Земјата се ниша во ритам со леденото доба
На секои 100.000 години Земјата се буди од леден сон и се менува во климата на меѓуглацијален период од 10.000 до 20.000 години - како оваа во која живееме денес. Последното ледено доба заврши пред околу 11 000 години, и тука во Европа се стопи огромниот глечер кој ги покри Скандинавија, Северна Германија и големи делови од Источна Европа. Соодветно на тоа, веќе би имале голем дел од сегашното меѓуглацијално покрај нас - и следното ледено доба практично би било зад аголот.
Но, Андре Бергер од Католичкиот универзитет во Лувен, Белгија, не се согласува. Според неговите пресметки, Земјата оди кон ретка констелација на нејзините орбитални параметри кои ќе го продолжат нашиот меѓуглацијален период до 50 000 години. Дополнителното глобално затоплување предизвикано од човековиот ефект на стаклена градина може дури и да го заврши леденото доба, кое трае околу три милиони години и се карактеризира со алтернација помеѓу ледените времиња и меѓугласјаните.
„Часовниците“ што ги принудуваат ледените времиња на Земјата во редовни интервали се Месечината и другите планети во нашиот Сончев систем. Да има само сонце и земја, тогаш според законите на Кеплер, земјата би кружела околу сонцето на постојана елипса. Ако земјата беше исто така точно сферична, тогаш ориентацијата на нејзината оска на ротација во вселената секогаш ќе остане иста. Последицата ќе биде дека секој регион на земјата секогаш ќе прима точно иста количина на сончево зрачење на истиот датум секоја година - под услов количината на енергија што ја емитува сонцето да не се менува. Единствената климатска промена би била промената на годишните времиња: на хемисферата свртена кон сонцето секогаш има лето, а на онаа што е свртена настрана е зима. Само во временска скала од многу милиони години, би имало понатамошни промени поради поместувањето на континентите.
Но, реалноста е многу посложена. Земјата не е сфера, туку приближно елипсоид на револуција - едноставно кажано: компресирана сфера. Поради центрифугалната сила предизвикана од сопствената ротација, екваторијалниот дијаметар на земјата е поголем за 43 километри од дијаметарот на пол. Гравитационите ефекти на сонцето и месечината врз оваа екваторијална испакнатина предизвикуваат сила што се обидува да ја исправи косиот оска на земјата. Како и со играчки врв на кој дејствува надворешна сила (на пример, шок), резултатот е прецесија: оската на земјата се тресе. Потребни се околу 26 000 години за да се заврши целосниот „паѓачки циклус“.
Ако орбитата на Земјата беше кружна, прецесијата немаше климатски последици. Во случај на елиптична орбита, сепак, се прави разлика дали една хемисфера има лето или зима во точката на орбитата оддалечена или најблиску до сонцето - од една страна затоа што се менува растојанието до сонцето, од друга страна затоа што една планета се движи побавно низ точката што е најдалеку од сонцето отколку се пресели низ точката најблиску до сонцето. Затоа летото на северната хемисфера денес е подолго отколку на јужната хемисфера. За нешто повеќе од 10 000 години - по половина „циклус на паѓање“ - ќе биде обратно.
Покрај тоа, другите планети ја влечат земјата со нивната гравитација и присилуваат на понатамошни периодични промени на параметрите на орбитата на неа. Наклонот на Земјината оска во однос на оската на ротација на Земјината орбита варира за околу 2,5 степени во период од 41 000 години. „Сепак, Месечината има најголем удел во овој период“, објаснува Бергер. Колку повеќе е наклонета Земјината оска, толку е поголема разликата помеѓу годишните времиња.
Покрај тоа, елипсата на Земјината орбита не лежи постојано во вселената, туку се врти околу сонцето како хула-обрач со период од околу 100.000 години. Бидејќи оваа ротација е спротивна на прецесијата, тој ефективно го скратува периодот на 21 000 години. Покрај тоа, елипсата „пулсира“ помеѓу повеќе кружна и елиптична форма со период од приближно 100.000 години. На секои 400.000 години, орбитата на Земјата дури станува речиси кружна.
Бидејќи сите овие периоди на флуктуација ја менуваат количината на енергија што ја добива еден регион на земјата од сонцето во одредена сезона, некои истражувачи се обиделе да го објаснат формирањето на ледени доба со нив уште во 19 век. Српскиот професор по математика Милутин Миланковиќ ги прифати своите идеи од 1915 година. Миланковиќ беше запознаен со нови пресметки на орбитата на земјата од страна на германскиот математичар Лудвиг Пилгрим, кој ги пресметал параметрите на орбитата во изминатите милиони години. Миланковиќ се сомневаше дека само деталното пресметување на сончевото зрачење во зависност од географската географска ширина ќе обезбеди задоволително објаснување за причината за ледените времиња. „Денес овие пресметки би биле убава компјутерска задача да им дадете на студент на колеџ за време на летниот распуст“, вели Ричард Мулер, професор на Универзитетот во Калифорнија во Беркли, кој моментално работи на варијанта на теоријата на Миланковиќ.
Во времето на Миланковиќ немало компјутери. Тој пресметуваше многу години се додека не ги имаше кривите на зрачење во последните 600 000 години за различни географски широчини. Во кривата што претставува сончево зрачење во лето во повисоките северни географски широчини, Миланковиќ идентификувал периоди на многу мало сончево зрачење. Тој е убеден дека овие периоди го означиле почетокот на ледените времиња. Бидејќи: Јужно од границата што поминува низ повисоките северни географски широчини, снегот што падна во зима топи целосно во лето - барем во години со умерени летни температури. Меѓутоа, ако таму стане малку поладно во текот на летото, тогаш малку снег ќе остане до следната зима. Бидејќи снегот ја рефлектира сончевата светлина, овој ефект се интензивира.Снежната покривка од година во година се згуснува и формира леден глечер кој се движи сè повеќе на југ. Ова е почеток на ледената доба што влијае на климата на целата земја.
За разлика од неговите претходници, Миланковиќ призна дека ледените времиња не се менуваат меѓу двете хемисфери - што всушност би се очекувало само врз основа на астрономските фактори. Но, северната хемисфера доминира во целата клима на земјата затоа што тука се наоѓа околу две третини од земјината површина. А глечерите можат да се формираат само на копно.
Миланковиќ ја објави својата теорија во 1920 година. Кога органските остатоци, на пример, од наоѓалиштата на глечерите, може да се датираат со употреба на методот радиојаглерод за прв пат во педесеттите години од минатиот век, беа пронајдени периоди што одговараат на 21.000-годишниот циклус на прецесија. Во исто време, сепак, податоците биле во спротивност со датумите на ледените времиња пресметани од Миланковиќ. „Во тоа време, и геолошките техники за датирање и астрономските пресметки беа далеку од точни за да се даде јасна изјава“, вели Бергер, објаснувајќи ја оваа противречност. Професорот по геофизика и астрономија, кого беше прогласен за витез („Шевалие“) од кралот Алберт Втори од Белгија во 1996 година, работи на понатамошен развој и спецификација на теоријата Миланковиќ повеќе од 30 години.
Исто така во педесеттите години од минатиот век, италијанскиот геолог Чезаре Емилијани го користеше сè уште релативно новиот метод на анализа на изотоп на кислород за да ги заклучи температурите од минатите времиња од морските седименти. Емилијани, исто така, најде согласност со предвидувањата на теоријата на Миланковиќ. Всушност, Емилијани веројатно беше првата што дури ја изброја должината на циклусите во кривините на зрачење на Миланковиќ. Самиот Миланковиќ никогаш не го стори тоа - барем во неговите публикации - и неговите методи на пресметка не му дозволија да ги гледа циклусите директно “, вели Бергер.
Исто така, Бергер беше тој - заедно со резултатите од групата предводена од Jamesејмс Хејс од Земјината опсерваторија Ламонт Доерти на Универзитетот Колумбија, Newујорк - и помогна на теоријата Миланковиќ да го постигне својот чекор напред во 1970-тите. Заедно со неговите колеги Johnон Имбри и Николас Шеклтон, Хејс истражуваше длабоко морско јадро чиј материјал се враќаше повеќе од милион години. Триото имаше брилијантна идеја: истражувачите не само што извршија анализа на изотопи на јадрото на вежбата, туку бараа и пресврт на магнетното поле на Земјата во седиментите. Бидејќи времето на последниот пресврт беше познато релативно прецизно - според она што беше познато во тоа време, тоа се случи пред нешто повеќе од 70 000 години (сегашно знаење: пред 790 000 години). Ова конечно овозможи да се прецизираат ледените времиња и должината на циклусот.
„За прв пат, Хејс и неговите колеги го најдоа циклусот 100 000 и 41 000 години, а исто така и 23 000 и 19 000 години стари наместо 21 000 години“, објаснува Бергер, со уште едно изненадување „Овие циклуси на Миланковиќ, кои особено Американците, теоретски ги пресметаа за прв пат - приближно во исто време со истрагите на Хејс.“ Тој додава палаво: „Освен ако не занемарев некого“. годишниот Бергер беше одликуван со медал Милутин Миланковиќ, кој се доделува секоја година од 1993 година, од Европското геофизичко друштво во 1994 година.
Овие циклуси, пронајдени независно еден од друг во геолошките податоци и во пресметките на Бергер, беа убедлив доказ за исправноста на основните изјави на теоријата на Миланковиќ. „Сега сме сигурни дека ледените времиња се предизвикани од промени во параметрите на орбитата на земјата“, напиша Хејс во 1976 година, додавајќи: „Доказите се толку привлечни што мора да се отфрлат алтернативните објаснувања“.
Тој можеби беше малку избрзан со оваа изјава, бидејќи има уште многу недоследности што треба да се разјаснат. Едниот се однесува на 100.000-годишниот циклус на елипсата на Земјината орбита. „Циклусот на ексцентричност всушност не трае 100 000 години“, објаснува Ричард Мулер. „Всушност, тоа е комбинација на циклус од 125 000 години и 95 000 години.“ Значи, бидејќи овие циклуси се со различна должина, нивните ефекти се собираат некогаш и се откажуваат едни со други. „На пример, пред 400.000 години, нивните ефекти требаше да се откажат едни со други“, вели Мулер. „Во повеќето геолошки податоци, сепак, нема такво истребување.
Мулер обвинува еден од занемарените астрономски параметри на Миланковиќ за циклусот 100 000 години: промената на наклонот на земјината орбитална рамнина во однос на таканаречената непроменлива рамнина на Сончевиот систем. „Поради огромната маса на Јупитер, може да се каже на добро приближување дека орбиталната рамнина на Јупитер претставува непроменлива рамнина“, објаснува Мулер. Но, постоеше добра причина зошто Миланковиќ и неговите наследници го игнорираа овој циклус, стар 100 000 години: не резултира со какви било промени што влијаат на сончевото зрачење на земјата - барем не геометриски.
Но - според хипотезата на Мулер - кога рамнината на орбитата на Земјата периодично се „треска“ низ главната рамнина на Сончевиот систем, орбитата на Земјата може редовно да поминува низ прашини, на пример од комета во распаѓање. Ова ќе ја ослабне сончевата светлина што стигнува до земјата. „Погледнавме во мразот на Гренланд за доказ за вселенска прашина што ја зафати земјата. Досега не најдовме докази за мојата хипотеза “, признава Мулер. „Но, испитавме само неколку длабочини на мраз.
„Хипотезата на Мулер е интересна“, вели Андреј Ганополски од Потсдамскиот институт за истражување на влијанието на климата. „Но, верувам дека можеме успешно да ги објасниме циклусите на ледено доба во рамките на класичната теорија на Миланковиќ. За да го направите ова, сепак, тој мора дополнително да се развива и дополнува со факти што сè уште не биле познати во времето на Миланковиќ. Тоа е мојата област на работа. “Неодамна, Ганополски, заедно со колегите од Гео истражувачкиот центар Потсдам, откри дека драстичната промена на океанските струи пред 2,7 милиони години довела до трајна глацијација во северниот поларен регион. Само оттогаш, климата на Земјата реагирала на промените во параметрите на орбитата со промена помеѓу ледените времиња и меѓуглацијалните векови.
Бергер ја наведува причината за ова: „Според нашите пресметки на симулацијата, постои праг на содржина на јаглерод диоксид во атмосферата - околу 350 ppmv (делови во милионити дел од волуменот). Ако не се достигне оваа вредност, климатскиот систем на Земјата реагира многу поинтензивно на астрономските фактори. “За споредба: вредноста на пред-индустрискиот јаглерод диоксид беше околу 280 ppmv, сегашната вредност е 370 ppmv.
Бергер рано препозна дека за сеопфатно објаснување на ледените времиња не е доволно едноставно да се пресмета различното сончево зрачење за различни географски ширини. Затоа тој работи со својата истражувачка група повеќе од 20 години на развој на климатски модел кој правилно ги симулира многу сложените, често заостанати реакции на климатскиот систем на Земјата на променливите астрономски услови.
Во меѓувреме, Бергер ги подобри своите симулациски пресметки до тој степен што правилно ги рефлектираат скоро сите релевантни климатски настани во последните три милиони години - вклучувајќи ги и соодветните времиња на максимално замрзнување или преминот од доминацијата на циклусот од 41 000 години во оној на циклусот стар 100 000 години пред околу милион години.
Сега тој се осмелува да ги предвиди идните климатски случувања. Денешните астрономски параметри не можат да се споредат со оние од последната меѓуглацијална пред 100.000 години. Во следните милениуми, минимумот од 100 000 години циклус на ексцентричност ќе се поклопи со оној од 400 000 години. За 27.000 години, орбитата на Земјата ќе биде скоро кружна. Ова значи дека „паѓачкиот циклус“ го губи климатскиот ефект - и флуктуациите на летното сончево зрачење во повисоките северни географски широчини ќе бидат исклучително мали во следните 100.000 години.
Пресметките на моделот од Бергер и неговата колешка Мари-Франс Лутре покажуваат дека сегашниот меѓуглацијален период ќе трае до 50 000 години - и затоа ќе биде долг како меѓуглацијалниот период пред 400 000 години. Доколку содржината на јаглерод диоксид во атмосферата надминува 700 ppmv за неколку стотици години - што се претпоставува во некои сценарија на третиот извештај за климата на Обединетите нации објавен во 2001 година - тогаш Леденото доба може дури и да заврши засекогаш. Тековниот меѓуглацијален период никогаш нема да заврши. ■
Д-р АКСЕЛ ТИЛЕМАНС е физичар и работи како хонорарен новинар во науката во Тиц, Северна Рајна-Вестфалија.