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 5 nek az alapértéknek a visszaverődési hűtéssel csökkentett és a légkör okozta melegedéssel növelt értéke adja a bolygó tényleges hőmérsékletét (7., 8. és 9. oszlop). Ennek az összegeződésnek az eredő hatása hozza a Földet a + 5C°-nyi fekete test hőmérsékletről a vízkörforgás és az élővilág számára jóval kedvezőbb + 15 C°-nyi felszíni hőmérsékletre. A Vénusz + 55 C°-nyi fekete test hőmérséklete pedig ilyen módon válik a folyékony víz és az élet jelenlétét teljességgel kizáró + 430 C°-os tűzkatlanná. A fentebbiek összefoglalásaként a légkör tömege és az általa okozott melegedés tekintetében a Nap-közeli kisbolygók térségében négy egymástól hatásaiban gyökeresen eltérő sugárzási és hőháztartásí alap-helyzet különböztethető meg (3. ábra). A mintegy 0,1 kg/cm -nél kisebb tömegű légkör "A" jelű tartományában (amelybe a Mars és a Merkúr tartozik) a levegő burok vékonysága és fizikai állapota számottevő légköri melegedést, illetve ehhez kapcsolódó légkörzést, vagy vízkörforgást nem tesz lehetővé. ,16< ,<M ,•! A « <00 A légkör tömege, kg/cm

1 3. ábra. A vízkörforgást magukban foglaló sugárzási és hó'háztartási viszonyok légkör-hatás szerinti változásainak főbb irányelvei a Nap-közeli kis bolygók térségében A = Számottevő légkör-hatás, illetve légkflrzéses vízkörforgás nélküli felszíni sugárzási és hőháztartásí mérleg. B = A felszín és légkör közötti jelentékeny hőátadáson alapuló légkörzés és vízkörforgás. C = Korlátozott felszíni napsugárzás és teljes mértékű légköri ki sugárzás. D = A napsugárzás elnyelődése és a hosszú hullámú kisugárzás teljes mértékben a légkörben történik. A 0,1 és 3 kg/cm

2 légköri tömeg közötti "B" jelű tartomány (melynek felső sávjában a Föld helyezkedik el) a planetáris fejlődés számára kedvező sugárzási és hőmérsékleti viszonyokat foglalja magában. A felszín és a légkör egyaránt részt vesz a napsugárzás elnyelődésében, valamint a hosszúhullámú kisugárzásban és a sugárzási mérlegeket egyensúlyban tartó felszíni hőáramlás biztosítja a hőmérsékleti szélsőségeket kiegyenlítő légkörzést (amihez a későbbiekben vázolt feltételek teljesülése esetén a vízkörforgás is csatlakozik). A mintegy 3 kg/cm

2-nél nagyobb légköri tömegek "C" és "D" jelű tartományban (melynek felső határát a Vénusz 115 kg/cm

2-nyi légtömege jelöli ki) fokozatosan megbomlanak és megszűnnek a planetáris élettér és élővilág kialakulásának sugárzási és hőháztartásí előfeltételei. Előbb a hoszszúhullámú kisugárzás szakad el a bolygó felszínétől, és húzódik a légkör egyre magasabb rétegei felé ("C" tartomány), majd a mintegy 15-20 kg/cm

2 feletti légköri tömeg esetén ("D" tartomány) a napsugárzás sem éri el a bolygó felszínét és az általunk ismert élet-folyamatok fizikai előfeltételei minden vonatkozásban és véglegesen lezárulnak. A troposzféra mint zárt páratartály Az előzőekben láttuk, hogy a Föld légkörének sugárzási adottságai biztosítják a légkörzésbe illeszkedő vízkörforgás energetikai alapját. A vízkörforgás azonban csak úgy válhatott a mintegy négy milliárd éves planetáris történelem tartós és sors-formáló tényezőjévé, ha a légkör alsó rétege zárt páratartállyá alakul, amelyik megfelelő színteret biztosit a párolgás, pára áramlás és csapadék képződés folyamataihoz, de ugyanakkor megakadályozza bolygónk vízkészletének elvesztését, vagyis a körforgásban résztvevő vízmolekulák feljutását a légkör magasabb rétegeibe, ahol az erős ibolyántúli sugárzás atomjaira bontja őket (és ilyen módon a hidrogén atomok a bolygóközi térbe szöknek, az oxigén atom pedig bekapcsolódik környezetének kémiai folyamataiba). A légkör alsó rétegét, a mintegy 8-12 km-nyi troposzférát a víznek és a levegőnek egy-egy sajátos mikrofizikai tulajdonságát leíró összefüggés teszi zárt páratartállyá. Az egyik a levegő pára felvevő képességének (a telítettségi páranyomásnak) a hőmérséklet szerinti változása (4. ábra); a másik a légkör hőmérsékletének magasság szerinti változása (5. ábra), amit a bolygó tömegétől (a gravitációs állandótól) és a levegő hőkapacitásától (a fajhőtől) függő gradiens-értéknek a felszíni fűtés és az ózon fűtés adottságai közötti kialakulása határoz meg. A planetáris méretű vízkörforgás annak köszönheti kialakulását és tartós megmaradását, hogy a fenti két összefüggés pontosan a zárt páratartály követelményei szerint illeszkedik egymáshoz. hPa. Felsnrv hőmérséklet, T,C* 4. ábra. A c

a telítettségi páranyomás és az m

0 = dc/dT differenciál hőmérsékleti változásának szerepe a B„ Bowen arány alakulásában (Szesztay, 2002) A troposzférát felülről lezáró (10 és 20 km magasság közötti), a légkörzés által már nem érintett légrétegek -50 és -60 C° körüli hőmérsékletén a levegő már néhány század hektopascalnyi páranyomással telítődik és minthogy ilyen hőmérsékleten az ennek megfelelő igen csekély víztartalom is jég és hó-kristályként jelenik meg, felfelé irányuló páraáramlásra, vagy sugárzás okozta elbomlásra (fotodisszociációra) nincs lehetőség: a troposzféra a légköri páramozgás és vízkörforgás számára zárt tartályként viselkedik. Ugyanakkor a troposzféra alsó (felszín közeli) rétegeinek átlagosan + 15 C° körüli hőmérsékletén a telítettségi páranyomás a 10 hPa értéket is túlhaladja. A telítettségi páranyomásnak a troposzféra felső és alsó rétegei közötti ezerszeres nagyságrendű különbsége teszi lehetővé, hogy a vízkörforgás párolgási ágát gerjesztő páratelítési