KLÍMAVÁLTOZÁSOK KÖVETKEZMÉNYEKÉNT FELLÉPŐ EXTRÉM ÁRVIZEK KIMUTATÁSA ÁRVÍZI ÜLEDÉKEKKEL A DUNÁN ÉS MAGYARORSZÁGI MELLÉKFOLYÓIN Nagyváradi László1
Bevezetés A Kárpát-medence folyóinak árvizei nagy veszélyt jelentenek az ártereken élő nagy számú népességre és a településekre. Az árvizek jellegét, várható levonulásukat régóta figyelik és jegyzik. Egy folyó azonban mindig okozhat meglepetéseket váratlan pusztító árvizeket. Különösen igaz ez a Duna folyóra, melynek vízgyűjtője területe hatalmas és több egymástól jelentősen eltérő hőmérsékletű és csapadékmennyiségű területből tevődik össze. A magyarországi árvízi megfigyelések közel háromszáz éves múltra tekintenek vissza az 1728-ból ránk maradt pozsonyi mérce adatai szerint (xy 1985,). Egy pontosabb árvízi kronológiai felállításához azonban sokkal több, régebbi adatra van szükségünk, mely nagyobb pontossággal adja a folyó extrém árvizeinek jellegét. A több ezer éves árvízi kronológia felállításához a folyómedret szegélyező árterületeken, magas partokon, esetleg teraszokon megtalálható jól osztályozott üledékek felkutatása és elemzése ad lehetőséget. A nagy magnitúdójú árvizek által lerakott üledéksorozatból következtetéseket vonhatunk le a folyó vízgyűjtőjének paleoklimatológiai sajátosságaira. Az üledékekben található szénült, szerves maradványok lehetőséget adnak az abszolút kormeghatározásra. Ha összevetjük a hosszú távú árvízi feljegyzéseket az üledékvizsgálati adatokkal következtethetünk a folyó paleohidrológiai jellegére a paleoklimatológiai sajátosságokra, az éghajlati körülmények változására. Árvízi üledékek vizsgálata A vizsgálat az árvízi zagy üledékek kutatására és elemzésére fókuszál. A üledékek vizsgálata utalhat az árvíz jellegére és gyakoriságára (Baker 1983). Az utóbbi három évtizedben világszerte sok kutatás folyt az árvízi üledékek és az ősvízrajzi és paleoklímatológiai sajátosságok feltárása a közöttük lévő összefüggések megállapítása és a jövőbeni pusztító árvizek mind pontosabb előrejelzése céljából. A kutatások kiterjedtek több kontinensre, különböző időjárási sajátosságokkal rendelkező területekre és eltérő vízhozamú folyókra (Baker 1985; Wohl 1988; Wells1990; Kale et al. 1994; Ely 1997) A vizsgált területek kiválasztásánál fontos szempont az eltérő jellegű folyószakaszok, árterek, magas partok, teraszok üledékeinek felkutatása. Ügyeltünk a kiválasztásnál, hogy folyótorkolat, örvényzóna, antropogén építmény, ne legyen a közelben, mert zavaró, visszaduzzasztó hatása megváltoztatja az árvízkor szállított hordalék leülepedését. A Duna magyarországi szakaszán hét helyen történtek part menti és a jelenlegi medertől távolabb eső, egykori ártereken feltárások. Három helyszínen Pilismarótnál (kavicsbánya), Paksnál (strand) és Mohácsnál (54-es folyamkilométer) találtunk szénült szerves maradványokat, melyek a feltárt üledéksorozat jellemzése mellett az árvíz abszolút korát mutatta meg számunkra. A terepmunka során összesen nyolc mintát találtunk, mely radiokarbon vizsgálatra került az Arizonai egyetem laboratóriumába. A szerves anyagot tartalmazó minták mellett 85 árvízi üledék-mintát gyűjtöttünk. Ez a nagy számú minta sem biztosítja azonban, hogy teljesen
biztos képet kaphassunk a múltbeli árvizek jellegére és még kevésbé elegendő a 100%-os előrejelzéshez. Mint ismeretes az árvizek során a vízben nagy mennyiségű oldott anyag található, mely a víz mederbe történő visszahúzódásakor finomszemcséjű, jól osztályozott hordalékként szedimentálódik az ártéren. Extrém magas árvizek vízállása elérhet olyan magasan vagy a medertől távol eső területeket, ahová későbbi pusztító árvizek sem értek el, így az üledék több ezer évvel később is háborítatlanul megtalálható. Magas teraszokon, part menti barlangokban, üregekben, holtágak, morotvák mentén. A Duna és hazai mellékfolyói esetén a magas ártér és a jól elzárt holtágak, levágott meanderek az extrém árvizek során, még ha gyorsan töltődtek is fel, az árhullám lassan vonult le területükről, ami a szállított hordalék folyamatos egymás utáni lerakódását eredményezte. Az így keletkezett makroszkópikus rétegzettség (kiülepedési sorozat) sajátos ismertetőjegye a legnagyobb árvizeknek. A sorozat rétegei között eróziós felszínek nem találhatóak, szemben az alacsonyártér árvízi üledékeivel, ahol az egymást követő árvizek erodálhatják a korábbi árvíz üledék sorozatát. Ezek a zavart árvízi üledéksorozatok kivétel nélkül az folyó közelében alacsony térszíneken találhatók. A pusztító árvizek üledéksorozatában a szemcseméret, a szín, az üledék típusa és a szerves anyag ad támpontot az elemzéshez. Az árvíz által szállított hordalékban a növénymaradványok, levelek, gyökér darabok és természetesen a régészeti leletek is megtalálhatok. Az árvíz által elragadott vagy kimosott csontok cserepek, fém eszközök alkalmanként a radiokarbon vizsgálatnál is pontosabb kormeghatározást tesznek lehetővé. Ilyen volt vizsgálatunk során a Duna 54-es folyamkilométerénél kialakított feltárásban talált Kr.u. I századból származó pénzérme. Az üledék sorozatok vizsgálatánál gyakori jelenség a sorozatot fedő iszapréteg, mely a lassan visszahúzódó árvizek jellemző takaró (záró) rétege. Mivel a nagy árvizek között évtizedek, de az extrém magas vízállású áradások között akár évszázadok is eltelhetnek, a fedő iszaprétegen talajfejlődési folyamatok nyomai is gyakran láthatóak. Ez éles határként választja el egymástól az egykori árvizek üledéksorozatát, vagy bizonyítja az erodált réteg felszíni helyzetét. A fedőréteg erodáltsága, illetve a talajképződés fázisa közvetlenül utal az extrém árvizek között eltelt időre, és közvetve a folyó vízgyűjtőjén bekövetkezett éghajlatváltozást. Az ősi árvizek bizonyításának legfontosabb eleme az árvíz magnitúdójának meghatározása. Hidrológiai modellek adatai (O’Connor, Webb, 1988) szükségesek, hiszen a legtöbb vizsgált helyszín nem alkalmas pontos vízhozam mérésre. A következőkben három példát szeretnék bemutatni a Duna árvízi üledék sorozatából. Az első reprezentatív példa a Duna Pilismaróti szakaszát mutatja be. A szobi rév kikötőtől 1 km-re a Pilismaróti kavicsbánya területén találtunk olyan feltárást, amely a mai folyótól kellő távolságra helyezkedik el és ígéretes üledéksorozatot mutatott.
Fig.1 Map of paleoflood sites in the Carpathian Basin (dots) Fig 2. Stratigraphy of the flood deposits on the Danube river near Pilismarót gravel open pit mine (site 1. in Fig 1.) A felszíntől 225 cm-ig tisztítottuk meg a feltárást. A sorozat homok és agyag rétegek eltérő vastagságú rétegeit tartalmazza. A legfelső 15 cm-es réteget szürke színű közepesen, illetve jól legömbölyített szemcsékből álló homok alkotja Alatta mintegy 40 vastagságban sárgás színű, az előzőnél durvább szemcséjű homokréteg található közepén vékony agyagréteggel. A felszíntől mért 52 cm és 117 cm között homokkal kevert agyag réteget találunk, melynek felülete talajképződési folyamatokon esett át. Sokáig alkothatta a felszínt, mely igazolja, hogy a legnagyobb árvizek egyike rakta le ezt az üledéksorozatot. Homogén egyveretű réteg, de több helyen elszíneződések találhatók benne. Az erősen kiszáradt rétegben féregjáratok, rovar és növényi maradványok sokasága figyelhető meg. A jelentős árvíz gyors levonulással hagyta el a területet, melyet az üledéksorozat rosszul osztályozott jellege igazol. Erősen bolygatott összlet, melyet a már említett növények, állatok kevertek át. Mintavétel történt ebből a rétegből és a szerves anyag radiocarbon vizsgálata alapján a réteg kora3600-2800 yr. 14C BP. Mivel a réteg erősen átkevert a vizsgált szénült anyag fiatalabb is lehet, bár későbbi áradások üledékei nem érték el a területet. A kavicsbányászat jelentős környezet-átalakítást végzett, de a mintavétel helyén a felszín háborítatlan volt. Ez a réteg egy néhány évtizedes, esetleg évszázados csapadékosabb klímára utal a Duna vízgyűjtőjén vagy annak egy részén. A következő felszíntől számított 117 cm-149 cm-ig homok és agyag rétegek váltogatják egymást. Az agyag csíkok feltűnően világos színűek bennük helyenként gyengén gömbölyített kavicsok ülnek. A sorozat hosszú időn keresztül tartó azonos klímát feltételez, egyenletes rendszerességgel követték egymást az árvizek. Az agyag csíkok az alattuk elhelyezkedő homokkal vannak kapcsolatban. Az árvizek lassan vonultak le, így az ülepedés a durvább
szemcséjű homokkal kezdődött és az agyaggal fejeződött be. Az agyag rétegek fölötti homokréteg minden esetben a következő áradás elsőként leülepedett rétege. A homokrétegek sohasem voltak a felszínen, így nem száradtak ki és laza rétegként építik a sorozatot. Ezt a homokba mélyített nagy számú parti fecske lyuk is alá támasztja. A feltárás felszíntől mért 149 cm-től 225cm-ig az egykori hullámtér nagyon változó vízszintjéről árulkodik. Főként homok réteget találhatóak kevés homokos-agyag réteggel kiegészülve. A homokréteget hullámos felszínnel csatlakoznak egymáshoz, ami a magas víz és alacsonyvíz erősen változó jellegére utal. A homokrétegekben keresztrétegzettség figyelhető meg. A feltárás alján erősen gömbölyített szemcsékből álló szürke színű homok réteg található. A pilismaróti feltárás legalább 19 árvízi elöntés színhelye volt, melyek közül a mintavétel sorozata utal klímaváltozásra. A második feltárás a Duna bal partján a paksi rév mellett 10 éve kialakított strand területén található. Ellentétben a pilismaróti feltárással itt közvetlenül a folyómedertől magasodó parton végeztünk vizsgálatot , ill. mintagyűjtést. A sodorvonal bal part felé történő elvándorlása tárta fel eróziós tevékenységével a régi üledéksorozatot, meredek partot és keskeny állandóan változó beach-et kialakítva.
Fig 3. Stratigraphy of the flood deposits on the Danube river at Paks (site 2. in Fig 1.)
A feltárás teljes magassága 687 cm a talaj felszínétől a vízszintig. Az egész feltárásban jelen vannak az ártéri nyárfák gyökerei. A felszíni vékony ártéri talajban durva és finom kavics található nagy mennyiségben. Ezt kevesebb számú, de nagyobb magnitúdójú árvíz rakhatta le. Paks térségében a Duna meder jellegéből adódóan gyakori a gyorsan tetőző és gyorsan levonuló áradás. A rövid ideig tartó tetőzés kevés és gyengén osztályozott, vagy osztályozatlan hordalék lerakódását teszi lehetővé. Az áradás gyors levonulása pedig könnyedén magával is ragadja a frissen lerakott hordalék jelentős részét. A vizsgálatot követően 2002-ben hasonló jellegű magas vízszinttel érkező áradás vonult le augusztus második felében, mely 10,31m-rel tetőzött. Ez az áradás is finom kaviccsal kevert homokos hordalékot rakott le nagyon vékony árvízi üledékréteget hagyva maga után. A feltárás felszíntől számított 7-17 cm közötti mélységben sötétszínű kemény agyagos homokos réteg található. A jelenlegi középvíz szintjétől nagy magasságban ritkán öntötte el a térszínt az áradás. A réteg kemény, mert erős száradáson esett keresztül, tehát hosszú ideig árvízmentes felszín volt. Mintavétel történt ebből a rétegből is és a szerves anyag radiocarbon vizsgálata alapján a réteg kora a pilismaróti mintától eltérően1600-800 yr. 14C BP. A minta kora majdnem pontosan egybe esik a középkori krónikákból ismert XIII-XIV századi felmelegedésekkel, melynek idején az Alpokban bekövetkezett hóolvadás, gleccserek visszahúzódása jelentősen növelhette a Duna árvizeinek magnitúdóját. Valószínűsíthető, hogy a paksi minta is egy ekkor bekövetkezett extrém árvíz üledékéből származik. A feltárás további üledéksorozataiban több nehezen elkülöníthető bizonytalan határfelület látható. Ezekben homok frakciótól az agyag frakcióig találhatóak az ülepedési sorozatok legalább 2529 árvízi elöntést feltételezve. A feltárás sztratigráfiájára jellemző még hogy egy adott árvízen belül többször változott a folyóvíz energiája és kaotikus elrendeződésű vörös színű homokos agyag rétegek találhatók benne. Ezek a rendezetlen agyag beékelődések akkor keletkeznek,
amikor az ártérről levonuló víz újabb árhullámmal találkozik. Ez utalhat a főmeder mellett kialakult mellékágak és az árvizek idején aktívvá váló morotvák jól fejlett hálózatára. A harmadik feltárás az 54-es folyamkilométer jelző táblánál Mohács-szigeten a Duna bal partján található. A dús vegetáció nehezítette a feltárás kialakítását, így egy alig kétméteres üledék sorozat került elemzésre. Fig 4. Stratigraphy of the flood deposits on the Danube river at Mohács-island (site 3. in Fig 1.) Feltűnő az üledékek sűrű váltakozása és a többi feltárás üledékeihez képest az igen finom szemcse méret. Jelentős számú agyag és iszap réteg található. Sötét szürke színük reduktív környezetre utal. Sok és rendszeres árvíz borította a felszínt hosszú időn keresztül. A lassan levonuló árhullámok jól osztályozott üledék sort alakítottak ki. A sziget környezete a zátonyok és padok folyamatos akkumulációt mutatnak, erózió az idősebb mélyebben található rétegek bizonytalan felületein is csak ritkán látható. A felszíntől számított 140-150 cm-re levő rétegből gyűjtött minta kormeghatározása sikertelen volt. A szénült maradvány nem volt alkalmas a radiokarbon vizsgálatra. Ugyanezen folyószelvénynél, de a Duna jobb partján kialakított feltárásból került elő a már említett antik pénzdarab, melynek kora pontosan ismert, de az odakerülésének ideje kérdéses. Az érmét tartalmazó homokréteg feltűnően tiszta és fehér színű, árvízi ülepedésre jellemző tulajdonságokat nem hordoz. Árvizek és paleoklíma A feltárások sorában szerepelt még az Ipoly három feltárása Vámosmikola, Ipolytölgyes és Balassagyarmat térségében, valamint a Sajón Bárévénél, a Hernádon Gesztelynél, Tiszán Tokajnál Sebes-Körösön Királyhágónál történt vizsgálat. A Vízgazdálkodási Tudományos Kutató adatai alapján 1876-tól készült elemzés a fent említett folyók árvizeinek gyakoriságáról, jellegéről. Összevetve az időjárási adatokkal a tavaszi hóolvadás és a nyári konvektív csapadék okozta árhullámok jól korrelálhatók. A hidrológiai és meteorológiai adatok közötti szoros kapcsolat lehetőséget ad a több száz, néhány ezer évvel ezelőtti árvizek és a paleoklimatológiai változások közötti összefüggések megállapítására. Az árvízi üledék sorozatok tanúsága szerint (Ázsiában, Észak-Amerikában és Európában vizsgált folyókon (Ely, et al. 1994) a Holocénben a nagy földi légkörzésben jelentős változások nem történtek. A modern hidrometeorológia szoros összefüggést mutat a heves viharok okozta árvizek és a globális klímaváltozások között. Az elmúlt 5000 és hűvös, nedves éghajlata felelős a folyók árvizeinek gyakoriságáért és a vízrendszerek változásaiért Knox, 1983). Ez az időszak a tavak vízszintjének emelkedését is magával hozta. A Duna vízgyűjtőjén található gleccserek végmorénái is kitűnő éghajlatváltozás jelzők. A nedves , hűvös éghajlat a gleccserek előrenyomulását eredményezte egy időben a nagy magnitúdójú árvizek és ezek üledékeinek megjelenésével a Kárpát-medencében. Ezek mértéke azonban messze alulmarad a Középkor meleg időszakából 800-600 BP (Kr.u1100-1300) feljegyzett nagy árvizekétől. A grönlandi, kínai, antarktiszi és perui jégvizsgálatot azonban eltérő kort adnak a két félgömbön a középkori felmelegedés idejére. Az oxigén izotópok alapján az északi féltekén 1037-től kezdődött a felmelegedés és csúcsát az 1300-as évre datálják, a legjelentősebb erdőtüzeket is ezekben az évszázadokban jegyezték fel. Az erdőtűz a legradikálisabb lehetősége a természetes deforesztrációnak, ahol egy időben óriási területek válhatnak kopárrá, utat engedve a hulló csapadék gyors lefolyásának, pusztító árvizeket okozva a vízgyűjtő mellékfolyóin és fő folyóján. A déli féltekén 1150 és 1500 közötti
időszak volt a legmelegebb (Thompson, 1991). A saját árvízi minták közül a paksi szerves maradvány kora illeszthető be ebbe az időszakba. Egy eredmény önmagában nem ad lehetőséget következtetések megállapítására, de kétségtelenül a XIII. század meleg időszakának extrém árvízét igazolja. Hasonló minták tehát más feltárásokból elvezethetnek más krónikák által nem jegyzet, ill. több ezer éves klímaváltások kimutatásához. Összegzés Az árvízi üledékek vizsgálata lehetőséget ad a klimatikus változások bizonyítására. A nagy amplitúdójú árvizek képződhetnek az évszakos felmelegedésből eredő tavaszi hóolvadáskor, ha jelentős frontális csapadékkal együtt érkezik és a deforesztráció ténye fennáll. Extrém árvizek képződhetnek a konvektív csapadék nyári maximuma idején (Medárd napi esőzések), ha még ráadásul a nagy földi légkörzés folyamatosan páradús légtömegeket szállít a folyó vízgyűjtő területe fölé. A légkörzésben történő változások (El Nino hatás) felfokozhatják ezeket a hatásokat, óriási áradásokat okozva, vagy éppen elmaradásuk száraz időszakot eredményez a vízgyűjtőben. A kutatás eredménye éppen a klimatikus és a hidrológiai tényezők közötti összefüggést igazolja. A Helyi és a globális felmérések összevetése ad lehetőséget a hosszú távú klimatikus változások előrejelzésére az árvízi üledékek segítségével.
References • • •
Ely,L.L.,Enzel,Y.,Cayan,D.R., 1994 Anomalous N-Pacific atmospheric circulation and large winter floods. J.Climate7 pp. 977-987. Knox,J.C.,1983. Responses of river systems to Holocene climates. Univ.os Minnesota Press, Minneapolis, pp.26-41. Thompson, L.G., 1991. The ice-core evidence of climatevariations during the period A.D. 900-1300. Proc. Workshop on Medeviel warm period, held in Tuscon, Arizona NOAA p.23.
