mert nem a légköri CO2 szintje írja le a Föld klíma történetét.

hu.wikipedia.org/wiki/Milankovi%C4%87-elm%C3%A9let

www.klimarealista.hu/jegkorszakok-kozott-elunk/

Két találós kérdéssel fejezem be. Melyik légköri gáz okozza az üvegház hatás messze legnagyobb hányadát?

A vízgőz, vagyis a légkör gáz halmazállapotú víz tartalma.

Jégkorszakban élünk-e?

Igen. Csak annak a rövidebb (átlag hossza 1o ezer év), melegebb, nedvesebb és kiegyenlítettebb klímájú időszakában, szép magyar szakszóval az interglaciálisban élünk. A glaciális pedig hosszabb (átlag hossza 1oo ezer év) hidegebb szárazabb és szélsőségesen változó klímájú. Az utolsó interglaciális úgy 1o ezer évvel ezelőtt kezdődött, ezért szerintem inkább lassú lehűlés várható.

gigabursch 2020.12.13. 06:59:44

Érdekes cikk. Köszönöm!

@David Bowman:
Ezekre még választ vár a tudománytól az emberiség.

@rdos:
Bárcsak a klímahisztizők ezt elolvasnák.
süti beállítások módosítása