Hidrológiai Közlöny 2004 (84. évfolyam)

1. szám - Szesztay Károly:Vízburok és vízkörforgás a Föld planetáris életrendjében

SZESZT AY K.: Vízburok és vízkörforgás a Fold planetAris életrendjében 3 7 %-át tartja meg (2. ábra). A Föld élővilágának és emberi civilizációjának kibontakozása szempontjából döntő fontosságú körülmény, hogy a légkör alsó rétegének, a troposzférának a vízkészlete állandó körforgást és megújulást tart fenn, és hogy a légkör felsőbb rétegeibe, a sztratoszférába, a vízkészletnek csak elenyészően kicsiny hányada jut fel. 2. ábra. A Föld különböző' víztarlóiban tározódott víztömegek viszonylagos nagysága - l(f gr (Broecker, 1985) Vízkörforgás: energia-igény és a folytonosság feltételei A víz nem a Föld tömegéhez viszonyított szerény (néhány ezreléknyi) mennyiségével, hanem a körforgás általi folyamatos megújulással, valamint hatás - közvetítő és rendszer-formáló szerepével vált bolygónk életrendjének meghatározó jelentőségű tényezőjévé. A földi vízkörforgás kialakulásához és tartós megmaradásához azonban több fontos fizikai határfeltételnek kellett teljesülnie. Mindenek előtt biztosítani kellett a körforgás kiinduló pontjának, a vízmolekulákat a légkörbe juttató földfelszíni elpároIgásnak, valamint a légkör párakészletét nagy távolságokra eljuttató légtömeg mozgásnak az energia szükségletét. Másodsorban a tartós megmaradáshoz meg kellett szüntetni, vagy legalábbis a pótlódással arányos minimumra kellett csökkenteni a páramolekuláknak a bolygóközi térbe történő "elszökésének", vagyis a vízkészlet elvesztésének esélyét. Harmadikként: el kellett kerülni olyan légköri állapot tartós kialakulását, amelyben a földfelszínnel közvetlenül érintkező légréteg vízpárával teljes mértékben telítődne, vagyis a párabefogadást és az elpárolgást fenntartó páratelítési hiány a légkör alsó rétegeiben megszűnne. Végül nem folytatódna a körforgás, ha a földfelszín átlagos hőmérséklete a folyékony víz előfordulását kizáró alacsony, vagy magas tartományba lépne. Mindezeknek a közvetlen fizikai határfeltételeknek - és az ezeket szabályozó előfeltételeknek a teljesülése a földfelszín és a légkör sugárzási és hőháztartási mérlegének egymástól több vonatkozásban eltérő, ugyanakkor egymáshoz szorosan kapcsolódó folyamataiba, pontosabban: a fenti sajátosságok és kapcsolatok rendkívüli hőmérsékleti függőségébe és érzékenységébe van beágyazva. A vízkörforgás kialakulása és mintegy négy milliárd éves folyamatossága szempontjából a légkör sugárzási és höháztartási adottságai közül különösen két fizikai állapot-jellemzőnek van meghatározó jelentősége. Az egyik a sugárzást átbocsátó, illetve elnyelő képességnek jelentékeny mértékű függősége mind a légkör kémiai összetételétől, mind az érkező sugárzás rezgésszámától, illetve hullámhosszától. A másik ilyen állapot-jellemző a hőmérséklet-függő kisugárzási képességet, illetve hatékonyságot jellemző kisugárzási ("szürkeségi") tényező, amelyik a földfelszínre vonatkozóan gyakorlatilag azonos a "fekete test" sugárzáshoz tartozó egységnyi értékkel, míg a légkörre vonatkozóan ennél lényegesen kisebb (átlagos körülmények között mintegy 0,4 és 0,5 körül változik). A sugárzás elnyelési képesség hullámhossz szerinti különbözősége (a "légkör hatás", vagy "üvegház-hatás") dinamikai vetületében azt jelenti, hogy önmagában véve sem a légkör, sem a földfelszín nem tud sugárzási egyensúlyt kialakítani: a felszín sugárzási többletének hőenergiaként átlépve kell a légkör sugárzási hiányát pótolnia, hogy a bolygó egészének sugárzási mérlege egyensúlyba juthasson. Ez az "átlépő hőmennyiség" a földi vízkörforgásnak (a földfelszín párolgásának, valamint a légkörzésnek és az ahhoz csatlakozó pára áramlásnak) a folyamatosan megújuló energetikai alapja. Ugyanakkor ez az átlépő energia a légkör által elnyelt napsugárzási hányadhoz társulva növeli a légkör saját (hosszúhullámú) kisugárzását és ennek előfeltételeként a légkör alacsony kisugárzási tényezőjének megfelelő igen jelentékeny mértékben (a légkör mai állapotában mintegy 35 C°-kal) megemeli a földfelszín hőmérsékletét. Vízburok és a planetáris hőháztartás főbb típusai Ha a Föld planetáris fejlődését a Naprendszeren belüli testvér-bolygókéhoz viszonyítjuk, vagy az asztrofizika fogalomkörében elemezzük, a folyékony víz tartós jelenléte bizonyul a legfontosabb típus-alkotó sajátosságnak, ami fizikai előfeltételeit és következményeit tekintve a bolygók höháztartási és felszínük hőmérsékleti viszonyaiban válik a különféle típusokat jellemző és elhatároló állapot-jellemzővé (2. táblázat). 2. táblázat A bolygók szerkezeti és höháztartási adottságainak főbb típusai Szerkezeti jelleg Höháztartási és hőmérsékleti jellemzők Naprendszeri példák G Állandó változások és hőmérséklet ingadozások Merkúr, Hold G,A Légköri kisugárzás és üvegház hatás Vénusz G,A,H A víz halmazállapoti és mozgási ciklusai korai Mars G,A,H,B Az élővilág hatása az albedóra és a höháztartásra Föld G,A,H, B,E Emberi hatások és a szabályozás lehetőséRe Föld G = geoszféra, A = légkör, H = vízburok, B = élővilág, E = emberi civilizáció A légkör nélküli bolygók és holdak esetében (mint pl. a Merkúr és a Hold) adott napsugárzási intenzitás mellen a felszín sugárzás elnyelő, illetve visszaverő képességét jellemző albedó számértéke teljes körűen és egyértelműen meghatározza a höháztartási és hőmérsékleti viszonyok alakulását. Minthogy az albedó számértéke a felszíni adottságok (domborzat, kőzetek szerkezete és színbeli árnyaltsága, stb.) szerint tág határok között és mozaikszerűen változik, a szomszédos felszíni képződmények hőmérséklete ugrásszerűen és igen jelentősen különbözhet egymástól. Ezek a helyi különbségek és ingadozások akkor kezdenek tompulni s elmosódni, ha a bolygó (vagy