Bevezetés
A jégkorszak kérdése a 20. században folyamatosan foglalkoztatta a földtudományokkal foglalkozókat. Különösen az utolsó jégkorszak kialakulása keresték a magyarázatot. Számos teória született a glaciálisok kialakulásának okairól. Az okokat úgy csoportosítjuk, hogy csillagászati (extraterresztrikus) és földi okok (terresztrikus).
A csillagászati okokon belül megkülönböztetjük a csillagászati porfelhőn való áthaladás okozta éghajlatváltozás, a Föld csillagászati pályaelemeinek a periodikus változását (Milanković–Bacsák-ciklus), valamint a Nap fényességének a váltakozását (Simpson-elmélet).
A földi okoknál megkülönböztetünk vulkáni aktivitásból következő hőmérsékletcsökkenést (például a perm végi Szibériai trappbazalt kitörés), a hegységképződést és a kontinensek vándorlását, valamint a planetáris albedó (fényvisszatükrözés a felszínről) változását.
Az imént felsoroltak közül a kontinensek vándorlása megváltoztatta az óceánok és szárazföldek arányt egyes földrajzi szélességeken, amelyből következően a két halmazállapot eltérő hőtani és sugárzásháztartási adataiból jelentős hatást gyakoroltak a Föld globális hőmérsékletének alakulására.
Zonális eloszlás
Már a 20. században elfogadott nézet volt, hogy a Föld egy forró gömbből alakult ki lehűléssel, és a felszíni összehúzódás során jöttek létre a szárazföldek. Alfred Wegener 1912-ben megfogalmazta a kontinensvándorlás elméletét (Hágen 2012). Az elméletet a kortárs földtudósok elutasították, majd csak az 1960-as években megszülető lemeztektonika elmélet – Wegener kontinensvándorlás teóriájából levezetve – magyarázza a kontinensek vándorlását.
A Föld geoid alakú, szilárd kéreggel rendelkező bolygó. A felszínének 70%-át tengerek borítják, míg a szárazföldek csupáncsak 30%-ot tesznek ki. Mivel az északi-félgömbön nagyobb a szárazföldek aránya, mint a déli féltekén, ebből következően a két félteke óceán és kontinensek arányában aszimmetrikus.
A földtörténet során a kontinensek és óceánok aránya lényegesen változott. A klímára jelentős hatást gyakorolt a szárazföldek szélességi körök szerinti eloszlása.
A két ellentétes közegnek különböző a halmazállapota és a sűrűsége. Ebből következően egy optikai jelenség figyelhető meg, ez a fényvisszaverődés, azaz albedó. A tenger albedója 0,1, vagyis a napsugárzás kb. 90%-át elnyeli. A szárazföldek albedója 0,2-0,3, így a felszínre érkező napsugárzás 70-80%-át nyelik el (Koppány 1994). A hó és a jég értéke 0,85, így a napsugárzás 85 tükrözi vissza a világűrben. A felmelegedő mélység vastagsága is különbözik a tenger és kontinensek között, amíg a tengerek „aktív felszíni rétege” 30 méter vastagságú, addig a szárazföldek termikusan „aktív felszíni rétege” csupáncsak 0,2-0,4 méteres, az évi ingást is figyelembe véve kb. 2 méteres vastagságú. Ebből következően azonos erősségű napsugárzás hatására a tenger jóval később melegszik fel, de sokkal több hőt tárol el, mint a szárazföld. A száraz talajfelszín egy erős melegedés miatt több hőt sugároz ki, továbbá a vele érintkező levegőnek is több hőt ad át, mint a hűvösebb tengerfelszín (Koppány 1996, Makra 2000).
A napsugárzás a trópusi égövben egész évben egyenletesen éri a talajfelszínt, míg a magasabb szélességek felé haladva a nappalok hossza évszakosan változik. A pólusokra a nyári időszakba érkező napsugárzás meghaladja az Egyenlítőit, azonban a Föld tengelyferdesége miatt télen gyakorlatilag nincs besugárzás. Az Egyenlítőnél a légkör külső határára érkező napsugárzás évi összege 12-13 000 MJ*m-2, addig a Sarkvidéken 6000 MJ*m-2. Ebből következően a hővel jól gazdálkodó tenger a trópusokon több hőt képes tárolni, mint ugyanitt a kontinens.
Éghajlat szempontjából nagyon fontos szempont, hogy az összefüggő szárazföld milyen földrajzi szélességen helyezkedett el. Erre vonatkozóan végzett el számításokat Dobosi Zoltán, amelynek eredményeit szóban, egy konferencián közölte (Koppány 1996). Dobosi Szádeczky-Kardoss Elemérrel már készített egy paleoklimatológiai elemzést, a ciklikus tektonikai fázisok lezárásaként fellépő földtágulásról, amely éghajlatváltozást okozott (Hágen 2019). Egy másik tanulmánya a planetáris albedó változásról szólt.
Szádeczky-Kardossal készült tanulmányáról kiderült, hogy a földtörténetében ez sosem valósult meg, mivel nem tágul a Föld. Azonban a régebben is ismert albedó változások a kontinensek és óceánok eloszlásában alkalmazható volt, pontosan a szárazföldek és összefüggő víztakarók földrajzi elhelyezkedése miatt, valamint ellentétes hőtároló képességeik miatt.
Dobosi Zoltán három modellen mutatja be a kontinensek és óceánok zonális eloszlását. A Föld képe mindhárom modellen azonos vetületben (1/a-c) kerül bemutatásra (Koppány 1996).
A 1/a. ábra a kontinens-óceán eloszlásának jelenlegi képét mutatja. A 1/b. ábra egy olyan földképet ábrázol, amelyen a kontinens-óceán arány 7:3, de az alacsony és mérsékelt szélességeket kizárólag tenger borítja, míg mindkét sarkvidéken szárazföld helyezkedik el. A 1/c. ábra azt mutatja, hogy a Föld felszínén lévő 30% szárazföld az Egyenlítő mentén húzódik a 18. szélességig, míg az óceánok a két féltekén nagyjából a térítőkörök és a pólusok között helyezkednek el.
Abból indulunk ki, hogy az óceánok albedója 2-3-szor kisebb, mint a kontinenseké, valamint a termikusan „aktív” rétegvastagság legalább 15-ször nagyobb, mint a kontinenseken, továbbá a trópusokon a napsugárzás mértéke duplája a pólusokra érkezőének, ebből következően az alacsony szélességek óceánja több hőt tárol, mint az ugyanott lévő szárazföld. Ebből következően a 1/b. ábrán szereplő Föld a modell szerint jobban felmelegszik, és a globális hőmérséklete is magasabb lesz, mint a 1/c. ábrán szereplő modellé.
Szemléltetés gyanánt a modellek alkalmazhatóságáról nézzük meg az 1. táblázatban feltűntetett zonális középhőmérséklet eloszlást az Északi-, és Déli-félgömbön (Koppány 1996).
| 80-90 | 70-80 | 60-70 | 50-60 | 40-50 | 30-40 | 20-30 | 10-20 | 0-10 | 0-90 | |
| É | -23,4 | -15,7 | -7,0 | 0,7 | 7,7 | 14,2 | 20,6 | 25,3 | 25,7 | 13,4 |
| D | -47,7 | -29,3 | -10,8 | 1,4 | 8,9 | 13,7 | 19,0 | 23,5 | 25,0 | 11,6 |
A táblázatból kiolvasható, hogy a fagypont határán, a 60˚ szélességi fok környékén a középhőmérséklet 0,8-1,2 fokot csökken szélességi fokonként. Gyakorlatban ez azt jelenti, hogy ebben a földrajzi zónában egy fok hőmérséklet csökkenés esetén a hó-, és jégtakaró körülbelül egy szélességi fokkal húzódik előre a mérséklet szélességek irányába. A 60˚ szélesség mentén egy szélességi foknyi zóna (59,5-60,5 szélességek között) 2,22 millió km2 területet foglal magában. Az egy fokos tartós évi középhőmérséklet csökkenés ekkora területtel növelheti a hótakaró kiterjedését.
A hó-, és jégtakaró albedója az Antarktiszon vagy Grönlandon 0,7. A relatív hideg Földön az utolsó 3 millió évben megjelenik a sarkvidéken az állandó hó-, és jégtakaró. A történelmi jelenkort megelőző 570 millió évben 90%-ában nem volt állandó hó-, és jégtakaró a sarkvidéken, így a havas felszín kiterjedése nem okozhatott albedó növekedést ezen idő alatt.
A 1/b és a 1/c. ábrákhoz kapcsolódó számításokat ugyancsak Dobosi Zoltán végezte el, amelyek eredményeit a 2/a és b. ábrákon jelölte. A 2/a. ábrán láthatjuk, hogy a trópusokon „csak” 2-3, a pólusokon 12-14 fokkal emelkedne a hőmérséklet a jelenlegihez képest. Erre az a magyarázat, hogy a trópusi hőtöbbletet a meridionális légmozgások a pólusokhoz szállítják, részben érzékelhető és olvadási-, vagy párolgási hő (látens) hő formájában. Hasonló alakulna ki, mint a jelenlegi helyzetben, ahol a Déli-félgömbön lévő óceán túlsúly miatti többlet hőbevételt a meridionális áramlások az Északi-félgömbre szállítják.
A 2/b. ábrán láthatjuk a 1/c. ábra szélsőséges esetén bekövetkező eredményét. A trópusokon elhelyezkedő hőkapacitás csekély hőt tud tárolni, amit az éjszakai órában gyorsan kisugároz a felszín. Ebből következően az egyenlítői zónában a jelenlegihez képest 5-6 fokkal hűvösebb lenne, míg a középhőmérséklet csökkenés a pólus felé haladva egyre kisebb lenne, a pólusokon pedig alig változna a hőmérséklet.
A 1/b és c. ábrák szerinti kontinens-óceán helyzet nagyon szélsőséges eseteket ábrázol, amely a földtörténet folyamán sohasem következhetett be, azonban hasonló lehetett már a múltban. A bemutatott számításokból már láthatjuk, hogy a szárazföldek és vízfelszínek szélességek szerinti eloszlása magával vonná a hőmérséklet megváltoztatását.
Jégpáncél a miocénben
A földtörténetében a kontinensek folyamatosan mozogtak. Az előbbiekben bemutatott modellek alapján egy jégkorszakok kialakulásában arra van szükség, hogy a pólusok környékén nagy kiterjedésű szárazföld legyen. A sarkokon előforduló lefelé szálló hideg levegő miatt a nem jó hőszigetelő föld megfagy, és ez megfelelő környezetet biztosít, hogy állandó jégtakaró alakuljon ki.
Ha nagy szárazulat az Egyenlítőnél helyezkedik el, akkor is érvényesül a föld rossz hőtartó képessége, csak ott a meleg levegő száll felfelé, ahol lehűl és nedveség formájában visszahull a földre.
Gyakorlati példával szemlélve a jelen esetben egy kontinens helyezkedik el a Déli-sarkon, ahol összefüggő jégtakaró alakult ki. Az alacsony sugárzás és az albedó miatt a déli pólus átlaghőmérséklete és az Egyenlítő átlaga között 65°C-os hőmérsékletkülönbség van (Marlin 2009). Az északi sarkon, ahol nincs összefüggő szárazulat (kivétel Grönland szigete), ott nem tud kialakulni nagy kiterjedésű összefüggő jégtakaró sem, így az északi pólus és az Egyenlítő között 50°C hőmérséklet különbség alakul ki.
A kontinensek mozgása azonban 35 millió évvel ezelőtt a Déli-sarkra „sodorták” a Gondwana maradványaként számon tartott Antarktiszt, Dél-Amerikát és Ausztrália együttes kontinenst. A kontinens szét vált, és DélAmerika, valamint Ausztrália távolodott Északi irányba a sarkok felé (D-re) rotáló Antarktisztól. Így alakult ki 30 millió éve, hogy a Déli-óceán közvetlenül körbeáramlott a Földön. Antarktiszon lehűlés következett be, ami annak is köszönhető volt, hogy a déli sarkra helyeződött az Antarktisz, de annak is, hogy a déli óceán hideg áramlású, ami csökkentette az Egyenlítő és a sarkvidékek közötti hőáramlást.
Valamilyen okból kifolyólag 25 millió éve visszavonult a jégtakaró a déli sarkról, de 10 millió év múlva ismételten elkezdett lehűlni, így stabilizálódott a jégtakaró. Nagy valószínűséggel a tengeráramlások folyamatos átrendeződése okozta (Márfy–Rácz 2013).
Minél messzebbre megyünk vissza az időben, annál bizonytalanabb lesz a térkép készítés, de nagy valószínűséggel egy mai állapotokhoz hasonló paleoklimatológiai folyamat okozhatta a karbon végén bekövetkező jégkorszakot.
Összefoglalás
E témának egyik legjobb kutatója Dobosi Zoltán, meteorológus volt. Idén ment el 15 éve, aki életpályájának ismeretében elmondható, hogy az aktív életének nagy részben paleoklimatológiai kutatásokat végzett. Az első Szádeczky-Kardossal végzett klimatológiai kutatása az Egyed László-féle földtáguláson alapult, ami pontosan megfelelt a kor, vagyis az 1960-as évek földtudományi, interdiszciplináris geonómiai kutatási irányzatának, amely napjainkban már vesztett jelentőségéből.
Dobosi másik irányzata az albedó változásához köthető, amely tulajdonképpen a szárazföldek és óceánok zonális eloszlásából következik. A kontinensek és óceánok zonális eloszlása és az albedó váltakozása valóban hőmérsékletváltozást okozhat, de elindítani nem volt képes a jégkorszakot. Szükség volt egy kiváltó okra is a földi klíma tartós lehűléséhez, és ez lehetett a Milanković–Bacsák-ciklus.
Idén 15 éve távozott az élők sorából Dobosi Zoltán, akinek kutatási eredményei roppant hasznos gondolatokkal gyarapították a klimatológiai és paleoklimatológiai kutatásokat.
