Röviden

„A fák mesélnek a múlt éghajlatáról – de vajon ma már kevésbé érthetően?” Ez volt a figyelemfelkeltő címe annak a tanulmánynak, amely 1998-ban jelent meg a Philosophical Transactions of the Royal Society of London című, lektorált folyóiratban. A szerzők az évgyűrűknek mint a múlt éghajlati mintázatait reprezentáló – azaz proxyként szolgáló – adatoknak a használatát vizsgálták több szempontból.

A fák növekedése érzékeny a hőmérsékletre. Emiatt a melegebb és nedvesebb időszakok szélesebb évgyűrűket eredményeznek. Hidegebb és szárazabb körülmények között a gyűrűk keskenyebbek, ami lassabb növekedésre utal. Ily módon az idős fák évgyűrűinek szélessége és sűrűsége a hőmérséklet proxyjaként szolgál. Ez lehetővé teszi a hőmérsékleti viszonyok rekonstruálását több száz évre visszamenőleg. Például a jelentős vulkánkitörések a történelem során gyakran globális lehűlést okoztak, és ezek az események nagyon jól megjelennek az évgyűrű-alapú rekonstrukciókban.

Az újabb időkben, a 19. század vége óta, már rendelkezésünkre állnak a műszeres hőmérsékleti megfigyelések is, amelyek összevethetők az évgyűrű-alapú rekonstrukciókkal. A két adatsor kezdetben szoros egyezést mutat. A közepes, különösen pedig a magas földrajzi szélességeken található területeken azonban 1960 után ez az összefüggés megszűnik. Ettől az időponttól kezdve, miközben a hőmérséklet emelkedik, az évgyűrűk szélessége csökkenő trendet mutat – visszaesik. A hőmérséklet és a fa­növekedés közötti eltérést – némi fantáziával – divergencia-problémának nevezzük.

A visszaesést, illetve a divergencia-problémát nagyjából 1995 óta felismerték, rendszeresen tárgyalták és írtak róla. Ez 14 évvel megelőzte azt, hogy bárki is hallott volna a „climategate”-ről és arról a cirkuszról, amelyet a tudománytagadók a „hide the decline” kifejezés köré építettek. Ha bármi szolgálhatna minőségellenőrzési riasztásként a tudománytagadás termékeivel kapcsolatban, hát ez az.

Mindennek van oka, de nem minden ok egyszerű. Számos tényező okozhat stresszt a növények számára, a stressz pedig rendellenes növekedési mintázatokhoz vezet. A gond az, hogy ezek a stressztényezők gyakran szabálytalanul változnak, és egymástól függetlenek. Még egy 2023-as tanulmány is úgy fogalmazott, hogy a divergencia-probléma részletes okait „jelentős viták” kísérik. Vagyis a jelenség valós, de összetett.

A hőmérséklet okozta szárazságstressz és az évszakosság változásai nagy valószínűséggel releváns tényezők. Szintén szerepet játszhatott az úgynevezett „arktiszi elsötétedés” jelensége. Az „elsötétedés” kifejezés arra utal, hogy egyes sarkvidék-közeli régiókban kevesebb napsugárzás éri el a felszínt az ipari aeroszol-szennyezés miatt. Az északi félteke szennyező anyagai hajlamosak felhalmozódni az Északi-sarkvidék felett. A csökkent napsütés rontja a fotoszintézis hatékonyságát, ami viszont hatással van a növények egészségére és növekedésére. Valóban, egy 2021-es tanulmány baljósan megjegyezte, hogy az arktiszi aeroszolok nettó elsődleges produkcióra – vagyis növekedésre – gyakorolt hatásai különösen fontosak annak fényében, hogy jelenleg verseny zajlik az Északi-sarkkörön túli természeti erőforrások kiaknázásáért.

Az északi kiterjedt boreális erdők kulcsszerepet játszanak a Föld szénciklusának és éghajlati rendszerének alakításában. A divergencia-probléma esetében ezek az erdők vészjelzést adtak le. Odafent valami nincs rendben, és nem meglepő, hogy ismét bolygónk felelőtlen kizsákmányolása szerepel a fő gyanúsítottak listáján.

Részletesebb magyarázat

„Az erdőnövekedési indexek és a hőmérséklet-érzékenység rendellenes csökkenését mutatták ki az évgyűrűk szélességére és sűrűségére vonatkozó adatsorokban számos, az északi magas szélességeken található, sarkvidék-közeli helyszínen a 20. század közepe óta.” Ezt a jelenséget – más néven a „divergencia-problémát” – a melegebb műszeres hőmérsékletek és azok évgyűrű-alapú rekonstrukciós modellek általi alábecslése közötti eltérés fejezi ki.

Ki tudod találni, mikor íródott ez?

Ez egy 2008-ban megjelent áttekintő tanulmány absztraktjának első néhány sora. Ez egy évvel és kilenc hónappal megelőzte az úgynevezett „climategate” köré gyártott teljesen mesterséges botrányt, amely során a szokásos szereplők az évgyűrűkkel kapcsolatos kérdéseket ragadták meg támadási felületként. A problémák azonban viszonylag újak. Íme a magyarázat.

A fák növekedése érzékeny a hőmérsékletre. Ennek következtében az évgyűrűk szélessége és sűrűsége – mindkettő a növekedés mutatója – hasznos hőmérsékleti proxyként szolgál. Ősi fák növekedésének mérésével a kutatók több mint 1000 évre visszamenően rekonstruálhatják a hőmérsékleti viszonyokat. Az 1880-tól napjainkig terjedő közvetlen hőmérsékleti mérésekkel való összevetés azt mutatja, hogy e periódus korábbi felében erős az összefüggés a hőmérséklet és a fák növekedése között. A magas földrajzi szélességeken azonban ez a kapcsolat 1960 után megszűnt. Ettől kezdve, miközben a mért hőmérsékletek évtizedről évtizedre emelkedtek, az évgyűrű-alapú rekonstrukciók csökkenő trendet mutattak. Ezt nevezzük divergencia-problémának.

A divergencia-problémát az 1990-es évek közepe óta tárgyalja a szakirodalom, miután észrevették, hogy az alaszkai fák az utóbbi évtizedekben gyengülő hőmérsékleti jelet mutatnak (Jacoby & D’Arrigo 1995). Ezt a munkát 1998-ban tovább bővítették, amikor több mint 300 évgyűrű-adatsort felölelő hálózatot elemeztek a magas északi szélességeken (Briffa et al. 1998). 1880 és 1960 között erős az egyezés a műszeres adatsorok és a fa­növekedés között. Ebben az időszakban az évgyűrűk pontos klíma proxyk (helyettesítő adatok). 1960 után azonban az összefüggés hirtelen gyengülni kezdett. A magas szélességeken az elmúlt néhány évtizedben jelentős, nagyléptékű változás történt a fák növekedésében.

1. ábra: Húszéves simítással ábrázolt görbék az évgyűrűk szélességére (szaggatott vonal) és sűrűségére (vastag folytonos vonal), amelyek közepes északi szélességeken található boreális erdőhelyszínek hálózatának átlagát mutatják, összevetve az áprilistól szeptemberig terjedő időszak átlagos hőmérsékleti anomáliáival (vékony folytonos vonal). Ábra: Briffa et al. 1998.

Előfordult-e ez a jelenség korábban? Más szóval: megbízhatunk-e az évgyűrű-növekedésben mint hőmérsékleti proxyban? Briffa és munkatársai kimutatták, hogy az évgyűrűk szélessége és sűrűsége 1880-ig visszamenően szoros összhangban áll a hőmérséklettel. A korábbi időszakok vizsgálatához egy tanulmány a vizsgált fahelyszínek hálózatát északi és déli csoportra osztotta (Cook et al. 2004). Míg az északi csoportban az 1960-as évek után jelentős divergencia jelent meg, a déli csoport összhangban maradt a közelmúlt melegedési trendjeivel. Ez általános mintázat a divergencia-probléma esetében: a magas északi szélességeken élő fák divergenciát mutatnak, míg az alacsonyabb szélességeken élők alig vagy egyáltalán nem.

A Cook és munkatársai által kapott egyik legfontosabb eredmény az volt, hogy az 1960-as évek előtt az északi és déli csoportok meglehetősen jól követték egymást egészen a középkori meleg időszakig. A tanulmány tehát arra utal, hogy a jelenlegi divergencia-probléma az elmúlt ezer év során egyedülálló, és kizárólag az utóbbi évtizedekre korlátozódik.

Az, hogy ez viszonylag új jelenség, arra utal, hogy a fa­növekedés visszaesésének legalább részben antropogén oka lehet. A lehetséges hozzájáruló tényezőket vizsgáló, lektorált tanulmányok átfogó áttekintése megtalálható az „On the ‘divergence problem’ in northern forests: A review of the tree-ring evidence and possible causes” című munkában (D’Arrigo et al. 2008). Az áttekintés néhány megállapítása a következő volt.

Számos tanulmány megjegyezte, hogy az alaszkai fák növekedésének visszaesése egybeesett a felmelegedés okozta szárazság fokozódásával. A kombinált hőmérsékleti és csapadékadatok azt mutatták, hogy a növekedéscsökkenés gyakoribb volt a melegebb, szárazabb területeken. Emellett japán és bajorországi vizsgálatok arra utaltak, hogy a megnövekedett kén-dioxid-kibocsátásnak is szerepe lehetett.

Mivel a divergencia-probléma a magas északi szélességek nagy részén elterjedt, elképzelhető egy nagyléptékű magyarázat is, amely összefügghet a légszennyezés hatásaival. Egy későbbi tanulmány (Briffa et al. 2004) azt vetette fel, hogy a sztratoszférikus ózonkoncentráció csökkenése lehet a divergencia egyik oka, mivel az ózoncsökkenést összefüggésbe hozták a felszínt elérő ultraibolya (UV-B) sugárzás növekedésével.

Egy másik tényező ezeken a magas szélességeken az úgynevezett globális elsötétedés volt – vagyis a felszínt elérő napsugárzás csökkenése. Az átlagos besugárzás 1961 és 1990 között körülbelül 4–6%-kal esett vissza. Ez szinte bizonyosan az aeroszol-alapú ipari szennyezés következménye.

Egy tanulmány azt is felvetette, hogy a mikrokörnyezeti tényezők befolyásolják, mennyire sérülékenyek az egyes fák a szárazság okozta stresszel szemben. Ilyen tényezők például a fa elhelyezkedésének lejtése, a permafroszt mélysége és egyéb lokális adottságok (Wilmking & Singh 2008). Ez a cikk tréfásan „divergenciahatásnak” nevezi a jelenséget, hogy „a megfogalmazás ne hordozzon értékítéletet” (nem szeretnénk megsérteni a túlérzékeny alaszkai fákat).

Összefoglalva: vannak bizonyítékok arra, hogy a divergencia-problémában helyi, regionális és globális okok egyaránt szerepet játszanak. Ez egy rendkívül összetett jelenség, számos egymással kölcsönhatásban álló tényező kombinációja, amelyek gyakran régiónként, sőt akár egyedi fák szintjén is eltérnek. Az írás idején, 2024 elején, a kérdés továbbra is aktív kutatás tárgya (pl. Büntgen et al. 2021; Cai & Lu 2023 – absztrakt angol nyelven). Nos, erről szólt a „csökkenés elrejtése”. A divergencia-problémáról – egy különösen összetett, több egymással kölcsönható okkal rendelkező jelenségről, amely 1960 óta érinti az évgyűrű-adatsorokat. Szerencsére a globális hőmérsékletet több mint egy évszázada közvetlenül mérjük és átlagoljuk, így biztosan tudjuk, hogy a Föld melegszik. Maga a divergencia-probléma – a „csökkenés” – azonban önmagában is rendkívül izgalmas kutatási terület.