Környezettani alapismeretek

TÁMOP-4.1.2.-08/1/A, Az Interdiszciplinális és komplex megközelítésű digitális tanagyagfejlesztés a természettudományi képzési terület alapszakjaihoz című projekt keretében

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés
2. Alapok
2.1. Alapfogalmak
2.2. Ökológiai alapok
2.2.1. Az ökológia tárgya, részterületei és határtudományai
2.2.2. Az ökológiai gondolkodás és szemléletmód
2.2.3. Életforma és életmód
A természeti környezet
2.3. Kozmikus környezetünk kialakulása
2.3.1. Az Univerzum keletkezése
2.3.2. A csillagok élete és az elemek szintézise
2.4. Földi környezetünk
2.4.1. A Föld keletkezése
2.4.2. A Föld szerkezete és kémiai összetétele
2.5. Az ásványok és kőzetek keletkezése
2.5.1. Magmás eredetű kőzetek
2.5.2. A magmatikus differenciáció
2.5.3. Üledékes kőzetek
2.5.4. Átalakult kőzetek
2.5.5. Az ásványok
2.5.6. A talaj képződése
2.5.7. Az élet keletkezése
2.6. A Föld felszíne
2.6.1. A talaj
2.6.2. A vízburok
2.7. Az atmoszféra
2.7.1. Az atmoszféra struktúrája és összetétele
2.7.2. Időjárás és klíma
2.7.3. Sugárzás és energiamérleg
3. Az ember környezet-átalakító tevékenysége
3.1. Az ember környezet átalakító tevékenységének történeti változása
3.1.1. Az ősember kapcsolata a természettel
3.1.1.1. A tűz szerepe
3.1.1.2. A vadászat és a pásztorkodás
3.1.1.3. A növénytermesztés
3.1.1.4. A hulladékok, szennyeződés
3.1.2. A környezeti problémák megjelenése
3.1.2.1. A fémeszközök hatása
3.1.2.2. Erdőirtás, talajkárosítás
3.1.2.3. Öntözés
3.1.2.4. Csatornák
3.1.2.5. A városok káros hatása
3.1.2.6. A káros hatások ellensúlyozása
3.1.3. A környezet állapotának romlása tovább folytatódik
3.1.3.1. Erdőirtás és legelőfeltörés
3.1.3.2. A levegőszennyezés új fejezete
3.1.3.3. Megújuló energiák használata
3.1.3.4. A vízszennyezés és a hulladék
3.1.3.5. Járványok kialakulása
3.1.4. A tudomány és a technika együttes hatása a környezetre
3.1.4.1. Az ipari forradalom
3.1.4.2. A szén vált a fő tüzelőanyaggá
3.1.4.3. A gépek térhódítása
3.1.4.4. Fokozódó környezetszennyezés
3.1.4.5. Romló közegészségügyi viszonyok
3.1.4.6. A természet fölötti uralom filozófiája
3.1.5. A környezeti problémák globálissá válnak
3.1.5.1. Új anyagok, új gépek, új energiahordozók
3.1.5.2. A globális környezeti problémák
3.1.5.3. Kozmikus környezetszennyezés
4. Napjaink környezeti problémái
4.1. Túlnépesedés, termelés és környezetminőség
4.2. A levegőszennyezés és következményei
4.3. A légkör globális problémái
4.3.1. Az üvegházhatás
4.3.1.1. Lényege és kialakulásának okai
4.3.1.2. A Föld sugárzási egyenlege
4.3.1.3. A légkör felmelegedése
4.3.1.4. A jeges területek változásai
4.3.1.5. Sivatagok előretörése
4.3.1.6. Az El Niño
4.3.1.7. Szélsőségesebb időjárás, szaporodó katasztrófák
4.3.1.8. A Broecker-féle óceáni „szállítószalag” rejtélye
4.3.1.9. Globális klímaváltozás?
4.3.2. Az ózonprobléma
4.3.3. A savas esők
4.4. A talajt érő károsító hatások
4.5. A vizek szennyezése
4.6. A biodiverzitás csökkenése
5. Fenntartható fejlődés - fenntarthatóság
5.1. A fenntartható fejlődés koncepció történeti előzményei
5.2. Indikátorok
5.3. A fenntarthatóság elv gyakorlati megvalósítása
6. Egy bűvös mérőszám, ami megmutatja a környezeti felelősséget: az ökológiai lábnyom
7. Felhasznált és ajánlott irodalom
8. Internetes források
9. Ajánlás
Köszönetnyilvánítás

1. fejezet - 1. Bevezetés

Az emberiség az utóbbi kétszáz esztendőben, de különösen a legutóbbi évtizedekben maga alkotta, mesterséges, technikán alapuló útra tért át. Nagy területeken megváltoztatta az ökológiai rendszerek rendjét és tevékenységének hatására a bioszféra részben technoszférává alakult. A rétek helyén városok épülnek, szép, korszerű települések létesülnek. Az egykori erdőket növénytermesztő üzemek, fehérjegyárak váltják fel, így a Föld egyes területein a régi természeti környezetnek (17. kép) már nyoma sem maradt.

A környezeti krízisre a kutatók figyeltek fel először. 1968-ban Rómában megalakult, az azóta közismertté vált, Római Klub. Első könyvükben, az 1972-ben kiadott " A növekedés határai"-ban rendszerdinamikai vizsgálatok révén modellezték a jövőt. A népszaporulat, a nyersanyagellátás, a termelés, a környezetszennyezés, stb. figyelembevételével "világmodelleket" alkottak, amelyek 1900-tól 2100-ig ábrázolják a felsorolt tényezők alakulását. A már továbbfejlesztett első modellek alapján, ha minden úgy folytatódik tovább, ahogyan eddig csináltuk, a nép szaporulat, az élelmiszer-termelés és ipari termelés exponenciálisan növekszik, emiatt a nyersanyagok mintegy 100-150 év alatt elfogynak és ugyanakkor rohamosan nő a szennyező anyagok mennyisége. A nyersanyagok hiánya lehetetlenné teszi az ipari termelést, csökkenni kezd az élelmiszer-termelés is, megáll a népesség szaporodása az éhínség, a szennyezés, a rossz orvosi ellátás és az alacsony életszínvonal következtében. Ez a folyamat tulajdonképpen a természetes visszacsatolás ("feed back" mechanizmus), az exponenciális növekedés a jövő évszázadban megáll, majd lezuhan alacsony szintre.

1. kép. Érintetlen természet?

(Fotók: Kiss Ferenc)

Napjainkig a környezeti krízis tovább növekedett és bebizonyosodott, hogy a természeti környezet kizsákmányolása fokozottan termeli újra a szegénységet, a betegséget, az éhséget, és éppen a túlélés és a kibontakozás alapjait rombolja le. Ma nagyobb tömegek éheznek a világon, több ember nélkülözi az egészséges ivóvizet, mint bármikor eddig az emberiség történetében. Mi az oka annak, hogy természeti környezetünk problémái éppen most jöttek ilyen robbanásszerűen felszínre? Ennek egyik oka az, hogy azt hittük, elég csak termelni, minél többet termelni, s nem vettük észre, hogy a környezet szennyezése mesterséges anyagokkal, a természet kincseinek korlátlan kihasználása a természet leromlásához vezetett. Ennek a folyamatnak a magyarázatára a következőfejezetekben vállalkozunk.

Az ökológia rendszerek dinamikus, szabályozó sajátosságaik alapján stabilizálódnak. Ismert azonban, hogy ha ezt a természetes, vagy önszabályozó sajátosságot túlságosan igénybe vesszük, ez az egész rendszer összeomlásához vezethet. Természetesen a kapcsolódások bonyolultsága és sokrétűsége miatt kisebb mértékű behatások, még nem eredményezik az egész rendszer tönkremenetelét, de az egyik helyen (lokálisan) előidézett kis zavaró beavatkozás is okozhat nagy távolságban jelentkező késleltetett hatást. Ami pedig a stabilitást illeti, az adott rendszer annál stabilabb, minél változatosabb, minél diverzebb. Az ökológiai rendszert alkotó komponensek számának és a működést tükröző folyamatoknak, utaknak a csökkenésével csökken a dinamikusan értelmezett rendszer-stabilitás is.

A jelenlegi környezeti krízis egyik fő okának tekintjük, hogy nagy mennyiségű szervetlen és szerves nyersanyagot veszünk ki Földünkből és sok új, szintetikus anyagot állítunk elő belőle, majd ezeket és a gyártási melléktermékeket, valamint egyéb hulladékokat újra visszajuttatjuk természeti környezetünkbe. A természetidegen, környezetszennyező anyagok (termelési és fogyasztási hulladékok, ill. veszélyes hulladékok) jelentős részét a mikroorganizmusok nem képesek lebontani, a fejlettebb élővilág nem tudja hasznosítani, így azok felhalmozódnak és akár az emberre is toxikus hatásúak lehetnek. Más szóval a korszerű ipari termékek és fogyasztási maradékok jelentős része nem képes visszatérni bolygónk ökológiai rendszerébe, anyagforgalmába. Ezzel szemben a természetben szinte semmilyen szerves anyag nem szintetizálódik anélkül, hogy a természet ne gondoskodna annak lebontásáról, kikényszerítve így a ciklus lejátszódását és a fejlődését.

Ma a gazdaságilag fejlett országok, amelyekben a világ lakosságának mindössze 10 %-a él, termelik a hulladékok 90 %-át. Egy amerikai állampolgár élete során 10 000 üres palackot, 175 000 dobozt dob ki. 125 tonnányi szemetet termel és 9,8 tonna szennyező anyagot bocsát az atmoszférába. Ennek az "átlagembernek" az eltartásához életében ugyanakkor kb. 1700 tonna nyersanyagra van szükség. Az ökológiában is érvényes az a közgazdasági törvényszerűség, hogy minden nyersanyag valamilyen költségáldozat árán születik, ezért Földünk ökológiai rendszerében semmit sem vehetünk igénybe kompenzáció nélkül, vagyis mindennek megvan az értéke és az ára. Az adósság visszafizetése nem mulasztható el, legfeljebb késleltethető. A jelenlegi ökológiai-környezeti krízis arra figyelmeztet, hogy adóságunk már túl nagy és az emberiségnek saját fennmaradása, az egészséges környezet biztosítása érdekében cselekednie kell.

Ciolkovszkij orosz tudós, a rakétatechnika atyja szerint: "A Föld az emberiség bölcsője, de nem tölthetjük egész életünket a bölcsőben." Ha a fenti idézetet elfogadjuk, felmerül a kérdés: meddig piszkolhatunk még a bölcsőnkbe büntetlenül? Hulladékainkkal meddig szennyezhetjük még a környezetünket? A tananyag egyes fejezeteivel olyan környezeti alapismereteket szeretnénk adni, hogy ki-ki a saját szakján megszerzett ismeretekkel együtt választ tudjon adni a fenti kérdésre.

2. fejezet - 2. Alapok

Tartalom

2.1 Alapfogalmak

2.2. Ökológiai alapok

2.2.1. Az ökológia tárgya, részterületei és határtudományai
2.2.2. Az ökológiai gondolkodás és szemléletmód
2.2.3. Életforma és életmód

A természeti környezetben fizikai, kémiai, geológiai, biológiai folyamatok játszódnak le és ezek egymással összefüggésben vannak. Az emberi tevékenység, (különösen az ipari forradalom kezdete óta) egyre nagyobb mértékben befolyásolja ezeket a folyamatokat, s ez olykor súlyos környezeti problémához vezet. Ebben a tananyagban korunk néhány jellemző környezeti problémáját tárgyaljuk, mint pl. az üvegházhatás erősödése, savas eső, “ózonlyuk”, melyek tünetei annak a válságnak, amelybe az emberiség jutott a harmadik évezred elejére. Számos tényezőre vezethető vissza az emberi tevékenység okozta válság. Talán legfontosabb tényező az ismerethiány, amely nem új keletű probléma, hiszen már Szókratész is megemlítette, hogy: “A helytelen cselekvés alapja a nem-tudás. Mert ugyan mi alapja lenne valakinek, aki tudja a helyeset, hogy ne azt cselekedje.”

Ezért olyan ismereteket szeretnénk nyújtani, amely megkönnyíti a hallgatók számára az ember és környezete kapcsolatának megértését és a problémák megoldását. Azt reméljük, hogy az egyes környezeti problémák lényegének elemzése és megértése inspirálja a hallgatókat arra, hogy különböző szakokon megszerzett tudásukat egy fenntartható társadalom létrehozása érdekében használják föl.

2.1 Alapfogalmak

Az emberek nem használtak mindig gyűjtőfogalmat a piszokra, mocsokra, füstre, sárra, iszapra, szennyvízre és általánosságban a kellemetlen és veszélyes anyagokra, amelyek szennyezik a környezetünket. 1783-ban határozta meg Johnson a szennyezést, mint "a bemocskolás műveletét" vagy a "megszentelésnek az ellentétét". Johnson szerint ez a fogalom azt jelenti, hogy "vallási értelemben tisztátalanná tesz", vagy "bűnös módon bepiszkol". A szennyezés fogalmát a mai értelemben a XIX. századtól kezdve használják az emberek.

1972-ben a brit biológus, Kenneth Mellanby úgy határozta meg a környezetszennyezést, hogy az "a mérgező anyagok jelenléte, amelyeket az ember juttatott a környezetébe", azonban ezen felül még jelenti a természetes talaj és vízrendszerek tönkretételét azáltal, hogy a természetes anyagok máshová kerülnek az eredeti helyükről.

Ma az alábbi fogalmat használjuk:

Környezetszennyezés: a környezetet, illetve az embert közvetve vagy közvetlenül veszélyeztető vagy károsító jelenség, folyamat, negatív környezeti hatás, amely valamely környezeti elem (föld, víz, levegő, élővilág, táj, települési környezet) fizikai, kémiai vagy biológiai szennyeződését, károsítását eredményezi. Az ember egészségére, a növény- és állatvilágra, az anyagi javakra egyaránt káros hatásokat fejt ki, környezeti ártalmakat okoz, a környezeti elemek természetes tulajdonságait hátrányosan megváltoztatja, a környezeti elemeket rongálja vagy elpusztítja.

A környezetszennyezés sok problémát vet fel, amely az emberiség jövőjét befolyásolja. Az emberi fajnak be kellene látni, hogy a kozmikus kor küszöbén egy újfajta gondolkodásmód szükséges ahhoz, hogy továbbléphessünk. A tudományos eredményeket új szemlélettel kell tanítani és alkalmazni. Az ember csak összhangban élhet a környezetével, ugyanis a természetnek részei, és nem urai vagyunk, ahogy azt korábban tanítottuk és hittük - s nélküle nem maradhattuk meg. Einstein gondolata jól mutatja a változás lényegét:

“ Egy probléma nem oldható meg azzal a gondolatmenettel, amely létrehozta.“

Környezet, miliő: az élő szervezete(ke)t körülvevő fizikai, kémiai és biológiai körülmények összessége. A fogalom könnyebb kezelhetősége érdekében a környezetet néhány nagy összefüggő részre szokták osztani. A Magyarországon használatos felosztás: talaj, víz, levegő, élővilág, táj és épített környezet. Az első öt a környezet természetes elemeit jelenti. A munkaeszközként létjogosultságot élvező felosztás öncélúvá válása miatt még a szakemberek is egymástól elkülönülőnek képzelik a környezet egyes elemeit és környezet helyett levegő környezetről, vízi környezetről beszélve különálló, néha egymásnak ellentmondó eszközökkel „védik” a levegőt, a vizet stb.

(Környezetvédelmi Lexikon)

Az élet megjelenése és kiterjedése a Föld teljes egészére alapvető változásokat okozott, meglévő egyensúlyokat borított fel, és újakat állított be. Miként azt a bioszféra tette, most a technoszféra hatol be minden szférába és okoz egyensúlyi eltolódásokat. Ebből következik, hogy napjainkban e két egymásba ékelődött (fonódott) szféra kölcsönhatását is tanulmányoznunk kell.

Bioszféra: a földi élet színtere, bolygónk azon része, amelyet az élőlények benépesítenek. A legnagyobb és legbonyolultabb ökológiai rendszer, a Föld biológiai és geológiai rendszereinek együttese.

Technoszféra: mindazon objektumok összessége, amelyek az emberi tevékenység révén jönnek létre, és a természetben ember nélkül soha nem keletkeznek, amelybe a technológia is beletartozik.

Az emberi faj megjelenése, majd produktumainak, az ún. mesterséges anyagoknak a környezetbe jutása újabb változásokat okozott.

Természetes: a természetben előforduló, ember által meg nem változtatott, át nem alakított, eredeti.

Mesterséges: a (természetessel szemben) emberi beavatkozással, eljárással, tevékenységgel alkotott létrehozott (készítmény).

A Földet, amely a közvetlen környezetünket biztosítja, tekinthetjük egy olyan rendszernek, amelyben reakciók és folyamatok játszódnak le.

Rendszeren azokat az egymással kölcsönhatásban lévő anyagokat értjük, amelyeknek sajátosságait tanulmányozni kívánjuk, s amelyet e célból gondolatban elkülönítünk a környező világ többi részéről.

Az anyag- és energiaáramlás szempontjából három alapvető rendszert különböztetünk meg.

Elszigetelt a rendszer akkor, ha környezetével semmiféle kölcsönhatásban nincs, vagyis sem anyagot, sem energiát nem ad át környezetének, s nem vesz fel onnan.

Zártnak nevezzük a rendszert, ha anyagot nem ad át környezetének, és onnan nem is vesz fel, energia (és a hozzátartozó anyagfajta) átmenete azonban lehetséges.

Nyitott rendszerek és környezetük között anyag és energia átmenete egyaránt lehetséges.

A „vizes palack” modellel egyszerűen értelmezhető a három rendszer:

A „nyitott palackot” szabadon fűthetjük, vagy hűthetjük és belőle a vízgőz elpárologhat vagy lecsapódhat benne.

A „zárt palackot” melegíthetjük vagy hűthetjük, de benne a víz mennyisége nem változhat (mert be van dugva).

Az „elszigetelt palack” hőt sem felvenni, sem leadni nem tud, s benne a víz mennyisége állandó. (Leginkább egy leforrasztott termoszra hasonlít.)

A fentiek alapján a Föld bármely, vizsgálat céljára elvileg vagy gyakorlatilag elválasztott része nyitott rendszereknek tekinthető. A vizsgált rendszere természetesen érvényes az anyag- és energia- és az impulzus-megmaradás törvénye.

A rendszerben (természetben) lejátszódó folyamatokat ahogyan azt az előző fejezetekben láthattuk, fizikai, kémiai, geológiai, biológiai szempontból vizsgálhatjuk. A környezettudomány szemléletmódja azonban eltér az említett klasszikus tudományágakétól, hiszen rá az interdiszciplináris látásmód jellemző, ahogyan az kitűnik az alábbi meghatározásból is.

Környezettudomány: az emberi tevékenység és a természetes és művi környezet kapcsolatának tudománya. Célja az életet befolyásoló külső tényezők antropogén változásainak nyomon követése és ezek gazdasági és szociális következményeinek feltárása. Alapvető feladata a környezetet ért hatások és az emberi tevékenység mértékének matematikai modellekkel történő összekapcsolása. A modellek alapján a környezeti károk előre jelezhetők, ill. meghatározhatók azok a műszaki és jogi követelmények, amelyek betartása esetén a környezetet ért terhelés meghatározott határérték alatt tartható. Ily módon a környezettudomány megalapozza a környezetvédelmet, eredményei elengedhetetlenek a hatékony környezetvédelem számára. - A környezettudomány kutatási területe kiterjed az összes földi szférára, így a légkörre, a hidroszférára, a talajra, a litoszférára és természetesen a bioszférára. Ezeket nem egymástól elszigetelve vizsgálja, hanem az egész környezetet összefüggéseiben szemléli, és nagy figyelmet szentel a különböző szférák közötti kölcsönhatások (pl. anyag- és energiacsere) kutatásának. Műveléséhez több klasszikus tudományág módszereinek együttes alkalmazása szükséges.

(Környezetvédelmi Lexikon)

Környezetvédelem: olyan céltudatos, szervezett intézményesített emberi (társadalmi) tevékenység, amelynek célja az ember ipari, mezőgazdasági, bányászati tevékenységéből fakadó káros következmények kiküszöbölése és megelőzése az élővilág és az ember károsodás nélküli fennmaradásának érdekében. E tevékenység alapjait elsősorban műszaki tudományok, alkalmazott természettudományok és az ökonómia képezik. Hatékonyságát és működőképességét a használók felelősségén alapuló törvényi szabályozás és intézményrendszer biztosítja. - A táj természetföldrajzi egység. A táj védelme az adott táj jellegétől függően lehet elsősorban tájvédelmi vagy környezetvédelmi feladat, ill. mindkettő. A tájvédelem tehát a két tevékenység hierarchiájának egy fokát jelenti. A környezetvédelem nemcsak egészségvédelmi, esztétikai szempontú, hanem elsősorban gazdasági tevékenység.

(Környezetvédelmi Lexikon)

2.2. Ökológiai alapok

Az ökológia szó görög eredetű, jelentése környezettan. Leegyszerűsítve az élőlény és a környezet viszonyának tanulmányozásával foglalkozó tudományág.

Az ökológia elnevezést először Haeckel l866-ban használta. Az ökológián azokat a tudományokat értette, amelyek az élőlények és a környezetük kapcsolatát vizsgálták, és az ökológiát ekkor a fiziológia (élettan) részének tekintette csupán. Möbius 1877-ben írt tanulmányában használta először a biocönózis elnevezést, amit a kagylók által alkotott közösségek megjelölésére alkalmazott. l879-ben írt munkájában Haeckel már felismerte a populációk közti kölcsönhatást, és az ökológia tárgyaként az adott területen egymás mellett élő, eltérő szervezetek kapcsolatát jelölte meg, majd egy későbbi munkájában kijelenti, hogy az ökológia nem azonos a biológiával, amit napjainkban is elfogadunk, hiszen az élet tudományánál egyrészt szűkebb tudomány területtel van dolgunk, másrészt határozott tárgya, feladata adható meg, mint az egyed feletti szintekre vonatkozó tudománynak.

Az ökológia fogalmát a Magyar Tudományos Akadémia Ökológiai Bizottsága által meghatározottaknak megfelelően fogalmazzuk meg. „Ökológia tehát a biológiához, azon belül pedig az egyed feletti szupraindividuális szerveződési szintekkel foglalkozó szünbiológiához tartozó tudomány. Tárgya a populációkra és populációkollektívumokra hatást gyakoroló ökológiai környezeti és az ezeket, a hatásokat fogadó és az ezekre reagáló ökológiai tűrőképességi tényezők közvetlen összekapcsoltságának (komplementaritásának) vizsgálata. Feladata azoknak a limitálással irányított, (szabályozott és vezérelt) jelenségeknek és folyamatoknak (pl. az együttélés, sokféleség, mintázat, anyagforgalom, energiaáramlás, produktivitás, szukcesszió, stb.) a kutatása, amelyek a populációk és közösségeik tér- és időbeni, mennyiségi eloszlását és viselkedését ténylegesen okozzák.”

Az ökológia, tehát élőlényközpontú tudomány, művelése élőlényismeret hiányában nehézkes. Ökológiáról tehát csak akkor beszélhetünk, ha a vizsgálatok az élőlények tér- és időbeli eloszlásának, ill. ennek a változásában megnyilvánuló viselkedésének a tényleges okaira, kényszerfeltételeire irányulnak, úgy, hogy a kívülről ható környezeti és a belülről fakadó tűrőképességi tényezők direkt összekapcsoltságát elsődlegesnek és meghatározónak tekintik.

A környezetminőség igazi indikátorai az élőlények, amelyek érzékenyek és összetetten tükrözik a környezet minőségét és annak változásait. Az ökológia jellemzője az élőlény központúság, figyeli, vizsgálja az élővilág jelzéseit, indikációit. Más szóval az élő természetben adott helyen, adott időben valamilyen élőközösség található, mint természeti entitás. Ez fenetikusan jelzi mindazokat a kölcsönhatási folyamatokat, amelyek eredményeként az adott életközösség létrejött és tartósan fennmaradt. Az ökológiai ezeket a létfeltételi, együttélési folyamatokat és azok törvényszerűségét vizsgálja, egyúttal bemutatja e folyamatok eredményeként létrejött struktúrákat és elemzi azok működési, vagyis fiziológiai sajátosságait.

Az ökológia nem korlátozódik csupán az ökológiai-környezet vizsgálatára, bár ezzel biztosítja a megfelelő tudományos alapot a környezetvédelmi tevékenységekhez. Az ökológia részletesen tárgyalja a populációkra és társulásokra vonatkozó ismereteket, tárgyalja a populációk tér- és időbeli jellemzőit, a populációk közötti, valamint a populáción belüli kölcsönhatásokat, valamint a populációnak a hatótényezőkre adott válaszait, két vagy több populáció egymásra hatását. A társulás elemzésénél a trófikus kölcsönhatások kerülnek az érdeklődés középpontjába, de ezt megelőzően a társulások térbeni struktúráját és az időbeni változásait elemzi, fontosnak tekintve a bekövetkező szukcessziós lépéseket és a biológiai sokféleség megőrzését, ill. változását előidéző okok felderítését és adott esetben a megszüntetését.

Az ökológia feladatának tárgyalása során alkalmazzuk az ökoszisztéma, vagy ökológiai rendszer fogalmat, ami tehát abban az esetben bír helyes fogalomhasználattal, ha az egyes szupraindividuális szintek rendszerszemléletű vizsgálatán, feltárásán alapszik. Az ilyen ökoszisztéma jellegű vizsgálataink magukban foglalhatják az élettelen vagy abiotikus környezeti tényezők megismerését, mégpedig az egyed feletti szintekre való hatásukon keresztül, hiszen ez különíti el a fizikától vagy kémiától, továbbá foglalkozhatnak, az un. élő vagy biotikus tényezőkkel, azok struktúraelemzésével, ill. kölcsönhatásaival.

Az ökoszisztéma szemléletű vizsgálatok az ökológiai tényezők strukturális feltárása mellett az adott modellben érvényesülő ökológiai folyamatokra, vagyis a működésre is kiterjednek, így az ökológiai vizsgálatokhoz hozzátartoznak az anyagforgalmi ciklusok, az energiaáramlási utak, a produkcióviszonyok és a regulációs folyamatok tanulmányozása is. A természetben lejátszódó biogeokémiai ciklusok és energiaáramlási utak megismerése szükséges abból a szempontból is, hogy az emberi beavatkozásokra adott válaszok kvalitatív jellege vagy kvantitatív összefüggései feltárhatók legyenek és a természetesen lejátszódó, emberi beavatkozás nélküli folyamatokkal éppúgy tisztában legyünk, mint amit a környezetszennyezés vagy mérgezés folyamatai váltanak ki, és amelyre a legérzékenyebb műszer, az élővilág válaszol.

2.2.1. Az ökológia tárgya, részterületei és határtudományai

Napjaink köznyelvében az "ökológia" mint jelzős szerkezet helytelenül szinte bárhol megjelenhet, ahol egy valamilyen objektum és a környezete közötti viszony elemzése történik (pl. szocioökológia, a kultúra ökológiája, az erkölcs ökológiája, oktatásökológia). Mióta az újságírók és politikusok napi szótárába is bekerültek az egyes ökológiai fogalmak, a kifejezések jelentése jelentősen kitágult és eltorzult.

Ökológiáról tehát csak akkor beszélhetünk, ha a vizsgálat tárgya egyedek sokasága, vagyis valamely egyed feletti szerveződési szint, és ha a vizsgálat az élőlények tér- és időbeli eloszlásának tényleges okaira irányul. Az ökológia egyik legfontosabb jellemzője az élőlény központúság.

A tudományág részterületekre bontását (1. ábra) az alapján végezhetjük el, hogy a kutatások a kapcsolatok mely területére terjednek ki. Így megkülönböztethetünk egyedi vagy autökológiát, amely az élőlények és külső környezetük kapcsolatát egyedi szinten mérhető paraméterekkel vizsgálja. Egy faj bizonyos területen együtt élő egyedei és környezetük közötti sajátos kölcsönhatásokat és mennyiségi viszonyokat a populációs ökológia (demökológia), az adott területen együtt élő különböző fajok populációinak és környezetüknek a törvényszerűségeit a közösségi ökológia (szünökológia) elemzi.

1. ábra: Az ökológia főbb tudományágai

A jelenkori klímaváltozások megítélése a kutatók érdeklődését a paleoklímák ismerete felé terelte, ez a fő oka a paleoökológia mai népszerűségének. A különböző közegek eltérő sajátosságait veszi figyelembe a terresztris ökológia, a hidroökológia (limnológia, óceánográfia) és a talajököológia.

Gyakran irányulnak a kutatások egy-egy élőlénycsoportra, ennek megfelelően és a régi taxonómiai hagyományokat követve beszélhetünk mikrobiális ökológiáról, növény- és állatökológiáról. Napjainkban azonban a taxonómiai szempontokon felülemelkedő közösségi ökológia (pl. populációs ökológia, életközösségi ökológia) virágzik.

Számos részterülete az ökológiának a biológia más tudományágai felé jelent kapcsolatot. Ilyen az evolúcióbiológia felé terjeszkedő evoluciós ökológia. Az etológiához kapcsolódik a napjainkban dinamikusan fejlődő viselkedésökológia, amely azt vizsgálja, hogy hogyan járul hozzá a populációk viselkedése az alkalmazkodáshoz az adott ökológiai és szociális környezetben. A makroökológia a hagyományos biogeográfiával van szoros kapcsolatban, a fajok elterjedésének, a gyakoriságnak és a faj gazdagságnak az okait kutatja lokális, regionális és globális skálákon. Az ökológia számos kapcsolódási pontja más tudományok felé hívta életre napjaink több ökológiai határtudomány-területét.

2. ábra: A mérnökökológia főbb kapcsolódásai

Így például a fenntartható ökoszisztémák tervezésével, létesítésével foglalkozó mérnökökológia célja a már degradált élőhelyek helyreállítása. A mérnökökológia tulajdonképpen több tudományterületből táplálkozik, épít a műszaki tudományok, az elméleti ökológia és az alkalmazott ökológia elemeire, de kapcsolódik hozzá az ökológiai gazdaságtan is. A mérnökökológia eredményeként születnek meg az ökológiai tervezések és a helyreállítási tervek (2. ábra).

A hagyományos közgazdaságtani szemlélet hajlamos alábecsülni a természeti erőforrások értékét. Így a környezetkárosítás árát és a természeti erőforrások készleteinek felélését napjainkig többnyire figyelmen kívül hagyták, az erőforrások jövőbeni értékét pedig alábecsülték. Az eddigi rövidlátó szemlélet után egy új és jelentős tudományág fejlődött ki, az ökológiai közgazdaságtan, amely gazdasági nyelvre fordítja le a biológiai sokféleség különböző szempontú értékelését és magába foglalja az ökológia, a környezettudomány, az ökonómia és a helyi politika számos vetületét.

A tágan értelmezett ökológiai tudományok hagyományosan kialakult sokféle megközelítésmódja miatt az eltérő hagyományokat képviselő szakkönyvek nem egységes fogalomhasználata megnehezíti a nem ökológus szakemberek tájékozódását ezeken a határterületeken, illetve gátolja az alkotó párbeszédet az adott probléma megoldásán együtt dolgozó ökológus és mérnök között. Mindezekből kifolyólag az eredményes együttműködés érdekében elkerülhetetlen az ökológiai alapfogalmak és módszerek megismerése minden hallgató számára.

2.2.2. Az ökológiai gondolkodás és szemléletmód

A természettel való harmonikus együttélés eszméje szinte egyidős az emberiséggel. Erre az ősi kultúrák tárgyi emlékeiből és máig megmaradt eredményeiből (pl. állatok háziasítása, növénytermesztés) valamint a napjainkig fennmaradt ősi típusú civilizációk tanulmányozásából következtethetünk. Az ökológiai gondolkodásmódnak ezt az első, hosszú évezredeken át, tartó szakaszát ösztönös ökológiának nevezzük. Az ösztönös/ ökológiai korszakból való kilépés hosszú folyamat eredménye volt. A szemléletváltozáshoz egyrészt a tudományos ismeretek rohamos gyarapodása, másrészt az ipari forradalom megindulásával együtt járó nagyarányú természetátalakulás felismerése vezetett. A XIX. század első felében egyre több tudóst foglalkoztatott a "természet háztartása", innen indult a tudatos ökológiai korszak, mely a XX. század közepén zárult le. A kutatók ekkor kezdték el felhívni a figyelmet arra, hogy a bioszféra károsodása olyan méreteket öltött, hogy ha a természetátalakítás és a környezetszennyezés továbbra is ilyen ütemben folytatódik, akkor a belátható időn belül természeti környezetünk pusztulásához vezet, mely az emberiség fennmaradását is veszélyezteti. Ezzel kezdődött az ökológiai gondolkodásmód harmadik korszaka, a szükségszerű ökológiai korszak.

2.2.3. Életforma és életmód

Az élőlények a környezetükhöz a legkülönbözőbb módon alkalmazkodtak. A növények számára a helyváltoztató mozgásra való képtelenség miatt különösen fontos a kedvezőtlen időszakok átvészelése, vagyis a klimatikus viszonyokhoz, a hő- és vízellátottsághoz való alkalmazkodottság (adaptáció). A növények legérzékenyebb részei, a megújulásra képes rügyek különböző módon vészelhetik át a számukra kedvezőtlen időszakot (pl. a mérsékelt öv alatt a téli hideget). Az életformák a növények morfológiai bélyegeiben megnyilvánuló, a vegetációs periódus utáni kedvezőtlen körülmények átvészelésére kialakult adaptációk, amelyek legáttekinthetőbb rendszerét Raunkiaer dán botanikus dolgozta ki.

Növényi életforma típusok (3. ábra):

Ph (phanerophytonok): fás növények, a rügyeik az elfásodott ágvégeken magasan a talajszint felett találhatóak (pl. tölgy, kökény),
Ch (chamaephytonok): talaj fölött telelők, áttelelő hajtásaik kevéssel a talajfelszín felett vannak (pl. ibolya),
H (hemikryptophytonok): félig rejtve telelők, áttelelő szerveik a talaj-felszínen szétterülő levélrózsa (pl. pitypang) vagy közvetlenül a felszín alatt húzódó inda (pl. erdei pajzsika, fűfélék), gyöktörzs (pl. nőszirom),
K (kriptophytonok): rejtve telelők, lehetnek (G-geophytonok) hagymás (pl. vöröshagyma) vagy gumós (pl. gyöngyvirág) növények, illetve a vízben vagy iszapban (pl. nád, gyékény) telelő növények (HH-hydatophytonok és helophytonok),
Th (terophytonok): egyéves növények, a kedvezőtlen időszakot mag formájában vészeli át (pl. pásztortáska, árvácska).

3. ábra: A növények életformái

Más, nem a rügyvédelmet szolgáló életformák más ökológiai tényezőkhöz való alkalmazkodottságot jeleznek: az epifitonok és liánok a fényviszonyokhoz, a pozsgás (szukkulens) növények a víz hiányhoz, a kétéves növények (pl. sárgarépa) pedig a tenyészidőszak hő és fényösszegéhez.

Ökológiai spektrumnak (4. ábra) nevezzük egy életközösség vagy élőhely növényfajainak életforma szerinti megoszlását.

4. ábra. Egy vizes élőhely ökológiai spektruma

Növekedési formán a növények vegetációs periódus alatt működő habitusát (pl. elterülő, kúszó, felálló) értjük, felismerésük ez alapján a legkönnyebb. A növények életmódja lehet szárazföldi vagy vízi, az utóbbi esetben a sekélyvizek esetében a tavi és a vizes élőhelyek különíthetők el. A mocsári életmódú növények (helofitonok) olyan vízhez kötött életmódú, vízben vagy az iszapban gyökerező növények, melyek vegetatív szerveiknek egy része a levegőbe emelkedik, áttelelő részeik a vízben vagy az üledékben vannak (pl. nád, sás, gyékény, káka). A vízi életmódú növények (hidatofitonok) lehetnek lebegők és gyökerezők. A lebegőknek a meder aljával nincsen kapcsolatuk, az egész víztestben alámerülten (szubmerz módon pl. rence) vagy a vízfelszínen kiterülve (emerz módon pl. békatutaj) lebeghetnek. A gyökerező hidatofitonok, ha a víztestben alámerülten (pl. békaszőlő) vagy a felszínen kiterülve (pl. tündérrózsa) lebegnek is, gyökérzetük révén állandó kapcsolatban vannak a meder aljával.

Az állatfajok mozgékonysága, hogy elvándorlással vagy elrejtőzéssel kitérnek a kedvezőtlen környezeti hatások elől, életmódjukat rendkívül változatossá teszi. A különböző csoportokba történő besorolásuk a mozgásmód, a táplálék milyensége, a táplálékszerzés módja, az életközösségben betöltött hely és szerep alapján történhet. A helyzetet bonyolítja az, hogy az állatok különböző fejlődési alakjai mozgásukban, tartózkodási helyükben, táplálkozásukban gyakran eltérnek egymástól (pl. békák, szitakötők, kérészek, szúnyogok). A táplálék milyensége alapján az állatok lehetnek növényevők (fitofág), állatevők (zoofág), dögevők (nekrofág), korhadékevők (szaprofág), ürülékevők (koprofág), mindenevők (mixofág). A különböző fajok azon csoportját (5. ábra), amelyek ugyanazt a táplálékforrást hasonló módon hasznosítják funkcionális táplálkozási csoportnak (guild) nevezzük. A funkcionális táplálkozási csoportok egyre gyakrabban szerepelnek a különböző élőhelyek ökológiai vizsgálataiban.

5. ábra: A makrogerinctelen vízi állatok táplálkozási csoportjai

6. ábra: A halak élőhelyi igényei alapján elhatárolt fajcsoportok (GUTI, 2005 alapján)

Jelmagyarázat:

1 - mellékvízfolyásokban ívó reofil fajok (pl. galóca, menyhal), 2 - a főmeder partmenti sávjában ívó reofil fajok (pl. márna), 3 - a lassú áramlású mederrészeken ívó reofil fajok (pl. balin, lapos keszeg),

4 - élőhelyi generalisták (pl. ponty, csuka), melyek az elárasztott növényi részekre ívnak, 5 - limnofil fajok (pl. réti csík), melyek egész életükben a lefűződött állóvizekhez kötődnek és az ott található vízi növényekre ívnak.

3. fejezet - A természeti környezet

2.3. Kozmikus környezetünk kialakulása

2.3.1. Az Univerzum keletkezése

"A tudás ára a szorongás, vagy legalábbis a tudatlanság tudata."

/G. Clark/

Az Univerzum kezdeti állapotáról biztosat nem tudunk, elméletekben azonban nincs hiány. A ma leginkább elfogadott modell, amelyet G. Gamov elméleti fizikus dolgozott ki, az ún. "Big-bang", a nagy robbanás elmélete. Eszerint a jelenlegi Univerzum egy ősanyag gigantikus robbanása következtében jött létre kb. 1x1010- 2x1010 (10 - 20 milliárd) évvel ezelőtt. Az ősanyag sűrűsége szerinte 1025 g/cm3, hőmérséklete pedig 1016 K lehetett, ezen "tűzgömb" robbanásszerű kiterjedésével magyarázható az Univerzum ma észlelt expanziója azaz egy galaxisban elhelyezkedő megfigyelő az összes többi galaxist távolodni látja. (A legújabb elméletek már nem csak egy, hanem több egymással összeköttetésben lévő táguló Világegyetemmel is számolnak.)

A “tűzgolyóban” vagy a “tűzgolyókban” uralkodó magas hőmérséklet és sűrűség termikus egyensúlyt hozott létre a protonok, elektronok, neutronok és a sugárzási kvantumok között. A robbanással neutronbefogási és héliumképződési reakciók mentek végbe. Ezeknek a folyamatoknak az eredményeképpen az Univerzum anyagának körülbelül 10 %-a héliummá alakult. Vannak olyan elméletek is, melyek anyag-antianyag annihilációjával magyarázzák a robbanásszerű kiterjedést. Ez viszont azt jelentené, hogy az Univerzumban antianyagot tartalmazó résznek kell lennie (esetleg létezhet világunk antianyag tükörképi párja).

Az Univerzum anyaga jelen állapotában is elsősorban sugárzási anyagból, fotonokból áll. Az Univerzumban köbméterenként 400 millió foton található, míg a Tejútrendszer belseje kb. egymillió atomot tartalmaz köbméterenként, a galaxis halmazokban pedig átlagosan ezer atom van köbméterenként. A sugárzási anyag egy része a csillagokból származik (adott irányból észleljük). Más része egyenletesen tölti ki az Univerzumot (minden irányból azonos intenzitással érkezik, hullámhosszeloszlása egy 2,7 K hőmérsékletű fekete test sugárzásának felel meg). Ez a sugárzás az Univerzum anyagának lehűlésével és kiterjedésével jött létre. Az "ősanyagban" véletlenszerűen fellépő sűrűsödések az anyag gravitációs tömörüléséhez vezettek, így jöttek létre a 1014-1015 naptömegnyi anyagot tartalmazó halmazok, s ezekből alakultak ki később a galaxisok, a gravitációs erők hatására a csillagok, csillaghalmazok.

A Világegyetem tágulásának sebességét a spektrumvonalaknak a Doppler-effektus következtében létrejövő vöröseltolódásából lehet kiszámítani. A távolodó objektumok által kibocsátott sugárzás hullámhossza nagyobb, a közeledőké kisebb, mint a stacionárius sugárforrásé. A relatív eltolódás a sebesség/ fénysebesség arányát adja meg.

Az Univerzum fejlődésével foglalkozó kozmológiai elméleteink még nagyon sok megoldatlan problémát tartalmaznak. Kérdéses, hogy minden vöröseltolódás kozmológiai eredetű-e, vagy helyi, más okokkal magyarázható. Meddig tart az Univerzum expanziója? A végtelenig, az anyag teljes felhígulásáig, vagy oszcilláló világmindenségben élünk, melyben a kiterjedést ismételt gravitációs összehúzódás követi? A relativitáselmélet szerint e két lehetőség közül valamelyik megvalósulása az anyag mennyiségétől függ. A táguló Világegyetem három lehetséges változata. A "nyílt" Világegyetem végtelen kiterjedésű és örökkön-örökké tágul. A "zárt" Világegyetem véges nagyságú, végső sorsa az összeomlás, a “Nagy Reccs”. A kettő közti határesetet a "kritikus" Világegyetem jelenti, amely a nyílthoz hasonlóan ugyancsak végtelenül nagy, és tágulása soha nem áll meg.

2.3.2. A csillagok élete és az elemek szintézise

Ha a távoli múltról és jövőről keveset is tudunk, a csillagok belsejében napjainkban is végbemenő folyamatokat sokkal pontosabban ismerjük. A csillagok anyaga az “ősanyagból kondenzálódott” a nehézségi erő hatására. Keletkezésük ma is megfigyelhető. A tömörüléssel felszabaduló energia a részecskék mozgási energiájává alakul, fokozatosan növekszik a csillag hőmérséklete. Egy csillag “születése” pillanatának azt tekintjük, amikor benne megindulnak a magfúziós reakciók, azaz az elemek szintézise. Az első lépés az ún. hidrogén-égés folyamata, amelyet további reakciók követnek, mint pl. a CNO-ciklus, amely a csillag életének hosszú ideig meghatározó része (7. ábra). Mai ismereteink szerint a Világegyetem leggyakoribb elemei a hidrogén és a hélium, azaz az elemszintézis “alapanyagai”. Tehát a kozmosz azon része, melyet eddig tanulmányoztunk, az elemek képződése szempontjából fiatal.

A csillagok energiáját több milliárd éven keresztül a hidrogén héliummá való alakulása szolgáltatja. A csillag stabil állapotban van mindaddig, míg belsejében lejátszódnak az energiatermelő reakciók. Miután megszűnnek az energiatermelő folyamatok, a termikus nyomás csökkenésével a csillag magja összeroppan, a külső rétegből "tüzelőanyag" kerül a magba, a hőmérséklet hirtelen növekedni kezd, újabb fúziós reakciók indulnak be, ennek eredményeképpen a belső nyomás növekedtével a külső rétegek kiterjednek. A csillag átmérője az eredeti 200-300-szorosára nő. A kiterjedés csökkenti a felületi hőmérsékletet, a csillag a "vörös óriás" állapotába jut. A csillag dinamikailag instabillá válik, nagysága és felületi hőmérséklete is változik. A “vörös óriás” állapot igen rövid ideig tart, addigi élettartamának csupán 1%-át teszi ki.

7. ábra: A CNO-ciklus

A változás sebessége és a csillag további sorsa tömegétől függ. Ha a csillag tömege 1,4 naptömegnél kisebb, a mag tüzelőanyagának felégetése után a gravitációs kontrakció segítségével igyekszik pótolni a kisugárzott energiát, így viszont a külső rétegből még anyag kerül a csillag belsejébe, mely újabb magreakciókat indít el. A csillag periodikusan fellángol, fényessége rövid időtartamra többszöröse lesz a Nap fényességének. Az ilyen változó csillag a nóva. Miután a csillag felégette tüzelőanyagát, a nyomás csökken, a gravitáció eredményeképpen összeroskad. Így jönnek létre a “fehér törpék”, melyekben a Nappal egyenlő nagyságú tömeg a Földnek megfelelő térfogatban található. A csillag elektrongázba beágyazott ionokból épül fel, egy gigantikus fémhez hasonlít.

Más lesz a sorsa annak a “vörös óriásnak”, melynek tömege a Nap tömegének 1,4-szeresénél nagyobb. A csillag belső hőmérséklete 109 K-nél magasabb, belsejében a vasig az összes elem szintézise végbemegy. Elhasználva a kondenzációra alkalmas anyagot, a gravitációs erők hatására a csillag összeroppan. A köpenyből friss tüzelőanyag kerül a magba, újabb termonukleáris reakciók indulnak be, ez viszont a hőmérséklet hirtelen növekedését idézi elő. Egy hatalmas robbanás szétdobja a csillag anyagának egy részét a térbe. Ez a szupernóva robbanás. A robbanás rövid ideje alatt neutronbefogás következtében létrejönnek a vasnál nehezebb elemek is. Így jönnek létre az általunk ismert kémiai elemek, amelyek az anyag szerveződésének a szervetlen, szerves és élő rendszerek kémiai alapjai.

Mi marad a szupernóva helyén? A visszamaradó anyag gravitációs szorítása az elektronokat a magba préseli, az anyag neutronokká alakul, egy kis térfogatú neutroncsillag jön létre.

1968-ban a Cambridge-i csillagvizsgáló kutatói igen rövid periódusú (pulzáló) rádióhullámokat kibocsátó objektumokat észleltek. Ezért pulzároknak nevezték őket. 1969-ben a Rák-ködből az 1054-ben észlelt szupernóva robbanás helyéről is 0,033 s periódusú pulzáló fényt fogtak fel, ennek periódusa megegyezik az innen kiinduló rádióhullám periódusával. A sugárzást feltételezhetően a szupernóva-robbanás után visszamaradt neutroncsillag bocsátja ki. A neutroncsillag sűrűsége 1014 g/cm3, gigantikus atommagnak tekinthető. A neutroncsillag nem ritka objektum. Tejútrendszerünk hozzávetőlegesen százmilliónyit tartalmaz.

Mi lesz a sorsa azoknak a csillagoknak, amelyek tömege sokkal nagyobb a Nap tömegénél? Miután “felégették” nukleáris tüzelőanyagaikat és megszűntek a magreakciók, a gravitációs erők hatására a csillag annyira összetömörül, hogy sűrűsége meghaladja a maganyag sűrűségét is (kb. 1016 g/cm3). Az objektum hatalmas gravitációs terébe, mint egy hatalmas üregbe minden közelben levő anyagfajta "beleesik", a nehézségi erő szorításából még a fénykvantumok sem szabadulhatnak. Az ilyen csillagmaradványokat "fekete lyuk"-nak nevezik az asztrofizikusok.

A táguló Világegyetemről alkotott képünk lassan fejlődött, és amint azt az eddigiekből láttuk, még sok a bizonytalanság vele kapcsolatban, akár a múltját, akár jövőjét vizsgáljuk. Ezt még tovább fokozza az élet megjelenése, kialakulásának kozmikus (múltbeli) feltételei, és az élet hatása a Világegyetem jövőjére. A felmerülő kérdésekre ma még csak hipotetikus választ adhatunk (8. ábra).

8. ábra

A kritikus határt jelentősen meghaladó sebességgel táguló univerzumok tágulása túl gyors ahhoz, hogy az anyag csillagokká és galaxisokká tudjon sűrűsödni. Ezért az ilyen univerzumokban az élet sem alakulhat ki. A kritikusnál sokkal lassabban táguló univerzumok viszont összeomlanak, még mielőtt a csillagok kialakulnának. A behatárolt terület jelzi a kozmológiai tágulásnak azt a tartományát és azt az időintervallumot, amelyben a saját Világegyetemüket megfigyelni képes lények létrejöhetnek. Ahogy Juhász Ferenc írja ”A Világegyetem az emberben látja először önmagát, az emberben ismeri föl léte anyagát és elvirágzó állapotait.”

2.4. Földi környezetünk

2.4.1. A Föld keletkezése

Csillagunk, a Nap egy spirál galaxis 1011 csillagának egyike, amely körül bolygók jöttek létre.

Milyen adatok állnak rendelkezésünkre annak a kérdésnek a megválaszolásához, hogy hogyan alakult ki a Naprendszer, és vele együtt a Föld? Rendelkezésünkre állnak a fizikai és kémiai törvények, a megfigyelhető végállapot (a jelenleg megfigyelhető Naprendszer) néhány megmaradó mennyisége (tömeg, perdület, a kémiai elemek aránya stb.). A kezdeti feltételekből és a törvényekből modellezhetjük a Naprendszer kialakulását, a mai állapotot pedig ellenőrzésül használhatjuk a fejlődési modell helyességére.

A napjainkban leginkább elfogadott tudományos elmélet szerint a Naprendszer 5×109 évvel ezelőtt, egy szupernóva robbanás közvetlen szomszédságában, a csillagközi anyag (atomok, molekulák) gravitációs erő által előidézett kondenzációja révén jött létre. Az összehúzódó rendszer középpontja csillaggá alakult, míg a külső részekből forgó korong képződött. Eközben a gravitáció potenciális energiája hőenergiává alakult át, és a hőmérséklet növekedni kezdett. Ehhez a hőmérséklet-növekedéshez a radioaktív nuklidok spontán, exoterm hasadása is hozzájárult (4019K, 23592U stb.). Mivel a rendszerben a Nap tömege elegendően nagy volt, hőmérséklete elérte a 2×107 K-t, ez elég volt a fúziós reakció beindulásához. A Nap tehát csillag lett, míg a többi égitest (protobolygók) a Naphoz viszonyítva lényegesen kisebb tömege miatt nem érhette el a magfúzióhoz szükséges hőmérsékletet.

A Nappá sűrűsödő gázfelhőn kívül maradt, a perdület leadása során lecsatolódott szoláris köd - melyben jelen voltak a szupernóva által “szétszórt” kémiai elemek - volt a bolygórendszer alapanyaga. A szoláris köd hőmérséklete az ős-Naptól távolodva csökkent. A köd hőmérséklet-eloszlása határozta meg, hogy az ős-Naptól adott távolságban mi kristályosodott ki a szoláris ködből. Az ős-Naptól távolodva vas-nikkel, piroxén, földpát, olivin - a fő meteoritalkotó ásványok -, tremolit, szerpentin, vízjég, ammónia-hidrát, metán-hidrát voltak a legfontosabb kiváló anyagok. A kivált szemcsékből álló porfelhő lecsatolódott a maradék szoláris ködről, másként hűlt, mint a gáztér. Rugalmatlan ütközésekkel csomósodott. Ez alakította ki bolygórendszerünknek a ma is megfigyelhető tömegarányát.

Ha a bolygók keletkezésének imént bemutatott elmélete igaz, akkor a Föld, a Naprendszer többi bolygója, a meteoritok és az üstökösök eredete közös. Ez az elmélet - hipotetikus jellege ellenére is - támpontot ad ahhoz, hogy az elemek relatív gyakoriságát és eloszlását mai Földünkön értelmezni tudjuk, mivel feltételezhető, hogy valamennyi égitest elemi összetételét eredetileg az intersztelláris köd összetétele határozta meg.

A Föld életkora mintegy 4,5-4,6 milliárd év. A gázállapotú és szilárd anyagrészecskék kezdődő kondenzációjának és agregációjának idején a hőmérséklet néhány száz K lehetett. Ily módom néhány milliárd év alatt a Föld anyagának felmelegedése és részben megolvadása, az alkotók sűrűség szerinti elválása, a kondenzált fázis gázvesztesége, továbbá a földkéreg lassú lehűlése és kristályosodása során alakult ki bolygónk mai szerkezete.

2.4.2. A Föld szerkezete és kémiai összetétele

Mai ismereteink szerint a Föld fejlődése során a következő rétegek alakultak ki: földkéreg, földköpeny és földmag (9. ábra).

Az egyes rétegek kémiai összetétele eltérő. Az elemek gyakorisága nem csak a Földön és az Univerzumban eltérő, hanem a Föld egyes rétegei között is. A földkéreg elemi összetételéről rendelkezünk a legtöbb ismerettel. A külső 16 km-es kéregrész felépítésében mintegy 95 %-ban magmás kőzetek, 4 %-ban agyagpala, 0,75 %-ban homokkő, 0,25 %-ban mészkő vesz részt.

9. ábra: A Föld rétegei

2.5. Az ásványok és kőzetek keletkezése

Az ásványok és kőzetek a Föld alapvető szerkezeti egységei, ezért keletkezésük főbb sajátosságait összefoglaljuk.

A kőzetek olyan nagykiterjedésű ásványtömegek illetve jellemző összetételű ásvány-együttesek, amelyek meghatározott természeti folyamatban egységesen képződtek, s a Föld szilárd kérgét alkotják. Az egy ásvány tömegéből álló kőzeteket monominerális vagy homogén kőzeteknek nevezzük. A kőzetek együttesen képződött ásványok jellemző társulásai.

A kőzetek keletkezésük szerint három nagy csoportba sorolhatók.

Magmás eredetű /elsődleges/ 95 %

Üledékes /másodlagos/ 1 %

Átalakult kőzetek /másodlagos/ 4 %

2.5.1. Magmás eredetű kőzetek

Magmának nevezzük a természetben megjelenő, sokkomponensű rendszernek tekinthető, a jelentős részben szilikát-olvadék összetételű cseppfolyós fázisból álló mozgékony kőzetanyagot, amelyben különböző szilárd fázisokat képviselő már kivált kristályok lehetnek szuszpendálva. Bizonyos körülmények között gázfázis is jelen van. A lehető legegyszerűbben fogalmazva a magma kőzetolvadék (hőmérséklete ~ 1000-1200°C). Az oldott gázoknak szerepe van a magma viszkozitásában, amely hatással van a kristályosodásra. A legfőbb illékony komponensek a következők: H₂O, CO₂, H₂S, S, SO₂, HCl, NH₄Cl. A fő komponensek (oxid alakban megadva): SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, ez összesen 99,1 tömegszázalékot tesz ki.

A felszínre kiömlött vagy a földkéregben rekedt magma hőmérsékletének csökkenésével megindul az egyes alkotók kiválása, azaz az olvadékból történő kikristályosodás. Ennek során a kőzetalkotó ásványok olvadáspontjuk fordított sorrendjében válnak ki.

2.5.2. A magmatikus differenciáció

A magma a megszilárdulás előtt különböző összetételű részmagmákká vált szét. Különböző szakaszokat különböztethetünk meg: az elő-, fő- és utókristályosodás szakaszát.

Előkristályosodás:

Likvid magmás elkülönülés során a hőmérséklet csökkenésével csökkent a szilikátolvadék és a szulfidolvadék kölcsönös oldhatósága, a két olvadék elkülönült.

A magma réz-, nikkel- és platinatartalmának nagy többsége így halmozódott fel.

A tulajdonképpeni előkristályosodásban 1000°C-on megjelentek az első kristályok. Króm- és titánvasérc, a platinafémek, a gyémánt és a foszfátásványok így képződtek.

Főkristályosodás:

Amikor a magma 900°C-ra lehűlt, a kőzetek ebben a szakaszban keletkeztek. Az ásványok közül elsőnek az olivin és a piroxének, később a gránit és a hozzá hasonló kőzetek váltak ki. A magma főkristályosodási szakasza szolgáltatta a Föld szilárd kérgének kb. 94 %-át.

Utókristályosodás:

A főkristályosodás végén megmaradó olvadék sok kismolekulájú (illékony) anyagot tartalmazott. Feldúsultak azok az anyagok is, amelyek az eredeti magmában kis koncentrációban voltak jelen (pl.: Zr, Ce, Be, Mo, W, Sn ásványok).

Vulkáni exhalációs szakasz:

A vulkáni kitörés környékén a gázfázisból ún. exhalációs ásványtársulás keletkezhet (kén-, bór- vagy cinnabarit telepek).

2.5.3. Üledékes kőzetek

A málláson az ásványtársulásoknak a Föld felszínén végbemenő lebomlását, oldását értjük, mely folyamatokban elsőrendű szerepet a víz illetve a benne oldott anyagok játszanak.

Fizikai (mechanikai) mállás: a kőzetek felaprózódnak, de kémiai összetételük nem változik meg. Legfőbb tényezői a napsugárzás, a fagy és a sók.
Kémiai mállás: a kőzetek anyaga kémiailag megváltozik. Legfőbb reakciópartnerek a víz, az oxigén és a szén-dioxid. Az ún. hidrolitos mállás során az elmálló kőzet anyaga kémiai tulajdonságától függően oldatba kerül, oldhatatlan hidrolizátumot, vagy komplex aniont (pl: SO₄^2-, PO₄^3-) alkot. Az oldási mállás során a víz kioldja a más mállasztó tényezők által létrehozott oldható anyagokat.
Biológiai mállás: az élőlények hatására létrejövő kőzetmállás.

2. kép: Üledékes mészkő szénsav okozta mállású üreggel

(Fotók: Kiss Ferenc)

A mállási folyamatok során megváltozott mállástermékek további folyamatokon mennek át, míg belőlük új üledékes kőzetek alakulnak ki, mint pl. az agyagos üledékek, melyeknek fontos szerepe lehetet az élet kialakulásában.

2.5.4. Átalakult kőzetek

Ha a külső körülmények megváltoznak (pl: jelentősen növekszik a nyomás vagy a hőmérséklet), a kőzetek, illetve a kőzetalkotó ásványok alkalmazkodva a megváltozott körülményekhez átalakulnak, és az új feltételeknek megfelelő, azokkal egyensúlyban levő új fázisok, új ásványok keletkeznek. A folyamat a metamorfózis, a létrejött ásványtársulások a metamorf ásványok. Ha az eredeti kémiai összetétel változatlan, akkor izokémiai, ha pedig megváltozik, allokémiai átalakulásról beszélünk.

10. ábra: A kőzetképződési folyamatok összekapcsolódása

A három ásványképződési folyamatot áttekintve (10. ábra) látható, hogy az ásványok és kőzetek megjelenése csak átmeneti állapotot jelent. Mind a magmás, mind a metamorf kőzetekből a mállás, majd az ezt követő üledékképződés során üledékes kőzetek keletkezhetnek, a magmás és üledékes kőzetek nyomás és hő hatására átalakulnak, illetve mind az üledékes, mind a metamorf kőzetek a palingenezis révén újra olvadékba mehetnek át, amelyből ismét magmás kőzetek képződhetnek.

2.5.5. Az ásványok

Ásványok építik fel a kőzeteket, azaz a kőzetek ásványhalmazoknak tekinthetők. Az ásványok a szilárd földkéregben természetes úton keletkezett, legtöbbször fizikailag, kémiailag is egységes összetételű, többnyire kristályos anyagok, amelyek élőlényekhez nem kötődnek.

Az ásványok rendszerezésének alapját mindig a geológia tudományágainak fejlettsége határozta meg. A ma leginkább elfogadott rendszerezési alap az ásványok kémiai összetétele. Ezen az alapon kilenc ásványosztályt különböztetünk meg (1. táblázat).

I. Terméselemek	VI. Szulfátok és rokon vegyületek
II. Szulfidok és rokon vegyületek	VII. Borátok, karbonátok, nitrátok
III. Oxidok és hidroxidok	VIII. Halogenidek
IV. Szilikátok	IX. Szerves ásványok
V. Foszfátok és rokon vegyületek

1. táblázat: Az ásványok osztályozása

Megjegyzés: Az ásványrendszertan tanulásához a “Környezeti ásványtan honlap (http://asvanytan.nyf.hu/ )” nyújt bővebb információt.

2.5.6. A talaj képződése

Az ásványok és kőzetek képezik a talajképződés alapját. A talaj a földkéreg külső, laza, termékeny takarója, amely összetett fizikai, kémiai és biológiai folyamatok eredménye (11. ábra). A különböző folyamatok hatására szintekre tagolódik. Általában három szintet különböztetünk meg. A felső szint humuszban gazdag és átlagosan 40 cm mélységig helyezkedik el, a következő szint a fák gyökerei által átjárt 40-60 cm-es réteget jelenti, az utolsó szint földarabolódott kőzettörmelékből áll.(?)

A talaj egy biológiai rendszernek is tekinthető, amelynek jellemzője a visszacsatolási folyamatok segítségével szabályozott anyag- és energiaforgalom. Igyekszik a külső zavaró tényezőket csökkenteni annak érdekében, hogy működése optimális legyen. Ha azonban az emberi hatás már túllépi az önszabályozó képesség határait, ennek visszafordíthatatlan következményei vannak.

11. ábra: A talajképződés lépései

2.5.7. Az élet keletkezése

Az élet létrejötte alapvetően meghatározta a Föld, mint bolygó mai jellegzetességeinek kialakulását, ezért röviden áttekintjük a ma elfogadott elméleteket.

A Föld 500 millió éves lehetett, amikor már megszilárdultak az élet kialakulásához szükséges ásványok (agyagásványok), és a légkörben már jelen voltak a szükséges elemek és vegyületek: szén-dioxid, szén-monoxid, vízgőz, nitrogén, ammónia, metán, kén-hidrogén. Szabad oxigén gyakorlatilag nem volt jelen. Ezt a tényt az elméletek mellett a kőzetek zárványainak vizsgálata is megerősíti. Az akkori légkörben jelenlévő gázokból fotokémiai reakciók útján ugyan létrejöhetett oxigén, azonban a mai oxigén koncentráció ennek a koncentrációnak 1011-szerese.

A ma leginkább elfogadott tudományos elméletek szerint az élet keletkezésének első lépései (a szerves vegyületek szintézise) 3,8-4,1 milliárd évvel ezelőtt indulhattak meg.

Ezt elsőként Miller igazolta laboratóriumi modell-kísérletek segítségével a XX. század 50-es éveiben. A kísérleti berendezésben lévő gömblombikba metánt és ammóniát vezetett, ugyanis a kísérletek végzése idején még azt feltételezték, hogy az őslégkört felépítő legfontosabb vegyületek a metán és ammónia voltak. Ezt a gázkeveréket elektromos kisülésnek vetette alá, az őslégkör villámai biztosította energiát szimulálva. A víz körforgását is biztosította azáltal, hogy egy másik lombikból vizet párologtatott el. A keletkező anyagokat kondenzálta, s így azok a berendezés alján lévő vízben (óceánt helyettesítő folyadék) összegyűltek. Ebből az oldatból mintát véve kimutatta aldehidek, zsír- és aminosavak keletkezését.

Ma már valószínűbbnek látszik, hogy az őslégkör kevésbé volt redukáló, és a főbb összetevői N₂, CO, CO₂ és H₂ voltak. A fenti kísérleteket ezzel a gázkeverékkel elvégezve lényegében azonos eredményt kapunk, ha szabad oxigén nincs jelen a rendszerben. Azt, hogy a gyakorlatilag oxigénmentes atmoszféra elengedhetetlen feltétele annak, hogy kialakulhassanak benne azok a molekulák, melyek az élet első lépéseit jelentették, már Oparin és Haldane munkássága révén tudjuk. (Ha ma esetleg létre is jönnének ilyenek, az oxigén jelenlétében azonnal átalakulnának.)

A legparányibb élő szervezet is rendkívül összetett rendszer, amely környezetével szabályozott anyag- és energiacserét folytat. Az élet létrejöttének kutatásában ezért a legnagyobb problémát az jelenti, hogy a létrejött szerves molekulák hogyan hozták létre az első élőlényeket. Bernal és Haldane úgy gondolták, hogy a szerves vegyületek agyagásványok hatására aggregátumokká szerveződtek, amelyek azután nagy molekulaszámú anyagot tartalmazó ún. koacervátum-cseppekké alakultak át. Ezek ún. protosejtként viselkedtek, beléjük fehérjék épültek. Később kialakultak a membránok, és megjelentek az első prokarióta, baktériumokra hasonlító szervezetek.

Honnan származik a légköri oxigén?

A bioszféra fejlődésében nagy változás akkor következett be, amikor olyan szervezetek jelentek meg, amelyek a vízből oxigént állítottak elő, és jellemzőjük volt, hogy a szerves anyagokat lényegében a ma is ismert fotoszintézissel hozták létre. Ezek a cianobaktériumok voltak, melyek tevékenysége révén magas koncentrációban jelent meg a földi légkörben az oxigén, ez a változás új környezetet teremtett az élőlények számára. Ezután folyamatosan nőtt az őslégkör oxigéntartalma, amíg lassan elérte a mai koncentráció századrészét. Ekkor vált lehetővé, hogy az élőlények az energiát erjesztés helyett légzéssel állítsák elő, ami az erjesztésnél hatékonyabb energia előállítási mód. Közben az ózonréteg vastagodott, egyre jobban védett az UV sugárzástól, így az élő szervezetek kevésbé szorultak a vízréteg védelmére. Ez új lehetőségeket nyitott meg. Benépesültek a vizek felső, napfényben gazdag rétegei, fokozódott a fotoszintézis, és ezzel az oxigéntermelés. Az élővilág létrehozta a számára kedvező, a maihoz hasonló légkört, így fejlődése felgyorsult.

A kialakult új szféra alapvető változásokat okozott a Földön. A bioszféra önszabályozó képessége segítségével a körülményeket úgy változtatta meg, hogy számára a létfeltételek a lehető legkedvezőbbek legyenek. Ez az ún. Gaia-elmélet lényege. Ha ezt elfogadjuk, akkor azt is feltétezhetjük, hogy a bioszféra ki fogja küszöbölni az emberi tevékenység kedvezőtlen hatásait. Persze felmerül a kérdés, ez az önszabályozó képesség elegendő kapacitású-e ahhoz, hogy az emberek okozta változásokra kellő mértékben reagáljon, a hatásokat kedvezően befolyásolja? A másik kérdés az, ha valóban kiküszöböli az ember okozta kedvezőtlen hatásokat, ez az ember kiküszöbölésével együtt jár-e?

Akármilyen bonyolultnak tűnő, vagy akármilyen egyszerű kérdésre keressük a választ a környezet egyes elemeinek ismerete nagyon fontos. Az összefoglalást követően ezekkel ismerkedünk meg.

2.6. A Föld felszíne

Ahogyan azt a korábbi fejezetben láttuk, a Földet vékony kéreg borítja, amely bolygónk mindennapos jelenségei számára biztosítja a színteret. Ennek a rétegnek a részei, szférái az atmoszféra, hidroszféra, litoszféra és a bioszféra. A bioszféra lakói az élőlények, itt találhatók meg, és bizonyos mértékben ők hozzák létre ezt a szférát. A bioszféra részben az atmoszférában, részben a hidroszférában, részben a pedoszférában található. A levegő, a víz és a talaj az élet közegei és a bennük lejátszódó folyamatok megértéséhez, alapvetően szükséges az emberiség és hatásának figyelembe vétele is.

A kéreg, a köpeny és a mag a Föld három zónája. A kéreg kevesebb, mint 1 %-a a Föld teljes tömegének, és kb. 0.5 %-a a sugarának, de ez sem egységes vastagságú, mert a kontinens régióban kb. 35 km átlagos vastagságtól az óceánok alatti 5-10 km-ig változik. A kéreg legmagasabb pontjai folyamatosan ki vannak téve a mállásnak és az eróziónak, míg a mélyebb pontjai az előző helyeken keletkezett lepusztuló anyag és törmelék gyűjtőhelyei.

A kéreg kialakulása óta lejátszódó folyamatok eredményeként a Föld felszínének már simának kellene lennie, de nem így van, mivel a kéreg nem csak lepusztuló, hanem építő folyamatoknak is ki van téve. Azokat a tájépítő folyamatokat, amelyeknek az eredete a Földben van, endogén, míg a felszíni folyamatoknak (mint pl. az erózió) exogén tényezőknek nevezzük. A kéreg és a köpeny felső része hozza létre azt a szilárd kérget, amit litoszférának nevezünk. Ez fekszik a köpeny viszonylag lágyabb régiója az asztenoszféra felett (9. ábra).

Egy terület földtana hatással van a táj topográfiájára. Sok helyen sziklák találhatók a felszínen és számos helyen ezek a kiálló sziklák, amelyek gleccserekkel vagy más folyamatokkal szállítódtak oda, nagyon vékony termékeny talajréteggel lehetnek borítva. A talaj szervetlen komponensei a sziklákból mállással származtak. Ezért fontos a szikla típusa, amely az adott területen található, hogy belőle talaj képződjön. A sziklák nagy tömbjei kisebb darabokba töredeznek, mechanikai aprózódás által. A víz kitölti a sziklák üregeit és a víz fagyott állapotban kiterjed, szétnyomva a szikla darabjait. A hő szintén szikla aprózódását okozza. A sivatagi területeken, ahol nagyon gyakran ki van téve a nappali és éjszakai hőingadozásnak, a sziklák külső rétege fokozatosan lehámlik, visszahagyva a levált darabokat. A sziklák szintén töredezhetnek, kémiai mállás eredményeként. A szén-dioxid oldódik esővízben egy gyenge savat képez. Ez a savas reakcióba lép a szikla felszínével és a mészkő oldódik. A földpátok, mint például a gránitok letöredeznek agyagdarabokra, és ebből származik a kálium karbonát. A kálium karbonát akkumulálja a kolloid méretű részecskéket és a szerves anyagot a talajban, ahol ez alkalmassá válik arra, hogy növények telepedjenek meg.

Az a mállásrendszer eredményezi a vöröses anyagú, ún. laterit talajt, amely különösen tápanyag és humusz szegény. A laterit típusú talaj gyakran egy áthatolhatatlan kemény felszínnel fejlődik, amely vegetációmentessé válik, ezért az erozió gyorsan pusztítja a nedves időszak alatt. Ez a lerakódás típus bár kellemetlen a földművelők számára, felhasználható téglaként, amely megkeményedik, ha levegőn marad.

A növényi fajok elterjedése gyakran egészen hasonló és megegyezik a fő sziklatípusok elterjedésével. A fehér orchidea elterjedése például a kréta felszínre kerülésével hozható összefüggésbe.

2.6.1. A talaj

A talaj bonyolult diszperz rendszer, a Föld felszínének termékeny takarója, amely fizikai, kémiai és biológiai mállás eredménye, és minden magasabb növényi élet gyakorlati feltétele. A kéreg és az atmoszféra határfelületén jön létre.

A talajra a szervetlen anyagok, szerves anyagok, a talajvíztartalom és a talajlevegő jelenléte a jellemző. Az arány lokális tényezőktől függ, hiszen anaerob körülmények között a lebontatlan növényi tömeg felhalmozódik, mint a tőzeges talaj esetében, és a szerves anyag aránya 80-95 %, míg az un. szervetlen talaj 1-10 %-nyi szerves anyag tartalmú. A szervetlen frakció részecskeméret eloszlása nagyon fontos, és meghatározza az eltartható növényzetet, és a mezőgazdasági értékét. A talajban, ha a finom részecskék túlsúlya jellemző ez nagy nedvesség- és tápanyag visszatartó kapacitást eredményez, ellentétben a durva szemcseméretű talajjal, ami azonban vízelvezetés és felmelegedés szempontjából előnyösebb, míg a két szélső állapot kedvező adottságait ötvözi a köztes méretű talaj. A talajrészecskék osztályozása alapján elkülönítjük a finom agyag, iszap, nagyobb méretű részecskével jellemezhető homok és kavics frakciókat. Kedvező a talajszerkezet, ha a megoszlás 20 % agyag, 40 % iszap, és 40 % homok részecske megoszlású. A szerves anyaga a részben lebomlott növényi és állati maradványok, ill. mikroorganizmusok által termelt anyagok keveréke. Számos talaj esetében ez az elemi foszfor és kén forrása. A humusz szerves anyag, amely ellenáll a mikrobiális lebontásnak. Szerkezete nagyon bonyolult, és még nem teljesen ismert. Jelentősége a talaj termékenységének meghatározásában van, mivel előnyös a tápanyagmegkötő és vízvisszatartó sajátossága. A talaj víztartalom és a talaj oldat mellett a növények hervadási értéke fontos paramétere a talajnak. A talaj levegő összetétele alapján oxigénnel ellátott (aerob), vagy oxigén mentes (anaerob) és ezek a lejátszódó redox folyamatokat határozzák meg.

A talajprofilt egy nyílt rendszerként foghatjuk fel. Ebben a rendszerben anyagbejutás történhet csapadékból, természetes szerves anyag bejutásból (pl. lombhullás), máshonnan erodeált törmelék ülepedéséből, oldalirányú vízátfolyásból, az alapkőzet mállásából, és az ember által bejuttatott trágyából és kemikáliákból. Anyag leadást (kijutást) eredményez, a kioldódás, az oldal irányú átfolyás, evapo-transpiráció, a növényi tápanyagfelvétel, erózió és gázok leadása a talajlevegőből.

A talajképződés fizikai, kémiai és biológiai folyamatait a környezeti tényezők befolyásolják, és meghatározzák, mint az alapkőzet, klíma, vegetáció és a kitettség. A tényezők hatása idővel változik. A vegetáció és talaj egymásra hatása kölcsönös és a természetes szukcesszió folyamatán keresztül ismerhető meg.

2.6.2. A vízburok

A Föld felszínén található vizek alkotják a hidroszférát. A földfelszín kb. 70 %-át borítja folyékony víz, és kb. 10 %-át jég. A hidroszféra 97 %-a óceán, és 2 %-a jég, azaz hozzávetőleg 1 % marad, amely édesvíz. Ezek a számok meglehetősen állandóak, mert a víz kering a hidroszférában a párolgás, kicsapódás, és lefolyás folyamatai által.

A víz általános jelenléte biztosítja, hogy minden környezeti jelenségben szerepet játszik. Pl. nélkülözhetetlen szereppel bír az éghajlat szabályozásában, a tápanyagok körforgásában, biokémiai reakciókban és az időjárásban. A víz környezeti jelentőségű tulajdonságai a következők:

a moláris tömeg alapján várhatónál magasabb olvadás- és forráspont, viszonylag magas gőznyomás mind szilárd, mind folyékony állapotban (ami lehetővé teszi, hogy a Földön mindhárom, folyékony, szilárd és gázfázisban is jelen legyen),
magas olvadás- és párolgáshő, magas specifikus hő kapacitás,
alacsony hő vezetőképesség,
kisebb sűrűségű a szilárd, mind a folyékony halmazállapotban (majdnem az összes más anyag sűrűbb lesz, ha megszilárdul),
kiváló oldószer, különösen egyszeresen töltött ionokból álló ionrácsokat és nitrogén-, illetve oxigénatomot tartalmazó szerves anyagokat old jól.

Megfigyelve a fizikai és kémiai tulajdonságokat, kijelenthetjük, hogy a következő négy jellemzőnek van a legáltalánosabb hatása a vízi élőlényekre, és amelyek a fő különbséget okozzák a víz és az élet egy másik közege, a levegő között:

a víz sűrűsége: A levegővel körülvett szervezetek - a közeg kis sűrűsége miatt - saját súlyukat megfelelően kifejlődött védő és tartó struktúrák segítségével tartják meg, vízi élőlényeknek nincs szükségük hasonlóra, így vázuk gyengén fejlett, vagy hiányzik. Másrészt a vízben a helyváltoztatás sokkal több energiát igényel, hiszen le kell győzni a víz sűrűségéből és viszkozitásából adódó hidrodinamikai ellenállást. Ezért az aktívan úszó állatoknak nagyon jól fejlett izomzatuk van. Szárazföldi körülmények között a növények rögzültek, míg az állatok képesek a helyüket változtatni. Mindkettőhöz valamilyen alzat szükséges. A vízi élőlények nagyobb része alzat nélkül a vízben lebeg. Mivel ezek a lények és a szilárd táplálékrészecskék hosszú ideig lebegnek a vízben, és odasodródhatnak fogyasztóikhoz, sok vízi állat rögzült életmódot folytat.

az édesvíz kicsi oldott ion-tartalma: A vízi szervezetek szövet- és sejtnedvei sokkal töményebb elektrolit oldatokból állnak, mint a környező édesvíz, és az összetételük is eltér. Mivel a közeghez képest hipertóniásak, és ionösszetételük többé-kevésbé állandó, az édesvízben élő szervezetek élete nagyban függ az ozmoregulációtól, azaz a víz- és ionforgalomtól, a testnedvek ionösszetételének optimalizálásától. E folyamat miatt ezek a szervezetek ionszegény vizeletet ürítenek, mivel képesek sót visszatartani szekréciós szerveikkel. A víz beáramlását vízálló membránok kialakításával gátolják meg. A táplálékból felvett ionok mellett képesek bizonyos ionokat felvenni a környező vízből a koncentráció gradiens ellenében, valószínűleg energiafelhasználás útján.
a víz általános és erős oldószerhatása: A víz e tulajdonságának köszönhetően a tápanyagok, a kiválasztott anyagcsere termékek és az elpusztult szervezetek oldott részei elérhetőek maradnak a környezetben a fogyasztók számára. Az erős oldó hatás miatt a növények teljes testükön át felvehetik a tápanyagokat: a víz, mint az élet közege egyszersmind tápláló oldat is. Ez az oka, hogy a növényi és állati asszimiláció nem különül el olyan élesen, mint szárazföldi körülmények között.
a levegőben a biológiai folyamatok két legfontosabb gáza, az oxigén és a szén-dioxid, közvetlenül és elegendő mennyiségben van jelen. Az oldott oxigén- és szén-dioxid-tartalom nem tartozik eleve a vízhez, de tartalmazza ezeket a gázokat, mivel jó oldószer. Néha azonban túl sokat, vagy túl keveset tartalmaz, biológiai okok miatt. Ellentétben a szárazfölddel, az oldott oxigén jelenléte vagy hiánya, és mennyisége különösen nagy elméleti és gyakorlati jelentőségű a vízben, mert a vízi élőhelyek benépesülését gyakran meghatározza vagy megakadályozza az oxigénellátás, mint környezeti tényező. Az erős oldó hatásnak köszönhető az is, hogy a vészjelző, csalogató, és más, nagy távolságban is ható anyagok fontos szerepet játszanak a vízi életben.
a mély vizek függőleges rétegződése: A hidrosztatikus nyomás, hőmérséklet, fény és egyéb jellemzők függőleges gradiensei a mély tavak közösségeiben és környezeti tényezőiben rétegek kialakulásához vezetnek. Ezért a szervezetek mélységgel összefüggő eloszlása nem egyenletes, és mikor többé-kevésbé szabályosan változtatják a helyüket, ezt a mozgást vertikális vándorlásnak hívjuk. A folyók és más áramló vizek rétegződése ritka jelenség, míg a sekély vizekben, amelyek felkavarodhatnak, csak átmeneti (múlékony) rétegződés figyelhető meg, kivéve a fénybehatolás szerinti rétegződést.

A víz egyedülálló tulajdonsága a molekuláris struktúrájából adódik. Az oxigénnek nagy az elektronegativitása. Ezért a kovalens kötésben az elektronok aszimmetrikusan helyezkednek el az erősen negatív oxigénatom irányában. Ebből az következik, hogy csekély negatív töltés van az oxigénatomon, és csekély pozitív a hidrogénatomokon. A vízmolekulában lévő aszimmetrikus töltés lehetővé teszi az oxigénmolekula számára, hogy gyenge hidrogénkötéseket alakítson ki egy szomszédos molekula ellentétes töltésű hidrogénjével.

A víz fagyáskor kiterjed, ezért fagyott állapotban nagyobb térfogatot igényel, mint a folyékony víz. Egy tó kiterjedő fagyott felülete megrepedhet, és így hangokat adhat ki. Eközben hatalmas nyomást képes gyakorolni körben a tópartra, aminek következtében a talaj felgyűrődik, és így alakul ki az ún. jégpadka. A jég olvadásával a vízmolekulák szabadabban mozoghatnak. Különböző irányban alakíthatnak ki hidrogénkötéseket, szemben a sokkal ridegebb jégkristályban kialakítottakkal. Így lehetővé válik a molekulák összekapcsolódása. Ezért a víz sűrűsége nő 0 és 4°C között. Melegedés hatására 4°C felett egy ellenirányú folyamat alakul ki, a vibrációs mozgás, amely szétrombolja a kötéseket, így a víz sűrűsége csökken.

A nagy folyók, folyamok, tengerek, óceánok és az álló vizek a környező szárazföldre jelentős hatást gyakorolnak. Mivel a víz nagy mennyiségű hőt tárol egységnyi térfogatra, a nagy térfogatú víz képes befolyásolni a klímát. Például a Nagy Tavak megvédik a környező gyümölcsöskerteket a tavaszi fagytól. A svéd Lappföldön az Északi sarkkörtől északra sokkal enyhébb klíma van, mint Alaszkában hasonló szélességi körön. Ennek oka a trópusi Golf-áramlat, amely melegíti a nyugati brit és skandináv partokat.

A meleg és a hideg víz sűrűségének különbsége felelős a víztömeg keveredésekor jelentkező nagy ellenállásért. A vízsűrűség különbségének aránya nem konstans a hőmérséklet változásával. A sűrűség sokkal gyorsabban csökken magasabb hőmérsékleten. A víz sűrűségét a hőmérsékleten kívül más faktorok is befolyásolják. Az oldott sók növelik a sűrűséget, és stabilitást biztosítanak a rétegzett tavaknak. A sók által előidézett sűrűség szerepe dominál a hőmérséklet okozta hatások felett a folyótorkolatokban és az óceánokban. A tiszta víz sűrűsége 4°C-on 1,000 g/cm3, a tengervíz 35 g/l sótartalomnál 1,028 g/cm3. Ez a tengervíz maximális sűrűségénél beálló hőmérsékletet lecsökkenti –3,5°C-ra. Az oldat fagyáspontja fordítottan arányos a sótartalommal.

Összetétele alapján lényegi különbség van az esővíz, édesvíz (kontinentális) és tengervíz tulajdonságai között. Az esővíz szinte só mentes, savanyú pH-jú, nátrium és a klorid iont mérhetünk benne. Az esővíz tartalmazza az atmoszférából kimosott gázokat és szennyező anyagokat. Az édesvizeket feloszthatjuk áramló folyóvizekre, és a mélyedéseket kitöltő álló vizekre. A folyóvíz csapadék- vagy forrásvíz eredetű. A csapadék eléri a talajt, vagy átfolyik a kőzeten, az összetétele megváltozik, növekszik az oldott ion tartalma az alapkőzet függvényében, de általában kálcium ion lesz a nátrium helyett a domináns kation. Az állóvizek minőségét nagyban meghatározza a tápláló folyó vize, és a mélységtől függően az évszakos rétegződés jellemezheti, általában a lebegőanyag-tartalma jelentősen lecsökken, ami kedvezőbb fényviszonyt eredményez az algák számára. A tengervíz oldott és lebegő anyagot is tartalmaz. Az átlagos sótartalom 35 g/l, amely változó a klíma, hely és évszak függvényében. Mennyiségileg és összetételében az állandóság jellemzi, azonban az emberi behatásra (szennyezésre) az élővilág összetétele változik. Az óceánok hőmérsékletének növekedése is említést érdemel, amit összekapcsolhatunk az El Nino jelenséggel is (lásd 5.3.1.6. fejezet).

A víz három halmazállapotban fordul elő: légnemű (gőz), folyadék (víz) és szilárd anyagként (jég). A víz a hidrológiai ciklusnak megfelelően kering, azaz az a mennyiség, amely az óceánokból és az édesvizekből elpárolog, csapadékként jut vissza. Az édesvizek kisebb hányadát mélyen fekvő, földalatti víztározókban találhatjuk, ám ez egy olyan forrás, amelyet a modern fúró- és szivattyúzó felszerelések fejlődésével egyre szélesebb körben aknázhatunk ki. Felszíni vizek formájában az édesvizeknek csak egy rendkívül alacsony hányada érhető el közvetlenül az emberi felhasználás számára. Sőt, ezek eloszlása világviszonylatban is nagyon egyenetlen.

2.7. Az atmoszféra

2.7.1. Az atmoszféra struktúrája és összetétele

A gázburkot, amely a Földet körülveszi, atmoszférának nevezzük. A határ közte és a Világűr között nem éles, bár gyakorlatilag a Föld felszínétől számított 80 km-én belül van az atmoszféra, és tömegének 99 %-a az alsó 50 km-ben foglal helyet. A gáznak ez a vékony rétege számos olyan működést betölt, amelyek döntően biztosítják, hogy a Földön az élet kialakulása óta, folyamatosan létezhet. Az atmoszféra szűrőként működik, eltávolítva a DNS-t károsító nagy energiájú UV sugarakat, csapdázza az infravörös sugárzást (lásd 5.3. fejezetben), amit a Föld bocsát ki, és átalakítja azt hő mozgássá, így melegíti a Föld felszínét, és összekötő szerepű az életfenntartó energiaáramlás és az anyagforgalom szempontjából.

A kezdeti atmoszféra, amely a korai Földet burkolta és alapvető volt az élet evolúciójához, bolygó belsejéből kibocsátott gázokból állt össze. Ezt N₂, víz, CO₂ alkotta és valószínű, hogy kisebb koncentrációban ammónia és metán is jelen volt, oxigént csak nyomokban, a jelenlegi szint 1/15 résznyi értékben tartalmazott. Ez a pre-biotikus atmoszféra a Napból származó UV fénnyel a következő fotokémiai reakciókat tette lehetővé:

H₂O(g) + hν (λ < 240 nm) → H(g) + OH(g)

CO₂(g) + hν (λ < 240 nm) → CO(g) + O(g)

(hν = a fény fotonja, λ = a hullámhossz értéke)

Ezeknek a reakcióknak a szabad gyökök a termékei. Nagy aktivitásuk révén következő reakciók mehettek végbe, energiát felszabadítva, mint hőt az atmoszférába:

2 H + M → H₂ + M

2 OH → H₂O + O

2 O +M → O₂ + M

O₂ + 2 H₂ → 2 H₂O

M = egy harmadik komponens

Feltételezhető, hogy az atmoszféra milyen drámai változáson ment keresztül a fotoszintetikus szervezetek evolúciójával. Ezek átalakítják a széndioxidot és vizet szénhidráttá, és oxigén is termelődik fény felhasználásával. Az oxigén az atmoszférába kerül, a szénhidrát visszamarad, és a légzés során újra széndioxiddá, ill. más oxidált termékké és vízzé alakul át. Kiülepedés révén a szerves anyag egy része az üledékbe jut, és így kivonódik az atmoszférából. A nettó eredmény az atmoszféra széndioxid tartalmának csökkentése, de ennél fontosabb az oxigénszint növekedése.

A kezdeti élet feltehetően a vízfelszín alatt 10 m mélységben, ahol már érvényesült a DNS-károsító UV sugárzás kiszűrése, kezdődött el. A molekuláris oxigén tartalom növekedése, az oxidatív légkör egyre kedvezőbb lett az élet számára, mivel a molekuláris oxigén, de főleg az ózon az UV sugárzástól védett, a sekély vizek és a szárazföld benépesülése is elkezdődhetett. A Föld jelenlegi atmoszférája a gázok és az ülepedő részecskék komplex keveréke, amelyben a nitrogén és oxigén a meghatározó két komponens (99 %). Az atmoszféra mivel nem különül el a környezetétől, ezért nyitott rendszer (lásd 2.1. fejezetben), amelyre jellemzőek az anyag és energia input és output folyamatai.

Az utóbbi időkben az emberi tevékenység hatására több gáz koncentrációja (pl.CO₂, CO, NO_x, CFCs, SO_x, CH₄) jelentősen emelkedett. A CFCs csak 1930 utáni, felhasználásával jelent meg az atmoszférában, mivel nincs természetes forrása. Sajnos a metán koncentrációja is évente 1 %-kal növekszik (lásd 5.3.1. fejezetben).

Az atmoszféra legfelső kis sűrűségű és nyomású rétege a thermoszféra, ahol főleg atomok és ionok találhatók. 90 km-nél helyezkedik el a mezopauza és alatta a mezoszféra, majd a sztratoszféra, ahol a 200-300 nm hullámhosszú sugarak abszorpciója történik. A sztratoszférában lejátszódó folyamatok:

O₂ + hν (λ < 240 nm) → 2 O

O + O₂ + M → O₃ + M ózonképződés

O₃ + hν (λ < 325 nm) → O₂ + O

O + O₃ → 2 O₂ ózonbomlás

A bomlás Cl, NO és OH (X) katalízishatása miatt a következő:

O3 + X → O₂ + XO

O + XO → O₂ + X

A sztratopauza alatt az ózon csak nyomnyi szintben található, és a sztratoszférában a maximális koncentráció 8-10 ppm. A relatíve koncentrált ózon sávját nevezik ózonpajzsnak.

Az atmoszféra legalsó rétege a troposzféra, amely az összes tömeg 90 %-át és a ritka gázokat tartalmazza. A troposzférán belül a földi kisugárzás abszorpciója, ami a Föld felszín közeli felmelegedését okozza, az üvegházhatás. E hatás nélkül, a Föld felszínén a jelenlegi 15 °C, átlagos hőmérséklet -17 °C-ra, vagy kevesebbre csökkenne, ami a világunkat lakhatatlanná változtatná. Az infravörös sugarakat a víz, széndioxid és a metán abszorbeálja, ezek üvegházhatású gázok. Érdekességképpen megjegyezzük, hogy az üvegházhatású gázok jelenléte nem minden esetben okoz felmelegedést, mivel nem csak abszorbeálnak, hanem emittálnak (kibocsátanak) is, ez a hatás főleg alacsonyabb sűrűségnél érvényesül, és a felső atmoszférában van hűtő hatása. Ellentétben ezzel, az atmoszférának abban a régiójában, ahol nagy a sűrűsége, az abszorpció a meghatározó, és a felmelegedés a jellemző, mint a troposzférában. Annak, hogy a magasság csökkenésével nő a hőmérséklet, a következményei a következők:

A hőmérséklet-minimum a tropopauzában van, és ez, mint hidegcsapda hat, kondenzálva a troposzféra kevésbé illékony komponenseit, megakadályozva a sztratoszférába jutásukat, pl. kevés víz jut át a troposzférán, így a sztratoszféra viszonylag száraz.
A troposzféra alacsonyabb részének felmelegedése annak kiterjedését okozza, csökkentve a sűrűséget. Ez turbulenciát, és viszonylag gyors felmelegedést eredményez. Ellentétben a sztratoszféra szélcsendjével.

2.7.2. Időjárás és klíma

Az időjárás az atmoszféra, de különösen a troposzféra fizikai állapota egy adott időben és helyen, tekintettel szélre, hőmérsékletre, a felhőborítottságra, a ködre és a csapadékra (pl. eső, jég, hó, stb.).

Általában az időjárás változékony, és kevésbé prognosztizálható. Az egyes helyeken az időjárás-esetek hosszú távú megfigyelésének eredményeképpen a környezeti állapotra gyakran használható. Ezt a hosszú távú megfigyelést hívjuk klímának. Egy adott terület klímáját gyakran az átlagos időjárási állapotok, vagy az egyes atmoszférikus tulajdonságok gyakoriságának alapján (mint pl. az égzengés) határozzuk meg.

A klíma tényezőinek némelyike a Föld különböző pontjain évszakos alakulású, de a tényezőinek a változása az egyes évek között is érezhető. Ezek a fluktuációk a tényezők komplex interakciói miatt következnek be, beleértve az atmoszférikus változásokat, amely befolyásolja pl. a felhőborítottságot, az esőt és a hőmérsékletet. Egy hosszú életű szervezet és maga az ember is érezheti a jelentősen változó hőmérsékletet, szárazságot és a szél sebességét élete során.

Valóban, az időjárás és a klíma a környezet fontos komponensei. Foglalkoznunk kell mindkét tényezővel, és hogy a bekövetkezett változásokat megértsük, a jelen helyzet mellett a múlt klimatikus változásait ismernünk kell.

2.7.3. Sugárzás és energiamérleg

A Földet a Napból érkező rövid hullámhosszú sugárzás éri, amelynek 36 %-a az atmoszféra felső rétegéből az űrbe visszaverődik, míg a többi abszorbeálódik az atmoszférában, vagy a Föld felszínén. A beérkező sugárzás 73 %-a abszorbeálódik a Föld-atmoszféra határán, és ennek eredményeképpen a Föld felszíne felmelegszik, és ez energiaforrásként hat, felmelegítve a levegőt, ill. szabályozza az atmoszférikus mozgásokat.

A Föld-atmoszféra rendszer nem csak abszorbeálja és visszaveri az elektromágneses sugárzást, hanem kibocsátja (emittálja) is, hosszabb hullámhosszú sugárzásként, mint ami beérkezik. Ezért lehetséges, hogy ha hosszabb időt tekintünk, a Föld energiamérlege egyensúlyban lévőnek tekinthető, vagyis az elnyelt (A) és kisugárzott (E) energia mennyisége egyező:

A - E = 0

Ha ez nem így van, akkor a Földön klímaváltozásnak kell bekövetkeznie. Lokálisan most sincs egyensúly, hiszen az Egyenlítőhöz közeli szélességnél több az abszorbeált energia, mint a kibocsátott (A > E), míg nagyobb szélességnél a fordítottja érvényes(E > A). Az energia egy része ezért az Egyenlítőtől a pólusok irányába mozog, mint áramlási rendszer az óceánokban, és az atmoszféra alsó rétegeiben, és ez által alakul ki a globális klimatikus tulajdonság. Ha nem lenne ez az energiakiegyenlítődés, még nagyobb lenne a szélességnek megfelelő különbség az Egyenlítőtől a pólusok irányában.

Amíg a Föld-atmoszféra rendszernek, mint egésznek a sugárzási mérlege egyensúlyban van, ez nem helytálló a két fő komponensére, a Föld felszínére és az atmoszférára, mivel a Föld felszíne többet abszorbeál, mint kibocsát, elég, ha csak a növényzet által megkötött energiára gondolunk, szemben az atmoszférával, ahol több a kibocsátás. A Föld felszínéről az atmoszférába az energiaátadás nem-sugárzási mechanizmussal is történik, mint a látens hő, amely nem jár együtt hőmérsékletváltozással, mint pl. a jégolvadás 0 Co -on, mivel az összes jég megolvadásáig nincs hőmérsékletváltozás. Adott helyen egyensúly alakul ki a sugárzási és a nem-sugárzási energia utak között hosszú távon, de ez nem igaz még napszakosan sem. Globális léptéket tekintve további különbség van a föld és az óceánok között, mivel az előző esetében a változások nagysága és aránya sokszorosa az óceán esetében tapasztaltaknak, ezt nevezik kontinentális hatásnak.

Az atmoszféra alsó rétegére a troposzférára a turbulencia jellemző, amit az atmoszféra elsődleges áramlása alakít ki, és amit horizontális levegőáramlásként, vagy szélként ismerünk. Amikor két különböző hőmérsékletű levegőtömeg találkozik, front jön létre. A front egy olyan zóna, amelyben horizontálisan, gyors változás van a hőmérsékletében. A depressziós ciklonok a frontok alacsony nyomású helyein alakulnak ki, míg az anticiklonok ezzel szemben a nagy nyomású helyeken. Az utóbbi időben bekövetkezett klímaváltozás hatásaival a tanulmányaink során a légkör globális problémái keretében fogunk részletesen foglalkozni, de már most utalunk arra, hogy az időjárásunkban a kiegyensúlyozatlanság és a kiszámíthatatlanság lett a jellemző, amelynek okai között adható meg az emberi (felelőtlen) tevékenységnek a környezetre gyakorolt nemkívánatos hatása.

Éves vagy évtizedes viszonylatban is kisebb mértékű klímaváltozás figyelhető meg, de helytelen a klímát változatlan jelenségnek tekinteni, és ez különösen igaz, ha évezredek, vagy még annál is nagyobb időskálában gondolkozunk, mivel hideg (glaciális) és meleg (interglaciális) periódusok váltakoztak és váltakoznak.

Számos történelmi forrásból, feljegyzésből rekonstruálható az 1540-től 1700-ig. tartó hideg klimatikus időszak, amikor 1564-65 telén a Temze is be volt fagyva. Ezt a klimatikus időszak, amelyre az alacsony hőmérséklet a volt a jellemző kis jégkorszak nevet kapta, de a különösen hideg nyarak és hosszú hideg telek legrosszabb évtizede az 1690-1700 volt. Ez idő alatt az Alpok gleccserei jelentősen megnövekedtek és a különösen hideg időjárás megzavarta a svájci farmerek munkáját. A gabona elrothadt a hó alatt és a széna elfogyott mielőtt a hó elolvadt volna. A szarvasmarhákkal fenyőtűket etettek, vagy lemészárolták azokat. Ugyanebben az évtizedben Skóciában följegyezték, hogy sokan a kivándorlást választották és Írországban a lakosság 30-60-%-a éhezett, vagy éhen halt.

Az elmúlt 2 millió év alatt a klíma jelentősen és számos alkalommal változott. A mikrofossziliák, mint a pollen vagy a spóra, amelyek az üledékkel feltöltődő lápokban és a tavakban ülepedtek ki, használhatók a múlt növényzetének tanulmányozására. A hőmérséklet és a jég mennyisége a pólusokon meghatározható az oxigén két izotópjának az O16/O18 arányából, amit az üledékben találtak. Az izotóp arányok számos kronológiailag rendezett minta esetén fölhasználhatók a klimatikus változások indikálására, mivel jelzi, hogy a klíma melegebb vagy hidegebb volt-e. Mint ismert a meleg fázis kb. 100 ezer évvel ezelőtt lehetett, amikor elefántok jártak a Temze mentén és ezt követte egy hosszú glaciális időszak, amit mi jégkorszakként ismerünk. A jégkorszakot viszonylag rövid felmelegedésű intergraciális követett. Az oxigén izotópjelzés mutatja, hogy kb. 10 000 évvel ezelőtt volt egy gyors növekedés a hőmérsékletben, ami egyúttal jelzi és jelenti az előző jégkorszak végét.

Az emberiség írott történelme ebbe az interglaciálisba esik, a mi klímánk és a vegetációnk, amely, bár változott ez időszakban is, számunkra normálisnak tűnik, de ismert, hogy a meleg fázisok ténylegesen rövidebbek, mint a hideg periódusok. Az utóbbi 1 millió év 90 %-a Angliában jeges volt. Feltételezhető, hogy az interglaciális folytatódni fog, majd glaciális követi, hacsak az ember meg nem változtatja a klímát. A fluktuáló hőmérsékleti cikluson belül egy szervezet az extrém hidegnek vagy hőnek lesz kitéve. Mindkettő összekapcsolódhat vízhiánnyal, a hideg azért, mert a víz megfagy, és így nem áll rendelkezésre, a forró azért, mert erőteljes az evapotranspiráció. Más tényezők is hatással lehetnek a növényzetre. A fagy problémát okoz, mivel a sejtben jégkristályok képződhetnek és ezek a sejtfalat vagy a membránt mechanikailag károsítják.

A szokatlan klimatikus környezet érdekes példáját, az Alaszkában megtalált fosszilis növények nyújtják. A kréta időszak alatt kb. 100 millió évvel ezelőtt Alaszkára jelenlegi 75 foknál, a kontinentális mozgás révén, amelyet a lemez tektonika eredményezett nagyobb szélesség volt jellemző. A flóra főleg lombhullató növényfajokból állt, beleértve a harasztokat, nyitvatermőket és a zárvatermőket. A zárvatermők gyakran mérsékelt lombhullató övi fákhoz, a platánfélékhez tartoznak. A katasztrófajelenségek, mint a vulkánkitörés, földrengés, szökőár és hullámzás, hurrikán, tűz, földcsuszás és meteorit becsapódás. Ezek legtöbbje olyan szabálytalan és pusztító, hogy kevés szervezet éli túl azokat.

4. fejezet - 3. Az ember környezet-átalakító tevékenysége

Tartalom

3.1. Az ember környezet átalakító tevékenységének történeti változása

3.1.1. Az ősember kapcsolata a természettel
3.1.2. A környezeti problémák megjelenése

A bioszféra több milliárd év alatt kialakult hatalmas ökológiai rendszer. Ennek az igen hosszú időszaknak csupán a legutolsó kis töredékét mondhatja magáénak az emberiség. Ám ez utóbbi rövid időben az ember tevékenysége nyomán olyan változások történtek, melyek veszélyeztetik magát az ember létét is. A folyamatok felgyorsulását kiválóan szemlélteti Sjedentof csillagász, aki a szárazföld meghódításától napjainkig eltelt mintegy 170 millió évet egyetlen modellévbe sűrítette össze. Januárban jelenik meg a vegetáció a szárazföldön és megindul a gerinces állatok fejlődése, márciusban mutatkoznak az első madárfajok, májusban virágba borulnak az első lombos fák. Júliusra tehető az első óriáshüllők megjelenése és szeptemberre már ki is pusztulnak. Októberben kezdődik a főemlősök fejlődése és november 30-án lép színre a kőszerszámokat használó ember. December 31-én éjfél előtt 30 perccel a földműveléssel megkezdődik a Föld arculatának megváltoztatása. A modellév utolsó órájának 55 percében kezdődik időszámításunk. A természeti környezet átalakításának felgyorsulása éjfél előtt 30 másodperccel, az ipari forradalommal veszi kezdetét. Ebben a fél percben az ember azon fáradozik, hogy elégessen minden szilárd, cseppfolyós és gáznemű tüzelőanyagot, melyet a természet a modellév során elraktározott.

Minden 4. másodpercben megkétszereződik a civilizációs javak eddig elért össztermelése és 6 másodpercenként megduplázódik a Föld lakossága. Az ember az utolsó másodpercben kiirtja az erdők jelentős részét, melyek helyén leromlott, terméketlen talaj alakul ki, akarva vagy tudatlanságból kipusztít számos növény- és állatfajt (12. ábra), füsttel, korommal, gázokkal és radioaktív anyagokkal szennyezi a levegőt, olajjal az óceánokat, vegyszerekkel mérgezi a talajt, a patakokat, a folyókat és a tavakat.

12. ábra: Kipusztult állatfajok

Megjegyzés: l. Labrador-réce, 2. Steller tengeri tehén, 3. vándorgalamb, 4. kvagga, 5. óriásalka, 6. Mauritius szigeti dodó, 7. őstulok, 8. szélesarcú kengurupatkány (Forrás: Kárász, 1989)

Az ember környezet átalakító tevékenysége alapvetően két módon történik:

Az ökológiai rendszerek élő alkotóit elpusztítja, vagy megváltoztatja tömegviszonyait (pl. erdőirtás, vadászat, halászat). Ezzel az életközösségek struktúráját átalakítja és működésbeli zavarokat okoz bennük. Ennek következményeként megváltoznak az élőhelyek abioikus paraméterei, melyek gyakran irreverzibilis átalakulásokat idéznek elő (pl. erózió, fajok kipusztulása).
Az intenzív gazdálkodással (pl. mezőgazdaság, ipar, közlekedés) gyakran előre nem látható, közvetett hatást gyakorol a környezetre. Ezen tevékenységek nemkívánatos eredményeit nevezzük környezetszennyezésnek.

Az 1960-as években döbbent rá az emberiség, hogy a civilizációnak árnyoldalai is vannak. Felismerték a bioszféra minden régiójában érzékelhető kisebb-nagyobb szennyeződések emberre visszaható ártalmait (13. ábra). A globálisan jelentkező környezetvédelmi problémák (felmelegedés, ózonréteg-ritkulás, savas eső) mérséklésére megszülettek a különböző környezetvédelmi egyezmények. A fejlett országokban környezetkímélő technológiák bevezetésével próbálják a környezetszennyezést mérsékelni, ugyanakkor a fejletlen országokban tovább folyik az ökológiai gyarmatosítás (a természeti értékek felelőtlen pusztítása, a természeti erőforrások kiaknázása, a környezetszennyező olcsó technológiákkal folyó termelés).

Az ember az élő természet része, egy a több millió faj közül. Értelmes és társadalmi volta miatt a bioszféra meghatározó tényezője, aki uralkodik a többi faj felett, tudatosan birtokolja a Földet és tudatosan kellene annak bioszféráját is oltalmaznia, hiszen a léte függ tőle.

13. ábra: Kölcsönhatások az ember által okozott környezetváltozásokés az emberre visszaható ártalmak között

Ezért a történelmileg ránk hagyományozott ismeretek is rendkívül fontosak, hiszen közöttük vannak olyanok, amelyeket idáig nem tartottunk fontosnak, mint például a környezet átalakítására vonatkozó ismereteink. Ezek az utóbbi időben rendkívül fontossá váltak, hiszen meghatározhatják jövőnket. A jövőre vonatkozó kérdések feltevése és az erre adható válaszok mindig is erősen függtek azoktól az ismeretektől, amelyekre támaszkodtunk. Robert Wont Pohl fizikus szerint: „a tények maradnak, csupán jelentésük változik a történelem során”. Valóban, az ember, a természet és a tudomány közötti viszony történelmi alakulásáról sok olyan tény áll rendelkezésünkre, melynek eddig nem tulajdonítottunk különösebb jelentést. Ma már fontos, hogy ezeket jelentőségüknek megfelelően kezeljük, illetve új jelentést adjunk nekik.

3.1. Az ember környezet átalakító tevékenységének történeti változása

3.1.1. Az ősember kapcsolata a természettel

Az ember fejlődéstörténetét (3. táblázat) figyelembe véve, az előembernek rendkívül hosszú időre volt szüksége ahhoz, hogy a természet erőitől akár kis mértékben is függetlenítse magát. Nem rendelkezett olyan eszközökkel, melyekkel lényegesen befolyásolhatta volna a természetet. A természetben készen talált eszközöket használta. Még nem volt jellemző rá a szerszámkészítés. Feltevések szerint az előember kis hatással volt a környezetére. A hordákban élő, az élelmet gyűjtögetéssel szerző, feltehetőleg mindenevő lények környezetükre gyakorolt hatása leginkább a hasonló módon élő állatok hatásának felelt meg. Ez a hatás semmiféleképpen nem állandósult, s minden esetben képes volt a természeti környezet kompenzálni azt.

Mai ismereteink és leleteink szerint, szerszámot (szakóca) először a Homo habilis (3. kép) készített.

3. kép: A Homo habilis rekonstruált képe

(Forrás: http://www.uea.ac.uk/~x9706887/Hhabilis.html )

A Homo erectus (4. kép) már jobb szerszámkészítési technikával rendelkezett (pattintott kőszerszámok). A Homo sapiens kezében az újabb eszközök (pl. a dárda, 3. táblázat) hatékony fegyvernek bizonyultak. Ezek, és a csoportos vadászat pedig együttesen oda vezettek, hogy jelentősen nőtt az elejtett vadak száma. A földművelés kialakulásáig azonban nem beszélhetünk a természeti környezet lényeges megváltoztatásáról, káros befolyásolásáról, sem szennyezéséről.

4. kép: A Homo erectus rekonstruált képe

(Forrás: http://www.uea.ac.uk/~x9706887/Herectus.html )

Név	Ramapithecus (Emberszerű Ősmajmok)	Rudapit-hecus	Australo-pithecus (Déli majom-emberek)	Homo habilis (Ügyes ember)	Homo erectus (Egyenes tartású ember)	Homo sapiens (Értelmes ember)	Homo sapiens sapiens (Értelmes ember)
Kora	14-8 millió év	8-6 millió év	6-2 millió év	2,5 millió év	2-0,3 millió év	250-70 ezer év	70-10 ezer év
Agykoponya térfogata	450 cm3	450-500 cm3	500 cm3	680 cm3	800-1350 cm3	1400 cm3	1425 cm3
Jelentősebb lelet helye	India	Rudabánya	Afrika	Afrika	Jáva, Peking	Neander-völgy	CroMagnon
Jellemző eszközök	Bot, ahogyan találja	Bot, csont, szarv, ahogyan találja	Bot, csont, szarv, (ahogy alakítja)	Durván pattintott kőeszköz, “eszköz-készítő eszköz”	Finoman pattintott kőeszköz, tűz	Finoman megmunkált csont- és kőeszköz, gerely, szigony	Finoman csiszolt és festett csont- és kőeszközök, íj, nyíl
Hatása a környezetére	Nem jelentős	Nem jelentős	Nem jelentős	Nem jelentős	Lokális	Lokális	Lokális Regionális

2. táblázat: Az emberré válás folyamata

Az alsó paleolitikumban az ember állandó vándorló közösségekben élt. A vándorlás hajtóereje a táplálék megszerzése volt. Az adott területen rendelkezésre álló élelem elfogyasztása után újabb és újabb területekre vándorolt. Az ezeken a területeken létrehozott változások lokálisnak és regionálisnak tekinthetők. Így a pattintott kőkorszak embere a környezetében nem hozott létre maradandó környezeti változásokat.

A paleolitikum végén megkezdődött egyes törzsek letelepedése, és a kő mellett az ember már más anyagokból is készített eszközöket, mint pl. az állati csont. Az ebben az időszakban készült híres barlangfestményeken az ember, mint vadász jelenik meg (5. kép). Arra vonatkozóan, hogy az akkor élt őseink növénytermesztéssel is foglalkoztak volna, nincs elegendő bizonyíték.

5. kép: Barlangrajz

Cueva de los Caballos, Albocáser, Castellon, Spanyolország, paleolit kor

3.1.1.1. A tűz szerepe

Az ember életében talán az egyik legnagyobb előrelépést a tűz használata jelentette. Kezdetben ez a tűz azonban az ún. vad tűz volt (a természetben környezeti tényezők hatására keletkezett tüzek), s ez szolgáltatta a fényt és a hőt. A Homo sapiens fennmaradása szempontjából nagy jelentőségű volt a tűz megismerése, amely vadászati eszköz, ragadozók elleni védelem, tápláléktartósítás és -készítés eszköze volt, de ugyanakkor jelentősen hozzájárult a környezettől való függőség csökkentéséhez azáltal, hogy enyhíteni tudta a szélsőséges időjárási viszonyok okozta hatásokat.

A tűzgyújtás megismerése, a több elemből álló szerszámok és vadászeszközök előállítása azt bizonyítja, hogy az ősember már képes volt bizonyos ok-okozati összefüggések felismerésére, és céljait a megfelelő eszközök segítségével el tudta érni. Mindezek oda vezettek, hogy rájött, már nincs teljes mértékben kiszolgáltatva a természetnek, és bizonyos jelenségeket képes megismételni, illetve szabályozni. A tűz és a különböző eszközök együttes használata már hatékonyabb vadászatra, és ezzel nagyobb mértékű környezeti beavatkozásra tette képessé az embert.

A fa, mint energiahordozó is fontos szerepet játszott, ugyanakkor a tüzet erdőirtásra is használták, hogy növeljék a termőföld területét. A tűz megismerését követően a fa (biomassza) mint energiaforrás jelent meg. Ezt ma éppúgy használjuk, mint az ősidőkben. A lényeges különbség a felhasználás mértéke. Az ősember azonban nem törődött – és nem is kellett törődnie – azzal, hogy milyen mértékben fogy ez a forrás, mert kimeríthetetlennek gondolhatta. A mai embernek viszont kellene törődnie vele, hiszen az erdők területe vészesen csökken, ami a földi életet alapjaiban veszélyezteti.

3.1.1.2. A vadászat és a pásztorkodás

A különböző vadászeszközök, kunyhóépítés, tűzgyújtás megjelenése a környezetre gyakorolt hatás növekedésének lehetőségét teremtették meg. Mindezek lehetővé tették az újabb és újabb területek benépesítését, ill. az adott terület fizikai átalakítását. A vadászat hosszú és fontos időszaka volt a mai ember kialakulása előkészítésének, hiszen a földművelés csak az utóbbi néhány ezer esztendőben vált jelentőssé. Feltehetőleg már az Australopithecus is olyan hominida, amely kezdetleges módon vadászott. Egyre több a bizonyíték arra vonatkozóan, hogy az ember történetének kevesebb, mint 1 % -ában volt uralkodó a földművelés, ugyanakkor a Homo erectus legkorábbi populációitól a mai rasszokig lezajlott fejlődésben a vadászat játszotta a főszerepet.

Egy fontos dolog még mindig hiányzott. A megszerzett zsákmány, az elejtett állat hosszú távú raktározásának a feltétele, a tartósítás. Ennek következtében mindig friss élelemre volt szükség, ehhez pedig viszonylag sok zsákmányt kellett elejteni. Ez, feltételezések szerint hozzájárulhatott bizonyos állatfajok számának jelentős csökkenéséhez, esetleg kipusztulásához. Egyes szakemberek szerint ez az oka a mamut kipusztulásának, bár meg kell jegyeznünk, hogy ez nem egyértelműen bizonyított. Feltevések szerint az ember ennek a viszonylag lassan szaporodó állatnak a könnyen elejthető borjait is vadászta, és így megszüntette a faj utánpótlását, s ez vezethetett a kihaláshoz.^[1]

Újabb jelentős változás következett be, amikor az embernek sikerült bizonyos állatfajokat megszelídíteni, mint pl. a kutyát, majd azokat, amelyek ma is fontos szerepet játszanak az állattenyésztésben (4. táblázat).

Állat	Terület	Megközelítő idő (i.e.)
Kutya	Közép-Kelet	10 ezer év
Kecske	Közép-Kelet	7 ezer év
Sertés	Közép-Kelet	5 ezer év
Ló	D-Oroszország	4 ezer év
Csirke	India; Burma	2 ezer év
Növény	Terület	Megközelítő idő (i.e.)
Búza	Közép-Kelet	7-8 ezer év
Árpa	Közép-Kelet	6,5-7,5 ezer év
Borsó	Közép-Kelet	6,5-7,5 ezer év
Bab	Trópusi Amerika	5,7 ezer év
Kukorica	Trópusi Amerika	5,5 ezer év
Olajbogyó	Ázsia	4,0 ezer év

4. táblázat:. Egyes növények és állatok háziasításának helye és ideje

Forrás: Mannion, A. M. 1991. Global Environmental Change. A Natural and Cultural Environmental History J. Wiley and Sons Inc., New York

A kutya megszelídítése a földművelés előtti korszak utolsó szakaszára esik. Használták vadászatra, szállításra, éhség idején esetleg táplálékra, továbbá őrzésre is. A kutyák nagyon fontosak voltak a vadászatban, hiszen fölfedezték a vad tartózkodási helyét, annak vándorlási útvonalát, bekerítették, és esetleg meg is ölték azt.

A vadászó ember tevékenységét összehasonlítva a pásztorkodó emberével, azt a lényeges különbséget láthatjuk, hogy amíg a vadászat során az ember az állatok mozgását követte, azokkal mintegy együtt vándorolt, a pásztorkodó ember ezzel szemben állatcsordák mozgását már tudatosan befolyásolta, ill. gondoskodott arról, hogy megfelelő élelemhez és vízhez jussanak, igyekezett megvédeni őket a ragadozók ellen. Tehát ez utóbbi, az ember olyan tudatos tevékenysége, amelynek következményeképpen bizonyos állatfajok előnyt élveztek, míg mások nem. Ezen kívül az is előfordulhatott, hogy bizonyos területeket túllegeltettek, s ezért azok növényállománya is átalakulhatott. Fontos megjegyeznünk azonban azt, hogy ezeknek csak lokális hatása volt a természetre.

3.1.1.3. A növénytermesztés

A következő jelentős változás az ember és a környezet kapcsolatában a növénytermesztés megjelenése volt. Ennek feltétele, hogy az ember a termesztésre szánt terület eredeti növénytakaróját kiirtsa, s helyette az általa hasznosnak ítélt növényeket szaporítsa el, és azok számára biztosítson megfelelő körülményeket. Ez már egyértelműen az adott terület eredeti élővilágának radikális átalakítása.

A mezolitikumban (időszámítás előtti 8-10 ezer év) állandósulni kezdett a helyhez kötött életforma és az ennek megfelelő földművelés kialakulása. Ezzel párhuzamosan az ember számos állatot háziasított, és a növénytermesztés mellett egyre inkább kihasználta az erdőségek nyújtotta lehetőségeket. Így pl. építkezésre, tüzelésre használta a fát. Ez lehetőséget adott már nagyobb települések kialakulására is (pl. Jerikó romjai 8 ezer évesek). Megfigyelhető a kőszerszámok finomabb kimunkálása, csiszolása, és a neolitikumban kerámiatárgyakat is készítettek. Mindezeknek fontos környezeti következményei lettek. Talán a kertészeti termesztés volt az első fontos tevékenység, melynek során gyümölcsöket termő növényeket ültettek egy kisebb területre, s ezeket a területeket – az állatok károkozását megelőzendő – bekerítették. Később különböző gabonaféléket termesztettek, amelyek a természetre, bioszférára nem jellemző rendszerként jelentek meg.

A vad búza természetes tulajdonsága, hogy a magok a kalászokból kihullnak. Az ember szempontjából ez nem volt előnyös tulajdonság, hiszen csökkentette a betakarítható magvak mennyiségét. Az ember azt a búzanövényt részesítette előnyben, amely nem volt képes kiszórni a magvait a kalászból. Ezáltal nagyobb mennyiségű magot tudott betakarítani. Ezek voltak az első jelei az ember okozta tudatos diszkriminációnak, azaz bizonyos fajok előnyben részesítésének más fajokkal szemben.

A neolitikumban olyan változás indult meg, amelynek messze ható következményei lettek. Az ember és környezete közötti viszony alapvetően megváltozott, hiszen az ún. neolitikus forradalomnak (az élelemtermelés forradalma) alapvető sajátossága az, hogy az ember céljaihoz – mint például az élelemtermelés – igyekezett átalakítani, megváltoztatni a természetet. Egy olyan folyamat kezdete, amelynek lényege az, hogy az ember már nem a természethez alkalmazkodik, hanem a természetet alakítja át saját igényeinek megfelelően, egyre nagyobb hatékonysággal.

A növénytermesztés megváltoztatta a talajok addigi természetes anyag- és energiaforgalmát. A természetes vegetáció kiirtása csökkentette a biológiai sokféleséget. Talán az erdőirtások következtében jöttek létre a legnagyobb regionális változások, ezek azonban még nem tekinthetők maradandónak. A növénytermesztés és az állattenyésztés létrejöttével bekövetkező jelentős változás a Földön az emberek létszámának jelentős növekedése.

3.1.1.4. A hulladékok, szennyeződés

Az emberi tevékenységre az ősidőkben keletkezett hulladékból is következtethetünk. Érdemes megjegyeznünk, hogy a korai régészeti leletek közül szinte hiányoznak a halak, a kagylók, vagy olyan tárgyaknak a maradványai, amelyekért az embernek le kellett volna küzdeni a vizet, mint fizikai és pszichológiai akadályt, azaz csónakot kellett volna használnia, vagy a mélybe kellett volna merülnie. Nincs tehát bizonyíték arra vonatkozóan, hogy a földművelést megelőző korszak kései szakaszában az ember jelentősen kiaknázta volna a víz adta lehetőséget (hiszen ha így lett volna, pl. kagylófogyasztás esetén nagy hulladékhalmoknak kellett volna fennmaradniuk, mint arra később – a felső paleolitikumból – rá is találtak).

A lokális környezetben kialakult szennyeződések, melyek lehettek természetes vagy emberi eredetűek, befolyásolták az ősember egészségi állapotát. Már 200 000 évvel ezelőtt élt emberfélék csontjaiban is felfedeztek nehézfém-szennyeződést, azonban ennek feltehetően geológiai oka volt. A csontokból kimutatott ólommérgezés arra utal, hogy a környezet, amelyben éltek, olyan vizet biztosított, amely a közeli érctelepekből nehézfémet oldott ki. Janssens feltevése szerint az új-kőkori kőbányákban dolgozó emberek, akik a kovakőfaragással foglalkoztak, szilikózisban szenvedhettek, mivel egész nap minden lélegzetvételükkel a saját tevékenységük által létrehozott kőport szívták be.

A fenti példákból is jól látszik, hogy az emberi tevékenység és természet közötti viszony az ősidőkben sem volt tökéletes.

14. ábra: Az emberiség történetének néhány fontos eseménye(Forrás: Richard Leakey: Az emberiség eredete, Kultúrtrade, 1995.)

3.1.2. A környezeti problémák megjelenése

3.1.2.1. A fémeszközök hatása

Az ókori kultúrák kialakulását megelőző néhány ezer évben jelentős változáson ment keresztül az ember eszközkészítő tevékenysége. Kezdetben a kőeszközök mellett egyre változatosabb formájú és anyagú eszközöket készítettek, azonban az igazi változás lehetőségét a fémek használata hordozta magában. Egyes leletek arra utalnak, hogy i.e. 8 ezer évvel az ember alkalomszerűen felhasznál egy-egy fémet, pl. az aranyat (vagy az ólmot) és ebben az időszakban a réz felhasználása is megkezdődött. Számos lelet utal arra, hogy az ember ekkor már képes volt a kupritot (réz-oxidot) feldolgozni. A réz előállítására utaló leleteket találtak a Fekete- és a Kaszpi-tenger vidékén, illetve a Perzsa-öbölben. A fémek feldolgozásának egyszerű technológiái azonban csak i.e. 4 000-től kezdtek általánossá válni Európa területén.

Szerencsére, bizonyos rézércek arzén-tartalmúak (például azok, amelyeket a sumérok is használtak) és az arzén a rézzel ötvözetet alkotva, úgynevezett arzénbronzot hoz létre. Így kezdetben az ötvöző anyag az arzén, később pedig az ón lett. Ennek természetesen a fém mestereire nézve komoly, súlyos következményei voltak, hiszen az arzén mérgező, és idegbénulást okozhat. Talán ez az oka annak, hogy a kovácsisten, Héphaisztosz sánta.

Az elemi réz és annak ötvözete, a bronz, lehetővé tette kifinomultabb, tartósabb szerszámok készítését. Ehhez a különböző érceket, illetve az ónt, rezet, bronzot szállítani kellett, melyhez a háziasított állatokra – mint például a szamárra^[2] – nagy szükség volt.

Az ércek bányászatának fokozódása, illetve a fémkohászat terjedése is fokozta a környezet károsodását, hiszen abban az időben az elemi fémet faszén segítségével állították elő. Ehhez viszont egyre több fát irtottak ki, amely maradandó változáshoz vezetett a többi fát igénylő tevékenységgel kifejtett együttes hatás eredményeképpen. A bányászat önmagában még nem okozott jelentős károkat, hiszen abban az időben viszonylag kis területről még nagy mennyiségű jó minőségű ércet tudtak kibányászni.

A görög városállamok kialakulásával egy időben a vas válik a szerszámok és a fegyverek legfontosabb alapanyagává. Olyan vasszerszámok jelennek meg, melyek közül soknak ma is nagyon fontos szerepe van a földművelésben (pl. a vaseke). A vas (vaseke, fejsze) megjelenésével az erdőket és a talajt érintő környezeti károk egyre nagyobb területen jelentkeztek.

3.1.2.2. Erdőirtás, talajkárosítás

A kereskedelmi igények fokozták a közlekedés fejlődését. A hajóépítés kezdetei a neolitikumra tehetők, míg a kerekes kocsi elterjedése i.e. 5500-tól számítható. A legtöbb közlekedési eszköz fából készült, s ezek tömeges előállítását az erdők már az ókorban is megsínylették. Az erdők megújulását hátráltatta, hogy mindezzel párhuzamosan a legeltetés egyre inkább terjedt. A legelő állatok – elsősorban a kecske – a fiatal facsemeték hajtásait is lerágták, ezért pl. az eredeti mediterrán erdők kipusztulása erre az időre tehető.

A növekvő népesség egyre több élelmiszert igényelt, melyet az élelmiszertermelés a tartós fémeszközök segítségével ki tudott elégíteni. Ehhez azonban újabb területekre volt szükség, s ezeket erdők irtásával nyerték.

A földművelés fokozódását nagyban segítette a szántás, melynek segítségével az ember nagy területen képes volt alapvetően megváltoztatni a talaj felső rétegeinek fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait. Megváltozott körülmények között a mikroorganizmusok életkörülményei megváltoznak, amely kihathat a talaj pH-jára és ezen keresztül a humuszképződésre is. A vaseke megjelenésével a fent említett környezeti károk egyre nagyobb területen jelentkeztek. A sztyeppvegetáció és az erdők kiirtásával megkezdődött a bioszféra diverzitásának mesterséges befolyásolása.

A Nílus, a Tigris, az Eufrátesz és a Sárga folyó mentén alakultak ki az első kultúrák, melyeknek az alapját a növénytermesztés jelentette. Ehhez arra volt szükség, hogy az akkori emberek kiirtsák a folyókat kísérő erdőket, feltörjék a még szűz területeket, csatornaásással elvezessék a fölösleges vizeket. Ez nem csak az ottani őshonos élőlények tömegének pusztulását jelentette, hanem azt is, hogy a korábban növények által védett terület a felszántást követően a víz és a szél pusztító hatásának volt kitéve. Ettől kezdve beszélhetünk az emberi tevékenység által létrejött talajerózióról és deflációról. Ezek az emberi hatások azonban nem minden esetben voltak tartósak, hiszen az ember még nem mindig gondoskodott a talajok tápanyag-utánpótlásáról, ezért néhány év után a talajok kimerültek, és fel kellett hagyni azok művelésével, újabb területeket kellett feltörni. Ez lehetőséget biztosított a sérült területek regenerációjára.

3.1.2.3. Öntözés

A szántással egy időben jelenik meg az öntözés. Láthattuk, hogy amikor Mezopotámiában a termékeny síkságon elkezdtek búzát termeszteni, nagy változás kezdődött el. A Tigris és az Eufrátesz síkságán azonban nem esik elég eső, ezért meg kellett szervezni az öntözést. Ennek a sikernek az eredményeképpen egyre nagyobb terménytöbbletre tettek szert. Így azok, akik ezzel a terménytöbblettel rendelkeztek, egyre nagyobb hatalommal is bírtak. Mezopotámia törzsei és népei által épített különböző öntözőberendezéseket és csatornákat a központosított állam révén egyesítették. Így a Tigris és az Eufrátesz között olyan csatornarendszer jött létre, melynek segítségével mesterségesen öntözhető volt mintegy 30 000 négyzetkilométernyi terület.

Ebben az időben hasonló építkezések történtek Indiában és Kínában. Huang-ho medencéjét a Csang-Csianggal összekötő Hang-Csou és Peking közötti csatorna hossza mintegy 1782 km volt. Hérodotosztól tudjuk, hogy Egyiptom területén az i.e. 1600-as évek körül hatalmas völgyzáró gátat építettek, melynek segítségével mintegy 700 km2 felületű és közel 3 milliárd m3 vizet tároló medencét hoztak létre. Az öntözőberendezések alkalmazása lehetővé tette az egyiptomi mezőgazdaság számára, hogy jelentős többletterményt tudjon előállítani, és ennek segítségével fedezni tudja a hatalmas állami építkezéseket. Ezeknek az öntözőberendezéseknek köszönhetően lényegesen nőtt az előállítható élelmiszer mennyisége, azonban az intenzív öntözésnek jelentős környezeti kárai is keletkeztek.

Az öntözés segítette tehát a nagyobb mennyiségű élelmiszer előállítását, fokozódásával azonban a káros mellékhatások is megjelentek. Egyes feltevések szerint az öntözés következtében beálló másodlagos szikesedés vezethetett bizonyos ősi kultúrák pusztulásához. A káros következmények azt eredményezték, hogy a mezőgazdasági termelésre egyre inkább alkalmatlanná váltak a talajok, s ez az élelmiszertermelés csökkenéséhez vezetett. Egyik jellemző példája ennek a sumér civilizáció hanyatlása. Az i.e. 3500-tól 1800-ig terjedő időszak alatt a sumér mezőgazdaság produktivitása fokozatosan romlott az öntözés következményei miatt. Mezopotámia déli részén az állandó öntözés miatt a víz beszivárgott a talajvízbe és megemelte annak szintjét, de mivel nem rendelkeztek megfelelő csatornával a vízfölösleget nem tudták elvezetni. A talajban lévő víz kioldotta a sókat, majd miután a felső rétegből elpárolgott a víz, a só a talaj felszínén kivált. A sumérok ezt a folyamatot úgy jellemezték, hogy a föld lassan fehérré változott.

Elmondhatjuk tehát, hogy ebben az időszakban megkezdődött a természetes talaj- és vízrendszerek tönkretétele, az erdőirtások és a helytelen mezőgazdasági tevékenységek következtében.

3.1.2.4. Csatornák

A mezőgazdasági területek öntözésére szolgáló csatornák építésénél összegyűjtött tapasztalatok segítették az ókori városok vízellátási problémáinak megoldását. Ninive volt a Tigris menti új Asszír Birodalom fővárosa, melynek vízellátását egy közel 60 km hosszú épített csatornával sikerült megoldani. Az építkezés során az ivóvíz csatornát egy több száz méter hosszú akvedukton kellett átvezetni egy folyó felett. Legtöbbször az ilyen jellegű építmények megalkotását a rómaiaknak tulajdonítjuk, azonban ez is bizonyítja, hogy egy ilyen bonyolult statikai számításokat feltételező építmény már jóval a római építkezések előtt létrejött.

Érdemes megemlítenünk, hogy az i.e. VI. században Babilonban már kb. 800 ezren éltek. Az Ókori Kelet fővárosának tekinthető metropoliszban vízellátó és szennyvízelvezető hálózat is volt. A vezetékek kiépítését nagy mértékben segítette az agyagcsövek használata, melyeket ezen a területen magas színvonalon állítottak elő. De az ezt megelőző időszakban, például Úr városában már az i.e. 2500-ban is létezett fürdőszoba és vízöblítéses illemhely. A rómaiaknak ezeket is sikerült felülmúlni, és olyan vízellátó és szennyvízelvezető rendszert alkottak, amelyet a XIX. századig nem sikerült újra létrehozni.^[3]

Róma vízellátását egyrészt a Tiberisz folyó, másrészt a környék számos forrása és kútja nem tudta kielégíteni, hiszen a népesség fokozatosan növekedett. Ezért az i.e. IV. században hatalmas építkezések kezdődtek. Ez az akveduktok építésének nagy korszaka. A hatalmas, kőből rakott, gyakran több emeletes vízvezetékek vezették nagy távolságokból a Szabin és az Albai hegyekben lévő forrásokból a vizet a városba, ahol vagy víztározókba, vagy fürdőkben, magánházakban, szökőkutaknál került fölhasználásra a víz. Ilyen vízvezetékeket, amelyeket bátran nevezhetünk távvezetékeknek, a rómaiak az általuk megszállt területeken is építettek (6. kép).

3.1.2.5. A városok káros hatása

A fémmegmunkálás szükségessé tette a munkamegosztást, hiszen ez a tevékenység, ez a fajta szerszám- és eszközkészítés nagyobb specializációt kívánt, mint a korábbiak. Ezzel párhuzamosan fokozódott a kereskedelem és növekedett a városlakók létszáma. Elkezdtek növekedni a települések, hiszen erre az időszakra a földművelés és az élelmiszerek gyűjtése és szétosztása kialakult. Az ember már képes volt kisebb területen nagyobb mennyiségű élelmiszert előállítani, amely segítette a népesség növekedését. Először kisebb falvak alakultak ki, majd városok és végül az úgynevezett városállamok. Jerikó fallal körülvett városa i.e. 6500-ban mintegy 4 hektáron terült el. Uruk templomváros lakossága a bronzkorban mintegy 50 ezer lehetett. A tartós fémszerszámok előállítása a nagyobb mennyiségű élelmiszer termelése, ill. a kereskedelem együttesen a városok gyors növekedéséhez vezettek. Ez a környezetszennyezés korszakának kezdetét jelenti, hiszen a nagyobb lélekszámú települések az ember által termelt hulladék koncentrálódását idézték elő.

A gyarapodó népesség (és a növekvő városi lakosság) olyan problémát hozott létre, amellyel ma is szembe kell néznünk. A városokban egyre több vízre volt szükség, ugyanakkor a keletkező szennyvizet a betegségek megelőzése miatt el kellett vezetni. Ezek a szükségletek indították el a gravitáció elvén alapuló vízvezeték-rendszer kiépítését Jeruzsálemben és Rómában. A római vízvezeték-rendszer például naponta kb. 1 millió m3 vizet szállított. A világ első zárt csatornarendszerének tartott Cloaca Maximát i.e. a VI. században a Római Birodalomban építették a Tarbuinius etruszk dinasztia uralkodása idején. Létrehozásának elsődleges célja az volt, hogy lecsapolják a Pallatinus és a Capitolium dombok között fekvő mocsarat. Ezzel megteremtették a lehetőségét annak, hogy létrejöjjön a Forum Romanum, amely a Római Birodalom központja lett. Ezt követően a Római Birodalomban máshol is csatornahálózatokat és vízvezeték-rendszereket építettek a városok ellátására (6. kép).

6. kép: Római kori csatorna,Montpellier,Franciaország (Fotó: Kiss Ferenc)

A rómaiak idején kialakuló hatalmas városoknak más káros hatásai is voltak, a már ismerteken kívül. Az építkezéshez szükséges építőanyagokat a természetből szerezték be. A bányászat már nemcsak a fémek előállításához szükséges ércek kitermelését jelentette, hanem a nagy mennyiségben szükséges építőanyagok bányászatát is. Ennek következtében kezdtek megjelenni azok a változások, amelyek már irreverzibilisnek tekinthetők. Az építkezésekhez sok faanyagra is szükség volt, ezért az erdőket már nem csak azért irtották, hogy nagyobb termőterülethez jussanak. A városépítés, a kereskedelem, a közlekedési eszközök építése mellett sok fára volt szükség a fűtéshez, illetve a városi fürdők vizének melegítéséhez. A fürdők melegvizének előállításához főleg faszenet használtak. Ennek több előnye is volt, hiszen ez kevésbé szennyezte a város levegőjét, könnyű volt a szállítása és a fűtés is könnyű volt vele. Abban az időben a mosáshoz hamuzsírt használtak, amely előállításához szintén fára volt szükség ezért egyre több fát vágtak ki, amelynek a következménye a karsztosodás lett. Az elkarsztosodott területekről a csapadékvíz könnyen lefolyt, ezért nagy árvizek keletkeztek, illetve ezt követően mocsaras területek jöttek létre.

Ephesus (valamikori virágzó kikötőváros) hanyatlása jól példázza az ember környezetkárosító tevékenységének következményeit. Pollenvizsgálatokkal tudományosan bizonyították, hogy a város alapításának időszakában környezetét tölgyerdők borították. A hajózás fellendülése azonban egyre fokozódó erdőpusztítással járt együtt. Ennek következtében fokozódott a talajerózió, és ezzel együtt a kikötő egyre jobban feltöltődött. Az eredmény az volt, hogy a város fellendülését biztosító tenger egyre messzebb és messzebb került Ephesus-tól. Kikötő híján a város pusztulásnak indult.

3.1.2.6. A káros hatások ellensúlyozása

Az emberi lét alapja az ókorban a föld termékenysége volt. Ezért fokozódó környezetrombolás mellett arra is találunk példát, hogy az ember megtette az első lépéseket annak érdekében, hogy a tevékenységek káros következményeit ellensúlyozza.

Arisztotelész, Athenaion Politeia című írásában arra tesz javaslatot, hogy a trágyát a városfalaktól legalább két kilométerre helyezzék el.^[4]

A rómaiak például arról intézkedtek, hogy a füstös sajtkészítő üzemeket úgy telepítsék, hogy a füst a környékbeli házakat ne zavarja. A II. században keletkezett Zsidó Törvénykönyvben arra vonatkozóan találunk tiltást, hogy Jeruzsálemben kohókat ne helyezzenek el, illetve olyan előírás is található benne, hogy a szélirányt figyelembe kell venni a szennyező műhelyek telepítésénél, és azokat a lakóházaktól legalább 50 könyöknyire (30 m-re) kell építeni. Kínában már közel 4 ezer éve létezik hulladékgyűjtési rendszer. A fekáliával történő trágyázás már az ókorban is lényeges része volt a mezőgazdásági termelésnek, hiszen így tartották fönn a Kína keleti részén fekvő síkságok talajának termékenységét. A bizonyos írások tanúsága szerint, egyes városok leggazdagabbjai közé azok a családok tartoztak, amelyeknek a tulajdonában volt a városi csatorna, és az abban összegyűlt ürüléket el tudták adni vidéken.

A római birodalomban folyó káros tevékenységek következtében létrejövő karsztosodás hatásait parkok és üdülőhelyek létesítésével próbálták ellensúlyozni (7. kép). Ezeknek a mesterséges parkoknak a létrehozását azonban a termékeny félhold területén létrejövő hatalmas vadászparkok és függőkertek már megelőzték.

7. kép: A Tibertinus Park képe, középen vizet szolgáltató csatornával ( Forrás: http://www.dl.ket.org )

3.1.3. A környezet állapotának romlása tovább folytatódik

A római birodalom felbomlását követően a középkorban a természeti erőforrások kihasználásának hatékonysága, illetve az ipari és a mezőgazdasági termelés visszaesett. Ezt úgy is értékelhetnénk, hogy ennek a hanyatlásnak jótékony hatása volt a környezetre. Az ember és környezet viszonya azonban a középkorban sem volt kiegyensúlyozott. Ha a teljes időszakot vesszük figyelembe, akkor megállapítható, hogy ezek a pozitív változások csak átmenetiek voltak a környezetrombolás egyre erősödő folyamatában.

Általánosságban elmondható, hogy az emberek életmódja az ipari forradalomig szinte alig változott. A tápanyag körforgalmában lényeges változások nem következtek be, ezért a mezőgazdasági rendszerek állandósága hosszú időn keresztül fenntartható volt. Az ókorhoz képest a technikai és higiéniai viszonyok negatív irányban változtak, és ennek (elsősorban a városi életre) komoly káros hatásai voltak.

3.1.3.1. Erdőirtás és legelőfeltörés

A középkorra jellemző, hogy a Római Birodalomban megkezdődött nagybirtokok kialakulása, a hűbéri Európában tovább folytatódott. A középkori Európában a burgonya, kukorica, cukorrépa még nem volt ismert, ezért a fizikai munkát végző jobbágyok étkezésének alapját a gabonatermelés határozta meg. Étkezésükben az állati fehérje nem volt jellemző, hiszen a halászat és a vadászat feudális privilégium (előjog) volt. Tekintettel arra, hogy a termesztés hatékonysága a rómaiakhoz képest visszaesett, az eltartóképesség növelésének a lehetőségét leginkább a termőterület növelése biztosította. Ezért Európában egyre nagyobb területeket vontak be a mezőgazdasági termelésbe, erdőirtás és legelő feltörés útján.

A középkort megelőzően a Római Birodalomban az úgynevezett könnyűekét használták, amellyel csak lágy, könnyen szántható földeket lehetett megművelni. A germánok azonban ilyen eszközzel a kötött talajokat, a kiirtott erdők helyét nem tudták megművelni, és ezért szükség volt az ún. nehézekére, amellyel az addig fel nem tört talajokat is be lehetett vonni a földművelésbe. A szántás hatékonyságát az is elősegítette, hogy közben föltalálták az ún. szügyhámot, amely a lovak teljesítményét növelte.

A mezőgazdaság fellendülése azt eredményezte, hogy egy adott terület egyre több embert tudott eltartani. Ez viszont lehetővé tette az ipar fellendülését. A fellendülés azonban egyre több energiát igényelt, melyet a vízi- és szélmalmok biztosítottak. Így a XIII-XIV. században egyre több tevékenység kapcsolódott a malmokhoz, és létrejöttek az ún. papírmalmok, fűrészmalmok, selyemcérnázó malmok stb. Sajnos ezekhez egyre több fára volt szükség, és dokumentumok bizonyítják, hogy például Angliában egész erdőterületeket irtottak ki, mert egyre több malmot, szélmalmot építettek fából. Emellett azonban ugyanitt megjelentek például az apály-dagálymalmok. (Manapság szintén megpróbálja az ember az árapály-jelenségben rejlő energiát újra kihasználni.) Közben megjelent a kőszén felhasználása is. (Kezdetben csak a mészégetéshez és a kovácsműhelyekben használták.)

A korabeli feljegyzések azt mutatják, hogy pl. Angliában a XI. században a természetes füves és erdőterületek az ország csupán 35 %-án maradtak meg. A lakosság számának növekedésével a gyapjú iránti igény megnövekedett, ami további területeket igényelt, így az erdőterületek aránya tovább csökkent.

Európa más területein is hasonló folyamatok játszódtak le, melyek következtében a nyugati és középső területeken szinte minden erdőt kiirtottak. Ezek a területek azonban csak átmenetileg adtak nagy terméseket, hiszen a földek tápanyagtartalékai kimerültek. A lejtős területekről a termőtalaj fokozatosan lemosódott, de a folyó menti termékeny síkságok is veszélyeztetetté váltak, hiszen a kiirtott erdők nem voltak képesek megtartani a csapadékot, melynek következtében hatalmas árvizek és belvizek jöttek létre.

Az erdőterületek csökkenéséhez több egyéb tényező is hozzájárult. Ott például, ahol nem volt terméskő, az építkezéshez téglát égettek, amihez sok fára volt szükség. Természetesen a legkülönbözőbb épületek (házak, kastélyok stb.) építéséhez is fára volt szükség. A települések növekedésével a lakások fűtéséhez is egyre több fát használtak föl, ezen kívül a ruha mosásához a lúgot fából állították elő, és a faszén készítéséhez is fát használtak.^[5] A közlekedési eszközök alapanyaga továbbra is a fa maradt.

A kőszén felhasználásával a nagyméretű erdőirtás bizonyos területeken csökkent.

3.1.3.2. A levegőszennyezés új fejezete

A szén a gazdasági fejlődés szempontjából is fontos új energiahordozónak bizonyult, égetésével azonban a levegőszennyezés új fejezete is elkezdődött a középkorban. A káros következményeket viszonylag korán felismerték, amelynek bizonyítéka I. Edward angol király XIV. században született tiltó rendelete, melynek értelmében Londonban a kőszén égetését nem engedélyezték, mert az káros hatással volt a lovagok egészségére. Ehhez hasonló intézkedéseket más európai városokban is hoztak. 1348-ban Ewichkanban megtiltották a kovácsoknak, hogy kőszenet használjanak műhelyeikben. 1407-ben Gosslarban az ércpörkölést állították le az egyre fokozódó füstgáz kibocsátás miatt.

A XII-XIV. századi leírások jól érzékeltetik, hogy már abban az időben is tapasztalták a kőszén fölhasználásának káros hatásait. Elenor királynő 1257-ben látogatta meg a Nottinghami kastélyt, azonban a széntüzelés miatt oly kellemetlennek találta a levegőt, hogy inkább átköltözött a Tutbury kastélyba. I. Erzsébet királynő is szomorú és elégedetlen volt, amikor a Westminster Palotában szénfüstös volt a levegő. Panasza miatt a helyi sörkészítők a széntüzelésről áttértek a fatüzelésre. Egyes leírásokból az is kitűnik, hogy a széntüzelés következtében bizonyos helyeken nagymértékben pusztult a növényzet, illetve jól megfigyelhető volt, hogy a lakóhelyeken a bútorok és különböző dísztárgyak hamar porossá váltak.

A kőszén fölhasználását a víz- és a szélenergia hasznosítása (8. kép) megelőzte, hiszen a X-XI. századtól kezdve a kisteljesítményű vízimalmok, majd a XII. századtól a szélmalmok nagyon gyorsan terjedtek.

8. kép: Vízemelésre használt szélmalom a középkorból

3.1.3.3. Megújuló energiák használata

A hajtóerő-szükségletet több, mint 3000 éven át szolgálták az ún. taposómalmok (9. kép). Ez a berendezés, akárcsak az evezős gályák, az ember szégyenletes kizsákmányolásának a szimbóluma is. Talán ennek köszönhető az is, hogy a taposómalom pejoratív értelmű fogalommá is vált.^[6]

9. kép: Egy taposómalom rekonstrukciós rajza. A taposómalmot emberek hajtották. Ez volt a szegények és a rabok malma. Járókerekét lépcsők borították. Ezeken 2–6 ember taposott, azaz látszólag felfelé igyekezett, valójában azonban egyhelyben járt és közben lábaival hátrafelé forgatta a hengert. A henger függőleges síkú mozgását az áttételi szerkezet vette át, és felgyorsítva vízszintes síkú körmozgásként adta át a forgókőnek.

(Forrás: http://www.kfki.hu/chemonet/hun/food/muzeum/szarvas/ )Illusztráció: Lengyel Adél

Az egyre növekvő hajtóerő-szükségletet már nem lehetett izomerővel kielégíteni, ezért az ember egyre inkább igyekezett a szél erejét felhasználni. Először vitorlába fogta, amely az evezés nehéz munkáját segítette, majd szélkerekeket készített, melyek segítségével vizet merített és gabonát őrölt. Így a szélmalom már az i.e. 1200-as években létrejött. Egyiptomban még ma is megvannak az első szélmalmok maradványai, melyek a fáraóknak és a piramisok építőinek őröltek gabonát. Európában először a IX. században említik a szélmalmokat, de a szél energiájának az intenzív felhasználása csak a XI. századtól figyelhető meg.^[7] Az ehhez szükséges tudományos és technikai ismeretek a keresztes háborúk idején kerültek be Európába keletről.

A szélmalmok a szélcsenddel szemben tehetetlenek voltak, ehhez képest a vízi energia felhasználása megbízhatóbbnak tűnt. Az ókorban a vízikerekek tulajdonképpen víz emelésére szolgáltak. Európában kb. abban az időben vált általánossá a vízikerék használata, amikor a szélmalmok építése kezdődött. A XII. századtól kezdve egyre több célra használták a vízimalmokat, így például fűrész- és olvasztóműveket, bányászati szállítóberendezéseket, drótozó és más ipari termelő berendezéseket működtettek segítségükkel.

A vízikerekek teljesítménye csak kis mértékben tudta felülmúlni a szélkerekekét. Még abban az esetben sem tudták jelentős mértékben növelni teljesítményüket, ha nagyobb egységekké kapcsolták őket össze. Bár a vízenergia fölhasználása jelentősen hozzájárult a középkor energiaigényeinek kielégítéséhez, mégis hamar elérték ezek a szerkezetek a teljesítőképességük határait.

A XIV. sz. elejétől kezdve Európában egyre nagyobb mennyiségben kezdték bányászni a szenet, amelyet kezdetben mészégetésre, majd a kohászatban is felhasználtak, a lakások fűtésén kívül. Amikor aztán a gőzgépet feltalálták, majd tökéletesítették, és a fémkohászat is fejlődésnek indult, a szén vált a meghatározó energiahordózóvá.

3.1.3.4. A vízszennyezés és a hulladék

Az ókorhoz hasonlóan a középkorban is a nagy problémát jelentett a vízszennyezés, és a hulladékok elhelyezése. Ez a két környezeti probléma elsősorban a városokban jelentkezett. A korabeli leírások szerint a középkori városok nem voltak kellemes szagú helyek, hiszen a hulladékok eltávolításával nem foglalkoztak komolyan. Azok a hulladékok, amelyeket a disznók nem ettek meg, többnyire az utcára kerültek és a legjobb esetben az eső mosta el őket. A növekvő gondok megoldására egyre több városban hoztak kezdetleges intézkedéseket a hulladék eltávolítására, és néhol utcaseprőket is alkalmaztak.

A víz kezelésének az ókorban bevezetett módszerei, úgy tűnik, feledésbe merültek.^[8] Annak ellenére, hogy már az ókori római birodalomban megalkották a csatorna- és vízvezeték-rendszereket, csak a XIX. században kezdtek el foglalkozni az ivóvízellátás megoldásával. Úgy is fogalmazhatnánk, hogy a hulladék eltávolítását és a csatornázást azért kényszerültek megoldani az emberek, mert már elviselhetetlen volt a bűz és nem volt tiszta ivóvíz, az utcákon pedig mocsokban kellett járni. Igazi lendületet az adott ennek a folyamatnak, hogy az úgynevezett miazma elmélettel szemben sikerült bebizonyítani, hogy a vízszennyezés és a betegséget terjesztő mikroorganizmusok között kapcsolat áll fönn.

Egyes városokban már a középkorban is próbáltak megbirkózni a vízszennyezés okozta problémákkal. Például 1307-ben felmérték a Flaet folyó állapotát, amelynek eredménye az volt, hogy a vizet leginkább a bőrcserzésnél használt vegyszerek maradványai, és a piacon dolgozó hentesektől származó hulladék szennyezi. Ebben az időben kötötték össze az angol király mosdóját egy korábban felépített csatornával, amely lehetővé tette a királyi konyha szennyvizének elvezetését is. Természetesen ez inkább kivételnek, mint jellemzőnek tekinthető, hiszen a fekália nagy része továbbra is a nyitott árkokban és vízmosásokban folyt, amelyekből a patakokba és folyókba került.

Bár készítettek emésztő gödröket, ezek gyakran telítődtek, és a felszíni vizet szennyezték, ill. a tartalmuk a szomszédos kutak vizébe szivárgott.

Hasonló állapotokat találunk a középkori Európa más területein is. 1366-ban például Párizsban a mészárosokat arra kötelezték, hogy a mészárszékből kikerült hulladékot a városon kívül helyezzék el. Madridban például úgy takarították az utcákat, hogy hordókból vizet öntöttek ki, hogy az sodorja el a szemetet. A franciaországi Bordeux, Lyon és Toulouse városaiban a szemét a nyitott kanálisokban hömpölygött a csatornák felé, és a vágóhidakról a vér kifolyt az utcára. Jellemző volt, hogy Európa városaiban a nagy esőzések idején gusztustalan hordalék áramlott ki a csatornákból. A korabeli leírás a hentesüzletekből kisepert trágyáról, belekről, vérről, vízbefojtott kiskutyákról,^[9] bűzlő halakról, döglött macskákról és zöldséghulladékról beszél.

3.1.3.5. Járványok kialakulása

Az egyre növekvő szennyeződés következtében olyan járványok alakultak ki, amelyek az Európai népesség lényeges visszaeséséhez vezettek (15. ábra).

15. ábra: Az emberiség létszámának változásaaz elmúlt 500 000 évben Ehrlich et al. (1977) szerint

Így például Európa lakossága az 1300-as éveket követő közel 100 évben mintegy 30 millió fővel csökkent.

A felgyülemlett hulladék kedvezett a házi- és a vándorpatkányok elszaporodásának, s rajtuk keresztül a fertőző betegségek elterjedésének, melyek közül legszörnyűbb talán a pestis volt, de a tífusz és a kolera is sok áldozatot követelt. Philip Ziegler “Fekete halál” című klasszikussá vált könyvéből ismerkedhetünk meg az Európán végigvonuló pestisjárványról, amely a XIV. sz. közepére tehető. A fertőzést egy olyan baktérium okozza, amely bolhacsípéssel kerülhet az ember szervezetébe. A baktérium úgynevezett köztesgazdája a patkány. A patkányok valószínűleg hajókon érkezhettek Közép-Keletről és a középkori városok zsúfolt és szennyezett viszonyai között könnyen elszaporodtak. Abban az időben nagyon sok helyen kimerült a talaj tápanyagtartaléka, és ez a szokatlanul hideg időjárással együtt éhínséghez vezetett. Az éhezéstől legyengült emberek, illetve a szennyezett víz, ideális feltételeket biztosított a “fekete halál” elterjedéséhez. Pontos adatok nem állnak rendelkezésre, de becslések szerint kb. 2-3 éves időszak alatt Európa lakosságának 30 %-a elpusztult. Az akkori orvosok úgy vélték, hogy ennek a szörnyű betegségnek az oka a légkör megromlása. Ma már tudjuk, hogy ez hibás elmélet, de ebből kiindulva kezdték tanulmányozni a levegőszennyezés okait.

3.1.4. A tudomány és a technika együttes hatása a környezetre

A XV. században a földrajzi ismeretek meglehetősen hiányosak voltak. Addig a föld felszínének alig több mint 10 %-át sikerült megismerni, és ezen belül a kontinensek felszínének kb. 20 %-áról, az óceánoknak, tengereknek pedig mindössze 7 %-áról rendelkeztek bizonyos ismeretekkel.

Azt sem sikerült bizonyítani, hogy a Föld lapos, de azt sem, hogy gömb alakú, mint ahogy azt néhányan már sejtették.

A további felfedezéseknek jelentős akadálya az volt, hogy még mindig az ókori hajósoktól átvett navigációs berendezéseket, eszközöket használták.

Mindezek mellett a törökök 1453-ban elfoglalták Konstantinápolyt, és ennek következtében lezárultak az Európa és Ázsia között vezető kereskedelmi utak. Ez adta szükségét a nagyobb távolságokat is biztonságosan megtenni tudó tengeri hajók, és a megbízható navigációs eszközök kifejlesztésének. Az új típusú hajókat, amelyekkel jelentős felfedezéseket tettek, először Portugáliában, illetve Spanyolországban építették meg. Bár a tengerészek alapvető feladata az volt, hogy addig ismeretlen világokat fedezzenek föl, és azt birtokba vegyék megbízóik számára, emellett végérvényesen bebizonyították, hogy a Föld gömbölyű.

Kolumbusz rossz térképpel indult Indiába és felfedezte Amerikát, és ezzel egy új kor (az Újkor) kezdődött az emberiség történetében. A környezetrombolás tekintetében azonban a korábban megkezdődött folyamatok folytatásáról beszélhetünk, hiszen az emberek a környezeti problémákat a gyarmatbirodalmakra is magukkal vitték.

Amerika felfedezését követően a kereskedelemi hajózás egyre nagyobb szerephez jutott, és ezekkel egy időben új növények (burgonya, kukorica) jelentek meg Európában, amelyek biztos alapot jelentettek a népesség növekedése számára. A lakosság számának növekedésével viszont jelentősen megnőtt a különböző áruk (elsősorban az élelmiszerek) iránti igény.

Erre az időre tehető olyan fontos tudományos és technikai eredmények megszületése is, amelyek megteremtették az első ipari forradalom alapját. Bár a felvilágosodás kora Franciaországhoz kapcsolható, a tudományos eredmények alkalmazása, és ennek hatására a gazdasági fellendülés Angliából indul.

3.1.4.1. Az ipari forradalom

A jellemzően mezőgazdasági Angliából világbirodalom lett. Felvetődik a kérdés, miért éppen Angliában indult útjára az ipari forradalom? Fontos oka ennek, hogy Angliában korábban már lezajlott a mezőgazdaság gyökeres átalakulása, amelynek eredményeképpen fejlett mezőgazdaság jött létre, mely alkalmazta a vetésforgót, takarmányokat is termelt, így fejlődhetett az állattenyésztés. Több új növény- és állatfajt honosítottak meg, így például Amerikából behozott kukoricát és burgonyát. Angliában is tenyészteni kezdték a merinói juhot, mely az ipari forradalomban a textil előállításának fontos feltétele volt. A mezőgazdaság fejlődésének az eredménye az is, hogy relatíve kevesebb ember meg tudta ugyanazt a mennyiségű élelmiszert termelni, így a lakosság egy része felszabadult az ipar számára. A mezőgazdaság fejlődésének eredményeképpen a lakosság létszáma ugrásszerűen megnövekedett a XVII. század végétől az XVIII. század végéig.

A fejlett mezőgazdaság el tudta látni a növekvő létszámú lakosságot élelmiszerrel, azonban egyre több igény jelentkezett egy másik alapszükséglet, a ruházat területén. Egyre több fonalra volt szükség a ruházathoz, és ez serkentette a szövés gépesítésének megoldását. Sokan azt mondják, tulajdonéképpen ez (a divat) indította el az ipari forradalmat (10. kép).

10. kép: XVIII. századi orvos „divatos” öltözékbenForrás: http://www.multkor.hu

A textilipar mellet a hadiipar növekvő igénye egyre inkább arra serkentette a bányászatot, a kohászatot és a fémmegmunkálást, hogy minél több fémet, elsősorban vasat állítson elő. Ehhez viszont szükség volt gépre is, ezért szokták azt mondani, hogy az ipari forradalom központi, alapvető jelentőségű találmánya a gőzgép. Alapvető változás bekövetkeztéhez azonban a szén felhasználására is szükség volt, hiszen így az energiatermelés többé már nem volt helyhez kötött, mint a víz- és szélenergia felhasználása esetében.

16. ábra: A köztudattal ellentétben a gőzgépet nem James Watt találta föl, hiszen a történelem során nagyon sokan próbálták a gőz erejét munkára fogni.

3.1.4.2. A szén vált a fő tüzelőanyaggá

Az ipari forradalom fő erőgépe a gőzgép lett, mely felállítható volt bárhol, és viszonylag egyszerűen lehetett szabályozni. A tudományos ismeretek bővülése segítette a technika fejlődését, és ennek következtében egyre több nagy termelékenységű gépet alkottak, így a gőzgép nemcsak az ipart, hanem a közlekedést is, az építkezést is, és a mezőgazdaságot is alapvetően megváltoztatta. Mindezeknek azonban az volt az alapvető feltétele, hogy viszonylag olcsón és nagy mennyiségben rendelkezésre álljon a könnyen szállítható energiahordozó: a kőszén. A kőszén felhasználásának növekedését az is elősegítette, hogy a XVI. század végére a fa egyre növekvő felhasználása következtében hatalmas területeken vágták ki az erdőket, amely fahiányhoz vezetett. Ennek az volt az eredménye, hogy a XVII. század közepére több országban rendelettel korlátozták a kohók létesítését.

Mindezeknek következményeképpen a XIX. században már a szén vált a fő tüzelőanyaggá, és emellett a vegyiparban alapanyagként, illetve a közlekedésben hajtóanyagként használták. Ezzel megkezdődött a kőszénben évmilliók óta raktározott szén egyre fokozódó légkörbe bocsátása, szén-dioxid (üvegház hatású gáz) formájában.

3.1.4.3. A gépek térhódítása

A XVII. század közepétől kezdve a gépek egyre elterjednek. Úgy is mondhatnánk, hogy a gép egyre több munkát vesz ki a kézművesek kezéből.

Ezzel egy lényeges változás indul meg. A kézműves által előállított egyedi darabból, a gépek által előállított tömegtermék, azaz az alkotásból tömeggyártás lett. Az elsőrendű követelmény a mennyiség, és nem a minőség. Megszűnik a kézműves és műve közötti egyedi, személyes kapcsolat. Ezzel megindul egyfajta elidegenedés is, azaz az elgépiesedett társadalomban az ember magányossá válása. Mindezek mellett a fokozódó élelmiszer-, nyersanyag- és energiaigény növelte az ember környezetre kifejtett hatását is.

Az ipari forradalom kialakulásáig az ember és környezet közötti viszony középkori jellege fokozatosan megváltozott. Az ipari forradalom időszakáig Európa lakosságának több mint 70 %-a földművelésből és állattartásból élt, és ennek megfelelően a városlakók száma is kevés volt.

A földművelők közül azonban egyre többen vándoroltak át a kialakuló ipari területekre, és ennek következtében a városok is lassan túllépték a középkori városfalak határait. Fokozatosan új iparágak váltak egyre jelentősebbé. A vasipar lényegi változáson ment keresztül, hiszen a koksz és a gőzgép együttes felhasználása minőségileg jobb termékek előállítását tette lehetővé. A vas megjelenése a szerszám- illetve fegyverkészítésben és a környezet-átalakításban már az ókorban is jelentős változást okozott. A XVII. századtól azonban, amikor a tüzeléstechnika jelentős előrelépése következett, már nemcsak a nagy mennyiségű öntött vas előállítása, hanem az acélgyártás is megkezdődhetett. Ennek az igazi hajtóerőt a gőzgép megjelenése adta, a fújtatók teljesítményének növelése által. Egyre inkább a vas (acél) vált jellemzővé, mint szerkezeti anyag, csatornák, hidak (11. kép), ipartelepek épültek. A Newton által megalapozott mechanikai szemlélet ekkor hozta meg a gyakorlatban az eredményét.

11. kép: Iron Bridge. A Föld első vasszerkezetű hídja 1779-ben épült (Fotó: Kiss Ferenc)

Mindezek megalapozták a gépgyártás új iparággá fejlődését, s így a többi kialakuló iparágat új termelőeszközökkel lehetett ellátni. Erre az időre tehető pl. a textilipar jelentős fejlődése is.

A közlekedésben a gőzmozdonyok és a sínek megjelenése lehetővé tette a vasúti hálózatok kialakulását. A hajózásban is megjelent a gőzhajó, és a fa hajótesteket fokozatosan fölváltotta a vasból, illetve acélból épült hajó.

Az ipari forradalom a mezőgazdaságban is jelentős változást hozott, hiszen itt is megjelentek a gépek, mint pl. vetőgép, aratógép, cséplőgép (12. kép).

12. kép: A gőzgép felhasználása szántásra (Forrás: The Mansell Collection)

A mezőgazdasági termelés változása késve követte az ipari termelés változását, de termelékenysége egyre fokozódott, melynek következtében a gazdaságilag fejlett államokban a lakosság egyre kisebb hányada foglalkozott élelmiszertermeléssel.

A gépek megjelenése, és ezzel együtt a termelési mód változása átalakította a társadalom belső szerkezetét. A korábban élelmiszertermelésből élő és önellátó népesség fokozatosan városlakóvá vált, létrehozva egy új árufogyasztó réteget. Ebben az időszakban az emberiség lélekszáma is rohamos növekedésnek indult (15. ábra). A XV. században a Föld lakossága kb. 500 millióra tehető, 200 évvel később ez megduplázódik, majd a XIX. század végére megháromszorozódik. Ekkorra az ember gyakorlatilag teljesen benépesítette a Földet, hiszen a sarkvidékek és a magas hegyvonulatok kivételével minden kontinensen létrehoztak településeket. Mindezek eredményeképpen egyre fokozódott a környezet szennyezése.

3.1.4.4. Fokozódó környezetszennyezés

A növekvő levegőszennyezésnek már az ipari forradalmat közvetlenül megelőző időszakban is mutatkoztak a jelei. John Evelyn így írta le tapasztalatait:

London 1659: „Olyan füstfelhő borítja a várost, amely a Földet a pokollal teszi hasonlatossá.”

London, 1684: “A hideg levegő megakadályozza, hogy a füst felszálljon, ezért a kormos füst úgy beborítja a várost, hogy alig lehet átlátni az utca túloldalára. A füst az emberek tüdejét durva szénszemcsékkel tölti meg, ez gátolja a tüdő működését, mindenki nehezen lélegzik. “

A XVIII. század végéről származik Gilbert White természettudós megfigyelése: “Selborne városát kék színű köd borítja, amelynek olyanféle szaga van, mint a kőszénfüstnek, és akkor észlelhető, amikor észak-keleti szél fúj, tehát feltételezhetően Londonból jön a füst. Erős szaga van és valószínűleg káros az egészségre.”

A XIX. századtól kezdődően az ipari termelés egyre fokozódó növekedése kezdetben Angliában (az ipari forradalom szülőhazájában), majd később más területeken is jelentős levegőszennyezéssel járt. A széntüzelésű kazánok terjedése következtében magas kén-dioxid- és portartalmú füstgáz került a levegőbe. Ez néhol olyan nagymértékű volt, hogy lényegesen csökkent a napsütéses órák száma (13. kép).

13. kép: A korabeli állapotokat szemléltető rajz (Distant view of Sheffield by Warren after J. B. Allan) Forrás: The Mansell Collection

A XIX. század elején a Tawe völgyében létrehozták az akkori világ legnagyobb fémipari központját. A legnagyobb termelés idején kb. 400 kémény bocsátotta ki a füstgázokat a völgybe.

Az ipari termelés növekedése, illetve a városi népesség növekedése következtében egyre fokozódott a vízszennyezés is. A természetes vizeket már nemcsak a fertőzéseket terjesztő szennyvíz veszélyeztette. A folyók gyakran bűzös csatornákká váltak, amelyekből kipusztult az élővilág. A XIX. század közepéről származó leírások szerint az angliai Aire és Celber folyókban különböző tevékenységekből származó anyagokat írtak le: „a folyókat a bányákból, a vegyi-, a festék-, a tisztítószer-gyárakból, a vágóhidakból és a városi háztartásokból származó gyapjú, és gyapot feldolgozása során, és az állati bőrök tisztítása, és cserzése során fölhasznált anyagok maradványai szennyezik, mérgezik, és a szabad folyásukat akadályozzák.”

A korábban említett Tawe folyóban a következő szennyeződéseket találták: “lúgokat, kénsavat, vas-szulfátot, hamut, széndarabokat, a rezet és az ónt előállító és feldolgozó gyárakból származó anyagokat, és a városi háztartásokban keletkezett hulladékokat.”

3.1.4.5. Romló közegészségügyi viszonyok

Az ipari környezetszennyezésnek és a rossz közegészségügyi viszonyoknak néha súlyos következményei voltak. A rosszul táplált városi népesség körében hamarosan fertőző betegségek jelentek meg, mint pl. tífusz, tüdővész, majd a pusztító kolerajárvány (14. kép).

A kolera Észak-Amerikát és Európát először az 1830-as években fertőzte meg, 1848-ban Angliában a járvány 62 ezer ember életét követelte. A járványt követően a “The Times” folyóirat egyik cikkében a következőképpen fogalmaz: “A betegség volt a legjobb közegészségügyi reformer, amely nem nézett el semmiféle hibát, és nem bocsátott meg semmilyen tévedést.” Valóban a kolerának „köszönhetően” bizonyos reformokat vezettek be a XIX. században. A Brit Parlament például bizottságot hozott létre, amely a városok egészségügyi helyzetét vizsgálta. A vizsgálat eredményeképpen megállapították, hogy „kapcsolat tételezhető fel a nem megfelelő vízellátás és csatornázás, a rossz szellőzés, a higiéniai körülmények és a fertőző betegségek között.”

14. kép: A szennyes és zsúfolt londoni utca egy korabeli rajzon (Forrás: Image Select)

A víz tisztítása és az egészség megőrzése közötti kapcsolatra XIX. században Európában kitört utolsó nagy kolerajárvány világított rá. A Római Birodalomban már létezett a csatorna- és vízvezetékrendszer, azonban mindezek ellenére a víztisztítást csak 1892-ben vezették be Altónában, Poroszországban. Altóna, ahol a víztisztítást bevezették, egybeépült Hamburggal. A két várost tulajdonképpen csak egy utca választotta el egymástól. A járvány idején az Altónában élő emberek, akik tisztított vizet fogyasztottak, megmenekültek a kolerajárványtól, míg az utca túloldalától, a hamburgi részen lakó családok megbetegedtek. Ez az egyértelmű bizonyíték Hamburg város vezetőit is arra indította, hogy tisztítsák meg az ivóvizet.

A fokozódó környezetszennyezés és az egyre romló közegészségügyi viszonyok következtében Nagy-Britanniában 1875-ben elfogadták az első közegészségügyi törvényt. Ennek eredménye nemcsak az emberek egészségének javulásában, hanem az angliai vizek élővilágának javuló állapotában is megfigyelhető volt. A XIX. század utolsó éveiben a Temze torkolatához visszatértek a különböző halfajok. Richard Witter természettudós véleménye szerint ez annak volt köszönhető, hogy a londoni szennyvízből már elkülönítették a szilárd hulladékot, és nem engedték a tisztítatlan szennyvizet közvetlenül a folyóba. Meg kell jegyeznünk azonban, hogy a problémát csak részben oldották meg, hiszen az elkülönített szilárd szennyeződést a tengerbe borították.^[10]

3.1.4.6. A természet fölötti uralom filozófiája

Bacon azt hirdette, hogy a természettudomány célja a természet erőit az ember szolgálatába állítani, tehát valamennyi tudomány céljának azt tekintette, hogy növeljék az ember uralmát a természet fölött.

Bacon és Descartes megjelenésével új korszak kezdődött a tudományban, melynek eredményeképpen felgyorsult a tudomány, és ezzel együtt a technika fejlődése. Ugyanakkor ezzel párhuzamosan egyre inkább eltávolodott az ember a természeti környezettől, s ez lényegében napjainkig fokozódott. Bacon és Descartes által ajánlott analitikus módszer adta ehhez az alapot, mely szerint a tudományos problémákat úgy kell megközelíteni, hogy azt alproblémákra bontjuk, és ennek köszönhetően egy összetett jelenség minden mozzanata megérthető. Mindezekhez az a téves nézet is hozzákapcsolódott, hogy a természetet mechanikus törvények irányítják, és Descartesnál a növények és az állatok is lényegében gépek. Ez összhangban van Bacon fenti elgondolásával, miszerint a tudományos megismerésen keresztül, az ember a természetfölötti uralmat megszerezheti.

A természettől való izolálódáshoz az is hozzájárult, hogy az emberi érdekeken kívül más érdekeket lényegében nem ismertek föl, illetve az a hit, hogy az emberi ész képes megoldani a felmerülő problémákat teljes egészében.^[11]

Fontos megjegyeznünk azt, hogy Hume (1711-1776) és Kant (1724-1804) már képesek voltak ezeken a gondolatokon túllépni, és felismerték, hogy a természetet nem érthetjük meg teljes egészében, ha a géppel analóg módon értelmezzük. Kantnál nem az az elsődleges, hogy az ember a természet felett uralkodjon, hanem az, hogy felszabaduljon, és szabad, racionális élőlényként élhessen. Tehát a felvilágosodás nála nem elsősorban a természettől való teljes függetlenedés, és az uralom megszerzése, hanem az ősi természettől való függőség alóli felszabadulás. Kant felismeri a természet fölötti uralom korlátait és veszélyeit, és véleménye szerint a természet törvényeit kell követnünk, és azoknak engedelmeskednünk, hiszen az ember és természet között egyfajta egymásrautaltság létezik. De ahhoz, hogy ez a gondolat kiteljesedjen, még évszázadokat kell várni.^[12]

A XIX. század közepére a tudományos eredményekre, a gőzgépre illetve a szénre alapozva kialakult a modern gyáripar, és lényeges változások következtek be a társadalomban, a jogrendben, a politikai felépítésben és ezekkel együtt a környezet szennyezésében. Mindezek az ezt követő időszak részletesebb tárgyalását indokolják.

3.1.5. A környezeti problémák globálissá válnak

Az újkorban az ipari és a mezőgazdasági termelékenység fokozódásával párhuzamosan az emberiség létszámának növekedése exponenciális szakaszba jutott (15. ábra). Az ipari forradalom után a környezetrombolás és szennyezés hatalmas lendületet vett, melyhez az alapot a tudomány és a technika fejlődése adta. A tudományok megadták mindazokat az ismereteket, amelyek a gazdaság növekedéséhez és az új államigazgatáshoz szükségesek voltak, továbbá azokat az alapokat is, amelyek alátámasztották az új típusú kapcsolatrendszert a társadalom és a környezet között. Óriási mértékben fokozódott az ember természetátalakító ereje, a természettudósoknak pedig olyan közössége alakult ki, amely többnyire támogatta az új állapotokat.

3.1.5.1. Új anyagok, új gépek, új energiahordozók

A XIX. század második felében olyan új felfedezések, eljárások, találmányok születtek, amelyek mintegy előkészítői voltak egy hatalmas, az egész Földre kiterjedő változásnak, a nyersanyag-felhasználás, a környezetrombolás és a környezetszennyezés területén.

Olyan kémiai tudományos eredmények születtek, amelyek hozzájárultak a vegyipar kialakulásához. A kis vegyi üzemek korábban főleg a textilipar köré csoportosultak. A kémiai kutatások eredményeit felhasználó iparban, a vegyiparban, miután elkezdett új alapanyagokkal és új módszerekkel dolgozni, a kisüzemeket lassan hatalmas gyártelepek váltották föl. A szerves kémiai kutatások elősegítették az úgynevezett szerves vegyipar létrejöttét, az elektrokémiai ismeretek bővülése pedig a szervetlen vegyipar növekedését alapozta meg. Az elektrolízis segítségével különféle anyagokat állítottak elő (elemek és vegyületek), s ebben az időben állították elő először az újonnan felfedezett alumíniumot is, melynek technikai jelentőségét századunkban is tapasztaljuk. Szabadalmaztatták az első műanyagot, az úgynevezett Chardonne-műselymet. Ez volt a műanyagok előfutára.

Maybach, Daimler, Benz és Diesel munkásságának eredményeképpen létrejöttek a robbanómotorok, melyek a közlekedésben hoztak alapvető változásokat. Ekkor került a kőolaj, mint energiahordózó a figyelem központjába, majd az autó (15. kép) és a kőolajból készült üzemanyag meghódította az egész világot.

15. kép: Benz háromkerekű gépjárműve 1886-ban(Forrás: http://www.detnews.com)

Az elmúlt 100 év alatt a gépjárművek száma közel 1 milliárdra növekedett, aminek következtében a közlekedés a vegyipar mellett a legnagyobb környezetszennyezővé vált.

A fosszilis tüzelőanyagok felhasználása mellett a XX. században az atommagkutatás eredményeképpen megjelenik egy új energiaforrás, az atomenergia. Az olcsó energia, a közlekedés motorizációja, a vegyipar növekedése, az új tudományos eredmények és technikai találmányok termelésben való alkalmazása meggyorsította az ipar terjedését, és javította az áruellátást. A mezőgazdasági termelés növekedése, ill. az orvostudomány és a gyógyszeripar fejlődése az emberiség lélekszámának ugrásszerű növekedéséhez vezetett. Mindezek együttes hatására a környezetterhelés rendkívüli mértékben megnövekedett, és a XX. században globálissá vált.

A XX. században bekövetkezett, a globális változással összefüggésbe hozható események vázlatos összefoglalását adjuk meg az alábbiakban.

3.1.5.2. A globális környezeti problémák

A Homo Sapiens első környezetkárosító tevékenysége az erdők irtása volt. Ez a tevékenység végigvonult az emberiség történetén, és a XX. században soha nem látott méreteket öltött. Mivel a trópusi vidékeken maradtak meg jelentős erdőségek, az erdőirtás erre a területre tevődött át. Jelenleg Magyarország területének több mint 3/4-ét kitevő területű trópusi erdőt irtanak ki évente (~70 ezer km2). Ennek globális következményei vannak, hiszen jelentősen csökken az erdők által megkötött szén-dioxid mennyisége, amely hozzájárul az üvegházhatás fokozódásához. Napjainkban az erdőket nemcsak a fák kivágása pusztítja, hanem a levegő globális elszennyeződése is. A levegőszennyeződés szempontjából jelentős két antropogén tevékenység, a nem megújuló energiahordozók felhasználása és a gépjárműhasználat jelentősen növekedett (17. ábra).

17. ábra: Az autók számának növekedése a XX. században

A két tevékenység során olyan gázok (kén-dioxid, nitrogén-oxidok) keletkeznek, melyek a levegőben savakká alakulnak át, és savas esőket okoznak, s a növények leveleit károsítva, pusztítják az erdőket. A savas esőknek a talaj pH-csökkenése is lehet a következménye, mely elősegíti az oldhatatlan nehézfém-vegyületek oldódását és növényekbe kerülését. A közlekedés okozta levegőszennyeződés közvetlenül is jelenthet nehézfém- (Pb, Cd) terhelést a növények számára.

A levegőszennyező anyagok, ha bizonyos területen, hosszabb időn át, jelentős mértékben felhalmozódnak, ún. füstköd (szmog) alakulhat ki. Ez a jelenség, melynek két típusát ismerjük (London-típusú, Los Angeles-típusú), amellett, hogy fejfájást, nyálkahártya-irritációt, nehézlégzést okoz, hosszútávon komoly egészségkárosító hatást fejthet ki (16. kép).

16. kép: Los Angeles-típusú füstköd a San Fransiscoi-öböl fölött.(Fotó: Kiss Ferenc)

Az ipari forradalmat megelőző korokban a levegő szennyeződése nem volt jelentős, a XX. századra azonban tipikus globális környezeti problémává vált.^[13]

Ez elsősorban a növekvő energiafelhasználásnak, ill. a közlekedésben bekövetkező változásoknak köszönhető. A személy- és áruszállító autók számának növekedése mellett fokozódott a tengeri hajózás, és egy teljesen új közlekedési eszköz, a repülőgép is megjelent. A vasúti személy- és áruszállítás is fokozódott, azonban ebben az esetben a villamosítás miatt nem a közvetlen emisszió okozza a problémát. A felsorolt közlekedési módozatok mindegyikére jellemző, hogy hatalmas energiát használnak fel globális szinten, s ezt az energiát elsősorban fosszilis tüzelőanyagok felhasználásával nyerik, hasonlóan az ipari termeléshez. A fosszilis energiahordozók elégetése során a légkör oxigéntartalma csökken, miközben szén-dioxid-koncentrációja növekszik. A szén-dioxid-koncentráció növekedését a természetes szén-dioxid elnyelő források (pl. trópusi erdők) csökkenése is elősegíti. Ennek következménye az egyik legtipikusabb globális változás, hogy a légköri szén-dioxid-koncentráció a XIX. századi 280 ppm-ről a harmadik évezred elejére már több mint 370 ppm-re emelkedett. A szén-dioxid úgynevezett üvegházhatású gáz, azaz fokozza a légkör felmelegedését. Szintén ilyen hatású gáz a metán, melynek mennyisége a légkörben a rizstermesztés és az állattartás következtében az ipari forradalom időszakától napjainkig kétszeresére emelkedett.

Az 1930-as évektől kezdve egyre több halogénezett szénhidrogént állítottak elő és használtak fel, amely anyagokról szintén kiderült, hogy fokozzák az üvegházhatást. A légkör magasabb rétegeibe kerülve az ultraibolya sugárzás hatására elbomlanak, és a felszabaduló klór elősegíti az ózon katalitikus bomlását. Ennek következtében fokozódik az ultraibolya sugárzás és ezzel együtt a bőrrák (17. kép) előfordulása, ugyanakkor a növények terméshozama csökken.

17. kép: Bőrrák(Forrás: http://www.canlernet.nci.nih.gov)

A földművelésbe bevont terület nagysága egyre emelkedik az elmúlt 150 évben. A mezőgazdasági területek nagysága mintegy háromszorosára nőtt és jelenleg 1,5 x 1010 m2. A termelésbe bevont terület nagyságának növekedésével együtt járt a talajkárosító folyamatok nagymértékű növekedése. Egyes becslések szerint a talajdegradáció évente megközelítőleg 6 x 107 m2-t. Szintén nagy problémát jelent napjainkban a túlzott mértékű legeltetésnél bekövetkező elsivatagosodás.

Korábban nem ismert veszélyek is megjelentek a mezőgazdasági termeléssel kapcsolatban. Miközben csökkent a természetes anyagok felhasználása, egyre növekedett a különféle vegyszerek alkalmazása, mint pl. műtrágyák és növényvédő szerek. Ennek következtében a talajok összetétele kémiailag lényegesen megváltozott, ezért hosszú távon a talajok termőképessége csökkenhet. A vegyszerek által okozott közvetett, ill. közvetlen hatások következtében átformálódtak a természetes élőközösségek, mely egyes élőlények teljes kipusztulásával járt.

Láthattuk, hogy a vízszennyezés és az abból fakadó problémák végigkísérték az embert történelme folyamán. Az ipari fejlődés és a tudományos technikai forradalom következtében azonban újszerű terhelések jelentek meg. A műtrágyák és a különböző vegyszerek mezőgazdasági használata során nemcsak a talajok, hanem a vizek is szennyeződnek. Így pl. az ivóvíz nitrátosodásának a műtrágyázás a legfőbb okozója. Az ENSZ adatai szerint sok folyóban a nitrát-szennyeződés a megengedett érték két-, vagy háromszorosát is eléri. Nemcsak a műtrágyázás, hanem kommunális szennyvizekből a felszíni vizekbe jutó foszfor is az okozója az úgynevezett eutrofizációnak.

Egyes országokban komoly egészségügyi problémát jelent a szennyvíztisztítás hiánya. Ez a fejlődő országokban azt jelenti, hogy a lakosság több mint 75 %-a nem jut egészséges ivóvízhez. Szintén az ENSZ adatai szerint naponta kb. 25 ezer ember hal meg a tisztítatlan ivóvízből szerzett fertőző betegségek következtében.

A kőolaj fokozódó felhasználásával, és a tankhajókkal történő szállításával a II. világháborút követően a nagy tankhajó-katasztrófák egy új típusú vízszennyeződés előidézőivé váltak (18. kép).

18. kép. Az olajszennyeződés áldozata, egy fóka Wales partjainál (Forrás: http:// www.viewimages.com)

Az ipar egyre több mesterséges kémiai anyagot használ, melyek a felszíni vizekben is megjelennek.^[14]

A népesség ill. a városok számának és átlagos méretének növekedésével drasztikusan megnőtt a hulladék mennyisége is. Már nemcsak a fogyasztási javak megtermelése, hanem elfogyasztása is hulladéktermeléssel jár. Miközben a XX. század végén az emberiség lélekszáma elérte a 6 milliárdot, a világ éves hulladéktermelése ~1×109 t-ra növekedett. A műanyagok megjelenésével olyan új típusú hulladék képződött és került a talajba és a vizekbe, melynek a legtöbb fajtája nem képes a biogeokémiai körfolyamatban lebomlani.

Egy új energiaforrás, a nukleáris energia megjelenésével az ipar és a hadászat a környezet számára olyan veszélyes radioaktív hulladékot állít elő és juttat a környezetbe, amelyek elhelyezése és ártalmatlanítása rendkívül nagy gondot okoz világszerte.

Láthattuk, hogy a mezőgazdasági termelés növekedésével, ill. tökéletesedésével az ember egyre inkább arra törekedett, hogy valamely diverz (sok összetevőből álló) ökoszisztémát monokultúrával helyettesítsen. Az egymás után következő korok találmányai, felfedezései, tudományos eredményei egyre jobban szolgálták azt a célt, hogy a károsnak titulált fajokat kiirtsuk és helyükre a számunkra hasznos fajt telepítsünk, azaz egy sokszínű ökoszisztémát monokultúrával helyettesítsünk. A cél megvalósításához az utóbbi évtizedekben egyre több vegyszer és nagyhatékonyságú technikai eszköz áll rendelkezésünkre. Ennek napjainkra súlyos következményei lettek, hiszen jelentősen csökkent a fajdiverzitás és a genetikai diverzitás is, mert az egyszerű agrárrendszerek egyre nagyobb mértékben csökkentik a vadon élő fajok életterét és egyedszámát. Az ilyen emberi tevékenység következtében kipusztuló fajok, ill. génformák számát csak becsülni tudjuk. Például az erdőpusztítás következtében évente kihaló 4-6 ezer faj az emberiség megjelenése előtti átlagos kipusztulási arányának kb. tízszerese.

Mai ismereteink szerint, minél nagyobb egy ökoszisztéma diverzitása, annál nagyobb a fennmaradási esélye. Ebből az következik, hogy mindazon regionális és globális változások, amelyek a diverzitás csökkenését idézik elő, csökkentik a fennmaradási esélyeinket.

3.1.5.3. Kozmikus környezetszennyezés

A rakétatechnikának köszönhetjük, hogy emberek jártak a Holdon. Rakétákkal jutottunk a Holdra, a Naprendszer bolygóira és azok holdjaira űrszondákat küldtünk, és műholdakat juttattunk földkörüli pályára, melyek a mai információs technológia meghatározó részévé váltak. Az űrhajózás létrejöttével azonban az űr szennyezése is megkezdődött.

Az űrbéli hulladékokról az első adatokat az Amerikai Egyesült Államok világűrmegfigyelő-rendszere, a NORAD szolgáltatta. Eszerint 1957 óta, amikor az első mesterséges holdat pályára állították, mintegy 20 ezer – 5 cm-nél nagyobb – objektum került Föld körüli pályára. Azóta ezek több mint kétharmada megsemmisült, a többi kikerült a földi irányítás alól, és számos hulladék keletkezett. A Föld körül keringő űrszemét főképp a 800-1200 km közötti magasságban veszélyes az űrhajókra és a repülőgépekre, az űrállomásokra, továbbá a különféle műholdakra. Különösen veszélyesek az apró, 5-10 cm-es darabok, mert azokat a radar sem jelzi, és ezért nem kerülhetők el.

Nagy kérdés az, hogy vajon a tudomány és a technika haladásával kiterjed-e az ember pusztító tevékenysége a többi bolygóra is.

^[1] Amíg a vadászatban résztvevő emberek száma elenyésző volt a rendelkezésre álló vadak számához képest, a végtelen vadászmezők mítosza szilárdan állt. Amikor az éghajlati változások, vagy a vadászat tökéletesedése megtizedelte a vadállományt, ez a mítosz valószínűleg megingott. Hasonló eseményeknek vagyunk tanúi manapság is, hiszen a fogyasztói társadalom növekedés-mítosza meginogni látszik a rendelkezésre álló természeti erőforrások korlátozottságának felismerése következtében.

^[2] A királyokról vagy éppen egyes tudósokról annyit és annyit beszélünk, de a szamarakat a történetírók elfelejtik, holott az ókori Kelet gazdagsága legalább olyan mértékben a szamaraknak, mint az uralkodóknak köszönhető.

^[3]A római városokban gyakran ólomcsövekben vezették a vizet, s ennek súlyos következményei is lehettek (ólommérgezés).

^[4] Arisztotelész jelentőséget tulajdonított az eredeti természet és a technika szembenállásának. Véleménye szerint a kettő között a lényeges különbség az, hogy a természetüktől fogva létező dolgok önmagukban bírják a mozgás és nyugalom elvét, míg a művi termékek nem. Ma ezt úgy mondjuk, hogy a mesterséges dolgok nem illenek a természet körfolyamataiba.

^[5] A középkorban Magyarországon is törvények és királyi rendeletek szabályozták a termőterületek hasznosítását, illetve az erdők fáinak kivágását. Így pl. Zsigmond király 1405. évi és 1435. évi törvényei, és Ferdinánd 1568. évi erdőtörvénye a bányák körüli erdők kitermelését szabályozták.

^[6] A középkorban a taposómalom volt az emberi szenvedés egyik szimbóluma, ezért nevezték vérmalomnak. Szuszimalomnak is nevezték, mert a malom taposása közben az emberek erősen szuszogtak, és időnként pihenniük kellett. A napjainkban használt taposómalom, taposókerék kifejezés az egyhangú munkát, foglalkozást vagy munkahelyet jelzi. Forrás: http://www.kfki.hu/chemonet/hun/food/muzeum/szarvas/

^[7] Az 1300-as években a szélmalom és a vízszivattyú kombinálásával nemcsak a mezőgazdasági területek öntözését oldották meg, hanem a szélenergiával működő szivattyúk segítségével az Északi-tenger partvidékén csapoltak le és szárítottak ki parti sávokat.

^[8] A vízöblítéses WC-t már a középkor végén egy angol költő, Sir John Harington (újra) feltalálta, azonban az Erzsébet-kori Anglia higiéniai viszonyai között, a csatornarendszer hiányában senki sem foglalkozott vele. Végül később 1778-ban Joseph Bramach kezdte el árusítani a vízöblítéses WC-t.

^[9] Az ember környezetkárosító tevékenysége mellett jellemzőek a középkorban az ún. állatperek, azaz előfordult, hogy a püspökség a bogaraknak védőügyvédet rendelt ki az őket kiirtani igyekvő parasztokkal szemben. És természetesen előfordulhatott az is, hogy nem a parasztok nyerték a pert. (Forrás: Luck Ferry: Új rend: Az ökológia, Európa Könyvkiadó, 1992.)

^[10] Charhles Dickens: “A sivár ház” című elbeszélése jól bemutatja a XIX. századi viszonyokat.

^[11] Bár Voltaire (1694-1778) nem tekinthető természettudósnak, ő volt az, aki felhívta a figyelmet a civilizálódás okozta problémákra. Ő elsősorban író volt, akinek a nevéhez a társadalmi szerződés fogalma kapcsolódik, amelyre alapozva a francia forradalom megpróbált egy sajátos új rendet megalkotni, létrehozni.

Feltétlenül meg kell említenünk Rousseau (1712-1778) nevét is, akinek a „Vissza a természethez” kijelentést tulajdonítják. Írásaiban kifejtette: a civilizáció az emberiséget megrontotta, és ezért vissza kell térni egy olyan természetes állapothoz, melyet ő írásaiban idillinek festett le. Ezen kívül botanikai műveket is írt, melyek tulajdonképpen szép tájleírások is, ezzel nagyban hozzásegítette kortársait ahhoz, hogy a természetet az addigiaktól eltérően fontosnak tartsák.

^[12] A felvilágosodás korában, amikor ezen szellemi áramlat képviselői tulajdonképpen a Diderot (1713-1784) által szerkesztett enciklopédia köré csoportosultak, a tudomány területén is lényeges változások következtek be – annak ellenére, hogy ez a sok vitát kiváltó mű lényegében a gazdasági élet, a politika, a technika, az ipar, a termelés és a művészet kérdéseivel foglalkozott oly módon, hogy az olvasónak felvillantotta az ellentétes, illetve a dogmatikus állásponttal szembeni nézeteket is.

Annak ellenére, hogy az enciklopédisták nem voltak egységesek, sőt, rendszeres volt közöttük a nézetkülönbség, és komoly vitákat folytattak egy-egy témában, egy dologban egyetértettek: hogy a mechanikai világképről a szemléletet a naturalista világkép irányába kell formálni

^[13] Magyarországon is jelentkezett a magas kéntartalmú szenek égetéséből származó kén-dioxid-szennyezés, illetve a nagyvárosok levegőjében egyre több volt a szén-dioxid, szénmonoxid és a por. 1874-ben Budapest levegőjében már mérték a szén-dioxid-, az ammónia- és a portartalmat Fodor József vezetésével.

^[14] A vizeink védelméről szóló első magyarországi törvény az 1840-ben született X. tc. 14. §. kimondja, hogy „Az, aki a vizek ágyába földet vagy trágyát hord, abban kendert áztat, 100 forinttal, vagy egy hónap áristrommal büntethető.”

5. fejezet - 4. Napjaink környezeti problémái

Tartalom

4.1. Túlnépesedés, termelés és környezetminőség

4.2. A levegőszennyezés és következményei

4.3. A légkör globális problémái

4.3.1. Az üvegházhatás
4.3.2. Az ózonprobléma
4.3.3. A savas esők

4.4. A talajt érő károsító hatások

4.5. A vizek szennyezése

4.6. A biodiverzitás csökkenése

4.1. Túlnépesedés, termelés és környezetminőség

Láttuk, hogy a környezet szennyezése és rombolása szinte egyidős az emberiség történetével. Mértéke akkor kezdett növekedni, amikor fajunk kb. 10 000 évvel ezelőtt kezdett fölhagyni a vadászó-gyűjtögető életmóddal, és áttért a földművelésre. Népességünk jelenlegi nagy száma tulajdonképpen alapvetően ennek köszönhető. A népesség növekedése jelentősen befolyásolja a környezetterhelést, ezért az alábbiakban áttekintjük főbb jellegzetességeit.

Meg kell állapítani, hogy az emberiség története a többi fajhoz képest nagyon fiatal. A vadászat és a gyűjtögető társadalmak tanulmányozása alapján feltárul, hogy az emberiség a földművelés és az állattartás előtt csupán néhány millió emberből állt. A nagyobb és biztonságosabb táplálékellátás a mezőgazdasági termelés révén tette lehetővé, hogy i.e. 5000 évvel az emberiség lélekszáma megközelítse az 50 milliót. Évezredeken át az emberiség száma csak lassan emelkedett, és Krisztus idején is csak 300 millió ember élhetett, amit archeológiai adatok és történelmi leírások erősítenek meg. A középkorig az emberi populációt a betegség, az éhínség és a háborúk azon keresztül szabályozták, hogy legtöbb ember számára az élet rövid és bizonytalan volt. Mint ismert, hogy számos korábbi társadalom a populáció számát mesterséges tilalmakkal és embertelen eljárásokkal, mint pl. a gyermekgyilkosság szabályozták. A természetes populációszabályozások legkegyetlenebbjei között szerepelt a "bubópestis", ami 1348 és 1650 között néhány alkalommal végigsöpört Európán. A legkegyetlenebb pestises évek 1348 és 1350 között voltak, amikor Európa lakosságának egyharmada elpusztult, bár ez a populációnövekedést hosszú időre nem csökkentette, mivel 1650-re, az utolsó nagy pestises évre, a Föld lakossága 600 millióra tehető.

A humán populációk gyors növekedése 1600-as években kezdődött el, amelyet számos tényező együttes kedvező hatása eredményezett. A fokozódó hajózási és navigációs ismeret fokozta a népek közötti kereskedelmet és kommunikációt. A mezőgazdaság fejlődése, a jobb erőforrások és a gondosabb egészségügyi és higiéniás ellátás fontos szerepet töltött be. Jelenleg a növekedésnek az exponenciális, vagy „J” alakú görbéje ismert. Fontos kérdés, hogy ez az exponenciális növekedés fokozódik-e addig, amíg túllépjük a környezetünk eltartó képességének határait és ezek az események, ha nem teszünk semmit katasztrófát idéz-e elő, vagy a populációszám stabilizálódik egy tűrhető (tolerálható) szinten? Szerencsére vannak tények, amelyek alapján a populációs növekedés már lelassult, de elég hamar elérjük azt a dinamikus egyensúlyt, és van remény arra, hogy hosszú időn át fenntartható állapot keretében a népesség számát stabilizáljuk.

Mivel az ember tudattal rendelkező társadalmi lény, képes a természet törvényeit ellesni, megismerni és alkalmazni. A természeti erőknek csak részben kiszolgáltatott, azokat gyakran saját létfeltételeinek javítására tudja felhasználni, azaz környezetét jelentősen át tudja alakítani. Céltudatosan cselekvő volta alkalmazkodó képességét felerősíti, technikai eszközei segítségével saját faján belül a biológiai szelekciót a minimálisra csökkenti, így nagymértékben elszaporodik.

18. ábra: A népesség növekedésének mérföldkövei (növekedési ráta %/év).

A Föld népessége a XVIII. század végéig lassan, fokozatosan emelkedett. A XIX. század elejére érte el az 1 milliárdos értéket, majd a XX. század első negyedére a 2 milliárdot. A I. világháború után a növekedési ütem hol jelentősen megugrott, hol pedig mérséklődni látszott (18. ábra).

Az 1970-es években több borúlátó előrejelzés is napvilágot látott, 2000-re a Föld várható népességét 7 milliárd főre becsülték, ami a többi tényező kedvezőtlen alakulása mellett a civilizáció összeomlását idézheti elő a XXI. században. E borúlátó jóslatokkal szemben az ENSZ 1996-ban közzétette a Demográfiai Bizottság jelentését a Föld népessége várható alakulásáról 2050-ig, melyben a gazdasági növekedés ütemétől függően háromféle népességnövekedési rátával számolt (19. ábra). Mint a táblázatból kitűnik az előrejelzés szerint 2050-re a várható népesség 8-11 milliárd fő lesz, alacsony növekedési ráta esetén 2040 után a népesség fogyásnak is indulhat.

A napjainkban jelentkező élelmezési gondok oka a termelés és az elosztás egyenlőtlen volta. Míg a fejlett országokban több élelmet fogyasztanak a szükségesnél és sokan súlyfelesleggel küszködnek, addig a szegényebb országokban, a Föld lakóinak kb. 15%-a nem jut elegendő táplálékhoz. A Föld eltartó képességét mezőgazdasági oldalról megközelítve nagyjából maximum 48 milliárd ember tartható el.

19. ábra. A Föld népességének várható alakulása (milliárd fő)

Az eltartó képességet azonban meg lehet közelíteni ökológiai oldalról is. Az ember az első élőlény, amely az eltartó képességet aktívan tudja befolyásolni, ez figyelhető meg az emberiség egész eddigi történelme során. A népesség jövőbeni alakulására vonatkozóan a kutatók véleménye különböző, négy alapmodellt dolgoztak ki (20. ábra), pillanatnyilag nem tudni melyik fog a jövőben megvalósulni:

Az optimista modell szerint a gazdaság és az eltartó képesség a jövőben együtt fog nőni, mivel a felmerülő problémákat mindig meg tudják majd oldani, az eltartó képesség növekedésének a jövőben sem lesz akadálya (hasonlóan a korlátlan növekedésű populációkhoz).
Léteznek olyan elképzelések is, melyek szerint a logisztikus növekedési görbe realizálódik, vagyis a népesség és a gazdaság nagysága egy adott szintig növelhető, de utána nem, mert a természeti erőforrások végesek, a Föld eltartó képessége pedig korlátos.
Egy harmadik modell szerint az eltartó képesség hullámzó szinuszos összefüggést mutat és ezzel harminokusan szintén így változik a gazdaság fizikai nagysága is (hasonlóan a ragadozó-zsákmány görbéhez). Ebben az esetben is az eltartó képesség korlátos, de ingadozást mutat.
A negyedik az un. katasztrófa modell szerint ahogy a népesség és a gazdaság fizikai nagysága nő, úgy az eltartó képesség rohamosan csökkenni kezd. Egy pontot elérve az egész emberi populáció összeomlik (hasonlóan a gradáló populációkra jellemző forráshasznosítási görbéhez).

20. ábra: Modellek a népesség és az eltartó képesség alakulására

Ha a környezetminőség és a termelés összefüggéseit vizsgáljuk (21. ábra) azt láthatjuk, hogy ameddig az anyagi javak kihasználtsága kicsi, addig az ebből származó környezetváltozás, vagyis a környezeti javak kihasználtsága is kicsi. Tulajdonképpen ez a folyamat volt jellemző az 1950-es évekig. Ahogy nő az anyagi javak kihasználtságának mértéke, vagyis egyre jobban felhasználjuk a természeti erőforrásokat és egyre több terméket állítunk elő, úgy a környezeti javaknak drasztikus csökkenése következik be, mely drága termeléshez vezet. Ma már ott tartunk, hogy a világ több országában bevezették a környezetterhelési és a termékdíjat.

21. ábra: A környezeti javak és a termelés, valamint a GDP és a szennyezés mértékének kapcsolata

Napjainkban szoros kölcsönhatás van az adott ország gazdasági fejlettsége és a környezetvédelme között. Azok az országok, amelyek gazdagok és magas technikai színvonalat érnek el, többet tudnak áldozni a környezetük védelmére is. Azok az országok rendelkeznek környezetszennyező technológiákkal, amelyek szegények.

A modellek elemzése után úgy tűnik lehetséges technikai fejlődés anélkül, hogy ez a környezet aktív károsítását tovább növelné. Hatékonyabb gazdasággal, környezetkímélő technológiák bevezetésével a növekedés és a környezetszennyezés különválasztható. Ez fogja a jövőbeni társadalom reményeit és fenntartható megélhetését biztosítani.

4.2. A levegőszennyezés és következményei

A különböző emberi tevékenységek következtében a Föld légkörében nagymértékben megnövekedett azon gázok mennyisége, amelyek egészségkárosító és éghajlatot befolyásoló hatását napjainkra ismerték csak fel.

A Föld éghajlata az egyes földtörténeti korok során folyamatosan és számottevően változott, eljegesedések és felmelegedések váltakozása jellemezte. Az elmúlt 150 000 évben szinte megszakítás nélkül a mai klímánál hidegebb volt. Az elmúlt néhány évszázadra jellemző hőmérsékletváltozást (22. ábra) egy középkori meleg, majd egy a XXI. század kezdetéig tartó hűvösebb időszak jellemezte.

22. ábra: A légkör globális hőmérsékletének változása az elmúlt évszázadok során

A levegőbe jutó un. üvegházgázok (szén-dioxid, dinitrogén-oxid, halogénezett szénhidrogének, metán) koncentrációja az emberi tevékenység hatására folyamatosan emelkedik. Ezek fokozzák az amúgy természetes üvegházhatást, minek következtében az utóbbi 100 évben az átlaghőmérséklet 0,8 °C-os emelkedése következett be.

A felmelegedés mértékét a XXI. század közepére 1,5-4,5 °C-ra becsülik, mely azonban nem egyenletesen érintené a Földet (23. ábra), a mérsékelt övi területeken 1-2 °C, a sarki területeken viszont elérheti a 10-12 °C–ot. Következményei a sarki jégtáblák olvadása, a világtengerek vízszintjének emelkedése, a gyakoribb aszályok és árvizek, hosszú távon az éghajlati övezetek eltolódása lesz.

23. ábra: Becsült klímaváltozások 2030-ra

A légkör szén-dioxid tartalmának a növekedését elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének tulajdonítják, melyhez hozzájárulnak az erdőterületek csökkenése és az intenzív mezőgazdasági művelés következtében jelentkező hatások.

A veszélyt fokozza, hogy a szén-dioxid mellett más üvegházhatású gázok mennyisége is jelentősen növekszik a légkörben. Az utóbbi évtizedekben a halogénezett szénhidrogének kibocsátásának csökkentése érdekében számos technológiai módosítást eszközöltek, a metánkoncentráció növekedésének (24. ábra) pontos oka azonban még ismeretlen.

24. ábra: A légkör metánkoncentrációjának változása

Az 1992. évi Rio de Janeiróban megtartott környezetvédelmi világkonferencián kidolgozták az Éghajlatváltozási Keretegyezményt, majd 1997-ben elfogadták a Kyotói jegyzőkönyvet, melyben az aláíró országok már határidőkkel számszerűsített kibocsátás-csökkentést vállaltak az üvegházhatású gázokra vonatkozóan.

25. ábra: A vízi szervezetek érzékenysége a csökkenő pH-ra édesvizekben

A légkör összetételében az elmúlt évszázadok során végmenet leglátványosabb tünete a csapadék savasságának növekedése, amelyet az antropogén forrásból származó kén- és nitrogén-vegyületek okozzák. Ezen szennyezőanyagok döntő része a Föld viszonylag kis területéről, Észak-Amerika és Európa erősen iparosodott régióiból kerül a légkörbe, így a savas ülepedés is elsősorban ezeket a területeket károsítja.

A savas esők savanyítják a felszíni vizeket, megváltoztatják a talaj kémhatását, mely az élővilág pusztulásához vezethet (25. ábra). Ugyanakkor a savas eső közvetlenül is károsítja az élőlényeket és az emberi létesítményeket egyaránt. A veszélyek elkerülésének módja az emisszió-csökkentés, melyre a Helsinki Egyezmény (1985) értelmében az aláíró országok kötelezettséget is vállaltak.

A tudósok az utóbbi évtizedekben figyeltek fel az ózonréteg elvékonyodására, melynek okaként elsősorban a halogénezett szénhidrogénekből keletkező igen reakcióképes gyököket teszik felelőssé. Az ózonréteg elvékonyodása következtében nő a földfelszínre lejutó káros UV-sugarak aránya, amelyek az élő és az élettelen természetben egyaránt káros folyamatokat indítanak el. 1989-ben lépett életbe a Monteráli Egyezmény, amely a halogénezett szénhidrogének felhasználásának csökkentését tűzte ki célul. Az elkövetkező fejezetben az említett környezeti problémák részletezésére kerül sor.

4.3. A légkör globális problémái

A globális környezeti változások körét áttekintve, napjainkban talán a legnyilvánvalóbb világméretű problémák a légkörhöz kapcsolódnak. Ennek oka, hogy a levegő a legkönnyebben mozgó szállító közeg, benne gyorsan, nagy távolságra és terjedésben csak alig korlátozva terjedhetnek az anyagok. Amíg például a víz esetében a gravitáció alapvetően meghatározza a mozgási irányokat, addig a levegőbe kerülő szennyezések általában méretüknél (pl. az aerosol-részecskék 10-0,01 mm) vagy halmazállapotuknál (gázok, gőzök) fogva gyakorlatilag bárhova elszállítódhatnak. Ennek egyik fontos következménye, hogy a légkörbe kerülő szennyezést nem feltétlenül a kibocsátó „élvezi”. Egy másik következmény, hogy a hosszú légköri tartózkodású légszennyezők elkeveredve a levegőben globális léptékűvé változtatják a helyi és regionális hatásokat. Jól ismert, hogy az atomrobbantások során a légkörbe került sugárzó anyagok szerte a világon megjelentek. Például a csernobili katasztrófa hatása is néhány hét alatt kimutatható volt a teljes északi féltekén.

A különböző típusú szennyeződések eltérő hatásokat generálnak a légkörben. A napjaink legsúlyosabb légköri problémájának tartott üvegházhatás talán a legtipikusabb globális környezeti probléma, amely az óceánokat és a szárazföldeket is érinti, hatásai az egész Földre kiterjednek, ezért ezzel foglalkozunkk a legrészletesebben. Az ún. ózonprobléma globális, következményeinek léptéke ugyan elmarad az előbbitől, de sokáig úgy nézett ki, szinte „bármelyik pillanatban” átveheti a „főszerepet”. A savas esők inkább regionális problémaként jelentkeznek, földrésznyi következményeik miatt azonban joggal sorolhatóak a globális problémák közé.

4.3.1. Az üvegházhatás

4.3.1.1. Lényege és kialakulásának okai

A Föld légköre egyfajta energiacsapdaként működik, ahhoz hasonlóan, amint az üvegházak is. De mi ennek a lényege?

A légkört alkotó gázok tulajdonságuknak megfelelően nem minden sugárzást engednek át: hullámhosszuktól függően egyeseket visszavernek, van, amit elnyelnek, s vannak olyanok, amelyeket továbbengednek. Jól látható (26. ábra), hogy az igen rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzást (így például a röntgensugárzást), vagy az UV-sugárzás nagyobb részét a légkör nem, vagy csak korlátozottan engedi tovább, míg a Nap sugárzásának jelentős részét kitevő fénysugárzást szinte akadálytalanul keresztülbocsátja. A felszínre érkező sugárzás azonban – az ott lévő anyagokkal kölcsönhatásba kerülve – hosszú hullámú hősugárzássá alakul (ezt érezhetjük a bőrünkön is), amit már csak kevéssé enged át a légkör (lásd 26. ábrán a Föld kisugárzási tartományát). Az így keletkező hőtöbblet az, ami az élet számára kedvező feltételeket teremtett és teremt bolygónkon. A számítások szerint nélküle mintegy 33°C-kal alacsonyabb, azaz hozzávetőlegesen –18°C lenne Földünk hőmérséklete. (A Vénuszon a nagy gáztartalom 480°C körüli állandó hőséget eredményez, míg a Marson lévő igen ritka légkör miatt ott nem tud az üvegházhatás kellően érvényesülni, és napjainkra ott tartós hideg alakult ki.)

26. ábra: A légkör áteresztőképessége a hullámhosszak függvényében

Az elmúlt évmilliók során egy igen törékeny, egyensúlyközeli állapot alakult ki bolygónkon, melyben a légköri gázok mennyisége, arányai azt eredményezték, hogy a Föld középhőmérséklete csak szűk tartományban változott (az elmúlt 500 millió évben a maitól legfeljebb kb. ± 6°C-kal tért el). Az emberi tevékenység azonban az utóbbi 200–250 évben egyre fokozódó mértékben alakítja a légkör összetételét, a legfontosabb üvegházhatású gázok mennyiségét (4. táblázat). Azt, hogy az üvegházhatásnak, illetve ezen keresztül az emberi tevékenységnek milyen jelentősége is lehet életünkre, csak néhány évtizede ismerték fel. Bizonyítja ezt, hogy lexikonjaink (köztük a hatkötetes Természettudományi Lexikon is) még az 1970-es években sem szerepeltetik címszóként. Megjegyzendő ugyanakkor, hogy az 1970-es évek második felében több világmodell már utal következményeire.

Üvegházhatású gáz	CO₂	CH₄	N₂O	CFC-11	CFC-12
Koncentráció az iparosítás előtt	278 ppm	700 ppb	275 ppb	0	0
Jelenlegi koncentráció (2008)	385 ppm	1776 ppb	320 ppb	249 ppt	538 ppt
Hatékonysági potenciál^[a] (CO₂=1)	1	25	310	3800	8100
Légköri tartózkodási idő (év)	50–200	12	114	45	100
^[a] Az egyes üvegházgázok molekuláinak melegítő potenciálját a CO₂-molekulával szokták összehasonlítani. (Az értékek különböző időtávokon vizsgálva módosulhatnak.)

3. táblázat: A fontosabb üvegházhatású gázok szerepe és antropogén hatású változása (a vízgőz nélkül) (Forrás: IPCC 2007 adatai felhasználásával)

Ha fontosság szerint sorba vesszük az üvegházhatás kialakításában résztvevő gázokat, akkor a legjelentősebb a vízgőz! Mivel azonban a hozzávetőlegesen 13 billió tonna vízgőz mennyisége alig emberfüggő, hatásaival eddig kevésbé foglalkoztak. Tény azonban, hogy a felszín és a növényzet átalakításával, az öntözéssel, a jéggel borított felszínek (közvetett hatásra bekövetkező) csökkenésével stb. az eddig nem jelentős emberi befolyásoltság a vízgőz esetében is változhat.

Kezdetben csak a szén-dioxidot tartották üvegházhatású gáznak, ma már tudjuk, hogy más kisebb koncentrációjú, főként 8–12 mm hullámhossztartományban abszorbeáló gázok is részt vesznek a folyamatban. Tudománytörténetileg érdekes, hogy Furier (a neves matematikus) már 1824-ben felvetette e gáz szerepét, majd a 19. század végén Arrhenius már kiszámolta, hogy a légköri CO₂-szint megduplázódása mintegy 4-6°C-os hőmérsékletnövekedést okozna. Neumann János légköri modelljében (1955) már szintén utal az antropogén éghajlati változásra.

A levegő CO₂-tartalmának átfogó mérése az 1957/58-as Nemzetközi Geofizikai Év keretében a Revelle kezdeményezésére indított vizsgálatokkal kezdődött (az általa vezetett oceanográfiai intézetben ugyanis rájöttek, hogy a világtengerek nem képesek korlátlanul elnyelni ezt a gázt). Az 1990-es évtized során a műszeres vizsgálatok már lehetővé tették, hogy (antarktiszi és grönlandi jégminták gáztartalmának elemzésével) régebbi időszakokra is elvégezzék a méréseket.

A hosszabb időszakra kiterjesztett értékelések azt mutatják, hogy a múltban is voltak számottevő ingadozások, ezek azonban mindig egy tartományban (az utóbbi 400 ezer év során 180 és 280 ppm^[15]* között) maradtak, és szoros kapcsolatban voltak a klímaváltozásokkal. A CO₂ mennyisége még az 1800-as évek elején is csak 280 ppm volt, az ezredfordulón pedig már meghaladta a 370-et, azaz harmadával nőtt, amelynek nagyobb része az utóbbi ötven év alatt következett be (27. ábra). Komolyan elgondolkodtató lehet ebben a növekedésben, hogy az egyre növekvő értékek már túllépnek a korábbi – tisztán természeti okokra visszavezethető – változások mértékén. A változások eredetét vizsgálva megállapítható, hogy a CO₂ természetes forrása az élővilághoz kapcsolódó légzés, illetve a szerves anyagok bomlása, antropogén forrása pedig a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, az erdőégetés, az erdőhiány miatti lekötés csökkenése és a mészkőfelhasználás. Az utóbbi három évtized részletes adati jól mutatják nemcsak az egyes üvegházgázok mennyiségi alakulását, de a szén-dioxid esetében megfigyelhető a bioszféra évszakos hatása is. Ez okozza ugyanis a változásban jelentkező hullámzást (28. ábra), amiatt, hogy az északi és a déli félgömb szárazföldjeinek (így az ott levő növényzet) kiterjedése jelentősen különbözik.^[16] Egyes becslések szerint az ezredfordulón évente 20 milliárd tonna széndioxidtöbbletet eredményeztek a fosszilis energiahordozók, további 4-7 milliárd tonnát az erdőégetések. Bár ez a tetemes mennyiség csak kb. 4%-a a biológiai körforgalomban részt vevő mennyiségnek, mégis jelentős. Hatására 3 évenként mintegy 1%-kal csökken a kisugárzás.

27. ábra: A CO₂ és CH₄ koncentrációjának változása a légkörben az utóbbi400 ezer év során és a várható alakulás(Forrás: Pedersen, T. 2000 és IPCC)

28. ábra: A légkör legfontosabb üvegházgázainak koncentrációváltozása az utóbbi harminc évben (Forrás: NOAA/ESRL)

A metán (CH₄) esetében még a szén-dioxidnál is gyorsabb, emberi hatástól függő növekedés figyelhető meg, ugyanis az elmúlt 200 évben mintegy kétszeresére nőtt. Bár koncentrációja jóval kisebb (közelít az 1,8 ppm-hez), hatékonysága miatt különös figyelmet érdemel: egy metán molekula 25-ször, tömegét tekintve, pedig 95-ször hatékonyabb, mint a „fő ellenségnek” tartott CO₂. Hosszú léptékű változása a szén-dioxidhoz hasonló, és napjainkra ugyanúgy ki is lép a természetes ingadozási tartományból, mint az előbbi, de szerencsére növekedési üteme az utóbbi másfél évtizedben csökkeni látszik (28. ábra). A metán természetes keletkezési módja a bomlás és a fermentáció (erjedés), antropogén forrása pedig a rizstermelés (a vízborítás miatti rothadás), a bányászat és az ipar. (Érdekességként megemlíthető, hogy ausztrál tudósok – az üvegházhatású gázok problémáját felismerve – szérumot fejlesztettek ki a szarvasmarhák és juhok bélgázainak csökkentésére, ugyanis ezek Ausztráliában évente kb. 60 millió tonna CO₂-nek megfelelő metánt „termelnek”.) A metán szerepe lényegesen megnőhet, ha a globális felmelegedés hatására a sarkvidéki területek talajából vagy a világtengerekből felszabadulnának az ott lekötött metánhidrátok. (6,5 billió tonnára becsült összes mennyiségük óriási kockázatot jelent, de kiszabadulásának lehetőségéről egyelőre megoszlik a tudósok véleménye.)

A nitrogén-oxidok (főként a N2O) szintén jelentős szerepet kaphatnak a fokozódó üvegházhatásban. Antropogén forrásuk a közlekedés, a fosszilis tüzelőanyagok és a biomassza égetése, valamint a legfontosabb termésfokozó nitrogénműtrágyák.

A freonok (freon 11: CFCl₃, freon 12: CF₂Cl₂) hosszú légköri tartózkodási idejük és igen hatékony szerepük (4. táblázat) miatt az üvegházhatás fokozódásában is jelentős veszélyt jelentenek. A gázok „karrierjüket” mint kémiailag veszélytelen hajtógáz, hűtőközeg főként az 1950-es és 1980-as évek között futották be. Később veszélyességük bebizonyosodott nemcsak az üvegházhatás fokozásában, hanem főként az ózonréteg roncsolásában. Bár használatukat nemzetközi egyezmények korlátozzák, a fejletlenebb régiókban ma még nehéz hatékonyan fellépni alkalmazásuk visszaszorítása érdekében.

Az üvegházhatást fokozó további gázok között említést érdemelnek még a kén-hexaflourid, a felszínközeli (troposzférikus) ózon, a szén-monoxid. Keletkezésük jórészt az iparhoz és a közlekedéshez kötődik.

A földi üvegházhatásért főként a fenti gázok a felelősek, feltűnő azonban, hogy szerepük más súlyú a jelenlegi kibocsátási arányokban, illetve a felmelegedésben (29. ábra). Ennek oka, hogy az egyes gázok légköri tartózkodási ideje igen különböző (4. táblázat). Így azután, amíg a jelenlegi kibocsátásban már a CFC-k szerepe elenyésző (köszönhetően a szigorodó ózon-egyezményeknek), szerepük hosszú éveken keresztül még nem változik abszolút értékben, bár relatív súlyuk csökken (5. táblázat). Ez is mutatja, hogy milyen fontos a beavatkozási időpont, ahogyan arra a Meadows-modellben felhívták a figyelmet. Azaz egy megkésett beavatkozás egy kedvezőtlen folyamatba, már nem biztos, hogy meghozza a hozzá fűzött reményeket.

27. ábra: A fontosabb üvegházgázok arányai (egyenértékre átszámolva)a kibocsátásban (A) és a légkör felmelegítésében (B) 2007-ben

(Forrás: IPCC és a NOAA/ESRL adatai alapján)

Év	CO₂	CH₄	N₂O	CFC-12	CFC-11	10 minor	Összesen	1990=1
1980	1,056	0,422	0,100	0,094	0,041	0,032	1,745	0,81
1990	1,291	0,472	0,127	0,152	0,065	0,062	2,168	1,00
2000	1,511	0,494	0,151	0,171	0,066	0,079	2,473	1,14
2007	1,707	0,497	0,168	0,170	0,062	0,088	2,693	1,24

4. táblázat: Az egyes üvegházgázok számszerű szerepe a globális melegedésbensugárzási egyenértékben (W/m2)(Forrás: NOAA/esrl)

A mai légkörben a vízgőzön kívüli összes üvegházgáz mennyisége a légkörnek kevesebb, mint 400 milliomod része, mégis, ennek megváltoztatásával jelentősen veszélyeztetjük Földünk klímájának tízezer éve kialakult stabilitását. Az is jól látható a 29. ábrapáron, hogy minden tekintetben a CO₂-é a vezető szerep: a 2007. évi teljes kibocsátásban 76,7%-kal részesedik (56,6% fosszilis energiahordozók, 17,3% erdőirtás).

4.3.1.2. A Föld sugárzási egyenlege

A Föld sugárzási egyenlege

A Napból érkező rövidhullámú sugárzás 30%-a rövidhullámú sugárzásként visszaverődött (25% a légkörről és a felhőzetről, 5% pedig a felszínről), 70% pedig hosszúhullámú sugárzássá alakult (25% a légkörben, 45% a felszínen). A hosszúhullámúvá alakult energiából 16% közvetlenül a földfelszínről, a többi pedig a légkörből sugárzódott vissza a világűrbe (30. ábra).

30. ábra: A Föld sugárzási egyenlege^[17] (Forrás: Iowa State University 2000)

A klímaváltozásokkal foglalkozó kutatások nehézsége, bizonytalansága többek között abban van, hogy nagyon nehéz megbecsülni az egymással ellentétesen ható folyamatok nagyságát. Jellemző példa lehet erre, hogy a fokozódó légszennyezéssel növekvő légköri aeroszol-részecskék, illetve a következményként jelentkező nagyobb felhőképződés egy ideig kompenzálta, később pedig tompítja az egyre növekvő üvegházgázok hatását (31. ábra). Ugyanígy a területhasználati változások (32. ábra) nyomán bekövetkező erősebb visszasugárzás, más néven albedóváltozás is a légkör felmelegedése ellen hat. A 31. ábrán jól megfigyelhető, hogy az üvegházhatással „szemben dolgozó” folyamatok (a növekvő légköri aeroszol és az albedóváltozás) mintegy 30–40 évig elfedték annak szerepét. Ezért volt az, hogy csak az 1970-es évek végétől ismerték fel tényleges hatását, és pontos veszélyét még a szakemberek is csak az 1990-es évek eleje óta tudják meggyőzően alátámasztani.

31. ábra: A Föld átlaghőmérsékletének alakulása 1880 óta

(Forrás: IPCC)

Jelmagyarázat: 1: csak az üvegház gázok alapján, 2: a mért, azaz az aeroszol és az üvegház gázok együttes hatására, 3: az 1860–1960-as évek átlaga.

32. ábra: A területhasználat változása a Föld különböző régióiban (Forrás: IPCC)

A Meteorológiai Világszervezet és az ENSZ Környezeti Programja (UNEP) kezdeményezésére alakították meg 1988-ban az Éghajlatváltozási Kormányközi Testületet (IPCC). Célja, hogy elemezze az emberi tevékenység által kiváltott, klímaváltozással kapcsolatos kutatási eredményeket. Az IPCC önálló kutatásokat nem végez, hanem a világ tudósai által feltárt tudományos eredményeket összegzi. A testület által 1990-ben közzétett első jelentés még kellően óvatosan fogalmazott (bár is így kétségtelenül volt szerepe volt az 1992-es riói klímaegyezményben), s ezt kihasználva a klímaváltozást tagadók (és a mögöttük álló multinacionális energialobby) jelentős ellentámadásba kezdtek. A mind nagyobb tudományos bázison készülő következő jelentések (1996, 2001, 2007) azonban nemcsak meggyőzték a kétkedők zömét a folyamatban levő klímaváltozásról, de a kutatások hitelességét elfogadva 2007-ben Béke Nobel-díjjal ismerték el tevékenységét (Al Gore egykori amerikai alelnökkel megosztva). Kiskönyvtárnyi terjedelmű jelentéseik összeállításán több ezer tudós dolgozik, s eredmények ismertetése meghaladná tananyagunk lehetőségeit, de bárki számára elérhetőek.^[18] Fontos megemlítenünk, hogy a legújabb jelentés, már nem csupán a felmelegedés környezeti vonatkozásaival foglalkozik, hanem a társadalmi-gazdasági következményekkel is. Jelen fejezetben ezek közül csak az éghajlati következményekkel foglalkozunk.

A nap- és a földsugárzás kialakult egyensúlyát módosító tényezőket az éghajlati rendszerre ható sugárzási kényszernek nevezzük. Az egyes légköri összetevők szerepét ma már nagy pontossággal meg tudják határozni (5. táblázat). Az egyensúly megbomlása után egy új egyensúly kialakulásához az éghajlati rendszernek jelentősen eltérő időre van szüksége. Így például a légkör alsó 10 km vastagságú rétegének igazodási ideje 1 hónap körül van. A víz nagyobb hőkapacitása miatt az óceánokban ez akár évtizedekig vagy évszázadokig is eltarthat. Sugárzási kényszer oka lehet természetes vagy antropogén eredetű. A természetes kényszerek lehetnek Földön kívüliek (pl. a 11 éves napfolt ciklus sugárzási kényszere ±0,2 W/m2) vagy földi eredetű (a vulkánosság légkörre gyakorolt hatása). Az emberi tevékenység az ipari forradalmat követően vált éghajlat átalakító tényezővé. A kutatások ma már meghatározhatóvá tették a sugárzási kényszer pozitív és negatív összetevőit, azok nagyságát és egyértelműen bizonyítják a pozitív sugárzási kényszert, melynek mértékét 1,6 W/m2-re becsülik (33. ábra). (Az ábrán kékkel ábrázolt összetevők azok, amelyek a jelenleg zajló felmelegedési folyamat ellen hatnak.)

Egy-egy, néhány tízévente bekövetkező nagyobb vulkáni kitörés azonban akár 1–2 évre is felülírhatja ezt a folyamatot (34. ábra). A legutóbbi két nagy ilyen kitörés a mexikói El Chichon (1982) és a fülöp-szigeteki Pinatubo vulkánokhoz köthető (1991), melyek legnagyobb hatását -3 W/m2-re becsülték és szerepük majdnem két évig érezhető volt.

33. ábra: A földi sugárzási kényszer (SK) tartósabb összetevői (IPCC 2007)

34. ábra: A légkör áteresztőképességének változása Hawaii szigetén 1964–2006(Forrás: NOAA)

A következő alfejezetekben sorra vesszük, milyen területeken tapasztalhatjuk a növekvő sugárzási kényszer hatásait.

4.3.1.3. A légkör felmelegedése

A részletes mérések egyre meggyőzőbben támasztják alá a Föld alsó légkörének felmelegedését, aminek mértékét az utóbbi másfél évszázad alatt mintegy 0,8°C-ban határozták meg (35. ábra). A hőmérsékletadatok különböző időtávokban is érzékeltetik a felmelegedési folyamatot. Ha az utóbbi ezer év adatait vizsgáljuk látható, hogy ezen az időskálán is egy (ez idő alatt) – nem tapasztalt felmelegedési szakaszban vagyunk, amikor a hőmérsékleti szélsőségek is csökkennek (36. ábra).

35. ábra: A globális felszíni hőmérséklet alakulása éves és tízéves átlagok alapján 1880–2000

36. ábra: A Föld felszíni középhőmérsékletének változása az utóbbi ezer év során,illetve különböző előrejelzések a 21. század végére (Forrás: IPCC)

Ha ezen belül az utóbbi 150 év adatait elemezzük, szemmel is jól látható a felmelegedési folyamat. Ha ugyanis ezen időszak legmelegebb ötven évét sorrendbe rakjuk, abban az „élcsoportban” az utóbbi két évtized értékei dominálnák. Még látványosabb, ha a hőmérsékleti trendeket is értékeljük. Ez ugyanis napjaink felé közeledve egy gyorsuló felmelegedést jelez: az utóbbi 25 évre vonatkoztatott melegedési ütem háromszorosa a 150 évinek (37. és 38. ábrák).

37. ábra: Az elmúlt másfél évszázad legmelegebb ötven évének rangsora

(Forrás: NOAA)

38. ábra: A Föld évi középhőmérsékleti trendje az utóbbi 150 évben(Forrás: IPCC)

A légkör globális felmelegedésében kétkedők tábora ilyen meggyőző bizonyítékok alapján egyre csökken. Fontos kérdés lenne azonban annak eldöntése, hogy ez a felmelegedés az emberi tevékenység következménye, vagy része a Földön rendszeres természetes változásoknak. Az antropogén beavatkozások „hatékonyságában” kétkedők leginkább két tényt említenek. Az egyik, hogy az ember tevékenysége nélkül is voltak a múltban jelentős klímaváltozások. Tény, hogy csupán az elmúlt néhány tízezer évre visszatekintve is találunk ilyen példákat. Hazánk területén például 22–27 ezer éve, a würm jégkorszak utolsó hidegmaximuma idején az évi középhőmérséklet mínusz 2–3°C, a januári -12°C volt, s júliusban is csupán 10–12°C lehetett, azaz legalább 12°C-kal volt hidegebb a mainál. Ezzel szemben az ún. atlanti fázis idején (kb. ötezer éve) mintegy 3°C-kal melegebb lehetett. A legutóbbi meleg időszak a 7–12. században volt. Ezt a kedvezőbb éghajlatú szakaszt egy „kis jégkorszaknak” nevezett lehűlés követte (36. ábra), s jelentősebb hőmérsékleti emelkedés csak a 19. századtól következett be. Így azután, másik fontos érvként a kétkedők azt említik, hogy a megfigyelt hőmérsékleti emelkedés egy átlagosnál hidegebb időszakhoz viszonyítva természetes.

Mint korábban már szóltunk róla, a jelenleg zajló változás az üvegházgázok jelentős növekedésével van kapcsolatban, ebben a folyamatban pedig elvitathatatlan az ember szerepe. Az IPCC legutóbbi jelentésének kutatási hátterét több mint 29 ezer adatsorozat adja, melynek 9/10-e meggyőzően támasztja alá felmelegedést. A testület részletes modelleket készített a jövőre vonatkozóan is. Ezek a következő évtizedekre további tartós, területileg differenciált melegedést prognosztizálnak, s földi átlagban legalább 2°C emelkedést becsülnek, de elképzelhetőnek tartanak akár 4°C-ot meghaladó változást is (39. ábra). Ez azonban a szárazföldi területen 3–7°C-os emelkedést is jelenthet.

39. ábra: A felszíni hőmérséklet előrejelzése a légkör-óceán globális modellekben (Forrás: IPCC 2007)

Megjegyzés: az egyes modellek a következő CO₂-re átszámított sugárzási kényszerrel számolnak: B1 – 600 ppm, A1B – 850ppm, A2 – 1250 ppm

4.3.1.4. A jeges területek változásai

A felmelegedést leginkább alátámasztó jelenségek a hideg területekhez kötődnek. Az ezredfordulóra számtalan bizonyíték gyűlt össze, s ezeknek a tényeknek akár már a közeli jövőben is komoly környezeti kockázatai lehetnek.

A jeges területek változása bizonyos tehetetlenséggel követi a légköri hőmérséklet alakulását, s a szélsőségek hatásai is némileg letompítva jelentkeznek, ugyanakkor alkalmasak a trendszerű változások kimutatására. Éppen ezért ezek a területek alkalmasak a földi klímaváltozás meggyőző bemutatására.

Az Északi sark körüli jégtakaró különösen az utóbbi két évtizedben indult csökkenésnek. A korábbi évtizedekben jellemző nyári minimális jégborítottság (7-8 millió km2) számottevően csökkent, majd 2007-ben egészen drámai méretű (4,28 millió km2) volt (40. ábra).^[19] A csökkenés fontos következménye volt, hogy megnyílt az „Északnyugati-átjáró”. A sarki jég vastagsága is számottevően csökkent, mértékét már 2000 táján is átlagosan az 1950-es évek értékének 40%-ra becsülték. (Korábban már katonai tengeralattjárók mérései is jelezték a jégvastagság csökkenését, de ezt stratégiai okok miatt igyekeztek elhallgatni). Mindezekkel együtt jól láthatóan csökken a télen befagyott terület is kb. 1–1,5 millió km2-rel (41. ábra). Jól összecseng ezekkel az a 2000-ben megjelent hír, ami bejárta a világsajtót: az orosz Jamal jégtörő több méter vastag jég helyett mintegy másfél km átmérőjű vízfelületet talált az Északi-sarkon. „Nem tudom, járt-e már személy a történelem során a 90. szélességi fokon, akit nem jég, hanem víz fogadott” – fogalmazott meglepetésében a New York-i Természettörténeti Múzeum egyik hajón tartózkodó munkatársa. Ami további meglepetésként hatott, hogy a vízen sirályokat is láttak.

40. ábra: A nyári állandó jég kiterjedése az Északi-sark vidékén 1978–2008 (millió km2)

(Forrás: NSIDC)

41. ábra: A téli maximális jégborítás az Északi-sark vidékén (Forrás: NSIDC)

Még szembetűnőbb a változás, ha egy évszázadra tekintünk vissza (42. ábra). A tendenciákat figyelembe véve vannak olyan becslések, hogy akár már 2040-re (sőt akár sokkal korábban is) megszűnhet az állandó jégborítás az Északi-sark vidékén. Ez már elindította a nagyhatalmi törekvéseket a sarkvidéki területek mélyén található szénhidrogének birtoklásáért.

42. ábra: Az átlagos tengeri jégtakaró kiterjedése az arktikus területeken 1900–2005(Forrás: Gore 2006)

Ezek a változások a világtengerek szintjének alakulásában nem játszanak szerepet, nem úgy, mint a Grönlandon tapasztalt fokozódó jégolvadás (43. ábra). Ez utóbbi ugyanis szárazföldön felhalmozódott jégmennyiség, és teljes elolvadása mintegy hét méteres vízszintemelkedést okozna a világtengerekben. Kanada területein is jelentős változások mérhetők (43. és 44. ábra).

43. ábra: A grönlandi jégtakaró szezonális olvadásának kiterjedése1992-ben és 2002-ben(Forrás: Steffen – Huff 2005)

44. ábra: Az átlaghőmérséklet változása Kanadában (1948-2009)

45. ábra: Az átlaghőmérséklet(a) és csapadék (b) területi változása Kanadában (1948-2009)

Az Antarktisz körül még nem ilyen látványosak a változások (46. ábra). A jéggel borított területek méretében nincs lényegi változás. Innen sok száz négyzetkilométeres leszakadó jégtáblákról (a 2002-ben levált Larsen-B mérete meghaladta a 3200 km2-t is), széttöredező parti jégtakaróról kapunk leginkább híreket. Vannak ugyan jelek az itteni területeken is, amelyek a melegedés következményeinek tudhatók be, de ezek még kevésbé látványosak. Ennek oka, hogy a déli félgömbön sokkal kisebb a szárazföldek kiterjedése, és a világóceán sokkal lassabban reagál a változásokra.

46. ábra: A jéggel borított területek változásai a Déli-félgömbön(Forrás: NSIDC)

Az Északi-sarkhoz hasonlóan drámai változások tapasztalhatók viszont a szárazföldet borító jégtakarók esetében. Globális léptékben a havas területek 10%-kal csökkentek az 1960-as évek vége óta. Hosszú időn keresztül inkább csak az európai és észak-amerikai gleccserek visszahúzódásairól voltak híreink, ma azonban már a világ szinte minden tájáról rendelkezünk hosszabb idősorokkal, fényképes dokumentációkkal. 2005-ben például a WWF tett közzé az eddig kevésbé ismert ázsiai gleccserekről egy részletes felmérést. Ebben megállapítják, hogy az utóbbi fél évszázad során, a kontinensen található több száz gleccser átlagosan 10-15 métert húzódott vissza évenként. Például Kínában a himalájai területen megvizsgált 612 gleccser közül 1950 és 1970 között még csak a gleccserek fele (53%) volt visszahúzódóban, de ez 95%-ra nőtt 1990 után. Ugyancsak a Himalájában a Khumbu gleccser (egyik fő út a Mount Everesthez) 1953 óta 5 kilométert rövidült. A Rongbuk az Everest északi oldalán évente 20 méterrel húzódik vissza. A Gangest tápláló Rangotri 1970 és 1996 között évente 34 métert rövidült, ez 2000 óta 30 méterre mérséklődött. Még egy a sok példa közül: a Fedcsenko gleccser Tadzsigisztánban, ami az egyik leghosszabb nem sarki gleccser (70 km), 1 kilométert csökkent a 20. század során, és jégtömegéből 2 km3-nyit veszített.

Svájcban a Morteratsch gleccser már az 1850-es évek óta visszahúzódóban van, a 20. század végére már korábbi területe 15, hossza 25%-kal csökkent, 1878 és 1998 között 2 kilométerrel lett rövidebb, azaz évente átlagosan 17 métert csökkent. A csökkenés mértéke azonban felgyorsult: 1999-ben 38,9, 2000-ben pedig 29,6 méter volt. A Pasterze, Ausztria legnagyobb gleccsere évente mintegy 5 méternyit keskenyedik és 20 méterrel húzódik vissza, 1979 és 1994 között több mint 243 méterrel lett rövidebb. ^[20] A 19. századi iparosodás kezdetétől 1975-ig az Alpok gleccsereinek tömege a felére, területük mintegy kétharmadára csökkent. Azóta a jégtömeg további 20-30%-a olvadt el. Svájcban néhány évtized alatt 100-300 métert emelkedett a hóhatár. Hasonló változások vannak más kontinenseken is: az alaszkai Muir gleccser (47. ábra) 1973 és 1986 között több mint 7 kilométert (!) húzódott vissza, míg például Afrikában, ha a tendencia folytatódik, a Kilimandzsáró havát talán két évtizedig láthatjuk még, ugyanis az utóbbi 90 évben 12 km2-es havas területének 5/6-át elvesztette (48. ábra). Egy összefoglaló ábrán jól látható az is, hogy a világ gleccsereinek nagyobb része zsugorodóban van (49. ábra).

47. ábra: A Muir gleccser 1941-ben és 2004-ben

48. ábra: A hóval borított területek változása a Kilimandzsárón(Forrás: Ohio State University, Polar Research Center 2002)

49. ábra: A hegyvidéki gleccserek csökkenésének mértéke 1970 óta

A gleccserek olvadásának^[21], visszahúzódásának kettős következménye van: egyrészt a belőlük származó többletvíz növeli az árvízveszélyt, másrészt jelentősen csökken a bennük tárolt vízmennyiség (50. ábra). Látható, hogy az elmúlt fél évszázadban csak egy nagyon rövid időszak volt (az 1990-es évek elején) amikor nem csökkent a gleccserek jege. Sok helyen a gleccsereknek kiegyenlítő szerepük van, lassú olvadásuk biztosítja a csapadékhiányos időszakokban a folyók tartósabb vízhozamát, s ennek megszűnése komoly vízellátási gondokat fog okozni.

50. ábra: A gleccserekben tárolt átlagos vízmennyiség éves változása (km3)(Forrás: Dyurgerov, in: UNEP 2008)

A jeges területek határán is számtalan gyakorlati következménye van az élővilág szempontjából. Az Északi-sark környékén mintegy 22 ezer jegesmedve él, s miután nyári időszakban a jégtáblákról vadásznak, már nem csak zsákmányszerzésüket veszélyezteti a jeges területek csökkenése, hanem életüket is. Az inuit rozmárvadászok mindennapjait az nehezíti, hogy a jégpáncél északabbra húzódásával többé már hagyományos módon nem érik el zsákmányaikat. A kanadai Hudson-öböl jege korábban általában csak június közepén kezdett olvadni, napjainkban azonban már május első heteiben olvadásnak indul. A jelenség a nyári lakhelyükről észak felé vándoroló jegesmedvéket kerülőre kényszeríti. A nyílt víz miatt továbbhaladni képtelen medvék ezért egyre gyakrabban tévednek lakott területre (1970 óta megduplázódott számuk).

Az Alaszkában, Szibériában és az Északi-sarkkör vidékén végzett kutatások a talajfagy tartós csökkenését mutatják. Ezek a változások az 1960-as évek eleje óta tartósak, 1960 és 1996 Az Alaszkában, Szibériában és az Északi-sarkkör vidékén végzett kutatások a talajfagy tartós csökkenését mutatják. Ezek a változások az 1960-as évek eleje óta tartósak, 1960 és 1996 között a talajok esetében 2°C-os hőmérsékletemelkedés tapasztalható, s változások azóta is mérhetőek. Ennek hatására sokfelé felolvadt a korábban állandóan fagyos talaj. Házak süllyednek meg, mennek tönkre. Települések és az infrastrukturális létesítmények sora kerül veszélybe: utak, áramvezetékek, csővezetékek, repülőterek, katonai létesítmények válhatnak használhatatlanná. Jelentősen korlátozódik a hagyományos közlekedés lehetősége is ezeken a vidékeken (51. ábra). A kissé felmelegedő területen az élővilág is változásnak indult: az erdők helyét lápok, tavak és füves területek vették át, a rénszarvasok eltűnésével egy időben pedig megjelentek a jávorszarvasok. Ezen kívül (ahogyan már korábban utaltunk rá) komoly kockázatot jelent a felengedő talajokból felszabaduló metán és széndioxid.

51. ábra: A tundrai autózásra alkalmas napok száma Alaszkában (1968–2002)(Forrás: Gore 2006)

4.3.1.5. Sivatagok előretörése

A légkör globális melegedésének folyamatában az első átfogó környezeti változások a száraz, sivatagi, félsivatagi területeken jelentkeztek. A ma már sivatagosodási folyamatként ismert jelenség Európát leszámítva minden kontinensen megfigyelhető, de a legnagyobb károkat Afrikában, Ázsiában és Észak-Amerikában okozza. A probléma nagyságát mutatja, hogy az UNEP legutóbbi összefoglaló jelentése szerint ^[22] a szárazföldek területének közel negyedét (33,7 millió km2) és hozzávetőlegesen mintegy 500 millió főt érintett. Arányában a legsúlyosabb a helyzet Afrikában, ahol a szárazsággal sújtott területeken él a kontinens lakosságának kétharmada. A jelenség viszonylag korai felismerését bizonyítja, hogy az ENSZ Környezeti programján belül már 1977-ben sor került az első sivatagosodással foglakozó konferenciára (az akkor kidolgozott akcióterv azonban megfelelő anyagi támogatottság hiányában igen csekély eredményt hozott). A sivatagosodás okait kutatva nyilvánvalóvá vált, hogy az nem egyszerűen természeti jelenség, hanem természeti, társadalmi, gazdasági folyamatok együttes következménye.

A sivatagosodás természeti okai a csapadékellátottságon túl szoros kapcsolatban vannak a légkör általános felmelegedésével, azonban az éghajlat-változásnál gyorsabb, egyértelműbb. Terjedése aránylag jól mérhető: a 20. század utolsó harmadában évente mintegy 6 millió hektárnyi terület vált sivataggá, s további 21 millió a folyamat következtében gazdasági célra használhatatlanná lett. Az elmúlt évtizedekben gyakoribbak lettek a száraz időszakok. Ilyenkor a magasabb hőmérséklet miatt kialakuló magas légnyomás gátolja a monszunhatás érvényesülését, és a csapadékok hatása akár 2-3 szélességi fokkal is csökken. A leginkább tipikus Szahel övezetben az elmúlt száz évben egyre tartósabbak lettek a kimondottan száraz időszakok (52. ábra).

52. ábra Az éves csapadékmennyiség és annak ötéves mozgó átlaga a Nyugat-Szaharában (Aleg–Mauritánia)(Forrás: Taïbi et al 2005)

A kiváltó okokat részletesebben vizsgálva kiderül, hogy a csapadékhiány fokozódása ezt a területet érintette leginkább (53. ábra), azonban ez csak az egyik ok a legtöbb sivatagosodással sújtott területen. Például Afrikában az 1910-es évekbeli nagyobb szárazság sem okozott akkora éhínséget, mint az 1970 után jelentkezők.

53. ábra: Az átlagos évi csapadék trendje 1900-2000(Forrás: UNEP/GRID-Arendal 2005)

Ennek magyarázata az, hogy a nagyon szegényes vegetáció egy környezeti hatásokra érzékeny tájat takar. Ezeken a szárazságra hajló területeken évszázadok óta nomád, félnomád gazdálkodást folytattak, s a gyér népesség folyamatosan követte a csapadékos öv évszakos változását. Később azonban főként az ún. szubszaharai öv déli területein a lakosság megtelepedett, állandó mezőgazdasági tevékenységbe kezdett (köles-, ciroktermesztés, hús- és tejtermelés). Ez a „belterjesedő” gazdálkodás - kiegészülve a halálozási mutatók csökkenésével - rohamos népességnövekedést eredményezett. Kevesebb, mint harminc év alatt a népesség megduplázódott, s ennek élelmiszerigényét csak az állatállomány gyarapításával lehetett (egy ideig) kielégíteni. Voltak azonban olyan vidékek is (pl. Szudán egyes részei), ahol tíz év alatt az állatállomány megnégyszereződött. Az ökológiailag labilis területek a túllegeltetést nem voltak képesek elviselni: a növényzet nem tudott megújulni, a laza talajt az erózió és a defláció rövid idő alatt visszafordíthatatlan mértékben károsította. Ehhez járult az erdőirtás (tűzifa, állati eleség), a bozótok felégetése, a helyi háborúk további környezetromboló hatásai, továbbá egyes országok rossz kereskedelmi politikája (amely az egyébként is gyenge mezőgazdaság visszaesése irányába hatott). Néhány nagyváros környezetében különösen drámai változásoknak lehettünk tanúi. A szénhidrogének 1980-as évek eleji árrobbanása után Szudán fővárosában, Khartoum-ban jelentősen megnőtt a faszénfogyasztás, s a fairtás déli irányban évente átlagosan 15-20 kilométeres tempóban használta fel a növényzetet (az 1990-es évek közepére 400 km távolságig), északnyugati irányban pedig a Szahara nyomult előre évente 5-6 kilométert (54. ábra).

54. ábra: A Szahara határának változása Észak-Szudánban (Forrás: Helldén 1978)

Jelmagyarázat: 1: a sivatag határa 1958-ban, 2: a sivatag határa 1975-ben, 3: előrenyomuló homokdűnék, 4: füves, bozótos félsivatag határa 1976-os műholdfelvételek alapján.

A sivatagi területek növekedéséhez vezethet a fokozódó vízfelhasználás is egyes tájakon. Ilyen figyelhető meg a Csád-tó környezetében vagy Ázsiában az Aral-tó mentén, ahol az elöntözött vízmennyiség miatt a tó egykori felszínének nagyobbik része mára sivataggá változott.

Arra, hogy a sivatagosodási folyamatban a helyi társadalomnak mennyire fontos szerepe van, egy Algériában folytatott francia kutatás is rámutatott. Műholdas kiértékeléssel jól el tudták különíteni a természetes és az antropogén okokra visszavezethető változásokat. Azt is feltárták, hogy közel azonos éghajlati feltételek között a hagyományos gazdálkodást folytató telepek körül gyakorlatilag alig volt érzékelhető a folyamat, ugyanakkor az új telepesek „modern” gazdálkodása fokozódó eredménytelenséggel és a tájak elsivárosodásával párosult.

A sivatagosodási folyamat lényege tehát úgy határozható meg, hogy a törékeny ökológiai egyensúlyban levő arid, szemiarid területeken az éghajlati változásokkal is társult, de többnyire nem körültekintő gazdálkodási tevékenységek hatására a terület szinte visszafordíthatatlanul károsodik, s a kis termékenységű vidékekre benyomul a terméketlen sivatag. A következmény: az egyre kevesebb és terméketlenebb föld mind nagyobb igénybevétele (egészen a teljes degradációig), a fokozódó éhínségek, a népvándorlások, a helyi háborúk.

Kedvező folyamat indult 2002 táján a Szahara déli peremén. Műholdas elemzések alapján megállapították, hogy a Szahara visszahúzódott egy széles sávban Mauritániától egészen Eritreáig 6000 km hosszban (azaz teljes nyugat-keleti kiterjedésében). A kutatások szerint ebben a csapadékosabb időjárás mellett a tevékeny emberi beavatkozás is szerepet játszott. Leglátványosabb változások ugyanis ott tapasztalhatóak, ahol segélyszervezetek támogatásával vízmegtartó és talajvédelmi programokat indítottak. Ezzel párhuzamosan egy urbanizálódó társadalomban kevesebb szerepet kap a nomád állattenyésztés, így kissé regenerálódni tud a gyér növényzet. A változás lassú folyamat, de mindenképpen biztató.

Gyakran szokták a sivatagosodási folyamattal keverni a már nem száraz területeken megfigyelhető csapadékcsökkenési folyamatokat, a magyar szóhasználatban erre inkább a szárazodás fogalmát használhatjuk. Ahhoz, hogy a két fogalom közötti különbséget megértsük, tudnunk kell a sivatag és a félsivatag meghatározását. Sivatagnak azokat a területeket nevezzük, ahol az átlagos éves csapadék nem haladja meg a 250 mm-t, félsivatagok esetében ez az érték 400 mm (vannak szerzők akik a határt 100, illetve 200 mm-nél adják meg). Sivatagosodással tehát ezeken a területeken számolhatunk. Egyes mediterrán és kontinentális éghajlatú területeken a sivatagosodási folyamathoz sok tekintetben hasonlító szárazodás azonban csak ritkábban vezet el a művelt területek teljes feladásának kényszeréig, de jelentős gazdálkodási és környezeti problémákat okoz. A probléma vizsgálatára az európai mediterrán területeken a Medallus program keretében került sor.

4.3.1.6. Az El Niño

Az utóbbi két évtizedben, ha valamilyen nagyobb területre kiterjedő éghajlattal összefüggő „rendellenességet” (szárazság, árvíz, hurrikán, rendkívüli hideg, stb.) tapasztaltak, rendszeres bűnbakként elhangzott a bűvös szó: El Niño. Mi is ez az általános bűnös, milyen köze lehet ezekhez a katasztrófákhoz, s kialakulásának van-e köze a globális klímaváltozáshoz? A következőkben ezekre a kérdésekre próbálunk választ találni.

Az El Niño a Csendes-óceán és a légkör természetes kölcsönhatásaiból származó anomáliajelenség, melynek rendszeres előfordulását már évezredekre visszamenőleg sikerült kimutatni. Átlagos körülmények között (a földi nagy légkörzés és a vele szoros kapcsolatban álló tengeráramlások eredményeként) egy jelentős légnyomáskülönbség alakul ki: a délkeleti Csendes-óceánon magas nyomás, Indonézia és Észak-Ausztrália térségében pedig alacsony légnyomás jön létre. Ilyen körülmények között a két központ közti nyomáskülönbség az Egyenlítő mentén keleti passzátszelek kialakulásával jár együtt. A szelek folyamatosan meleg vizet szállítanak a nyugat-csendes-óceáni térségbe, miközben mintegy 40 centiméterrel megemelik a tengerszintet is. A meleg tengeráramlással szállított vizek eközben mintegy 200 méter mélységbe szorítják a meleg felszíni és az alatta levő hideg víz közötti határt a nyugati térségben. Ezzel szemben Dél-Amerika partjai előtt, ahonnan a passzátszelek a felszíni vizet elsodorják, a különböző hőmérsékletű vizek közötti határ sekélyen van, miután itt hideg víz áramlik fel az elszállított helyére. Indonézia környékén a passzát találkozik a nyugati szelekkel, emiatt a meleg páradús levegő fölemelkedik, és heves esőzések alakulnak ki. Majd a levegő nagy magasságban kelet felé áramlik, és a középső és keleti Csendes-óceán fölött alásüllyedve ott száraz időjárást okoz. Normál helyzetben, decemberben a Csendes-óceán keleti partjának vize 8 °C-kal hidegebb, mint a nyugati tájon Indonéziában.

Rendszertelen időközönként azonban a két nagy térség között lecsökken a légnyomáskülönbség. A keleties szél legyengül, esetenként meg is fordul. Ennek következtében a tengervíz hőmérséklete a keleti partok előterében magasabb lesz a szokásosnál, nyugaton pedig alacsonyabb. Ezt a helyzetet nevezik El Niñonak. ^[23] Ilyenkor meleg és a szokottnál sokkal sósabb víz jut Dél-Amerika partjaihoz, elrontva ezzel a halászat kedvező lehetőségeit. Miután az aktív időjárási jelenségek az Egyenlítő közelében a meleg tengerfelszínhez kötöttek, az átlagosnál keletebbre alakulnak ki a trópusi viharok (tájfun, hurrikán) is. Amerika nyugati partjainál ugyanakkor változékonyabbá válik az idő, sokszorosára növekszik a hurrikánok gyakorisága. Mindeközben Délkelet-Ázsiában és Ausztrália északi részén nagy szárazságok alakulnak ki, gyakoriak lesznek az erdő- vagy bozóttüzek. (Ez persze azt is jelenti, hogy a nagy szárazságok ellenére az El Niñós évben sem hullik kevesebb csapadék, csak nem ott, ahol várható lenne: árvizeket okoz távoli tájakon, illetve az óceán fölött esik le.) Az El Niño hatása azonban - az általános földi légkörzés kapcsolatrendszere miatt - a világ nagy részén észlelhető. Az amerikai meteorológusok szerint az El Niño hatásai az USA mérsékelt éghajlati területein is érezhetőek: El Niño idején az északi államokban a tél enyhébb, a déli államokban pedig hidegebb az átlagosnál. Az El Niño hatása évszakosan is eltérő (55. ábra).

55. ábra: Az El Nino következményei az északi félgömb téli (A) és nyári (B) időszakában (Forrás: NOAA)

A műholdas távérzékelési technikák ma már jól követhetővé teszik a folyamatot,^[24] így időben fel lehet készülni a „kisded” csínytevéseire. Ez a fejlett technikai háttér segített azt is kideríteni, hogy az El Niñónak van egy La Ninának nevezett jelenségpárja. Ennek megjelenésekor Dél-Amerika partjainál az átlagosnál jóval hidegebb a tengervíz, viszont Indonézia környezetében átlag feletti hőmérsékletű lesz, ami intenzív csapadékhullást okoz. Az így kialakult fordított állapot (hideg viszonyok) erősebb a passzátszéllel jár, és a trópusi monszun is több csapadékot szolgáltat.

Az El Niño tehát egy jól megfigyelhető természeti jelenség, változásai egykori koralltelepeken is kimutathatóak. David W. Lea (Univerity of California) hosszú idősoros kutatásai azonban az mutatják, hogy soha nem volt olyan erős, mint a 20. században. Az elmúlt száz év során pedig 1982-83-ban és 1997-98-ban volt a legerősebb. Természetesen mindenki tudni akarja, van-e kapcsolat a szélsőségesebbé váló időjárás és a globális felmelegedés között. A feltárt adatok azt mutatják, hogy a Csendes-óceán viselkedése az elmúlt száz évben nem volt tipikus, azonban még nem mutatható ki egyértelműen, hogy mely tényezők befolyásolják. Az El Niño vélhetően nem okolható minden éghajlati jelenségre visszavezethető természeti katasztrófáért (bár erre még a 2002-es nagy közép-európai árvizek esetében is voltak célzások), azonban mint a nagy légköri folyamatok részesére, változásaira már jelentősen hathat a globális felmelegedés.

4.3.1.7. Szélsőségesebb időjárás, szaporodó katasztrófák

Az utóbbi években, ha valamilyen szélsőségesnek tűnő időjárási esemény bekövetkezik, az okok között az El Niño helyett egyre gyakrabban hangzik el a „globális klímaváltozás” kiváltó okként. Az általánosítás jogosságát persze meg lehet kérdőjelezni, hiszen korábban is voltak nagy viharok, árvizeket okozó heves esőzések, nagy károkat okozó hurrikánok. Nehéz tehát konkrétan megmondani azt, hogy például a 2006. augusztus 20-i budapesti vihar biztosan a globális klímaváltozás következménye. Amit azonban az éghajlati statisztika ki tud mutatni, hogy az utóbbi évtizedekben megnőtt az időjárási szélsőségek gyakorisága. Ennek főbb jellemzői az IPCC 2007-es jelentése alapján:

Az 1900–2005 évi adatsorok alapján szignifikáns csapadékváltozás mutatható ki a Földünk több térségében: Észak- és Dél-Amerika keleti részén, Észak-Európában, illetve Ázsia északi és középső részein csapadéknövekedés, míg a Szahel-övezetben, Afrika déli részén, a Földközi tenger térségében és Ázsia egyes részein csökkent a csapadék. A többi területeken – részben a csapadék nagy természetes változékonyságának is köszönhetően – nem lehet határozott trendet kijelölni.
A heves csapadékot adó időjárási események gyakorisága a szárazföldek nagy részén nőtt.
Az elmúlt 50 évben az extrém hőmérsékletek kissé átrendeződtek: a hideg napok, éjszakák ritkultak, a forró napok, éjszakák, hőhullámok gyakoribbá váltak.
Az észak-atlanti térségben a trópusi ciklonok (hurrikánok) száma, és intenzitása nőtt, ami szoros kapcsolatban van a trópusi területeken mért tengervíz-hőmérsékletekkel. (Ezt a tényt a napi híradásokból is bárki megerősítheti.) (56. ábra)
A mérsékelt és magas földrajzi szélességeken az óceánok sótartalma csökkent, az alacsony szélességeken nőtt, ami a változó csapadék és párolgás következménye.

Az előzőek alapján már szinte természetes, hogy a szélsőséges időjárási helyzetek szaporodásával, az azok által okozott kár is jelentősen megnőtt (57. ábra). Jól látható, hogy a nagy természeti katasztrófák között a geológiai eredetűek hosszabb távon nem változnak, a klimatikus okokra visszavezethetők pedig egyre gyakoribbak lesznek. Felfigyelhetünk azonban arra is, hogy a természeti katasztrófák által okozott károk mértéke gyorsabban nő, mint az események száma (58. ábra).

56. ábra: A nevet kapott és ezen belül a hurrikánná erősödött szélviharok száma

az észak-atlanti térségben (1945–2005) (Forrás: NOAA)

57. ábra: A nagy természeti katasztrófák okai és trendje (1950–2007)(Forrás: Munich Re 2008)

58. ábra: A természeti katasztrófák által okozott kár és annak trendje1950–2007 között (milliárd dollár)(Forrás: Munich Re 2008)

Megjegyzés: az oszlop a teljes kárt, sötétebb szakasza pedig annak biztosított részét mutatja. A trendgörbék ennek megfelelően szintén a teljes, illetve biztosított értékekben okozott kárt jelzik.

Ha válasz akarunk keresni arra, hogy miért okoz egyre nagyobb problémát a természeti csapások szaporodó száma, akkor észre kell vennünk, hogy a fő okok közvetve vagy közvetlenül társadalmi oldalról befolyásoltak. Mint láttuk, az extrém események szaporodnak, de közöttük a légkörrel kapcsolatos események azok, amelyek növekvő gyakoriságúak, amiben viszont komoly szerepe van a levegő emberi eredetű befolyásoltságának. Másik társadalmi hátterű ok, hogy a túlnépesedett térségekben a lakosság a veszélyeztetett területeket egyre jobban birtokba veszi, azaz látszólag „magának keresi a bajt”. Más kérdés, vajon tehetne-e mást? Aligha. Választania kell, hogy éhen hal, vagy vállalja a nagyobb kockázatot, s bízik abban, hogy nem az ő élete alatt következik be a katasztrófa. Magam is láttam, amint Jáva szigetének legveszélyesebbnek tartott vulkánját, a Merapit szinte teljesen birtokba vette a népesség, egy vulkánkitörést követő lahár (iszapár) bármikor elpusztíthatja a többszázezres Yogyakartát. Van, amikor az ember maga teremti meg a természeti csapások sűrűsödésének eredeti okát. Ilyen eset az, amikor a folyókat szabályozva megváltoztatja azok vízjárását, illetve területet hódít el a folyóktól. Ilyenkor gyakran a folyók árvízi szintje alatt él, miközben a beavatkozások nyomán az árvízi szintek is növekednek. A trópusi területen egyre gyakrabban tapasztalhatjuk katasztrofális földcsuszamlások, sárlavinák keletkezését. Ezek hátterében a heves esőzések mellett leggyakrabban a táj átalakítása, többnyire az erdőirtás áll.

4.3.1.8. A Broecker-féle óceáni „szállítószalag” rejtélye

Nagyon sokan az üvegházhatás növekedése nyomán fellépő lassú hőmérséklet-növekedést egyszerű lineáris változásnak gondolják, s vállukat rándítják a további változásokra, mondván, „legfeljebb egy kicsit melegebb lesz”. A felelősen gondolkodók azonban az utóbbi évek tudományos eredményeinek fényében már környezeti katasztrófába torkolló lehetőségekkel is számolnak, s hangsúlyozzák: a légkör felmelegedése nem írható le lineáris trendekkel.

Mint a korábbiakban is láttuk, a Föld légköre és vízburka szoros kapcsolatban van egymással. Ennek a kapcsolatrendszernek számos elemét sikerült már feltárni, azonban vannak nyitott kérdések is.

A Föld jövőbeli éghajlatváltozásának szempontjából egy nagyon fontos kérdés az 1990-es évek második felében talán tisztázódott: sikerült megfelelő magyarázatot találni a jégkorszakok gyors klímaváltozásaira. Már régóta ismert volt, hogy a földtörténet közeli múltjában jelentős éghajlati ingadozások zajlottak, melyek során hideg glaciális és melegebb interglaciális időszakok váltogatták egymást (az Alpokban megfigyelt eljegesedési változások alapján négy nagy jégkorszakot különböztettek meg). Az 1990-es évek elején a grönlandi jégtakaróba mélyített két 3000 méteres fúrás jégmintái azonban nagyon pontos (45 ezer évre visszamenően évenkénti) hőmérsékleti adatokat szolgáltattak az elmúlt 110 ezer év klímájáról.^[25] Ekkor derült ki, hogy az éghajlati ingadozások sokkal gyakoribbak és gyorsabbak voltak, mint azt korábban gondolták. A mintákat vizsgáló svájci kutatók hívták fel Wallace Broecker amerikai óceán- és klímakutató figyelmét arra, hogy ezek a gyors változások olyanok, mint amelyek két állapot között kialakult oszcillációnak felelnek meg. Ekkor vetődött fel Broeckerben, hogy ezek a Grönland körüli események, az óceáni cirkuláció változásának következményei lehetnek.

Más paleoklimatológiai adatok és óceánáramlási vizsgálatok (például radioaktív nyomjelzés) alapján sikerült felderíteni, hogy a nagy óceáni medencék között egy folyamatos – felszíni és mélytengeri – áramláskör alakult ki („the oceanic conveyor belt”, vagy egyszerűen csak Broecker-féle szállítószalag). Ez a napjainkban 20 millió m3/sec vízszállítású áramlás (ami egyenlő a globális csapadékintenzitással, vagy száz Amazonas vízhozamával) az észak-atlanti térségben mintegy 5–10°C-os pozitív hőmérsékleti anomáliát jelent, azaz leállása jelentős lehűlést okozna a tájon. Vélhetően ezen áramlásrendszer időnkénti leállása, majd újraindulása okozta azokat a gyors éghajlati változásokat, amiket a grönlandi jégminták mutatnak (59. ábra). De mi okozhatta az óceáni szállítószalag leállásait és újraindulásait, hol van ennek kapcsológombja?

59. ábra: Az elmúlt 110 ezer év hőmérsékleti változásai (Forrás: Broecker 1997)

Az áramlásrendszer elemzése feltárta, hogy a szállítószalag az óceánvíz változó hőmérséklete és sótartalma által működtetett (termohalin) áramlás. Az Atlanti-óceán északi része felé haladó meleg áramlat (Észak-atlanti-áramlás), amely Izland felé közeledve még 12-13°C-os, a hideg légáramlatok és az erős párolgás^[26] miatti hőveszteség nyomán 2-3 fokra hűl, miközben sótartalma megnövekszik. Ezáltal sűrűsége nagyobb lesz, mint a mélytengeri vizeké, így a mélybe süllyed, és déli irányban áramlik tovább. A közel egyenletes hőmérsékletű mélytengeri hideg víz az Atlanti- és az Indiai-óceán déli medencéjén át kerül a Csendes-óceáni térségbe, ahol a hideg áramlás a felszínre jut (ennek okát az El Niño jelenségnél leírtak adják), és nyugati irányban haladva, felmelegedve zárja a rendszert (60. ábra). Az egész folyamat legkritikusabb, legsebezhetőbb szakasza az Atlanti-óceán északi térsége. Itt ugyanis aránylag kis sótartalom-különbség mellett következik be a felszíni vizek mélybe bukása. Ha ebben a térségben valamilyen felszíni édesvízpótlás felhígítja az óceán vizét, akkor leállhat az áramlás.

60. ábra: A Broecker-féle szállítószalag (Broecker 1997)

Megjegyzés: a piros szín a meleg, a kék a hideg víz áramlását mutatja

Broecker három elvi lehetőséggel számolt, ami lecsökkentheti a sótartalmat: a) növekvő csapadék, b) a térségbe közvetetten vizet juttató (kanadai és szibériai) nagy folyók nagyobb vízhozama, c) az arktikus területek olvadása. Ez utóbbi közvetlenül is szoros kapcsolatban lehet az üvegházhatás változásával. A kutató elmélete szerint, ha egy felmelegedés megindítja a poláris területen az olvadást, akkor az így bekerülő édesvizek felhígítják az áramlás vizét, következésképpen az nem éri el azt a kritikus sótartalmat, hogy lesüllyedjen, és leáll a szállítószalag. Ennek hatására rohamosan csökken a térség hőmérséklete (hiszen megszűnik a melegáramlás hőmérsékletnövelő hatása), ami leállítja az olvadást, sőt megindul a jégtakaró felhalmozódása – majd ennek következményeként előbb-utóbb annyira megnő újra sótartalom, hogy elindulhat az áramlás (azaz, mintha bekapcsolná valaki a szállítószalagot). Ez a folyamat többszörösen ismétlődhet, mint ahogyan vélhetően ismétlődött is (59. ábra). A folyamat eredőjeként a szárazföldeken jelentősen csökkent a hóhatár (61. ábra). A gleccserek előrenyomulása és visszahúzódása a gyors változásokat kevéssé tudta nyomon követni, ezért azok inkább csak egy-egy tartósabb lehűlés alatt tudták kialakítani azt a formakincset, amely alapján eddig az eljegesedési szakaszokra következtettünk.

61. ábra:A hóhatár alakulása a jégkorszakban és napjainkban(Forrás: Thompson és társai 1995, in: Broeker 1997)

Broecker kutatásának van egy nagyon fontos következménye: ha bekövetkezik az óceáni szállítószalag leállása, akkor azt nagyon gyors éghajlati változás követi. Az akár 5-10 fokos (negatív és pozitív) hőmérsékleti ugrások komoly ökológiai és gazdasági következményekkel járnának. Minőségi változás bekövetkezhet az óceáni szállítószalag leállása nélkül is, ha a melegedés következtében az északi félgömb tengeri jege elolvadna (ilyen utoljára 4 millió éve, 4-5 fokkal magasabb globális hőmérsékletkor volt), illetve ha az Antarktiszt övező jégtáblák nagyobb mennyiségben elszakadnának a kontinenstől. (Ez utóbbira egyre gyakrabban látunk példákat: a néhányszáz négyzetkilométeres táblák leszakadása rendszeres, de 2003 májusában már egy 2500 és egy 1900 km2-es „óriást” is megfigyeltek.) A tömegesen elszabaduló jégtömegek alacsonyabb földrajzi szélességre sodródva viszonylag gyorsan elolvadhatnak, s ennek hatására akár több méterrel megemelhetik a világtenger szintjét. Ekkor hatalmas tengerparti területek kerülnének víz alá, sok száz millió ember kitelepítését kikényszerítve.

4.3.1.9. Globális klímaváltozás?

Czelnai Rudolf (1993) egy, az üvegházhatás problémájával foglalkozó cikkét egy történettel vezeti be. „A Black Ball Line hajóstársaság Schomberg nevű clippere, ’Bully’ Forbes kapitány vezénylete alatt 1855 karácsonyának másnapján többszáz utassal Melbourne felé érkezve a Cape Otway egyik holdfényben fürdő zátonyára futott. A korona vádat emelt, Forbes kapitány azonban (bár kötelességteljesítés elmulasztásában és gondatlanságban vétkes volt) azzal érvelt, hogy a szóban forgó apró zátony nem volt rajta a hivatalosan kiadott hajózási térképeken. És a bíróság felmentette őt, mert általánosan tudott dolog volt, hogy egy teljes vitorlázat alatt száguldó, rakománnyal és utasokkal megrakott clippert, hirtelen ’föld elöl’ kiáltásra, nem lehet csak úgy lefékezni, vagy egykönnyen manőverezésre bírni.” Ehhez a clipperhez hasonlítható Földünk is, amelynek folyamatai jelentős késéssel reagálnak az emberi beavatkozásra.

Mint az előző fejezetekben láttuk, számtalan nem is apró jel mutat arra, hogy ismeretlen vizek felé tévedtünk. Az egyre erőteljesebb El Niño jelenségek és következményeik, a sivatagosodási folyamat, a jeges területek drasztikus változása, a légkör energia- és anyagáramlásának módosulása, a világtenger emelkedése stb. mind apró zátonyok lehetnek az emberiség jövője felé vezető úton. „A kutatók ott vannak az árbockosárban, de nagy a köd, és nem tudjuk, ki a kapitány” – írja Czelnai, aki egy másik cikkében (1997) két téves, de nagyon kényelmes álláspont veszélyére hívja fel a figyelmet. Az egyik ilyen nézet, hogy a globális melegedés (ha bekövetkezik) fokozatosan megy végbe (miután az üvegházgázok is fokozatosan gyarapodnak). A másik, hogy ez a melegedés az éghajlati övek fokozatos (de jellegében változatlan) áthelyeződésével jár majd együtt. Bár ilyen jellegű változásokra is vannak példák, valójában azonban éppen az imént bemutatott Broecker-féle eredmény mutatja, hogy ez tartósan nincs így.

A lassú mennyiségi változások előbb-utóbb minőségi változásba csapnak át. Egy szakadék felé haladó autó haladhat lassan is, ám ha elfogy alóla a talaj, már másként engedelmeskedik a gravitáció hatásának.

A múltbeli események azt mutatják, hogy egy bizonyos határon túllépő melegedés nem kellemesebb klímát, kevesebb fűtési költséget stb. jelentene, hanem éppen gyors és jelentős lehűlést.^[27] Azok, akik azzal érvelnek, hogy az antropogén hatásra bekövetkező változások jóval elmaradnak a természetes folyamatoktól, igazat mondhatnak ugyan, de ha azzal is számolniuk kellene, hogy mázsás súlyok esetén is elég lehet néhány gramm ahhoz, hogy átbillenjen egy egyensúlyközeli mérleg nyelve. A jeges területek gyors csökkenése talán a legintőbb példa lehet ebben a folyamatban.

4.3.2. Az ózonprobléma

Ha napjainkban valaki az „ózonlyuk” kifejezést hallja, aligha fog visszakérdezni, hogy mi is az. Pedig még nincs két évtizede, hogy a fogalomhoz kapcsolódó légköri jelenséget az 1980-as évek közepén felfedezték. A földi élet szempontjából kiemelt jelentőségű magaslégköri ózonréteg sérülésének ténye pedig szinte azonnal mozgósította a döntéshozókat, s nemzetközi egyezményekkel próbálták meg védelmét biztosítani.

Az ózon sajátos szerepet tölt be a Föld légkörében. A sztratoszférában található ózon (az összes ózon kb. 9/10-e) UV-sugárzás szűrő szerepe nélkülözhetetlen az élővilág számára: teljes egészében kiszűri az élővilágra káros UV-C sugárzást (hullámhossz <290 nm), és jelentősen csökkenti a még szintén veszélyes UV-B sugárzás (290–320 nm) erősségét. A troposzférikus (felszínközeli) ózon azonban agresszív, oxidáló hatású üvegházgáz, a nagyvárosi fotokémiai szmog jellegzetes összetevője, azaz napjainkban növekvő mennyisége káros.

Ahogyan a légkör összetételének ismertetésekor már láthattuk, az oxigén a második leggyakoribb gáz. A levegőben az oxigén nagyobbrészt kétatomos gázmolekula formájában van jelen. Ez az O₂-molekula a Napból érkező erős rövidhullámú sugárzás hatására – fotokémiai reakció során – háromatomos O3-molekulává alakulhat. Ez azonban igen könnyen elbomlik (20°C-on három napos felezési idővel). Mindenkori mennyiségét a keletkezés, a szállítódás és a bomlás együttes szerepe határozza meg. A földtörténet során egy egyensúlyihoz közeli állapot alakult ki a sztratoszférában (kb. 15–50 km magasságban). Az így kialakult és állandósult ózonréteg tehát az ózonkeletkezés és -bomlás egyensúlya. Számítások szerint, ha megszűnne az ózon újratermelődése, a jelenleg a légkörben található, mintegy 3,3 milliárd tonna ózon két év alatt lebomlana.

Az ózon függőleges eloszlása azt mutatja, hogy legnagyobb sűrűsége (a földrajzi helyzettől függően) 15–25 km közötti magasságban alakult ki (62. ábra).

62. ábra: Az ózon vertikális eloszlása a légkörben(Forrás: GOME)

A sztratoszféra ózontartalmának mérésére a Dobson egységet használják.^[28] Mivel az ózonképződés az intenzív UV-sugárzástól függ (a Föld tengelyferdesége miatti éves besugárzási változásokat is figyelembe véve), a képződés fő területe a trópusi területek feletti sztratoszféra. Ez elméletben azt eredményezné, hogy a legvastagabb ózonréteg az Egyenlítő felett alakul ki. A valóságban azonban a légköri áramlások elszállítják az ózon egy részét, így a trópusi területek felett 250–260 Dobson, ugyanakkor az Északi-pólus felett az évi maximum idején 440 Dobson, a Déli-sarkvidék felett pedig 340 Dobson körüli értéket mértek az 1970-es évek végéig. A látszólagos ellentmondást az oldja fel, hogy a trópusokon keletkező ózon a tél végi, tavasz eleji heves légmozgásokkal a magasabb földrajzi szélességek felé szállítódik (s ott területileg is összetorlódik). Az északi félgömbön az áramlások el is szállítják azt a sarkvidékig, a déli félgömbön azonban az 50–60 szélességi foknál domináns nyugati szelek erősen korlátozzák az ózon eljutását az Antarktiszig.

A felszínközeli légrétegekben (a troposzférában) a napsugárzás, illetve egyes szennyező anyagok kémiai reakciói során szintén képződik ózon. Az általánosan elterjedt felfogással szemben („kellemes ózondús levegő”) a troposzférában az ózon agresszív, oxidáló anyag, azonkívül üvegházhatású gáz is, azaz káros légköri összetevő. Az olyan fotokémiai oxidánsok, mint az ózon, már 0,5 mg/m3 koncentrációban is komoly fizikai és szellemi teljesítménycsökkenést okozhatnak.

Az ózon tehát két ellentétes szerepet tölt be a légkörben: a sztratoszférában UV-sugárzás szűrő hatása miatt az élet szempontjából kiemelten fontos jelentőségű, a troposzférában azonban káros a jelenléte. Éppen ezért kedvezőtlen az, hogy a magas légkörben csökkenő, a felszín közelében, pedig emelkedő a koncentrációja (62. ábra).

Időbeli változásában a sztratoszférikus ózon egy évszakoktól függő változást, a felszín közeli pedig inkább egy napi változást (éjszakák és nappalok közötti besugárzás különbség, illetve a légyszennyezések napi menete miatt) mutat.

A légköri ózon mennyiségének felszíni vizsgálata 1956-ban az Antarktiszon indult, műholdas mérése az 1970-es évek elején kezdődött (ez 1978-ban a Nimbus-7 műhold üzembe állításával lett világméretű).

Egyes kutatók (Mario J. Molina és F. Sherwood Rowland^[29]) már az 1970-es évek elején rájöttek, hogy erős UV-sugárzás hatására a normál körülmények között nem reakcióképes és nem tűzveszélyes klórvegyületek, mint az emberi tevékenység által nagy mennyiségben kibocsátott CFC-k^[30]* ózonpusztító hatásúak, de ennek akkor még nem tulajdonítottak jelentőséget. Az első riasztó adatok 1983-ból származnak, amikor októberben 180 Dobsonnál kisebb értéket mértek az Antarktiszon. A „bomba” akkor robbant, amikor brit tudósok (Farman, Gardinar és Shanklin) a Nature 1985. májusi számában publikálták azokat a műholdas adatokat, amelyek az Antarktisz feletti ózonréteg jelentős elvékonyodását mutatták be. Bár rövid ideig a NASA ezt még mérési hibának tartotta, a későbbi vizsgálatok az ózoncsökkenés tényét megerősítették, sőt több évre visszamenőleg is kimutatták.

A kutatók mind elméleti oldalról, mind számos részletes mérés segítségével keresték a magyarázatot. Bár először felvetődött a lehetősége annak, hogy csupán egy légköri elkeveredési problémáról van szó – ezt azonban rövid idő alatt elvetették, és egyre inkább előtérbe került a Molina és Rowland által felvetett ózonbontási lehetőség.

A kutatók bebizonyították, hogy a magaslégköri ózon bontásában a poláris sztratoszférikus felhők (PSzF) három fő csoportja játszik fő szerepet. Két felhőtípus esetében a kondenzációs magokra víz, azaz jég csapódik ki –87°C alatti hőmérsékleten. Ezek közül - ha gyors lehűlés során nagyobb jégkristályok képződnek - jellegzetesek a gyöngyházfelhők (nevüket sajátos fénytörésük nyomán kialakult színükről kapták). Másik csoportjuk esetén a lehűlés lassú, és igen apró jégkristályok alkotják, a felszínről alig észlelhetőek. Harmadik csoportjuk a salétromsav-trihidrát (HNO3 . 3H₂O) felhők, amelyek megjelenéséhez már –78°C-os hideg is elég. A PSzF közül csak a gyöngyházfelhőket könnyű felismerni, a másik két fajtájuk inkább csak műszerekkel mutatható ki. Ezek a felhők nem rendkívüli jelenségek (a gyöngyházfelhőkről már évtizedek óta hírt adtak), jelentőségük azonban akkor nőtt meg, amikor a légköri átkeveredés során ózonkárosító anyagok is a magaslégkörbe kerültek. Ugyanis ezekben az igen alacsony hőmérsékletű felhőkben, mint gyűjtőkben (rezervoárokban) kötődnek meg és halmozódnak fel azok a klór- és brómvegyületek,^[31] amelyek a hőmérséklet tavaszi emelkedésekor felszabadulnak, majd az UV-sugárzás hatására átmenetileg felbomlanak, és miután részt vettek az ózon bontásában, eredeti állapotukba visszaalakulnak. Azaz csak katalizátorként vesznek részt az ózon elbontásában, majd megmaradva újra kezdhetik káros szerepüket.

Mint az előbb láttuk a PSzF kialakulásához igen alacsony hőmérséklet szükséges, s ez tartósan a nagy jégtömeggel rendelkező Antarktisz felett, téli időszakban tud kialakulni. A rezervoárokból felszabaduló vegyületek ózonbontása azonban elindít egy visszacsatolási folyamatot is: mivel az ózon elnyeli a napfényt, ezáltal melegíti is a légkört, ha viszont csökken az ózonréteg, a légkör lassabban melegszik föl, tovább fennmaradhatnak a PSzF, azaz nagyobb mértékű lehet hatásuk is.

Ha megvizsgáljuk az ózonkoncentráció időbeli és vertikális változását, illetve azok kapcsolatát a hőmérséklet alakulásával, meggyőződhetünk a PSzF-nek tulajdonított szerep fontosságáról.^[32]* A déli sarkvidék 2008-as napi adatai azt mutatják, hogy az ózontartalom maximuma a januári 300 Dobsonos érték után a március időszakban alakul ki (320 Dobson körül), s a legnagyobb koncentrációja 18-23 km közötti magasságban található. Ekkor a hőmérséklet –40oC-nál melegebb a 10 km-nél magasabb tartományban. Az ősz és a tél folyamán, a besugárzás csökkenésével folyamatosan hűl a levegő a 12–15 km-nél magasabb rétegekben (legalább 4 hónapig a mínusz 90 és mínusz 70°C közötti tartományban marad, minimumát júliusban éri el) és igen lassan csökken az ózontartalom (a csökkenés a felsőbb régiókból folyamatosan az alsóbbak felé halad), de még a déli félgömb tavaszának kezdetekor (szeptember eleje) is 220 Dobson körül alakul. A tavasz kezdetén a hőmérséklet gyorsan emelkedni kezd a 15–30 km-es tartományban, s ez drámai gyorsaságú változásokat indít el az ózontartalom csökkenésében. Alig több mint két hét alatt az ózon mennyisége 220-ról 120 Dobsonra esik, miközben szeptember közepétől október közepéig a 15–20 km-es magasságban teljesen meg is semmisül. Ebben az időszakban (amikor a hőmérséklet –87, majd –78°C fölé emelkedik) szabadulnak fel a PSzF-ből a korábbi hónapok során felhalmozódott ózonbontó gázok. A növekvő besugárzás hatására növekszik az ózonképződés, és a nyár elejére már 250 Dobson körüli érték alakul ki. Az éves változási tendenciában több alkalommal megfigyelhetők olyan rövid időszakos változások, amelyek a trópusi területek felőli ózonszállításra utalnak.

Az ózonréteg jelentős elvékonyodását ózonlyuknak nevezik. Ez azonban (mint tapasztalhatjuk) nem jelenti az ózonréteg teljes hiányát, csak annak nagy mértékű csökkenését. Jelenleg a kutatók a gyakorlatban a 220 Dobson érték alatti területeket tekintik ózonlyuknak. Ilyen területek évi rendszerességgel a Déli-sark körüli területeken alakulnak ki. Az ózonlyuk mérete, és időtartama az 1980-as évektől kezdődően egyre riasztóbb méreteket öltött (63. ábra)

63. ábra: Az ózonlyuk méretének növekedése és minimumának csökkenése 1979–2008(Forrás: NASA)

Megjegyzés: az átlagos ózonlyuk-méret a csökkenés legjellemzőbb időszakára (szeptember 7. és október 13. között), az átlagos ózonminimum pedig a szeptember 21. és október 16. közötti időszakra vonatkozik. Rövidebb időszakokban ezt lényegesen meghaladó méretet és alacsonyabb minimális értéket mérhetnek. Így például 2008-ban az ózonlyuk legnagyobb mérete 27 millió km2, a legkisebb vastagsága pedig 100 Dobson volt. (Vesd össze még a 64. ábrával.)

A 2000-es évek elején úgy tűnt, hogy az ózonkárosító anyagok nemzetközi egyezményekben rögzített kibocsátásának csökkenése közel két évtized után meghozta a kedvező eredményt, és csökkent az ózonlyuk kiterjedése valamint időtartama is. Néhány – ingadozásokkal jellemezhető év után azonban egyre inkább az látszik, hogy látszi07)ek növekedése és minumának0 millió főt) veszélyeztet.e később még visszatérünk) ckázatot jelent. A vékonyodó ózonréta kedvező jelek csak átmenetiek voltak. Erre utal az is, hogy az eddig megfigyelt egyik legnagyobb kiterjedésű ózonlyuk 2006-ban képződött, területe mintegy 28 millió km2 volt (egyes források szerint 29 millió km2). Az ekkor mért 85 Dobson minimumérték a valaha észlelt második legkisebb^[33]. Az ózon változásának folyamatát ma már napra készen, de archív adatok alapján is bárki megfigyelheti.^[34]* Az ilyen ábrákon jól látható, hogy az idő előrehaladtával egyre hosszabb ideig alakul ki évente az ózonlyuk, és egyre nagyobb területet érint (64. ábra). Fontos kiemelnünk, hogy az ózonlyuk nem állandó képződmény, de a déli félgömbön három évtizede évente rendszeresen kialakul (a 2008. évit lásd a 65. ábrán).

rövidebb ideig figyelhetők meg PSzF. Így hiába keletkezik az északi féltekén az ózonkárosító anyagok nagyobb része, azok a sztratoszférában itt kevéssé tudnak megkötődni, s ezért juthatnak el a déli tájakra is. Ez az oka annak, hogy bár ózonlyukszerű alakzatok az északi félgömbön is kialakulnak időnként, azok mind méretükben, mind a vékonyodás mértékében és tartósságukban elmaradnak az Antarktisz fölött képződöttektől. Az északi félgömbön 1995/96 igen hideg telén, majd azt követően koratavaszonként egyre gyakrabban tapasztaltak (az 1979–1986 évi átlaghoz viszonyítva) akár 45%-ot meghaladó ózonvékonyodást, ennek értéke azonban tartósan még nem került 220 Dobson alá. 1999. november 30-án azonban – igaz csak egyetlen napig –már kialakult egy kb. 1000x3000 km-re becsülhető ózonlyuk Észak-Európa felett (66. ábra). 2011. március közepén viszont már egy 15 millió km2-es maximális kiterjedésű, több mint tíz napon át regisztrált ózonlyuk is kialakult az északi sarkvidéken. Általános jellemzője az északi féltekén tapasztalható ózonvékonyodásnak, hogy a legjelentősebb csökkenések általában nem az Északi-sark térségében tapasztalhatóak (de a 2011. márciusi itt alakult ki), hanem inkább a közepes földrajzi szélességeken (mintegy gyűrűszerűen), több napig is akár a 220–240 Dobson közötti tartományba süllyedve. (Az utóbbi időszak ózoncsökkenései kiemelten irányítják rá a figyelmet a napozás során a védekezés szükségességére.)

64. ábra:Az ózonlyuk méretének időbeli változása (millió km2) (Forrás: NOAA ^[35])

65. ábra: A déli félgömbön kialakult ózonlyuk 2008. október 1-én (Forrás: ARQX)(A színskála az ózonréteg vastagságát mutatja Dobson egységben)

66. ábra: Az északi félgömbön 2008 végig egyetlen napon (1999.november 30.),és akkor is csak viszonylag kis kiterjedésben alakult ki ózonlyuk (Forrás: ARQX)

Azt, hogy mi az oka az északi és déli félgömb ózonfogyása közötti nagy különbségnek, több ábra teszi érthetővé. Az északi félgömbön, a sarkvidéki területeken a téli félév hőmérséklete 10–25°C-kal is magasabb, mint a délin, és csak rövidebb időszakra csökken –78°C alá (–87°C alá pedig nem is süllyed), amikor kialakulhatnak az ózonkárosító anyagokat összegyűjtő PSzF (67. ábra). A másik ok, hogy a jobb légköri elkeveredés miatt az északi félgömbön mintegy 100 Dobsonnal magasabb szintről indul a fogyási folyamat (68. ábra). A következmény látható a vertikális eloszlásban: amíg a Déli-sark körül a kora tavaszi időszakban a 15–20 km-es magasságban (ahol az ózon zöme található) néhány hétre akár teljesen is eltűnhet az ózon, addig északon csak jelentős csökkenés alakul ki (69. ábra).

67. ábra: A minimális léghőmérsékletek az északi és déli félgömb tavaszi időszakában(Forrás: NOAA)

68. ábra: Az átlagos ózonmennyiség a sarki területeken(Forrás: NOAA)

69. ábra: Az ózoncsökkenés vertikális különbségei az északi és déli félgömb egy-egy mérőállomásán(Forrás: NOAA)

Mindezektől függetlenül az északi félgömbön kialakult ózonfogyás igen komoly egészségügyi kockázatot jelent. A vékonyodó ózonréteg nem szűri ki kellően az UV-B sugarakat, másrészt sokkal több embert (akár 600 millió főt is) veszélyeztethet. Mivel az ózonlyuk határvonalának értékét 220 Dobsonnál állapították meg, ez arra jó, hogy szemléletesen bizonyítsa, hogy a számottevő emberi hatás előtt nem volt ilyen mértékű csökkenés. Ez az érték viszont eltereli arról a komoly veszélyről a figyelmet, hogy az ózonréteg vastagsága az Északi-félgömbön is jelentősen csökken. Talán célszerű lenne egy másik határt is megadni 250 Dobson körül, és akkor az emberiség jobban odafigyelne az ózonréteg időszakos csökkenése miatt fokozódó UV-sugárzás veszélyére.

4.3.3. A savas esők

A jelentős területekre kiterjedő, légkörhöz kapcsolódó környezeti problémát jelentenek a savas esők. A jelenség a világ számos táján érzékelhető, mégis több elemében lényegesen különbözik az eddig bemutatott globális légköri problémáktól. Az egyik különbség az, hogy nem egységes globális probléma, hanem olyan hatalmas területekre kiterjedő regionális problémák együttese, amely nem érinti a világ minden táját, hanem elsősorban az ipari és urbanizált területek környezetében jelentkezik. A másik eltérés, hogy a savas esők kialakulását olyan gázok eredményezik, amelyeknek légköri tartózkodási ideje rövidebb, inkább csak az alsó légkörre, a troposzférára korlátozódik hatásuk – ez magyarázza azt, hogy károkozásuk regionális problémaként jelenik meg.

Egyes iparosodott területeken már a 17. században tapasztalták a savas légszennyezéseket, a légkörben található kénvegyületek káros hatásaira pedig már a 19. század második felében felhívta a figyelmet R. A. Smith angol vegyész (ő használta először az „acid rain” fogalmat is 1872-ben). Később az 1950-es évek elején néhány extrém nagyvárosi légszennyezés során a kutatók már vizsgálták a csapadékok kémiai tulajdonságait, a savas esők problémája mégis csak az 1970-es évek második felében robbant a köztudatba. 1978-tól említik a jelenséget, majd az 1980-as évek közepén már cikkek ezrei foglalkoznak vele. De mit is értünk a savas esők fogalmán?

A normál csapadék pH-ja^[36] 5 és 6,5 között változik,^[37]* ezért azokat tekintjük savas esőknek, amelyeknek értéke 5-nél kisebb. Az esők savasságát okozó gázok (kén- és nitrogén-oxidok) elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok elégetése és ipari tevékenységek során kerülnek a levegőbe. Ezek a gázok a felhőkben levő vízgőzzel kénsavat, illetve salétromsavat képezhetnek, s így megváltoztatják a lehulló csapadék pH-ját. Kezdetben a savas esők megjelenését (és például az általuk kiváltott erdőpusztulásokat) természetes jelenségnek gondolták, s csak a részletesebb vizsgálatok derítették ki valódi természetüket. (Az igazsághoz persze hozzátartozik, hogy a vulkánok által levegőbe juttatott kén természetes úton is előidézi a savas esőket.)

Globálisan a savas esők 60–70%-áért a ként tartják felelősnek – s ennek kb. 9/10-e emberi beavatkozás következménye. A felhasznált kőszenekben általános a 2–3%-os kéntartalom, ami az égetés során SO₂ formájában a levegőbe kerül. A második legfontosabb kénforrás a fémkohászat, a harmadik – már természetes szennyezőként – a vulkánosság, majd a szerves anyagok bomlása említhető. A salétromsav képződéséhez szükséges nitrogén-oxidok levegőbe juttatásáért kb. 95%-ban felelős az emberi tevékenység. A legfontosabb NOx források: a szén-, a kőolaj- és a földgáz-felhasználás (égetés, közlekedés, vegyipar), a műtrágyázás, a talajbaktériumok és az erdőtüzek.

Az imént felsorolt fő szennyező források is mutatják, hogy miért éppen az ipari és nagyvárosi térségek azok, ahol leginkább jelentkezik a savas esők hatása. Szélsőséges esetekben az esők pH-ja akár 2–2,5-ig csökkenhet, ami valójában néhányezerszerese a természetes esők savasságának. A szennyezések hatásterülete a fő szélirányoknak megfelelően alakul ki. A kén-dioxidok akár 1500-3000 km-ig jelentős hatást okoznak, a nitrogén-oxidok pedig vélhetően még nagyobb távolságokra is eljutnak. Ez az oka annak, hogy a skandináviai országok savas esőiért jórészt a brit szennyezések felelősek, illetve a Japánban jelentkező kénszennyezés mintegy harmadrészben Kína területéről származik. Az itt leírtakat és a 70. ábra adatait összevetve pedig arra is választ kapunk, miért éppen az 1970-es évek végén irányult a figyelem a savas esők problémájára.

Az, hogy milyen mértékben lesz savas a csapadék, a levegőben levő anyagok koncentrációján túl, a meteorológiai körülményektől is függ. Mivel az esőben oldott anyagok, savak mennyisége függ az esőcseppek méretétől, élettartamától és hőmérsékletétől, általában az figyelhető meg, hogy a felhő savasabb, mint az eső; az eső savasabb, mintha hó formájában hullik le a csapadék (ugyanis a jég már nem tud további gázokat felvenni); egy nyári zivatar pedig savasabb, mint a csendes eső. A hóban felhalmozódó savak viszont a tavaszi hóolvadáskor akár 5–10-szeres hatást is kifejthetnek rövidebb ideig, mint a lehulló savas eső.

70. ábra: A kéndioxid-koncentráció változása Európában (mg S/l)(Forrás: Holdgate és társai 1982 in: Gaudie 1990)

A savas ülepedés sajátos, de nem ritka esete az ún. száraz ülepedés. Ilyenkor a levegőben levő savanhidridek, a légkör szárazsága miatt, nem tudnak savvá alakulni, hanem a levegőből kiülepednek, és később nedvességhez jutva fejtik ki savas hatásukat.

A savas esőkkel foglalkozó kutatások ugyan feltárták, hogy (a szén-dioxidon túl) főként a kén- és a nitrogén-oxidok a felelősek a savasságért, de a helyi körülmények függvényében tovább bővíthető a „bűnösök” listája. Néhány szénfajta klórt is tartalmazhat, amiből sósav képződhet, intenzív állattenyésztést folytató területeken a trágyából ammónia szabadulhat fel, ami később nitrogén-oxidokká alakulhat, az iparhoz vagy a közlekedéshez kapcsolódva pedig illékony szerves vegyületek szabadulhatnak fel. A fák károsodásáért sokszor a fotokémiai szmogban képződő ózon is felelőssé tehető (egyes becslések szerint Európa faállományának negyede leveleinek legalább 25%-át vesztette így el).

71. ábra: A felszíni vizek regisztrált savasodása Európában az 1980-as évek végén(Forrás: Europe’s Environment 1995)

A savas esők közvetlenül és közvetett módon is kifejtik hatásukat. Közvetlenül úgy, hogy lehullva (kiülepedve) károsítják a növényeket, építményeket. Hatásukra jelenős erdőterületek szenvednek kárt vagy pusztulnak ki, építmények (illetve díszítéseik) roncsolódnak. Mexikóban egyes maja romoknál azt tapasztalták, hogy 12 évente akár 1 mm is lemaródhat azok felszínéről. A vizes területekre hulló savas csapadék oly mértékben meg tudja változatni egy tó pH-ját (45. ábra), hogy annak élővilága részben kipusztul. Kanada mintegy 300 ezer tavából, több mint 14 ezernek változott meg annyira a vízminősége a savas esők hatására, hogy halállományuk szignifikánsan átalakult.

Egyik szélsőséges példa, hogy a Sudbury melletti kohók hatására a Clearwater Lake (Tisztavizű-tó!) vizének pH-ja 4,1-re csökkent (de még a környezetvédelmi beavatkozások után is, 1986-ban csak 4,7 volt). Az 1990-es évek elején Svédország 85 ezer egy hektárnál nagyobb tavából 14 ezer már jelentősen savasodott, s további négyezerben kezdetén jár a folyamat, ennek következményeként az ország vizeinek mintegy 40%-ából már hiányoznak a savasodásra érzékeny fajok.

Érdekes módon nem csak pusztítás útján, hanem például a folyamat által kiváltott túltáplálással is károsodhat az élővilág. A levegőben levő nitrátok oly mértékben meggyorsíthatják egyes növények növekedését, hogy azok kevésbé lesznek ellenállóak. Olyan megfigyelések is vannak, hogy ilyen „túltáplálás” hatására egyes fajok annyival gyorsabban fejlődnek, hogy elnyomják a környezetükben levőket, s értéktelen, diverzitással (lásd 5.6. fejezetben) alig rendelkező területek alakulnak ki.

A legjelentősebb károkat a savas esők a talajok károsításával okozzák. A talajok pH-jának csökkenése során előbb a – növények fejlődése szempontjából fontos – kalcium- és magnéziumsók oldódnak ki, a pH további csökkenése során azonban már oldatba kerülhetnek olyan az élővilágra veszélyes ionok is, mint az alumínium vagy a kadmium. A pH-változással együtt elpusztulnak a talajbaktériumok és a talajlakó férgek, csökken a talajok biológiai aktivitása, a felszínre kerülő szerves anyagok lebontása lassul, miközben jelentős tápanyag kerül ki a természetes körforgásból. Komoly problémát jelent, hogy a folyamat sokáig rejtve maradhat, s csupán apró jelei észlelhetők. Az erdő ugyanúgy zöld marad, de benne csökken a fák növekedési üteme, esetleg csak a pH-változásra kevésbé érzékeny fajokra korlátozódik, s lassú változás kezd kialakulni a fajösszetételben. Példaként említhető, hogy az Appalache-hegységben (USA) a tölgyfák pusztulási aránya 1960 és 1990 között duplájára nőtt. Németországban főként a fenyők, Magyarországon az 1980-as években pedig a lombos erdők szenvedtek jelentősebb károkat. Kanada keleti részén az erdők több mint felét károsítják a savas esők, s jelentős területeken tapasztalható vitalitásuk csökkenése, az ország lakosságának 4/5-e olyan területen él, ahol az esők kifejezetten savas hatásúak. Megjegyezzük, hogy az erdőpusztulások hátterében a savas esők közvetlen hatásán túl annak közvetett hatásai (a talajok pH-jának csökkenése, nitrogénfelhalmozódás) vagy extrém időjárási helyzetek, netán kórokozók, kártevők elterjedése is állhatnak.

A savas esőket okozó légszennyezések mértéke leginkább három tényező eredője: az egyik az iparosodottság, a másik a környezetvédelmi normák, a harmadik a vulkánkitörésekhez kapcsolódó gázkibocsátások. A fejlett, de környezetre nem figyelő ipar az 1980-as évekig Európát és Észak-Amerikát szennyezte súlyosan, nem véletlenül itt szembesültek először a probléma súlyos következményeivel. A hatékony környezetvédelem nyomán két évtized alatt jelentős változások indultak. Jelenleg a probléma leginkább a gyorsan iparosodó fejlődő országokat (és környezetüket) sújtja. Jól érzékelhető ez a világ nagyvárosainak légszennyezettségét bemutató ábrán (72. ábra). Különösen rossz a helyzet Kína és India nagyvárosaiban.

72. ábra: A becsült átlagos légszennyezés (PM10*) koncentrációja a 100 ezer főnél népesebb városokban és a fővárosokban (Forrás: Cohen és társai 2004 in O4)

* PM10: a 10 μm-nél kisebb (azaz az aeroszol és gáznemű) szennyezők

A WHO határérték 20 μg/m3

Ezekben az országokban még sokszor a jobb környezetet akaró központi kormányzat is erőtlen a minél gyorsabb gazdasági növekedés szorgalmazó helyi önkormányzatok és az ipari lobby ellenében.

A természetes tényezők közül a vulkáni tevékenységből is jelentős mennyiségű kén kerül többé-kevésbé folyamatosan a légkörbe, s ehhez nincs szükség még látványos robbanásos vulkánosságra sem (73. ábra). * Ha valaki járt már vulkáni területeken, tapasztalhatta, hogy akár sok évvel a vulkáni tevékenység látványos szakasza után sem ritkák a jelentős kénes kigőzölgések.

73. ábra: A vulkáni tevékenységből származó kén mennyisége 1979–2003 között (ezer t)(Forrás: TOMS)

Az elmúlt évek azt is bizonyították, hogy az emberiség, ha akarja, meg tudja változtatni a kedvezőtlen környezeti folyamatokat. A savas esők visszaszorítása érdekében Európában és Észak-Amerikában meghozott kibocsátási szigorítások nyomán látványosan javult a jelenséget generáló szennyezőanyagok mennyisége (74. ábra).

1990 1995

2000 2004

A Gothenburgi Jegyzőkönyvben meghatározott cél

74. ábra: Az évente leülepedő kén mennyiségének csökkenése Európában a kibocsátás-csökkentési jegyzőkönyvek következményeként(Forrás: EMEP 2006)(ülepedő kén mg/m2/év)

A légköri káros folyamatok mellett, illetve azokkal összefüggésben is jelentős változások érik a talajt és a felszíni vizeket. A következő fejezetekben ezeket tekintjük át röviden.

4.4. A talajt érő károsító hatások

A talajpusztulást előidéző tényezők között különbséget kell tenni a természetes viszonyok, elsősorban a természetes növénytakaró alatt kialakuló geológiai talajpusztulás, valamint az emberi tevékenység hatására módosuló talajpusztulás között.

A geológiai talajpusztulás sebessége kisebb, hatásának eredményeként bekövetkező változások csak hosszú idő alatt fejlődnek ki.

A gyorsított talajpusztulás az erdőirtás, a szántóföldi művelés következményeként fellépő, a szél (defláció) és a víz (erózió) által előidézett károsodás. A talajok pusztulásában az ember közvetlenül is részt vesz, amikor utakat, városokat, ipari létesítményeket épít. A termőtalaj-veszteséget évi 24 milliárd tonnára becsülik a Földön (megközelítőleg ennyi Ausztrália búzaföldjeinek termőtalaj mennyisége).

A szikesedés a talaj adszorpciós folyamatainak olyan változása, amikor a talajkolloidok felületén kötött ionok között megnő a nátrium mennyisége és aránya. A másodlagos szikesedés a talaj vízháztartásának megváltoztatása (pl. lecsapolás, öntözés) következtében alakul ki, Magyarországon jelentős területeket érint.

A talajszennyezés az ipari és a mezőgazdasági tevékenységek, illetve a hulladék elhelyezés következtében korunk egyre súlyosbodó problémája. A fejlett országokban az egy főre eső átlagos hulladéktermelés 600-800 kg évente, az ipar és a mezőgazdaság ennek többszörösét produkálja. A gazdasági növekedéssel párhuzamosan emelkedik a hulladék mennyisége. A hulladékproblémára megoldást a különböző hulladékgazdálkodási módszerek (pl. csomagolási hulladék csökkentése, szelektív hulladékgyűjtés, újrahasznosítás, megfelelő színvonalú hulladék-elhelyezés, hatékony és környezetkímélő hulladékártalmatlanítás) eredményes alkalmazása jelenthet.

Antropogén eredetű talajszennyező források:

szennyvizek,
szennyvíziszapok,
híg trágyák,
hulladékok,
ipari emissziók,
mezőgazdasági vegyszerek (műtrágyák, peszticidek).

A talajba kerülő toxikus nehézfémek különböző formában lehetnek jelen (75. ábra), melyek között a talaj kémiai tulajdonságai (pl. kémhatása, redoxi-potenciálja) alapján alakul ki megoszlási egyensúly. A talaj savanyodása (pl. a savas esők hatására) különösen veszélyes, mert a talaj eredeti állapotában oldhatatlan nehézfém-vegyületeket mobilizálhatja.

75. ábra:A toxikus nehézfémek megoszlása a talajban (Stefanovits, 1999)

A szerves talajszennyezők többsége méregként hat az élő szervezetekre. A különböző formájú és változatos felépítésű peszticidek közül a mezőgazdaságban a herbicidek (gyomirtó szerek) és az inszekticidek (rovarölő szerek) használatosak nagyobb mennyiségben. A peszticidek a talaj folyékony, szilárd és gáz fázisában egyaránt előfordulhatnak, a fázisok közötti megoszlást a szerves szennyező és a talaj sajátságai együttesen határozzák meg (76. ábra).

Az apoláris peszticidekhez (pl. DDT) hasonlóan a poliklórozott bifenilek (PCB) és a policiklikus aromás szénhidrogének (PAH), a talajból a felszíni vizekbe, onnan az állati szervezetbe jutva a zsírszövetben feldúsulnak.

76. ábra: A talajra került szerves mikroszennyezők sorsa (Stefanovits, 1999)

4.5. A vizek szennyezése

Szinte minden emberi tevékenység kapcsolatban áll a hidroszférával. Egyrészt jelentős az emberi társadalom vízigénye, másrészt vannak a víznek emberi szempontból kellemetlen hatásai, melyek kiküszöbölésére törekszünk. E két tevékenység sokszor összekapcsolódik, erősíti vagy gyengíti egymást. Miközben használjuk a vizet, gyakran juttatunk bele olyan anyagokat, amelyek megváltoztatják a természetben előforduló vizek minőségét.

A magyar vízgazdálkodás szempontjából évtizedekre meghatározó stratégiai jelentőségű dokumentum az európai vízpolitikát meghatározó joganyag, az EU Vízgazdálkodási Keretirányelve, mely a vízminőség-védelem és a fenntartható vízhasználatok alapelveit illetve a gyakorlati megvalósítás feladatait foglalja jogi keretbe. Az alapelvek között szerepel az elővigyázatosság, a megelőzés, a károk elhárítása a szennyezés helyén, a szennyező fizet és a költségtérítési elv alkalmazása, az integráció, a szubszidiaritás (csak olyan rendelkezéseket tartalmaz, amelyeket EU szinten célszerű szabályozni) és a nemzetközi együttműködés fontossága. A keretirányelv központi gondolata a felszíni és felszín alatti vizek „jó állapotának” biztosítása, egységes környezeti és vízgyűjtő-területi szabályozási keretbe illesztve. A célok tartalmazzák az ökoszisztémák és az ivóvízkészlet védelmét, a fenntartható vízhasználatok megoldását, a vizeket érő szennyezések megakadályozását illetve csökkentését, valamint az árvizek és a szárazságok környezeti hatásainak mérséklését. A célkitűzések teljesítésének ellenőrzésében kiemelt szerepet kap a monitoring, amely integráltan kezeli a mennyiségi és minőségi elemeket, illetve a mérést és az értékelést.

Világszerte jelentkező vízminőségi problémák:

eutrofizálódás,
nitrátosodás,
mikroszennyezők feldúsulása,
havária események (pl. olajszennyezés, cianid-szennyezés).

Az eutrofizálódás a növényi tápanyagok dúsulására adott biológiai válasz. Ez a természetes körülmények között lassan végbemenő folyamat a tavak fokozatos feltöltődéséhez vezet. A természetes felszíni vizek esetében a növényi tápanyag-tartalom alapján megkülönböztetünk oligotróf (tápanyagszegény), mezotróf (közepes tápanyag-tartalmú), eutróf (túltáplált) és hipertróf (növényi tápanyagban nagyon feldúsult) vizeket. Az oligotróf vizek tiszta, tápanyagban szegény vize, általában kékes vagy zöldes árnyalatú, üledékük szerves anyagban szegény. Kedvezőtlen külső behatásokra (pl. műtrágya bemosódás, kommunális szennyvizek bejuttatása) növényi tápanyagokban feldúsulnak, melynek hatására a producens szervezetek elszaporodnak, az üledékben pedig tetemes mennyiségű rothadó szerves anyag halmozódik fel (feliszapolódás). Az eutróffá vált vízben megváltozik a növényi és állati plankton mennyisége és rétegződése, színe zöldessárga. A túlalgásodás mellett a makrovegetáció robbanásszerű elburjánzása is bekövetkezhet (77. ábra). Az antropogén tápanyag-terhelés a tavakban és tározókban fokozhatja az elsődleges termelők szaporodását, mely kétféle módon nyilvánulhat meg: planktonikus szervezetek elszaporodásában (planktonikus eutrofizálódás) vagy a vízi és mocsári növények biomasszájának nagymértékű növekedésében (bentonikus eutrofizálódás) (Lakatos, 1978).

77. ábra: Az oligotróf és az eutróf vizek jellemzői

A felszíni vizek eutrofizálódásáért a növényi tápanyagok közül alapvetően a különböző foszfor-és nitrogén-formák felelősek. A felszíni vizekbe jutó oldható szervetlen P-formák (78. ábra) képesek az üledékben „becsapdázva” (oldhatatlan formában időlegesen kikerülve a biológiai körforgásból) feldúsulni majd onnan különböző hatásokra (pl. aerob körülmények közötti mikrobiális tevékenység, kémhatásváltozás) mobilizálódni, mellyel hírtelen megnövelik a víz tápanyag-ellátottságát.

78. ábra: A felszíni vizek P-formái

Napjaink egyik legfontosabb vízminőségi problémája a tavak és tározók mesterséges eutrofizálódása, melynek fő okai:

a népesség gyors növekedése és az urbanizáció következtében megnövekvő kommunális szennyvíz mennyisége,
a gyors iparosodás hatására megnövekvő ipari szennyvizek mennyisége,
a mezőgazdaság intenzifikálása (pl. műtrágyahasználat és a hígtrágya mennyiségének növekedése),
a polifoszfát tartalmú mosószerek elterjedése.

Az eutrofizálódás kedvezőtlen folyamat, mivel:

oxigénhiányhoz vezethet, amely halpusztulást okoz,
algatoxinok jelenhetnek meg a vízben, amely az állati szervezetekre mérgező,
kedvezőtlenül befolyásolja a különböző vízhasználatokat.

A felszíni és felszín alatti vizek nitrát-szennyezésének (nitrátosodás) kérdése a második világháborút követő gazdasági fellendülés után került az érdeklődés középpontjába. A vizek nitrát-koncentrációjának növekedése hatással van a vízi ökoszisztémákra (eutrofizálódás) és a csökkenti a víz emberi felhasználhatóságát is. A felszíni vizekben található N-formák közül a növények számára nitrogénforrást az ammónia (ammónium-ion), a nitrit- és a nitrát-ion jelent, melyek mikrobiológiai tevékenység hatására képesek egymásba átalakulni (79. ábra). Az ivóvíz magas nitrát-koncentrációjának közegészségügyi kockázata van, mivel az emberi és állati szervezetnek számára mérgező.

79. ábra: A felszíni vizek mikrobiológiai N-körforgása

A felszíni és felszín alatti vizek nitrátosodásának fő okai:

az állattartó telepekről származó hígtrágya,
műtrágyázás,
a szennyvizek környezetbe jutása,
a levegőszennyeződés savas kiülepedése,
korszerűtlen hulladék elhelyezés.

Jelentős környezetvédelmi probléma a mikroszennyezők vizekbe jutása és feldúsulása. Ezeknek a már kisebb mennyiségben is káros hatást kifejtő anyagoknak két fő csoportját a szervetlen (pl. mérgező nehézfémek) és a szerves (pl. peszticidek) mikroszennyezők alkotják.

Az ember évről-évre növekvő mennyiségben vonja ki a különféle fémeket a természetből, majd fizikai és kémiai átalakítások során dúsítja, felhasználja és végül valamilyen formában, de a természeteshez képest jóval koncentráltabban juttatja vissza. Ez a mennyiség adódik hozzá a vizekben természetes módon jelen levő, háttérszennyezésként szállított terheléshez. A nehézfémek mérgező hatása régóta ismert, de az első környezetszennyezésből eredő, járványszerű megbetegedéseket csak az 1950-es évek közepén észlelték először. Japánban fájdalmas csonttorzulásokkal és törésekkel járó betegséghullám (itai-itai betegség) alakult ki, mikor rizsföldeket kadmium-tartalmú ipari szennyvízzel öntöztek. Ugyancsak Japánban halászoknál észlelték az idegrendszeri károsodást illetve halált okozó mérgezéshullámot (minamata-betegség), amelyet a tengerbe jutó ipari szennyvízből a halak által akkumulált dimetil-higany vegyület okozott. A nehézfémek a felszíni vizekben a lebegőanyagban valamint oldott formában egyaránt jelen lehetnek. Az oldott forma bekerülhet az ivóvízbe, a nehézfémmel szennyezett lebegőanyag pedig az üledékbe jutva felhalmozódhat. Az üledékből aztán újra oldódhatnak (pl. redoxi-potenciál változás, pH csökkenés, komplex-képződési folyamatok hatására) és bekerülve a táplálékláncba, lépcsőről lépcsőre haladva akkumulálódnak.

A növényvédő szerek (peszticidek) kibocsátója a mezőgazdaság és az ipar. Használatuk a második világháború után vált általánossá.

Az elsők között alkalmazott halogénezett szénhidrogének (pl. DDT-diklórfenil-triklór-etán) nagyon hatásosak voltak. A talajban és a vizekben nem bomlottak le, ezért a hatásuk hosszabb ideig tartott. Csak később vált világossá, hogy az állati szervezetekben felhalmozódva (80. ábra) károsítják azokat. Hazánkban a világon az elsők között 1968-ban betiltották ezeket a szereket, azonban néhány országban még ma is gyártják és a fejlődő országokat látják el velük.

80. ábra: A DDT beépülése a táplálékláncba

A jelenleg is nagy mennyiségben használt növényvédő szerek közül különösen veszélyesek az atrazin (klór-amino-triazin) tartalmúak, melyek hazánkban a legáltalánosabban használt gyomirtó szerek. Alkalmazásukat több EU tagállamban már betiltották a talajvizeket visszafordíthatatlanul elszennyező hatásuk miatt.

A kőolaj és származékaik olyan anyagok, amelyek a vízbe kerülve elsősorban az élőhely fizikai tulajdonságainak megváltoztatásával jelentenek súlyos veszélyt a vízi életközösségekre. A vízfelszínen szétterülve gátolják a légkör és a víztest közötti gázcserét, ezáltal megakadályozzák a légkörből az oxigén beoldódását illetve a vízben keletkező gázok (pl. metán, kénhidrogén) eltávozását. A kőolajszármazékok vízoldhatósága általában rossz, de a kismértékű oldódásuk is mérgező hatású az élőlényekre. Egyéb szennyezések (pl. szintetikus mosószerek) hatására könnyen képeznek emulziót, amely további folyamatok lejátszódását segíti (81. ábra).

81. ábra: Az olajszennyezés átalakulási folyamatai felszíni vizekben.

A cianidok közül különösen az alkálifémekkel alkotott sók (pl. KCN) veszélyesek, amelyek már 0,01 mg/l koncentrációban is súlyos mérgezést okoznak, mivel gátolják a sejtlégzés enzimjeinek működését. 2000-ben egy romániai aranybánya zagytározó-ülepítő tavából gátszakadás miatt elfolyó cianid-tartalmú ipari szennyvíz okozott súlyos károkat a Szamos és a Tisza élővilágában. Az aranykitermelés technológiájából származó cianid szennyezés elsősorban vízben jól oldódó fémekkel kötött cianid-komplexek formájában került az élő vízbe. A Szamosban a cianid-tartalom maximális értéke közel 30 mg/l volt, a Tiszában 15 mg/l körül alakult, a Magyarországot elhagyó vízben a maximális koncentráció 1,5 mg/l volt. A cianid-komplexek kémiailag stabilak és az üledékben nem raktározódnak, ezért a cianid a hozzá kapcsolódó fémekkel együtt nagyrészt elhagyta az ország területét. A cianid szennyezés a Szamos és a Tisza érintett szakaszán a planktonikus élőlényeket teljesen kipusztította. A plankton újbóli benépesülése a szennyezés-hullám levonulása után néhány nappal kezdődött meg. A makroszkopikus gerinctelen élőlény-együttesek is jelentős mértékben károsodtak, a legérzékenyebben a rákok reagáltak. Az elpusztult 1200 tonna hal csaknem fele növényevő volt.

4.6. A biodiverzitás csökkenése

Ahogyan azt az előbbiekben láttuk a földi élet történetének olyan korát éljük, amikor az emberiség természetátalakító és pusztító tevékenysége megnőtt. Sajnos ezzel együtt a fajok kihalási sebessége is felgyorsult. A fajkihalás sebességére vonatkozóan a legpontosabb adatok a madarak és az emlősök tekintetében vannak (az 1600-as évektől napjainkig kihalt emlősök száma 85, madaraké 113).

A Földön a leginkább fajgazdag élőhelyek a trópusi esőerdők, a korallzátonyok és a trópusi tavak. Szinte minden élőlénycsoporton belül a fajszám a trópusoktól a sarkok felé csökken. A tengerekben a fajgazdagság a mélységgel csökken, szárazföldi körülmények között a domborzat, az éghajlat és más környezeti tényezők (pl. talaj) helyi változatossága van rá jelentős hatással.

Néhány élőlénycsoport (pl. madarak, emlősök, edényes növények) tekintetében az ismeretek viszonylag pontosak, de még napjainkban is számos új fajt fedeznek fel a tudósok. Gyakran vezet új fajok felfedezéséhez az új technikák alkalmazása (pl. DNS vizsgálat), melyek az addig egységesnek hit fajok földrajzilag izolált populációinak fajszintű elkülönülését igazolják.

82. ábra: A Földön eddig leírt fajok (sötét mező) és a becsült ismeretlen fajok (világos mező) aránya

Napjainkig mintegy 1,5 millió fajt írtak le, de nagy bizonyossággal állítható, hogy legalább még kétszer ennyi ismeretlen faj él a Földön. A leírt fajok több mint fele rovar, közel egyharmada pedig növény (82. ábra).

A biodiverzitást fenyegető tényezők:

kipusztulás,
az élőhelyek leromlása illetve pusztulása,
idegen fajok megjelenése,
vadászat és kereskedelem,
génmanipuláció.

Az ember tevékenysége hatalmas területeken megváltoztatta, degradálta vagy megszűntette az eredeti élőhelyeket, ezzel fajok és életközösségek lokális kihalását okozta. A veszélyeztető tényezők hatásai annyira gyorsan és olyan nagy területeken jelentkeznek, hogy az egyes fajok képtelenek adaptálódni vagy megfelelő helyre vándorolni. Európában csupán a földterületek 15%-a maradt meg eredeti állapotában, de a legnagyobb mértékű a trópusi esőerdők pusztulása. További veszélyeztetett élőhelyek a mérsékeltövi puszták, a vizes élőhelyek és a korallzátonyok.

Nagyon sok faj populációja kerül új területre az ember tudatos tevékenysége vagy véletlen behurcolás következtében. Az idegen fajok jelentős része nem képes tartós megtelepedésre, mert az új körülmények nem felelnek meg igényeiknek. Kis részük azonban képes új környezetében is fennmaradni, sőt az eredeti élővilág kiszorítása árán tömegesen elszaporodni. Az új élőhelyen való könnyű megtelepedés egyik oka, hogy az újonnan jött élőlényeknek hiányoznak a természetes ellenségeik.

Különleges problémát vet fel az adventív fajok azon csoportja, melyek közeli rokonaik a meghódított területen élő őshonos fajoknak. A földrajzi izoláció megszűnése után ezek szabadon hibridizálódhatnak, ezzel a helyi populáció genetikai állományát lerontják.

A génmanipuláció során egy faj génjeit egy másik faj génállományába ültetik és így genetikailag módosított élőlényeket hoznak létre. A módszer leginkább a növénynemesítésben terjedt el. Az ilyen növényekből készített élelmiszerek biológiai hatásairól azonban csak igen keveset tudunk.

A nemzetközi környezeti bűnözés virágzó formája a vadvilág termékeinek eladása a CITES rendelkezéseinek megszegésével. Ezt az egyezményt 1973-ban kötötték válaszképpen a fajok erősödő kihalási veszélye miatti aggodalomra. A CITES mintegy 900 növény- és állatfaj kereskedelmét tiltja. Az illegálisan eladott vadak zöme a fejletlen országokból származik, a világ biológiai sokféleségének legnagyobb részét adó területekről.

Mindezen okok vezették a világ több országának képviselőit arra, hogy 1992-ben a II. környezetvédelmi világkonferencián aláírják a Biodiverzitás Egyezményt. Számos természetvédelmi egyezmény (pl. 1971-ben a Ramsari Egyezmény) is született az elmúlt évtizedekben, melyek a vadon élő fajok és élőhelyük védelmét hangsúlyozza. Az egyes országok saját jogszabályaik segítségével is védik őshonos élőlényeiket a kipusztulástól.

Ezentúl 1992-ben megrendezésre került Rio de Janeiro-ban az addigi legnagyobb konferencia, amely az ember és környezet kapcsolatával foglalkozott, ennek a konferenciában központi gondolata a fenntartható fejlődés volt.

^[15]* ppm: milliomod rész

^[16] A változásokat mutató szemléletes animáció címe: www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/globalview/

^[17] A világos sávok a rövid-, a sötétszürke a hosszúhullámú energiaegyenleget mutatja %-ban.

^[18] A http://www.ipcc.ch címről teljes részletességgel letölthető valamennyi jelentés.

^[19] Naprakész adatok szerezhetőek a http://nsidc.org/arcticseaicenews/ címen.

^[20] Képek a http://www.canary-project.org/photos_pasterze_austria.html címen láthatók.

^[21] A gleccserek csökkenésének mértéről részletesebb ábra található a következő címen: http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Glacier_Mass_Balance_Map_png és http://www.globalwarmingart.com/wiki/Glacier_Gallery , de több változást mutató kép található a http://www.worldviewofglobalwarming.org/pages/glaciers.html oldalon is.

^[22]Elérhető a következő címen: http://www.unep.org/geo/gdoutlook/

^[23] Az El Niño kifejezés perui halászoktól származik, akik az 1800-as évek végén figyeltek fel a karácsony tájékán jelentkező meleg áramlatra (innen van a Kisded vagy Gyermek Krisztus elnevezés). A tudományos szakirodalom ma már inkább az ENSO kifejezést (El Niño and Southern Oscillation) használja, ezzel is utalva arra, hogy itt egy a légköri folyamatokkal kapcsolatos áramlásról van szó. Az eddigi tapasztalatok szerint a jelenség 2-10 évenként fordul elő, és akár tizenkét hónapig is tarthat.

^[24] A http://www.pmel.noaa.gov/tao/vis/tao-vis.html internetes címen több szemléletes animáció is található.

^[25] A jégbe zárt oxigén 16 és 18 tömegszámú izotópjainak arányai alapján lehet a jég korára következtetni. Az Antarktiszon 2004-ben mélyített fúrással már 890 ezer éves jégmintákat is elértek.

^[26] Ebből származnak azok a ciklonok, amelyek Európa csapadékviszonyainak kialakításában meghatározó jelentőséggel bírnak.

^[27] A Boecker-féle szállítószag leállását már katasztrófafilmekben is megjövendölték, a folyamat azonban a modellezések szerint lényegesen másként zajlana.

^[28] Egy Dobson azt jelenti, hogy normál nyomáson, tengerszintre vonatkoztatva a légréteg ózontartama 0,01 mm-nek felel meg. A sztaratoszférában átlagosnak tartott 300 Dobson 1 ppb-nek felel meg.

^[29] Molina, Rowland és Crutzen 1995-ben kémiai Nobel-díjat kaptak az ózonréteg pusztulásának elméleti tisztázásáért.

^[30]* Ezeket a veszélytelennek tartott anyagokat 1928-tól gyártották, és 1930-tól hűtőberendezésekben kereskedelmi hasznosításukra is sor került. Később spray-k hajtógázaként lettek népszerűk, s 1988-as felhasználásuk meghaladta az 1 millió tonnát.

^[31] A brómvegyületek főként tűzoltó készülékekből származnak, s együttes hatásuk kb. ötöde a klórkészítményeknek.

^[32]* A http://www.esrl.noaa.gov/gmd/dv/spo_oz/movies/anim2008.html címen 2000-től kezdődően megtekinthetők azok az animációk, amelyek a déli sarkvidéken mért ózoncsökkenés (kék oszlop középen) időbeli és vertikális (bal oldali több színű grafikon) alakulást mutatja az aktuális hőmérsékleten (jobb oldal).

^[33] Az ábrák közötti, azonos évekre vonatkozó különböző adatok magyarázata az, hogy nem teljesen azonos időintervallumra vonatkoztatottak (például van olyan, ami átlagos minimumként az októbert veszi figyelembe, míg mások a szeptember és október közepi időszakot), de szélsőértékként előfordulnak akár egy napra vonatkozó adatok is.

^[34]* Az interneten a http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/sbuv2to/ozone_hole.shtml, a http://www.antarctica.ac.uk/met/jds/ozone/#data és a http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/ címekről rengeteg részletes információhoz juthatunk, s jelen könyvünk adatait is kiegészíthetjük.

^[35] A http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/polar/polar.shtml

címen elérhetőek az archív és az aktuális adatok is. A 2010-es adatot a kézirat leadási időpontjáig mutatjuk.

^[36] A pH a folyadékok hidrogénion-koncentrációját, s ezen keresztül kémhatását mutatja. A semleges folyadék pH-ja 7, az ettől csökkenő számok az egyre savasabb, a növekvők a lúgosabb közeget jelölik.

^[37]* A semleges pH-tól való eltérést a levegőben természetes körülmények között található szén-dioxid (pontosabban az ebből képződő gyenge savnak minősülő szénsav), illetve néhány egyéb gáz okozza.

6. fejezet - 5. Fenntartható fejlődés - fenntarthatóság

Tartalom

5.1. A fenntartható fejlődés koncepció történeti előzményei
5.2. Indikátorok
5.3. A fenntarthatóság elv gyakorlati megvalósítása

“A végső kérdés nyilván az, hogy képes lesz-e túlélni az emberiség a ma élő emberek mesterkedéseit, akik - úgy látszik - gyakran inkább őrült majomként, mint épeszű emberként cselekszenek.”

A Szentgyörgyi Albert által 1970-ben megfogalmazott aggodalmát sajnos ma már könnyű megértenünk. A környezetpusztítást és az emberi kultúra hanyatlását nap mint nap tapasztaljuk. Az embereknek már nem szükséges cáfolhatatlan tényekkel, tudományosan megalapozott mérésekkel bizonyítani környezetünk elszennyeződését, elég ha körülnézünk közvetlen környezetünkben, vagy a rádiót, televíziót nézve megerősödik bennünk, hogy a baj világméretű. A környezet romlását csak tetézi az emberi kapcsolatok megromlása, s ezt sem kell pszichológusnak, szociológusnak bizonyítani, hisz “nincs időnk” arra, hogy egymásnak segítsünk, egymással törődjünk, mert, mint mondjuk, “pénzt kell keresnünk”. Ma már sajnos tényként kezelhetjük, hogy globális válságban élünk, amelyben benne foglaltatik a környezeti válság, a gazdasági válság és sajnos a kulturális válság. A Föld szegényei számára - akik száma nő - egyre reménytelenebbé válik az emberhez méltó élet (83. ábra).

83. ábra

Az előző fejezetekben már tárgyaltuk, hogy a problémák alapja a technoszféra megjelenése, melynek térhódítását az ipari forradalom segítette elő. Tisztán láthatjuk, hogy a gazdaság és üzleti élet nem képes azokat a hatalmas, az egész Földet érintő problémákat megoldani, amelyeket a technoszféra létrehozott. Az is nyilvánvaló, hogy a változás feltétlenül szükséges, és elérkezett az idő, nem várhatunk tovább.

5.1. A fenntartható fejlődés koncepció történeti előzményei

Stockholm (1972)

U Thant, az ENSZ főtitkára 1969-ben az ENSZ Gazdasági és Szociális Tanács 17. ülésszakán talán időben fordult felhívással a világ közvéleményéhez:

"Az emberiség történelme során most első ízben vagyunk tanúi egy olyan világviszonylatú válság kibontakozásának, amely mind a fejlett, mind a fejlődő országokat érinti; az emberi környezet válságáról van szó. Ha a jelenlegi irányzatok továbbra is érvényesülnek, biztosra vehető, hogy veszélybe kerül az élet a földgolyónkon. Ezért sürgősen fel kell hívni a világ figyelmét azokra a problémákra, amelyek megakadályozhatják az emberiséget abban, hogy legmagasabb rendű törekvéseink megvalósulását lehetővé tevő környezetben éljen."

Ezzel a kijelentéssel az Egyesült Nemzetek Szervezete deklarálta, hogy foglalkozni kíván a Föld globális problémáinak megoldásával. Ezt követően határozat született arról, hogy 1972-ben világkonferenciát rendeznek "Az Emberi Környezet ENSZ Konferenciája" címmel.

A svédországi konferencián 113 állam delegációja vett részt.

A megfogalmazott javaslatok a következő témákra hívták fel a figyelmet:

A konferencián az emberközpontúság elve érvényesült, megjelent a jövő iránti felelősség is. Kiemelték továbbá a nemzetközi együttműködések fontosságát, de a fenntartható fejlődésről még nem esett szó.

A nyolcvanas évek elejére a globális környezeti problémák kiszélesedtek, ez indokolta egy újabb ENSZ-konferencia előkészítését.

Környezet és Fejlődés Világbizottság (1983-1987)

Az újabb ENSZ világkonferencia előkészítésében jelentős szerepet játszott a Környezet és Fejlődés Világbizottság (a Brundtland Bizottság), amelyet "egy átfogó változás" megalapozására kértek fel.

Feladatai között szerepelt:

1983 decemberében kérte fel az ENSZ főtitkára Gro Harlem Brundtland asszonyt arra, hogy alapítsa meg ezt a független bizottságot, és tolmácsolja a világ népeinek a fenti kihívásokat.

A feladat hatalmas volt, hiszen ahogy ő fogalmazta a bizottságnak: "Az emberiség céljait és létét kell felelősséggel összeegyeztetnie, s ez mindnyájunk cselekvő támogatását követeli."

"Mivel nincs kezünkben az alapvető problémák megoldásának kulcsa, nincs más lehetőség, mint szüntelenül keresni azt. (...) szembe kell nézni a jövővel, az eljövendő generációk érdekeit védelmeznünk kell. Teljességgel nyilvánvaló volt: változtatásra van szükségünk!"

"Amikor 1982-ben megtárgyaltuk bizottságunk működésének feltételeit, voltak, akik csak környezetvédelmi tevékenységre akarták a munkát korlátozni. Ez nagy hiba lett volna. Nincs az emberi cselekvésektől, törekvésektől és szükségletektől elvonatkoztatott környezetvédelem, és ha emberi vonatkozásaitól elkülönítve kísérelnénk meg a környezet megvédését, maga a környezet szó is naiv politikai mellékzöngét kapna."

A Környezet és Fejlődés Világbizottság 1987-ben adta közre jelentését "Közös jövőnk" címmel, amelyben egyenesen a kormányokhoz, és rajtuk keresztül intézményekhez és minisztériumokhoz szólt. Mindenekelőtt természetesen az emberekhez szólt, akiknek jóléte minden környezet- és fejlődéspolitika végső célja. Fontos a magánvállalatok szerepe is, hiszen a nagy nemzetközi társaságok forgalma sokszor nagyobb, mint némely országé, s ezért megvan a lehetőségük arra, hogy a változásokban jelentős szerepet játsszanak.

A "Közös jövőnk" jelentésben jelenik meg a fenntartható fejlődés gondolata, az akkori magyar fordításban még harmonikus fejlődés néven.

"A harmonikus fejlődés a fejlődés olyan formája, amely a jelen igényeinek kielégítése mellett nem fosztja meg a jövő generációit saját szükségleteik kielégítésének lehetőségétől."

“A fejlődés magába foglalja a gazdaság és társadalom progresszív megváltoztatását. (...) De a fizikai fenntarthatóság nem biztosítható másképp, csak ha a fejlesztési politika figyelmet fordít például arra, hogy meg kell változtatni a természetes erőforrások felhasználási módját, a költségek és juttatások elosztását. Ahol csekély a hajlandóság a harmonikus fejlesztésre, ott is szem előtt kell tartani a generációk közti társadalmi méltányosságot, a generációkon belül is ki kell terjeszteni az egyenlő jogok elvét."

Az ENSZ Közgyűlése 1992-re kitűzött egy új konferenciát "Környezet és Fejlődés ENSZ Konferencia" címmel, amelynek már központi gondolata lett a fenntartható fejlődés. Ennek meghatározására lényegét tekintve megegyezik Környezet és Fejlődés Világbizottság 1987-es jelentésében leírtakkal: olyan fejlődés, amely úgy elégíti ki a mai generációk igényeit, hogy közben nem befolyásolja károsan a következő generációk ugyanazon igényei kielégítését.

Rio de Janeiro (1992)

A konferencián a 178 ENSZ-tagállam közül 172 vett részt, ezek közül 110 delegációt államfő vagy kormányfő vezetett, akik számára megszervezték a Föld Csúcstalálkozót, ahol Göncz Árpád, a Magyar Köztársaság elnöke is beszédet tartott.

Rióban az alábbi fontosabb dokumentumokat fogadták el:

Riói Nyilatkozat, melyben általános elveket fogalmaztak meg az erőforrások hasznosításáról, a környezet védelméről, a fenntartható fejlődésről és az egyes országok együttműködésének alapelveiről (l. multimédia jegyzetek).
A "Feladatok a XXI. századra" (Agenda 21) c. dokumentum, amely ajánlások és javaslatok gyűjteménye a fenntartható fejlődés megvalósítása érdekében.
ENSZ Éghajlatváltozás Keretegyezmény.
Egyezmény a biológiai sokféleségről.
Nyilatkozat az erdőkre vonatkozó elvekről.

Megállapodás született arról is, hogy az ENSZ keretében létrejön a Fenntartható Fejlődés Bizottság, amely figyelemmel kíséri a konferencia határozatainak és ajánlásainak végrehajtását. Magyarország a kezdetektől fogva tagja ennek a bizottságnak.

Aalborg (1994)

A "Feladatok a XXI. századra" (Agenda 21) megfogalmazása a fenntartható fejlődés megvalósítása érdekében jelentős eredménye volt a Riói Konferenciának.

A Konferencia eredményeit összefoglaló dokumentum 28. fejezete felhívja a világ politikai vezetőinek figyelmét arra, hogy kezdjenek párbeszédet országaik polgáraival egy, a helyi közösségek által elfogadható fenntartható fejlődéssel foglalkozó program, az ún. "Helyi feladatok a XXI. századra" (Local Agenda 21) kialakítására.

Az európai városok és közösségek reagáltak erre a felhívásra, létrehozták az ún. "Európai kampány a fenntartható városokért és közösségekért" programot. Ennek alapjait az 1994-ben Aalborgban megrendezett konferencián fektették le, megalkotva az "Európai Városok Chartája a Fenntartható Fejlődésért" című dokumentumot, amely "Aalborg Charter" néven vált közismertté.

1996-ban rendezték meg a második "Fenntartható Városok Konferenciát" Lisszabonban. 1997-ben került sor a "Rio+5 Konferenciára", amely a Riói Konferencia óta eltelt öt év eredményeit volt hivatott megvitatni. 2002-ben Johannesburgban, a Föld addigi legnagyobb konferenciáján vitatták meg a Riói Konferencia óta eltelt tíz év eredményeit, illetve sajnos helyesebb úgy fogalmaznunk, hogy eredménytelenségeit. Hiszen a konferencia bebizonyította, hogy az emberiség még nem képes rövid távú érdekeit hosszú távú érdekek mögé helyezni. A környezetünk helyzete ugyanis tovább romlott, bár a fenntartható fejlődés gondolata széles körben ismertté vált, a lényegét (84. ábra) – azaz, hogy a fejlődés fontosabb, mint a növekedés és a környezetnek, gazdaságnak és a szociális igényeknek harmóniában kell lenniük – még nem sikerült megértenünk.

„A valóságról alkotott képzeteink mély és szerteágazó változását éljük meg. A régi anyagelvű modellek lassan erejüket vesztik, és mi pedig fokozatosan összeállítjuk az új valóság mozaikképét. A haladás iránya azt sejteti, hogy az új modellnek része lesz az elme és a tudat, mint a valóság alapvető megjelenési formája.”

(Idézet, László Ervin (2001): A tudat forradalma című művéből)

Bár a tudomány és a technika új eredményei új távlatokat nyitnak, tudati, lelki átalakulás nélkül valódi fejlődés nem következhet be.

84. ábra: A fenntartható fejlődés lényegének összefoglalása

5.2. Indikátorok

Ha meg akarjuk valósítani a fenntartható fejlődést, szükségünk van indikátorokra (jelzőkre), amelyek megmutatják, jó úton járunk-e. Az indikátorok önmagukban nem mondják meg, mit kell tennünk, csak mutatják az utat a fenntarthatóság irányába. Segítenek meglátni, hogy mi történik ezzel kapcsolatban a saját közösségünkben. Általában elfogadott dolog indikátorokat használni annak jelzésére, hogyan haladunk előre céljaink elérése érdekében. Az indikátoroknak ugyanakkor nevelési szerepük is van. Az igazi értékük mégis abban rejlik, hogy nem csak kijelölik az utat, hanem a megvalósítás során segítenek a prioritások meghatározásában is.

Képzeljünk el egy olyan jövőt, amelyben mindenki harmóniában él közvetlen környezetével, nem okoz kárt sem lokálisan sem globálisan. Mindennapi élete során igényeit úgy elégíti ki, hogy azzal nem csökkenti az eljövendő generációk ugyanazon igénye kielégítésének esélyét. Ennek megvalósítását segíti az alábbi 13, Angliában kidolgozott indikátor.

1. A különböző forrásokat hatékonyan használjuk, a hulladékok mennyiségét a lehető legkisebbre csökkentjük újrahasználat és újrahasznosítás által.

2. A környezetszennyezést olyan mértékűre csökkentjük, hogy az nem káros az élő szervezetekre.

3. A természetet védjük, sokféleségét nagyra értékeljük.

4. Amennyire az csak lehetséges, a helyi igényeket helyi forrásokból elégítjük ki.

5. Mindenkinek lehetősége van elfogadható életkörülmények között élni, elérhető áron közlekedni, tiszta vízhez, megfelelő mennyiségű élelemhez és lakáshoz jutni.

6. Mindenkinek lehetősége van számára elfogadható munkához jutni, amelyet egy sokszínű gazdaság biztosít. Egyenlő munkáért lehetőleg egyenlő fizetség jár, és ugyanakkor értékes az önkéntes, egymásért vagy a közösségért végzett munka is.

7. Az emberek egészségét elsősorban tiszta és nyugodt környezetük biztosítja. Az egészségügyi ellátás feladata a megelőzés is, nemcsak a betegségek kezelése.

8. Miközben az emberek hozzájutnak a szolgáltatásokhoz és a különböző javakhoz, nem okoznak kárt mások és környezetük számára.

9. Az emberek félelem nélkül élnek saját közösségükben és nem tartanak a bűnözéstől, a személyes agressziótól, egyenlőtlen versenyhelyzetektől, a nemi és származás szerinti megkülönböztetéstől.

10. Mindenki hozzájuthat a különböző információkhoz, tudáshoz, szakmai ismeretekhez annak érdekében, hogy teljes értékű embernek érezze magát az adott társadalomban.

11. Valamilyen szinten mindenkinek lehetősége van arra, hogy részt vegyen a döntéshozatalban.

12. Mindenkinek lehetősége van művelődésre, pihenésre, szórakozásra.

13. Az adott település, amelyben a közösség él, úgynevezett "emberléptékű", ahol a sokféleséget és változatosságot nagyra értékelik és védik a szürkeséggel, az egyhangúsággal szemben. A dolgok használati és pénzben kifejezett értékén túl nagyra értékelik azok szépségét és harmóniáját.

Be kell látnunk, a fenntartható fejlődés megvalósítása talán a legnagyobb kulturális kihívás, amellyel az emberiség valaha szembenézett. Ebből következik, hogy rendkívül sürgető az új technológiák kifejlesztése, a gazdasági élet átszervezése, új vásárlási szokások bevezetése stb., egyszóval a fenntartható életstílusra való áttérés. Mindannyiunknak mérlegelnünk kell, hogy mindennapi tetteink segítik, vagy éppen akadályozzák ezeknek a céloknak az elérését.

5.3. A fenntarthatóság elv gyakorlati megvalósítása

Mielőtt nekilátunk a fenntartható fejlődés gyakorlati megvalósításának, nagyon fontos belátnunk azt, hogy a fenntartható fejlődés nem azonos a környezetvédelemmel. A környezeti problémák nem kezelhetők elkülönülten a szociális és gazdasági problémáktól, ha azokat fenntartható módon kívánjuk megoldani. Nekünk olyan új kultúrára van szükségünk, amelyben a különböző igényeket integrálni tudjuk.

A három elem harmóniájának durva megsértését, s ennek rendkívül súlyos következményeit jól mutatja az Aral-tó tragédiája (85. ábra).

A tó vízfelülete az elmúlt több mint harminc év során jelentősen csökkent, amely önmagában környezeti katasztrófaként értékelhető. A jelenlegi helyzet azonban nem ilyen "egyszerű". A szovjet hatalom idején központi döntés született a térség gazdasági "fejlesztéséről", figyelmen kívül hagyva a helyi sajátosságokat, hagyományokat, az ottani közösségek érdekeit. Az Aral- tó környékét rizs- és gyapottermesztésre jelölték ki. Ehhez sok vízre volt szükség, amelyet a tavat tápláló két folyó, a Szir-darja és Amu-darja vizének csatornákon történő elvezetésével oldottak meg.

85. ábra: Az Aral-tó felszínének változása

A kitűzött tervek teljesítéséhez sok műtrágyára és növényvédő szerre is szükség volt. A folyók vizének elterelésével lényegesen kevesebb víz jutott a tóba, s ennek következtében felülete közel 50 %-kal, miközben vízszintje több 14 m-rel csökkent. Ez a katasztrófa végül is teljes gazdasági összeomláshoz és súlyos szociális problémákhoz is vezetett. Ma a tó környékén nagy a munkanélküliség, a szegénység, és a bekoncentrálódott vegyszerek okozta megbetegedések száma. Ebből következően a falvak sorra néptelenednek el, és szűnnek meg azok a közösségek, amelyeknek létét évszázadokon keresztül a tó biztosította.

Milyen módszerekkel és eszközökkel valósítható meg a fenntartható fejlődés? A válasz az, hogy nincsenek univerzális módszerek és eszközök. Minden közösségnek magának kell a legmegfelelőbbeket megtalálni. Fontos, hogy más tapasztalataiból is tanuljunk, és saját tapasztalatainkat adjuk át másoknak.

Arra vonatkozóan, hogy mit tehetünk a mindennapi gyakorlatban, néhány lehetőséget az alábbi táblázatban láthatunk.

Indikátorok	Tevékenység	Igények
A különböző forrásokat hatékonyan használjuk, a hulladékok mennyiségét a lehető leg-kisebbre csökkentjük újrahasználat és újrahasznosítás által.	Kiterjesztett gyártói felelősség (EPR). Az EPR megosztja a felelősséget a gyártók, szolgáltatók és vásárlók között, ezáltal csökkenti a termék környezeti hatását egész “életciklusa” során. Így minden lépés a tervezéstől, a gyártáson és felhasználáson át egészen a hulladékok kezeléséig összhangba kerül.	Arra serkenti a gazdaságot, hogy lényeges változtatásokat tegyen a termék környezeti hatásával kapcsolatban. Fontos továbbá, hogy az elhasználódott termék (hulladék) nem marad az adott közösségben.
A környezetszennyezést olyan mértékűre csökkentjük, hogy az már nem káros az élő szervezetekre.	Energiahatékonysági programok, melyek csökkentik a fogyasztást és a természeti erőforrások felhasználását, miközben lehetőséget adnak a gazdaság továbbfejlődésére. Az ilyen programok energiát és pénzt takarítanak meg, sőt csökkentik a levegő szennyeződését. Segítik a fogyasztók ismereteinek bővülését az energia felhasználásával kapcsolatban, és a megújuló energia felhasználásának lehetőségeit is bemutatják.	Ezen tevékenysgek segítik az adott közösséget abban, hogy a problémákat job-ban lássák, meg-mutatja a gazdaság számára a követendő utat, és jelentős mértékben elősegíti a környezet védelmét.

5. táblázat

Ahhoz, hogy a fenntartható fejlődést, mint célt meg tudjuk közelíteni, indikátorokra, azaz megfelelő mérőszámokra van szükség, amelyek a lehető legpontosabban mutatják meg gazdaság és akár az egyén környezetre kifejtett hatását. Egy ilyen mérőszámot az ökológiai lábnyomat mutatjuk be a következő fejezetben.

7. fejezet - 6. Egy bűvös mérőszám, ami megmutatja a környezeti felelősséget: az ökológiai lábnyom

1995-ben Kanadában jelent meg az a könyv^[38], amely alapjaiban változtatta meg a fenntartható fejlődés „elmaszatoló” környezeti ideológiáját. A bevezetett új fogalom, az ökológiai lábnyom, lehetőséget teremt arra, hogy meghatározható legyen mindenki felelőssége az aktuális környezethasználatban.

De mi is ez az új fogalom? A ökológiai lábnyom az a terület, ami károsodás nélkül (azaz fenntartható módon) meg tudja termelni egy adott személy aktuális életviteléhez szükséges javakat. Számszerűsíti, hogy életmódunk mekkora hatással bír a környezetre.

Az eredeti megfogalmazás szerint minden egyén ökológiai lábnyoma hat elemből állt össze:

az a terület, amelyen a táplálkozáshoz szükséges növényi táplálék megtermelhető,
annak a legelőnek a nagysága, amely az általa elfogyasztott hús előállításához szükséges,
a fa- és papírfogyasztásának megfelelő nagyságú erdőterület,
a hal fogyasztásával arányos tenger (általánosabban: vízfelület),
a lakáshoz szükséges földterület, valamint
annak az erdőterületnek a nagysága, amely az egyén energiafogyasztásával arányos mennyiségű szén-dioxid megkötéséhez szükséges.

A számítási módszert később további elemekkel is megkísérelték bővíteni. (Ezek közül azonban a „nukleáris lábnyom” meghatározása számos vitatott elemet tartalmazott, így egyelőre nem számolnak vele.) Legfontosabb új eleme, hogy az ökológia lányommal párhuzamosan – az édesvíz hiányának problémáját felismerve – vízfelhasználási lábnyomot is meghatároznak^[39].

A számítások másik fontos kiinduló eleme az ökológia kapacitás. Ez azt mutatja, hogy az adott időpontban rendelkezésre álló eszközökkel mekkora a Föld (vagy egy földterület) ökológia teljesítőképessége. Ez azt jelentené, ha csak a mezőgazdaság (és pl. a biotechnológia) technikai fejlődését néznénk, a Földünk biológiai kapacitása folyamatosan nőne. Mivel azonban sok helyen romlik a termőföld minősége (talajerózió, szikesedés, sivatagosodás, stb.) és sok helyen már a termőterületek kiterjedése is csökken (beépítések, minőségromlás miatti kényszerű területfeladások, stb.) a biológiai kapacitás növekedése az elvárhatónál lényegesen kisebb. Ha a Földünk ökológiai kapacitását egy főre kivetítve vizsgáljuk, akkor megállapítható, hogy az emberiség létszáma gyorsabban nő, mint a bolygónk ökológiai lehetőségei (86 ábra).

86. ábra: A Föld biológiai kapacitása és az emberiség ökológiai lábnyoma 1960-2007 (Forrás: WWF 2010)

Fontos kiemelni, hogy mind az ökológiai lábnyom, mind a biológiai kapacitás kisebb területi egységekre, tehát kontinensekre, országokra (de akár egyénekre) is meghatározható! Tehát nem mindegy hol élünk, milyen területen telepedtek le őseink.

Az ökológiai lábnyom mértékegysége a globális hektár, ami figyelembe veszi a tényleges természeti adottságokat, azaz területileg differenciált. Ez például azt jelenti, hogy egy rossz adottságú (pl. száraz területen) lényegesen több terület kell egy ember gabonával való ellátásához, mint egy jó csernozjomon. A számítás így nem csak a személy tényleges fogyasztását, hanem annak természeti hátterét, azaz a táj biológiai kapacitását is értékeli. A komplex mutató tehát környezeti szempontok alapján teremt lehetőséget arra, hogy mérni lehessen, és összehasonlíthatóvá váljon egyének és országok fogyasztási szintje, illetve ugyanígy a rendelkezésükre álló erőforrások is. Ez lényegesen több annál, mint, hogy a fejlett országok többet fogyasztanak az országukban rendelkezésükre állónál, vagy nagyobb a káros anyag kibocsátásuk. Az pedig, hogy ezt megközelítőleg konkrét személyekre lebontva is meg lehet határozni, talán növeli az egyének felelősségérzetét is. Legnagyobb jelentősége talán abban van, hogy (számos pontatlansága ellenére) szembesít bennünket Földünk korlátozott lehetőségeivel és a folyamatosan növekvő szükségleteinkkel. Az emberiség igényeit ebben a komplex mutatóban „összegyúrva” rá kell döbbennünk, hogy a fenntartható fejlődés sem globális szinten (86. ábra), sem az országok nagy részében nem reális lehetőség, a jelenlegi életmódot folytatva. Az ábra szembesít bennünket azzal a ténnyel, hogy miközben az emberiség az 1980-as évek vége felé kezdett megbarátkozni a fenntartható fejlődés gondolatával, a gyors népességnövekedés miatt már éppen akkor túl is lépte a fenntarthatóság határát! Az ábra ugyanakkor nagyon csalóka, hiszen azt is mutatja, hogy az egy főre jutó átlagos ökológiai lábnyomunk mérete alig változik már három évtizede. Ennek magyarázata, hogy a fejlett, népességükben alig változó országok lábnyomnövekedését a kevesebbet fogyasztó, de nagy népességnövekedésű országok mintegy kompenzálják, ahogyan ezt ország-csoportokra bontva láthatjuk is (86. ábra). Mindez elfedi azt a tényt is, hogy az emberiség tényleges ökológiai lábnyoma ez idő alatt kb. háromszorosára nőtt (87. ábra). Amíg az 1960-as évek elején egy fél Föld is elég volt az emberiség igényeinek kielégítésre, napjainkban már lassan több mint kettő kellene^[40].

87. ábra: Az ökológiai lábnyom változása gazdasági fejlettség szerint(Forrás: WWF 2010)

88. ábra: Az emberiség teljes ökológiai lábnyoma(Forrás: WWF 2010)

Ez előző ábrákon látszik, hogy a nagy népességnövekedés miatt 2007-ben az egy főre jutó 1,8 globálhektár helyett átlagosan 2,7 hektárt használunk. Azaz húsz év óta már folyamatosan éljük fel a Föld erőforrásait. Miután a Föld biológiai kapacitását csak lassabb ütemben lehet növelni, még azonnali beavatkozással is csak az évszázad közepe tájára lehetne fenntartható szintre hozni „túlhasználatunkat” (89. ábra). Az is nyilvánvaló, a túlhasználatot a fejlett országok 6 globálhektárt meghaladó értéke adja. De az összkép még ennél bonyolultabb, ha a területi adatokat is figyelembe vesszük.

89. ábra: Az emberiség teljes ökológiai lábnyoma és a Föld biológiai kapacitása

(Forrás: WWF 2006)

A Föld nagy régióit vizsgálva hatalmas aránytalanságokat találunk. A hét nagy térségből négy (Észak-Amerika, Európa, a Közel-Kelet és Ázsia) lényegesen többet használ annál, mint amennyi adottsággal rendelkezik (90. ábra). Az ábrát tanulmányozva érdemes arra felfigyelni, hogy Ázsia ugyan egy személyre vonatkoztatva viszonylag kevés értékkel lépi túl a biológiai kapacitását, ez azonban a hatalmas népesség (az oszlopok szélessége a népességgel arányos) miatt tetemes ökológiai deficitet jelent (majdnem kétszer annyit, mint Észak-Amerika hiánya). Ennek oka az óriási népességen túl az is, hogy a sok terméketlen (sivatagok, magas egységek) terület miatt viszonylag kisebb a kontinens biológiai kapacitása.

90. ábra: Az ökológia kapacitás és az ökológiai lábnyom viszonya a Föld nagyrégióiban (2005)(Forrás: WWF 2008)

Az országok jelentős részében a túlhasználat meghaladja a biológiai kapacitás másfélszeresét is. A legfrissebb, 2007-re vonatkoztatott adatok alapján az egy főre jutó hatást vizsgálva több mint 60 ország a világátlagnál jobban veszi igénybe környezetét^[41] és közel száz többet használ fel a globális biológiai kapacitás átlagánál. Az „élbolyban” az aktuális sorrend: Egyesült Arab Emirátus, Qatar, Dánia, Belgium, USA, Észtország, Kanada, Ausztrália. A fenti nyolc ország közül kettő (Kanada és Ausztrália) azonban a rendelkezésre álló nagyobb terület, illetve kisebb népsűrűség miatt mégis kedvező helyzetben van. Magyarország az 54. hely táján található, s környezeti használatunk kb. másfélszerese az adottságainknak. Számunkra biztató talán az lehet, hogy hazánk ökológiai lábnyoma az utóbbi húsz évben némileg csökkent.

A biológiai kapacitásokat tekintve Brazília, Kína, USA, Oroszország, India, Kanada, Ausztrália a sorrend (91. ábra), ez azonban Kína és India esetében a nagy népesség miatt alacsony egy főre jutó értéket jelent.

A területi ábrán (8. ábra) jól látható, hogy az utóbbi ötven év során a Föld országainak jelentős részén az ökológiai kapacitást már jóval meghaladja az ökológiai lábnyom.

93. ábra: A tíz legnagyobb biológiai kapacitással rendelkező ország(Forrás: WWF 2010)

91. ábra: A Föld országainak biológiai kapacitásánakés ökológiai lábnyomának viszonya 1961-ben és 2005-ben(Forrás: WWF 2008)

Ha az ökológiai lábnyomot összetevői szerint vizsgáljuk, kiderül, hogy a legnagyobb változást (a fosszilis energiahordozók miatt) a széndioxid-forgalomban bekövetkező hatás okozza (93. ábra).

92. ábra: Az emberiség ökológiai lábnyoma komponenseinek alakulása (1961-2005)(Forrás: WWF 2008)

Ahogyan korábban már láttuk, ez a mutató elvben lehetővé teszi a környezetre gyakorolt hatás meghatározását egyénekre lebontva is. Az Interneten több ilyen számoló program megtalálható.^[42] Meg kell azonban őszintén mondanunk, hogy ezek szinte csak játéknak jók. Miután az az adatbázis, amire felépítették csak országokra jó (részletes országokon belüli területi adatok nincsenek benne) csodát nem lehet várni tőle. Ettől függetlenül javasoljuk, hogy próbálja meg mindenki kiszámolni a saját ökológiai lábnyomát. Ha csak annyit érünk el vele, hogy megtudjuk, mire kellene odafigyelnünk, akkor is környezettudatosabbak lehetünk.

Az igazság az, hogy az ökológiai lábnyom számításával több más probléma is van. Egyik ilyen, hogy nem találtak még igazán jó módszert arra, hogyan lehetne az édesvíz témáját beépíteni. A növekvő vízhasználati problémák miatt ez nem mellékes szempont. Az édesvizekre újabban bevezetett „vízi lábnyom” számomra nem illeszkedik az ökológiai lábnyom logikájához. Kétségkívül fontos szempont, hogy az egyes országok vízellátottsága milyen, de ez alapján megítélni az egyes országok helyzetét nem mindig lehet helyesen. Az is fontos, hogy tudjuk a víz gazdasági hasznosságát. Például 1 kg nádcukor megtermeléséhez 1500, 1 kg marhahús előállításához 15500, vagy egy pamut inghez szükséges gyapot termeléséhez 2900 liter víz szükséges. Egy másik megközelítésben egy átlagos ember állati termékekkel való ellátása napi 1150 liter vizet igényel.

Mindezektől függetlenül az ökológiai lábnyom alapgondolata jó. A rendelkezésre álló erőforrások (itt biológiai kapacitás) szembeállítása az igénybevétel mértékével számszerűsített formában jó módszer. Csak tények lehetnek azok, amelyek meggyőzik mind a döntéshozókat, mind az egyéneket arról, hogy más szemlélettel kell élnünk. És itt – véleményem szerint – kevesebb jelentősége van annak, hogy valaki ökológiai lábnyoma 6 vagy 8 globális hektár. De ha bemutatható, hogy azonos módszerrel számolva 10-20 év alatt ez 2-3-szorosára nőtt, akkor már elértük célunkat. Ez ugyanis azt jelenti, hogy látjuk, közeledünk valamilyen nagyon rossz helyzet felé, a kérdés csak az, hogy 5 vagy 20 év múlva érjük-e el. Felelősen gondolkodó döntéshozó nem mondhatja azt ilyen helyzetben, hogy én még túlélem, a gyermekeink pedig pusztuljanak el, vagy éljenek emberhez méltatlan körülmények között.

Néhány év óta a Global Footprint Network kiszámolja a „Túllövés Napját”. Ez a dátum azt mutatja meg minden évben, hogy az adott fogyasztás mellett, mennyi időre elegendő évente a rendelkezésre álló ökológiai kapacitás. 2008-ban a gazdasági válság miatt ez a nap szeptember 24-ére esett, ami csak egy nappal későbbi, mint a válságot megelőző évben (a korábbi egymást követő években mindig 4-6 nappal közelebb került az adott év január 1-jéhez). 2010-ben viszont már augusztus 21-ében állapították meg ezt a „határnapot”. Ez azt jelenti, hogy már kevesebb, mint 8 hónap alatt éltük fel a megújuló módon egy évre rendelkezésünkre álló erőforrásokat.

^[38] Wackernagel - Rees (1995): Ökológiai lábnyomunk – Az emberi hatás mérséklése a Földön. Szemléletformáló hatását mutatja, hogy ma már világhálózata van a mérési módszernek.

^[39] WWF: Living planet report 2010 – lásd a http://www.footprintnetwork.org vagy http://www.panda.org címről.

^[40] A számításokban 11,3 milliárd hektár biológiailag aktív földfelülettel számolnak

^[41] A http://www.footprintnetwork.org/ oldalról megtalálható táblázat szinte valamennyi ország részletes adatát közli (a kézirat leadásakor: http://www.footprintnetwork.org/images/uploads/2010_NFA_data_tables.xls)

^[42] Ilyen helyek magyarul: http://tavoktatas.kovet.hu/okolabnyom.html vagy a http://www.glia.hu/services/public/napi/oko_labnyom.php, illetve a http://myfootprint.org/ angolul.

7. Felhasznált és ajánlott irodalom

Az emberiség krónikája. Szerk.: B. Harenberg. Officiana Nova, 1991

Barbara Ward-René Dubos: Csak egyetlen Föld van. Közgazdasági és Jogi Kiadó, 1975

Barótfi István: Környezettechnika kézikönyv, Mező-gazda Kiadó, Budapest, 2000

Barrow, John D.: A világegyetem születése, Kulturtrade Kiadó - Budapest, 1994

Battey, M. H.: Mineralogy for students. London, 1991

Bérczi Szaniszló: Kristályoktól bolygótestekig. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1991

Carson, Rachel: Néma tavasz, Katalizátor Iroda, Budapest, 1994 (1962)

Chiris, Daniel D.: Environmental science, Action for a sustainable future Redwood City, California, 1991

Corson, Walter H. "Changing course: an outline of strategies for a sustainable future." Futures, 1994, 26, 206-223. o.1994

Cox, P. A.: The Elements, Their origin, abundance and distribution. Oxford University Press, 1989

Dranke, J. A. G.: The chemical industry - friend to the environment? Royal Society of Chemistry – Cambridgeb,1992

Élelem hatmilliárd ember számára, A Római Klub Budapesti Konferenciája. Szerkesztette: Vándor Péter, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1985

Endrefi István: Erdő a történelemben. Természet Világa, 1990. 1. sz. 25-27. o.1990

Erdősi-Lehmann: A környezetváltozás és hatásai. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1984

Evelyn, John: The Diary of John Evelyn. Oxford University Press, London, 1959

Feladatok a XXI. századra, Az ENSZ Környezet és Fejlődés Világkonferencia dokumentumai, Föld Napja Alapítvány, Budapest, 1993

Fontenelle: Beszélgetések a világok sokaságáról. Magyar Helikon, 1979

Förstner, Ulrich: Környezetvédelmi technika. Spinger Hungarica Kiadó Kft., Budapest, 1993

From the abridged Johnson's Dictionary, 7th Edition, printed and published by W Strachan in 1783, and the Times Books facsimile folio edition A Dictionary of the English Language of 1979

Granasztói György: Középkori magyar város. Gondolat Kiadó, Budapest, 1980

Harrison, M.: Introductory chemistry for the environmental science, Cambridge University, Press, Cambridge, 1991

Harrison, Roy M.: Understanding our environment: An introduction to environmental hemistry and pollution Royal Socienty of Chemistry, Cambridge, 1992

Hawking, Stephen W.: A brief history of time. Bantam Books, Toronto, 1988

Horváth Kinga: A környezetvédelem és a történelem tantárgy összefüggései. Új Pedagógiai Szemle, 1993./10., 21-26. o.1993

Hutzinger, Otto: The Handbook of environmental chemistry, Springer−Verlag, Berlin, 1992

J. E. Lavelock: Gaia, Göncöl Kiadó, 1987

Janssens, Paul: Palaeopathology: Diseases and Injuries of Prehistoric Man. John Baker, London, 1970

Josef Klima: Mezopotámia. Gondolat Kiadó, 1983

Juhász-Nagy Pál: Az eltűnő sokféleség, Scientia, Budapest, 1993

Kárász Imre (1992): Környezetbiológia (Szünbiológiai alapismeretek). Egységes jegyzet, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp., p. 1-446.o.1992

Kerényi Attila (2003): Környezettan. Mezőgazda Kiadó, Bp.p.1-470.2003

Kevin, T. Pickering - Lewis A. Owen: An introduction to global environmental issues Routledge London, New York, 1994

Kiss Ferenc – Szabó Árpád (2005): Környezet – Tudomány – Történet. Bessenyei György Könyvkiadó, Nyíregyháza, p. 1-247.o.2005

Környezet- és természetvédelmi lexikon, Akadémiai Kiadó, 2002

Közös jövőnk, A környezet és fejlesztés világbizottság jelentése, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1988

Kulin Katalin: Utazás a régi Angliában. Gondolat Kiadó, Budapest, 1964

László Ervin: Harmadik évezred. Veszélyek és esélyek, A Budapest Klub első jelentése, Budapest, 1998

László Ervin: Izgalmas idők. Magyar Könyvklub, Budapest, 1999

Leakey, R.E., R. Lewin: Fajunk eredete, Kulturtrade, Budapest, 1986

Luck Ferry: Új rend: Az ökológia. Európa Könyvkiadó, 1992

Maculay, D.: Hogy is működik? Park Könyvkiadó, Budapest, 1991

Manaham, Stanley E.: Environmental chemistry, Lewis Publishers, Boston, 1991

Manaham, Stanley E.: Fundamentals of environmental chemistry, Lewis Publishers, Michigan, 1993

Mannion, A. M.: Global Environmental Change. A Natural and Cultural Environmental History. J. Wiley and Sons Inc., New York, 1991.

Mark W. McElroy: Letűnt paradigmák és mítoszok, amiket a gyermekeinknek tanítunk. Cédrus, 1999. II. évf. 9 sz. 1999

Markham, Adam: A Brief History of Pollution, Earthscan, London, 1994

D.Meadows-J.Randers ─ J.Randers ─ D.Meadows: A növekedés határai harminc év múltán, Kossuth Kiadó, 2005

Mészároa Ernő (1999): Bevezetés a környezettanba. Veszprémi Egyetem, (Jegyzet), p. 1-80.o.1999

Mészároa Ernő (2002): A környezettudomány alapjai. Akadémiai Kiadó, Bp., p. 1-210.o.2002

Michael, Zeilik: Astronomy. The evolving Universe, John Wiley & Sons, Inc. - New York, 1991

Morris, Desmond: Az állati jogok szerződése, Európa Könyvkiadó, Budapest, 1995

O' Neill, Peter: Environmental chemistry, Chapman and Hall, London, 1993

Papp Sándor - Rolf Kümmel: Környezeti kémia, Tankönyvkiadó, Budapest, 1992.

Rakonczai János (2008): Globális környezeti kihívásaink. Universitas Szeged Kiadó, Szeged, p. 1- 204. o.2008

Richard Leakey: Az emberiség eredete. Kultúrtrade, 1995

Stanners, David - Philippe Bourdeau: EUROPE’S Environment, The Dobris Assessment. Copenhagen, 1995

Walter R. Fuchs: Mielőtt a Föld „mozgásba jött” (A természetismeret történetéből). Minerva Kiadó, Budapest, 1978

8. Internetes források

Charter of European Cities and Towns Towards Sustainability (The Aalborg Charter) http://www.iclei.org/europe/echarter.htm

Local Agenda 21 Initiative http://www.iclei.org./iclei/la21.htm

The Earth Network for Sustainable Development http://www.ecouncil.ac.cr

The road to sustainable development: a snapshot of activities in the United States http://www.webi.org/resources/pcsd/Snapshot.htlm

8. fejezet - 9. Ajánlás

Környezettani ismeretek oktatása a magyar felsőoktatásban jelenleg a természettudományi szakokon kötelező, más szakterületeken legfeljebb szabadon választható tanegység formájá-ban valósul meg. A környezettudományi szakterületen a többciklusú (bolognai) képzés beve-zetésekor Környezettani alapismeretek címmel került be a tantervekbe. Mindeddig általáno-san vagy legalább néhány intézmény által elfogadott jegyzet nem készült az oktatásához, ezért ez a jegyzet, amely terv szerint elektronikus (sőt multimédiás) oktatási segédletként is elkészül, hiánypótló. Különösen a nem környezettan szakos hallgatók számára fontos, akik döntő többségének ezzel a tanegységgel be is fejeződik a környezettani oktatása. Digitális tan-anyagként szükség szerint fejleszthető, korszerűsíthető, ily módon hosszú távon alkalmazható.

A fentiek ellenére a jegyzet nem előzmény nélküli. Mészáros Ernő (PE) már 1990-ben írt egy rövid (kb 70 oldalas) jegyzetet Bevezetés a környezettanba címmel, amelynek lényegesen részletesebb változatát 2002-ben A környezettudomány alapjai címmel az Akadémiai Kiadó jelentette meg. 2003-ban pedig Kerényi Attila 28 szerzői szakanyag alapján Környezettan címmel készített egy felsőoktatási intézmények számára ajánlott tankönyvet, amely a Mezőgazda Kiadó gondozásában jelent meg.

9. fejezet - Köszönetnyilvánítás

Köszönetünket fejezzük ki mindazon munkatársainknak akik segítségünkre voltak abban, hogy a tananyag megfelelő formátumban jöjjön létre. Zsilák Péternek a számítástechnikai munkálatokért, Galaczi Nelli Linda a tördelésért, Kenyeres Szandrának az animációk kipróbálásáért és véglegesítéséért, a TÁMOP-4.1.2.-08/1/A pályázat menedzsmentnek a tananyagfejlesztési munka koordinálásért.