Miről árulkodnak a jégbarlangok?

Az ELTE Természetföldrajzi Tanszékének, az MTA Geokémiai Kutatóintézetének és az MTA Atommagkutató Intézetének munkatársaiból álló kutatócsoport 2001 óta végez paleoklimatológiai („ős” éghajlattani) kutatásokat, elsősorban Kárpátokban lévő jegesbarlangokban.

Bár világviszonylatban sokan foglalkoznak a jegesbarlangok világának feltárásával, a kutatások elsősorban a barlang és a barlangi jég mikroklímájára, a kialakulási folyamatokra, valamint a jég barlangi élővilágra gyakorolt hatására irányulnak. A felszíni jégfelhalmozódások vizsgálatának keretei közt számos kutatás foglalkozik a sarkvidéki jégtakarók, magashegységi gleccserek paleoklimatológiai célú vizsgálatával is, melynek célja a „jégbe hűtött információkból” rekonstruálni a múltbéli környezet és éghajlat változásait.

Paleoklimatológiai szempontból viszont kevésbé ismert a barlangi jég. „Tulajdonképpen egy szlovák-dán, olasz, román és egy svájci kutatócsoporton kívül eddig csak a magyar kutatócsoport (szoros együttműködésben a kolozsvári Emil Racoviþa Barlangtani Intézet munkatársaival) kezdte részletesebben feltárni ezt a területet, pedig igen érdekes információkat rejtő forrásról van szó” – nyilatkozta lapunknak Kern Zoltán, a magyar kutatócsoport tagja, az ELTE egyetemi tanársegédje.

De álljunk meg egy pillanatra és nézzük meg, hogy mit is takar pontosan a jegesbarlang kifejezés, és milyen mélyhűtött információkról van szó?

A felszíni tavaszi olvadás táplálja a kárpáti barlangok jegét

A Kárpátokban alacsonyabb tengerszint feletti magasságban csak azokban a barlangokban képződhet jég, amelyeknél a bejárat magasabban helyezkedik el, mint a barlangi üreg vagy járatrendszer bizonyos része. Ez azért fontos, mert így a kintről beáramló hidegebb és sűrűbb levegő könnyen megreked a barlang alján, ami a későbbi jégképződés alapvető feltétele. Ezekben csak az év bizonyos időszakában van jégképződés.

A jégképződés folyamata időben három szakaszra osztható. A novembertől tavaszig tartó téli időszakban a kinti hideg levegő beáramlik a barlangba, és kiszorítja a könnyebb, meleg levegőt; így megkezdődik a barlangi levegő és a barlang falának lehűlése. Több barlangban is megfigyelték, hogy ennek az időszaknak az elején a padozati jégblokk felszínén lévő vízhártya megfagyásával jégréteg keletkezik.

A második jelentős időszak a felszíni tavaszi olvadástól nyár elejéig tart. Ekkor a kinti olvadékvíz bejut a barlangba, viszont mivel bent hideg van, megindul a fagyás, vagyis a jéghízás.

A harmadik időszakban, a nyár és az ősz folyamán a barlangi levegő is fokozatosan fagypont fölé (0, 2-0, 6 Celsius fok) emelkedik, ami megindítja a felső jégréteg olvadását. Egy-egy hosszabb, erősebb meleg időszak jelentősen visszaolvaszthatja a jégréteget; ekkor képződhetnek a sötét sárrétegek a jégben.

A cseppkőbarlangokéhoz hasonló jégformák képződnek

A jeges barlangokban gyakorlatilag a cseppkőbarlangokéhoz hasonló képződményekkel találkozhatunk: pl. függő- és állójégcseppkövek, jégzászlók, jégpillérek. A jégsztalagmitokon gyakran megfigyelhető, hogy szabálytalan időközönként vastagabb és vékonyabb részek követik egymást; ugyanakkor nem egységes fehér színű jégoszlopról van szó. A jelenséget az okozza, hogy a hidegebb időszakban a becsorgó víz hamar megfagy, vékony jégoszlopot képezve, és mivel ilyenkor nagy kristályok keletkeznek, ez vizenyős, áttetsző hatást kölcsönöz a jégnek. Amennyiben a levegő melegebb lesz, a fagyás lassabban megy végbe, így a pótlódó víznek van ideje lefolyni a cseppkő oldalán, mintegy hizlalva, vastagítva azt; ez a jégréteg fehérebb, és apró szemcsés.

A sziklafalak mellett látható ún. jégpillérek a sziklafal hőraktározó hatásának köszönhetik különleges formájukat. A felmelegedő fal ugyanis megolvasztja a jégoszlop hozzá közel eső részét, így rés keletkezik a fal és a jégoszlop között, de a hideg jégképző fázisban ez újra kitöltődik jéggel, hiszen ekkor már a fal hűtő hatása érvényesül.

A barlangok alján képződhet ún. padlójég, amely gyakorlatilag a gleccserekkel hasonlatos jelenségeket produkál. Amennyiben a barlang aljzata lejt, a jég – a gleccserekhez hasonlóan – a mélyebb részek felé „vándorol”. A geotermikus hő, a súrlódás és a jelentős nyomás miatt, pedig az alja fokozatosan olvad, és fogy.

Jegelt információk

Mivel a barlangokban felhalmozódó jég több méter vastag, és akár több száz éves is lehet, számos információt őrizhet olyan időszak klímaviszonyairól, amikor műszeres meteorológiai mérések még nem zajlottak. A magyar kutatócsoport három helyszínen folytat paleoklimatológiai vizsgálatokat: a romániai Bihar-hegységben lévő Eszkimó-, és Porcika-jégbarlangban, valamint a montenegroi Durmitor-hegységben található Ledena Pecina-barlangban. Bár az említett mintaterületek az országhatáron kívül találhatóak, magyar szemmel nézve mégis hasznosak, hiszen a klímaövek nem igazodnak a politikai határokhoz.

A kutatás célja, hogy meghatározzák az egyes jég- és sárrétegek korát; majd az adott jégrétegek fizikai-kémiai jellemzői alapján, pedig képet adjanak arról, hogy az egyes korokban milyen mértékű jégképződés vagy jégfogyás történt; ez alapján rekonstruálni lehet az adott területen végbement környezeti és klimatológiai változásokat.

Az eddigi mérések azt mutatták, hogy a Porcika-barlangban 1953 és 1963 közötti időszakban mintegy 3, 3 centiméter volt az éves jéghízás, 1963-tól 1992-ig terjedő időszakban már kevesebb, 2, 6 centiméter, míg 1992-tól a tavalyi évig 1 centimétert vastagodott a jég évente. Azaz a jéggyarapodás mértéke jelentős mértékben csökkent az elmúlt ötven esztendőben. Napjainkban itt a jég vastagsága közel 20 méter; kutatások kimutatták, hogy a múlt század folyamán valószínűleg folyamatos jégképződés zajlott, szemben a Ledena Pecinával, ahol a furatban lévő vastag sárréteg hosszú olvadási szakaszra utal.

Miről árulkodnak a fák évgyűrűi?

Az Eszkimó-barlang jegének – amely jelenlegi becslések szerint igen „fiatal”, csak közel ezer éves képződmény – vizsgálata mellett dendrokronológiai vizsgálatot is végeznek a barlang közeli és a jégbe fagyott fákon. Ennek lényege, hogy a fa törzséből vett fúrásmintákon vagy a kidőlt törzsekből fűrészelt korongokon megszámlálják az évgyűrűket, és mikroszkóp alatt lemérik az egyes évgyűrűk szélességét. „Ha a felszíni és a jégbe fagyott fák „évgyűrű mintázatában” megegyező szakaszt találunk, akkor meghatározható a jégbe fagyott fa elhalásának kora; az évgyűrűk vastagsága pedig sok mindent elárul az adott év hőmérsékleti és csapadékviszonyairól. Ezek későbbi egybevetése a jégben mért adatokkal, tovább pontosítja majd a terület klímaváltozási viszonyairól alkotott képet” – tette hozzá Kern Zoltán.

2005 szeptemberétől kezdődött el – szintén a Porcika-jégbarlangban- a folyamatos csapadékgyűjtés és jégfelszínmérés. Ezekből az adatokból nyomon követhető a jég jelenlegi hízási és fogyási üteme, ami segítséget nyújthat a korábban keletkezett jégben megfigyelt változások magyarázatához.

A munkát nehezíti, hogy igen gyakori „terepszemlét” igényel, valamint a laboratóriumi mérések, vizsgálatok költségei sem elenyészőek. Remélhetőleg a jövőben megfelelő támogatással szélesebb körű és hosszabb időtávú vizsgálatra is lehetőség nyílik. A szakértő hangsúlyozta, hogy az idei nemzetközi konferencia is rámutatott arra, hogy ez a kutatás igen fontos és új információkkal szolgálhat mind a múltbeli, mind pedig a jelenkori éghajlatváltozás részleteiről. Ezek a barlangok ugyanis középhegységi területeken vannak, sokkal közelebb a lakott területekhez, mint a sarkvidéki vagy magashegységi jégtömegek, ezért olyan események „lenyomatai” is megmaradhattak a jégblokkba fagyva, melyek hatása a távoli helyeken már nem nyomozható.

Fotók: Kern Zoltán, Nagy Balázs

Radioaktív izotópos kormeghatározás A jégrétegek kormeghatározási vizsgálatai között radioaktív izotópos módszerek is alkalmazásra kerülnek. Ezek közül az egyik a jég trícium (T) koncentráció változásának mérésén alapul. A trícium (a hidrogén hármas tömegszámú radioaktív izotópja) természetes körülmények között a magaslégkörben keletkezik. A lehulló csapadékkal folyamatosan kiürül, és bekerül a felszíni vizekbe. A trícium radioaktív bomlással stabil hármas tömegszámú héliummá alakul. Az ún. felezési idő megadja, hogy mennyi idő alatt csökken felére a kiindulási időponthoz viszonyított trícium tartalom. A trícium esetében ez kb.12, 3 év. Vagyis 12, 3 év alatt egy adott kezdő időpont értékének felére csökken a koncentráció. Az 1950-63 között zajló szabadlégköri termonukleáris robbantások révén jelentősen megugrott a légköri trícium koncentrációja. Tekintve hogy 1953 óta vannak erre vonatkozó mérések, a légköri trícium koncentráció és a jégben mért koncentráció összevetése segíthet a jégrétegek kormeghatározásában. Mivel a jégben lévő trícium koncentrációt más is befolyásolhatja, ugyanakkor a jég hízása egy éven belül sem tekinthető egyenletesnek, és a visszaolvadási folyamatok „megzavarják” a jégrétegeket, igen nehéz egy folytonos idősort létrehozni.