Dr. Kárpáti Árpád Pannon Egyetem Környezetmérnöki Intézet

„Innovatív megoldások a vízgazdálkodásban”a VMMK és a PE szakmai napja

2012 október 16.

Globális klímaváltozási tendenciák

Dr. Kárpáti Árpád

Pannon Egyetem

Környezetmérnöki Intézet

A kék bolygó

A Az élet bolygójabolygó

A Nap bolygóinak jellemzői – amiért a Földnek a légkörben maradt a vize, majd teljesen elfedte a

víztakaró a „megszilárdult” földgolyót

-Földünk klímaváltozása részben folyamatos részben ciklikus, újkori rövid periódusait bolygók mozgása és sok pontosan nem kellően ismert tényező szabályozza.

A klimaváltozás a földi élet alakulásának szerves része.

A Föld biológiai élete a klimaváltozásokon keresztül alakult.

Az emberiség a Föld történetében egy igen későn megjelent tényező csupán, a földi évből az utolsó perc (12 ezer év) fele az igazán az „ismert” élete. Utolsó negyed másodperc - 50 év – a CO2 koncentráció jelentős növelése, környezet átalakítása.

Az emberiség az utolsó fél évszázadban gyakorolhatott számottevő hatást a Föld klímájára, és a drasztikus hatások az utóbbi két évtizedben jelentkeztek, bár azok sem egyértelműek.

Hogy bírja ki ezt az emberiség ? - A bioszféra kibírja!

-A klíma (víz-levegő-talaj) alakította ki az életet ami az ember nélkül is (másodpercek híján) stabil volt – vagy stabil most is!

- az élet szárazföldek nélkül is fejlődött- biológiai formáiban célirányosan

- dinamikus stabilitása felmérhetetlen(mikroorganizmusoktól a növénytermesztésig)

Az ipari forradalomig az embert is jól elviselte

– Emberiség kritikus hatásai az utolsó száz évben:a termelés (kihasználás) ugrásszerű növelésehasonló népszaporodásagglomeráció - nagyvárosokenergiaéhség - energia monopolizálás

8

Az élet kialakulásának előzményei

Kb. 15 milliárd éve: a Világegyetem keletkezése (Forró Univerzum hipotézis = ősrobbanás = Nagy Bumm = Big Bang elmélet)

4,6 milliárd éve: a Naprendszer kialakulása (Hoyle elmélete)

A Föld mára a bioszféra folyamatai által kialakított élőhely – a földi bioszféráé, mintegy néhány évtizede az ugrásszerűen elszaporodott emberé is

9

I. Ősidő (Archaikum): 4600 - 2600 millió évvel ezelőtt

• A bolygó felszínének alakulása:

VízkondenzácóŐsóceán kialakulása. Őslégkör • Amikor a hőmérséklet 100 oC alá süllyed, a vízgőz

lecsapódásával kialakult a stabil ősóceán, őslégkör.

• Hőmérséklet csökken, megszilárdult a tenger alatti kéreg

• Az őslégkör redukáló légkör volt: oxigént nem, ammóniát, metánt, vízgőzt, széndioxid tartalmazott.

A vízforgalom meghatározója a Nap sugárzása és a tengerek hőmérséklete volt.

Nap sugárzása hosszú távon állandó, a vízhőmérséklet is hamar stabilizálódottE-F ill. G-H görbék: Maximális üvegház hatással számolva, illetőleg e hatás nélkül

Elgondolásra kell hogy késztessen mindenkit, hogy nemrég harmincegyezer tudós írt alá egy petíciót, „amely kétségbe vonja, hogy a globális felmelegedés emberi tényezők következménye”.

Az együttesen közel kétszázezer tagot tömörítő Európai és az Amerikai Fizikai Társaság pedig 2009. november 30-án nyilatkozatot tett közzé: „ a klímával kapcsolatos kérdés komplexitása nehézzé teszi a pontos előrejelzéseket…” (News and Informations…, 2009)

Továbbá a Föld évének legfontosabb üzenete: „A Föld környezeti gondjai nem egyszerűsíthetők le egyetlen problémára, a globális felmelegedésre…” (MTA Hírlevél, 2010. január 28.)

-Azt, hogy a bolygónk sugárzási és hőháztartási folyamatait alakító számos

fizikai-kémiai,

biológiai-ökológiai

és emberi-társadalmi hatás

hogyan tud érzékenyen és folyamatosan változó,

de ugyanakkor mégis meglepően szűk határok között maradó klimatikus egyensúlyt tartani,

hogy mi és pontosan hogyan szabályozza ezeket a különféle klíma-szabályozási mechanizmusokat,

ma még nem ismerjük.

-Kérdés, hogy a rendkívül gyorsan erősödő emberi hatások - rövidebb-hosszabb távon hogyan módosítják bolygónk éghajlatát?

Mi lesz a várható változások hatása a mezőgazdaságra, vízgazdálkodásra és a bioszféra egészére

Mit lehet tenni országonként és nemzetközi összefogással, hogy a kedvezőtlen hatásokat tompítsuk, vagy hozzá idejében alkalmazkodjunk?

A modellek mind melegedést jósolnak – a szén-dioxid-koncentrációk emelkedésére építve. A geológusok azonban óvatosságra intenek:

„…számszerű értékeket tartalmazó előrejelzésekhez szükséges lenne ismerni a kiváltó okok hatásmechanizmusát, a változások mértékét és sebességét.”

Az ún. Stern-jelentés szerint: „Senki nem tudja előre jelezni teljes bizonyossággal, hogy milyen következményei lesznek az éghajlatváltozásnak.” (Stern-jelentés)

Nem szabad ugyanakkor egyértelmű prioritást adni a hőmérséklet emelkedésének – klímaváltozásnak - s azt az emberiség „fő ellenségének” kikiáltani .

Ma már egyre világosabb, hogy az emberiség égető problémái egyebek is, így a

Föld erőforrásainak végessége és pazarlása, túlnépesedés, talajpusztulás, édesvízhiány,

betegségek, energiatermelés,környezetszennyezés legkülönbözőbb formái.

Mindezek fényében mi történt eddig és mi várható a közeljövőben, a következő évtizedekben, évszázadokban a klíma, a klímaváltozás vonatkozásában?

Földünk légköre összetételének alakulása vízének kondenzációja után - mintegy 4 milliárd év óta

Redukáló inert oxidáló

H2O, H2, N2, CO2 N2, O2

NH3, H2SCH4, N2, CO2

O2 mentes Vízben (tengerben előbb NH4+ CO2 termelés)NH4HCO3 (később O2 termelés ugyanott – alga-, ill.

N2 megkötés Cyanobaktériumok)

-Hogyan alakult ki a Föld jelenlegi

bioszférája mintegy 4,6 mrd év alatt

- légköre- (T kezdetektől csökkenő)

- víz – kondenzáció után lett – 4 mrd éve

- szárazulatok – 1 mrd éve

Prebiotikus folyamatok:- szerves anyag keletkezése

- szervetlen kémiai átalakulások

- szerves anyagból az élő anyag összetevői

Biológiai élet lassú kifejlődése, differenciálódása,

egymásra épülése

-A biológiai élet kialakulása

Szerves anyag mineralizálása metánná és széndioxiddá

Újfajta szerves anyag termelés (cianobakter, algák)Esetlegesen ugyanez víz helyett kénhidrogénnelAlgák intenzív oxigén termelése napfénnyel

Oxigén mikrobiális hasznosítása (heterotrofok)Heterotrofok egyidejű széndioxid és szerves maradék

termelése, utóbbi részleges lebontása az iszapüledékben (anaerob)

Ammónium nitritté, majd nitrogénné alakítása (anammox)Kénhidrogén oxidációja szulfáttá, gipsz kicsapódása.

Ősi algaszőnyeg nyomai (3,8 mrd év)

-Az oxigéntermelés átalakítja az ősi bioszférát

2,6 mrd évtől 0,6 mrd évig nő az oxigénkoncentráció Oxigéntermelők – producensek (algák)

Algák tengerekben 3 m vízszint alatt – UV

alga inhomogenitás (hőmérséklet szerint)

sekély vizek meghódítása

alga inhomogenitás a „parti” vizekben

lokális szerves tápanyag feldúsulás

konzumensek inhomogenitása

sekély vizekben differenciálódás

kétéltűek kialakulása

CO2 csökkenése a 6-10 atm-ról 1 atm alá

24

Előidő (Proterozoikum): 2600-570 millió évvel ezelőtt

Éghajlat:

Általában meleg, de legalább négy eljegesedés (hólabda Föld - ami az

algákat nem különösebben zavarja) nyomai fedezhetők fel, légkör oxigén-tartalmától függetlenül, :

2300 millió, 1200 millió, 900 millió, 700 millió évvel ezelőtt.

26

Földfelszín kialakulása 1 mrd évvel ezelőtt:Több hegységképződés lepusztultak létrejöttek az ősmasszívumok (pajzsok).

Az előidő végére négy őskontinens alakult ki:

1. Észak-amerikai tábla (Laurencia)2. Kelet-európai tábla (Fennoszarmácia) 3. Szibériai tábla  - Angara pajzs 4. Gondwana  - az ősi Dél-Amerika, Afrika, Arábia, India, Ausztrália és Antarktisz.

27

Az élővilág fejlődése:

kb. 1 milliárd évvel ezelőtt eukarióták megjelenése az óceánokban.

Nem sokkal később a többsejtűek is megjelentek.

Az előidő leggazdagabb élővilágmaradványa az Ediacara-fauna (Ausztrália). Kora 680-580 millió év. Főleg csalánozók, gyűrűsférgek és ízeltlábúak alkotják.

-Szárazföldek és meghódítása

Élet a sekély tengerek iszapjában

1 mrd évtől szárazulatok, ózonréteg

Ugyanettől egysejtűen megjelenése, differenciálódása

500 m évtől tengeri állatfajok gyors szaporodása

500 m évtől a szárazulatokon növények

300 mrd évtől szárazföldi állatvilág • Felgyorsuló CO2 megkötés – karbonkor• Tengerekben mészvázas szervezetek• Kontinenseken növényzet

31

karbon: az északi félgömbön mocsárerdők főleg fatermetű harasztokból kőszén. A kétéltűek elterjedése.

32

Az élővilág fejlődése:

kambrium: kialakultak a moszattörzsek és a gerinctelen állatok törzsei trilobiták (háromkaréjú ősrákok).

-Kontinensek vándorlása, alakulása

Okai a bolygók tömegvonzása - magmozgás

Ugyanez okozza a vulkánizmust is (CO2, SO2)

Lassú szárazulat átrendeződés

égövek

kontinentális foszilis energiahordozó termelés

Kisbolygókkal történő ütközések

Cunamik, erdőtüzek,

állatvilág ugrásszerű változása

36

A földfelszín alakulása:

A triász elején még egységes Pangea elkezd feldarabolódni, a szétválás a jura és a kréta időszakban a legintenzívebb. A folyamat során megkezdődik a ma ismert kontinensek elkülönülése.

37

David Raup és John Sepkowski Jr. az utóbbi 250 millió évet átfogó földtörténeti leleteket tanulmányozta alaposan. Azt találták, hogy az

irídium mennyisége az egyes rétegekben jelentősen emelkedik nagyjából minden 26. millió év tájékán. Ez szinkronban van a ciklikus

fajpusztulásokkal

A Föld felszíni átlaghőmérséklete a múltban szűk tartományon belül ingadozott

43

Éghajlatváltozások az utolsó fél milliárd év során

Okai elsősorban Földön kívüli, csillagászati eredetűek: pl. a Föld pályájának módosulása.

Pleisztocén eljegesedések az északi félgömbön.

A jégtakaró vastagsága 2000-3000 méter. A jégtakaró Európában az Alpok - Kárpátok vonaláig), Észak-Amerikában pedig kb. az északi szélesség 40°-áig húzódott.

A pleisztocén korban több hidegebb (glaciális=jégkorszak) és enyhébb (interglaciális=jégkorszakköz) időszak különböztethető meg.

A jégtakaróval határos, de jéggel nem borított térségek éghajlatát, felszínformáló erőit és élővilágát a jégtakaró erősen befolyásolta, ezek a jégkörnyéki=periglaciális területek (pl. Magyarország).

A jégkorszakok idején jelentősen csökkent a tengerek vízszintje.

Az utolsó jégkorszak kb. 10 ezer éve ért véget, azóta a jégtakaró visszahúzódott a mai helyére.

A Föld felszíni átlaghőmérséklete a múltban szűk tartományon belül ingadozott

-Szűkebb térségünk alakulása

Hol van Magyarország, mióta, meddig

Európa közepe? Kárpát medence közepe

• 200 m éve kontinens volt,• 25 m éve tengerfenék• Alpok, Dinári hegység, Kárpátok kiemelkedése• Tengerfenék feltöltődés (kiszáradás, süllyedés)• Szentes-makói árok?• Milyenek a foszilis energia tatalékai – kié?

Szűkebb környezetünk hegy és vízrajza az utóbbi tíz-húsz millió évben

Szűkebb környezetünk hegy és vízrajza az utóbbi három-négy millió évben

Szűkebb környezetünk állapotváltozása az utóbbi egy-két millió évben

Szűkebb környezetünk hegy és vízrajza

az utóbbi 300-700 ezer évben

Szűkebb környezetünk állapota az utóbbi ötezer évben

-

Az utóbbi tízezer év emberi fejlődése

Gyűjtögetés, vadászatÁllattartás, tudatos növénytermesztés, Nagy-családok, törzsek, törzsszövetségek, Öntözéses gazdálkodás, népek művelődése - summirNépek harca, rabló/hódító háborúk(bronzkor, rézkor, vaskor), vaskor 3000 éve!Summír írás kialakulása – agyagtáblák, pergamentTrója - Sicambria – szkíták, avarok , húnok, Attila népvándorlások, magyarokNemzeti államok kialakulása

Igazán kritikus hatása az utolsó 50-100 évnek lett!

-Levegőszennyezés és csökkentése

Tüzeléstől / közlekedéstől származóSzén – por, SO2, NOx, CO, CO2Folyékony szénhidrogén – CH, CO, CO2Gáz – CO, CO2

CO2 emisszió csökkentése – USA, Kína

Ipari védelemPor – ES porleválasztás – pernye – útépítésSO2 – meszes mosás – gipsz- építőanyag-

-

Gáz Képlet GWPaLégköri

tart.idő (év)Légköri

koncentrációVáltozás (%)

szén-dioxid CO2 1 50-200280 ↑ 368 ppmv

+31

metán CH4 23 8,4-12700 ↑ 1750 ppbv

+151

dinitrogén-oxid

N2O 314 120270 ↑ 316 ppbv

+17

fluorozott szénhidrogének (HFC-k)

HFC-23 CHF3 12 000 260 0 ↑ 14 pptv

HFC-134a CH2FCF3 1300 14 0 ↑ 7,5 pptv

A Föld a fenti együttéléssel a mi egyetlen otthonunk !

Jobban kellene vigyáznunk levegője, vize és talaja

szennyezésére – s ezzel önmagunkra is!

Legmelegebb 10 év adatai 1880 és 2006 között

ÉvEltérés

1951–1980átlagától

1. 2005 0,63 °C

2. 1998 0,57 °C

3. 2002 0,56 °C

4. 2003 0,55 °C

5. 2006 0,54 °C

6. 2004 0,49 °C

7. 2001 0,48 °C

8. 1997 0,40 °C

9. 1995 0,38 °C

10. 1990 0,38 °C

Forrás: NASA GISS

71

Globális léptékben a vízkörforgásban megújuló vízkészlet nő - jelentős területi eltérésekkel

IPCC 2007

Az éghajlatváltozás következményei

Kevesebb vízkészlet, főként a nyári félévben

növekvő versengés a vízigények között

mederbeli vízhasználatok csökkenése

tavakban gyakrabban fordul elő tartósabb alacsony vízállás

vízminőségi következmények (tavak romló vízcseréje, öntisztulás)

romló ökológiai vízellátottság

Szélsőségek

gyakoribb aszály

az aszályok nagyobb térségre terjednek ki

gyakoribb heves árvizek

növekvő olvadásos árvizek

A téli csapadék nő, a nyári csökken, …

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120

Idő

Csa

pad

ékvl

tozá

s, %

B1

B1(3)

B1A2(3)

A2(3)

A2

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Tél Tavasz Nyár Ősz

A2

B2

… az évi keveset változik, inkább csökken

Területi eloszlás jellege nem változik

Tél-tavasz Nyár-ősz

Ariditás növekszik

Hőmérséklet növekedése

A csapadék éven belüli átrendeződése

Mediterránosodás

Gaál, 2007

75

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Ho

zzá

foly

ás

, tó

-mm

Az évi lefolyás csökkent

a Balaton vízgyűjtőjében a Tisza és Zagyva

… összhangban a csapadék és a hőmérséklet változásával

76

Átrendeződik a „felszínen aktivizálódó” vízmennyiség

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX

Hónapok

Lef

oly

áské

pző

csa

pad

ék, m

m

Jelen Jövő

0

10

20

30

40

50

60

70

80

X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX

0

10

20

30

40

50

60

70

80

X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX

Szükségessé váló intézkedések

Nem éghajlati hatások kezelése (vízgyűjtőrendezés, vízelvezető művek), vízszennyezés csökkentése

Takarékosabb vízhasználat, alkalmazkodó vízigények

Előrejelző-riasztó rendszerek

Vizek visszatartása, tárolása

Vízkorlátozási tervek

Éghajlatváltozás figyelése (indikátor)

Nagyobb vízigények esetén hatásvizsgálat

Veszélyeztetett területek kijelölése, területhasználat váltás

Talajerózió• A talajerózió azokon a területeken pusztít

elsősorban, ahol az ember kiirtotta az eredeti növénytakarót és ezáltal utat enged a víz és a szél pusztító hatásainak.

• A talajok pusztulásában az ember közvetlenül is részt vesz, amikor utakat, városokat, gyárakat épít.

• Az emberi tevékenység következtében évente mintegy 25 milliárd tonna termőtalajjal lesz kevesebb a Földön.

-Talaj szennyezése és hatásai

Növénytermesztés kapcsán

Hulladékok elhelyezése kapcsán

Biológiailag bonthat (bomló) szerves hulladék

Inert szerves hulladék

Inert szervetlen hulladék

Lakossági szilárd hulladék feldolgozása kapcsán

Hulladékok deponálása (ASA) miatt

Hulladéklerakók csurgalékvizei (NH4, sók, vas(II), huminvegyületek)

Hígtrágya mértéktelen kihelyezése miatt

-Az egyes bioszférák kritikus szennyezése

Levegő – CFx , ózon, UV (erdőírtás- O2)

Víz – gyógyszermaradványok – ivóvíz

Talaj – növényvédőszerek - élelmiszerek

(biol. elsivatagosodás)

elégtelen és helytelen táplálkozás

Emberiség - Monopolizáció

fegyverkezés,

energiaipar,

bankok,

gyógyszeripar

-

Egyéb kockázatok a bioszférára:

Ciklikus kozmikus találkozások

(ezer évente kisebb ütközések, ritkábban nagyobbak, cunamik, vízözön)

Gyakrabban kisbolygók gravitációs hatásai

(vulkáni tevékenység)

-Emberi történelem tapasztalata:

Kultúrák kihalásának leggyakoribb oka eddig

emberek emberek általi népírtása,

vagy élelemhiány volt.

Utóbbiakat is maguk az emberek idézték elő – Folyamvölgyek, Maya, Anchor, stb

A jövőben ez ugyanígy várható ?

Köszönöm a megtisztelő figyelmüket,

s tegyenek a továbbiakban fokozottan környezetük tudatos, emberi, romboló átalakítására.