A föld a jégkorszak ritmusában leng
100 000 évente a föld jeges álomból ébred és 10 000 - 20 000 évig változik egy interglaciális időszak éghajlatára - mint amilyen ma élünk. Az utolsó jégkorszak körülbelül 11 000 évvel ezelőtt ért véget, és itt Európában megolvadt az a hatalmas gleccser, amely Skandináviát, Észak-Németországot és Kelet-Európa nagy részét borította. Ennek megfelelően a jelenlegi interglaciális idő nagy része már túl lenne rajtunk - és a következő jégkorszak gyakorlatilag a sarkon lesz.
De André Berger a belgiumi Leuveni Katolikus Egyetemről nem ért egyet. Számításai szerint a Föld az orbitális paramétereinek ritka konstellációja felé tart, amely akár 50 000 évvel meghosszabbítja interglaciális periódusunkat. Az emberi üvegházhatás okozta további globális felmelegedés akár véget is vethet a jégkorszaknak, amely körülbelül hárommillió évig tartott, és amelyet a jégkorszakok és az interglaciálisak váltakozása jellemez.
A jégkorszakokat rendszeres időközönként a jégkorszakokat kényszerítő "órák" a Hold és a Naprendszerünk többi bolygója. Ha csak a nap és a föld lenne, akkor Kepler törvényei szerint a föld állandó ellipszis körül keringene a nap körül. Ha a föld is pontosan gömb alakú lenne, forgástengelyének iránya a térben mindig ugyanaz maradna. Ennek a következménye lenne, hogy a föld minden régiója pontosan ugyanannyi napsugárzást kapna évente ugyanazon a napon - feltéve, hogy a nap által kisugárzott energia mennyisége nem ingadozik. Az egyetlen éghajlati változás az évszakok változása lenne: a nap felé néző féltekén mindig nyár van, az elfelé néző oldalon tél van. Csak sok millió éves idõskálán történnének további változások a kontinensek elmozdulása miatt.
De a valóság sokkal összetettebb. A föld nem gömb, hanem megközelítőleg a forradalom ellipszoidja - leegyszerűsítve: összenyomott gömb. A saját forgása által okozott centrifugális erő miatt a föld egyenlítői átmérője 43 kilométerrel nagyobb, mint a pólusátmérő. A nap és a hold gravitációs hatása erre az egyenlítői domborulatra olyan erőt okoz, amely megpróbálja kiegyenesíteni a föld ferde tengelyét. Mint egy játék tetején, amelyre külső erő hat (például sokk), az eredmény egy precesszió: a föld tengelye megingott. Körülbelül 26 000 évbe telik a teljes „bukási ciklus” teljesítése.
Ha a föld keringése kör alakú lenne, a precessziónak nincsenek éghajlati következményei. Az ellipszis alakú pálya esetében azonban különbség van abban, hogy egy féltekének a nyara vagy a tél a pályától a legtávolabb vagy a naptól legközelebb van - egyrészt azért, mert változik a nap távolsága, másrészt azért, mert egy bolygó lassabban mozog a naptól legtávolabbi ponton, mint áthaladt a naphoz legközelebb eső ponton. Éppen ezért az északi féltekén a nyár ma hosszabb, mint a déli féltekén. Kicsit több mint 10 000 év múlva - fél "bukdácsolási ciklus után" - ez fordítva lesz.
Ezenkívül a többi bolygó gravitációjával meghúzza a földet, és további periodikus változásokat kényszerít rá. A föld tengelyének a földpálya forgástengelyéhez viszonyított dőlése 41 000 év alatt mintegy 2,5 fokkal ingadozik. "Ebben az időszakban azonban a hold részesedése a legnagyobb" - magyarázza Berger. Minél jobban ferde a föld tengelye, annál nagyobb a különbség az évszakok között.
Ezenkívül a Föld keringési ellipszise nem állandóan az űrben fekszik, hanem úgy kering a Nap körül, mint egy hula karika, körülbelül 100 000 éves periódussal. Mivel ez a forgás ellentétes a precesszióval, gyakorlatilag 21 000 évre rövidíti az időszakát. Ezenkívül az ellipszis egy kör alakú és egy elliptikusabb forma között „pulzál”, körülbelül 100 000 éves periódussal. 400 000 évente a körpálya szinte körkörössé válik.
Mivel ezek a fluktuációs periódusok megváltoztatják annak az energiamennyiségnek a mennyiségét, amelyet egy földi régió a naptól kap egy adott évszakban, egyes kutatók már a 19. században megpróbálták velük magyarázni a jégkorszak kialakulását. Milutin Milankovic, a szerb matematika professzor 1915-től vette fel ötleteit. Milankovic ismerte az új földpálya-számításokat Ludwig Pilgrim német matematikus, aki kiszámította a pálya paramétereit az elmúlt millió évben. Milankovic gyanította, hogy csak a napsugárzás földrajzi szélességtől függő részletes kiszámítása ad kielégítő magyarázatot a jégkorszak okára. "Ma ezek a számítások jó számítási feladatot jelentenek, ha egy hallgatót át akarnak tölteni a nyári vakációra" - mondja Richard Muller, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem professzora, aki jelenleg Milankovic elméletének egy változatán dolgozik.
Milankovic idejében nem voltak számítógépek. Sok éven át számolt, amíg az utolsó 600 000 év sugárzási görbéi nem voltak a különböző szélességi fokokon. A nyári napsugárzást ábrázoló görbében a magasabb északi szélességeken Milankovic nagyon alacsony napsugárzási periódusokat azonosított. Meggyőződése, hogy ezek az időszakok jelentették a jégkorszak kezdetét. Mert: A magasabb északi szélességeken átmenő határvonaltól délre a télen esett hó nyáron teljesen megolvad - legalábbis mérsékelt nyári hőmérséklet mellett. Ha nyáron ott kicsit hidegebb lesz, a következő télig marad némi hó. Mivel a hó visszatükrözi a napfényt, ez a hatás fokozza önmagát: A hótakaró évről évre sűrűsödik egy jég gleccserré, amely egyre délebbre mozog. Ez egy jégkorszak kezdete, amely kihat az egész földi éghajlatra.
Elődeivel ellentétben Milankovic felismerte, hogy a jégkorszakok nem váltják egymást a két félteke között - amire valójában csak csillagászati tényezők alapján számítottak volna. De az északi félteke uralja az egész földi éghajlatot, mert a földterület körülbelül kétharmada itt található. A gleccserek pedig csak a szárazföldön alakulhatnak ki.
Milankovic 1920-ban tette közzé elméletét. Amikor a szerves maradványokat, például a gleccserek lerakódásaiból, az 1950-es években először radiokarbon módszerrel datálhatták, olyan időszakokat találtak, amelyek megfeleltek a 21 000 éves precessziós ciklusnak. Ugyanakkor az adatok ellentmondottak a jégkorszak Milankovic által kiszámított dátumainak. "Abban az időben mind a geológiai datálási technikák, mind a csillagászati számítások korántsem voltak elég pontosak ahhoz, hogy egyértelműen kijelenthessék" - magyarázza Berger ezt az ellentmondást. A geofizika és csillagász professzor, akit 1996-ban II. Albert belga király lovaggá ("Chevalier" -ként) alkalmazott, több mint 30 éve dolgozik a Milankovic-elmélet továbbfejlesztésén és specifikálásán.
Szintén az ötvenes években Cesare Emiliani olasz geológus a még viszonylag új oxigén izotóp-analízis módszerét használta a tengeri üledékekből az elmúlt idők hőmérsékletének levezetésére. Emiliani egyetértést talált a Milankovic-elmélet jóslataival is. Valójában Emiliani valószínűleg elsőként számolta meg a ciklusok hosszát Milankovic sugárzási görbéiben. Milankovic maga soha nem tette ezt - legalábbis publikációiban - és számítási módszerei nem tették lehetővé, hogy közvetlenül lássa a ciklusokat ”- mondja Berger.
Berger volt az is, aki - a New York-i Columbia Egyetemen, a Lamont Doherty Földmegfigyelő Intézet James Hays által vezetett csoportjának eredményeivel együtt - segítette a Milankovic-elmélet áttörését az 1970-es években. John Imbrie és Nicholas Shackleton kollégáival együtt Hays egy mélytengeri magot vizsgált meg, amelynek anyaga millió évre nyúlik vissza. A triónak ragyogó ötlete volt: a kutatók nem csak izotóp-elemzést végeztek a fúrómagon, hanem a Föld mágneses mezőjének megfordulását is keresték az üledékekben. Mivel az utolsó megfordulás ideje viszonylag pontosan ismert volt - az akkori ismeretek szerint valamivel több mint 70 000 évvel ezelőtt (jelenlegi ismeretek: 790 000 évvel ezelőtt) történt. Ez végül lehetővé tette a jégkorszakok és a ciklushosszak pontos dátumozását.
"Hays és munkatársai először találták meg a 100 000 és 41 000 éves ciklust, valamint a 21 000 éves helyett 23 000 és 19 000 éves" - magyarázza Berger, újabb meglepetéssel a boltban: "Ezeket az amerikaiak által nevezett Milankovic-ciklusokat valóban elméletileg először számoltam ki - nagyjából Hays vizsgálataival egyidőben." Huncutan hozzáteszi: "Hacsak nem néztem el valakit." az éves Bergert az Európai Geofizikai Társaság 1994-ben Milutin Milankovic-éremmel tüntette ki, amelyet 1993 óta évente adnak ki.
Ezek a ciklusok, amelyeket egymástól függetlenül találtak a geológiai adatokban és Berger számításaiban, meggyőzően bizonyították a Milankovic-elmélet alapvető állításainak helyességét. "Most már biztosak vagyunk abban, hogy a jégkorszakokat a föld pálya paramétereinek változása okozza" - írta Hays 1976-ban, hozzátéve: "A bizonyítékok annyira meggyőzőek, hogy az alternatív magyarázatokat el kell vetni."
Talán kissé elhamarkodott ezzel a kijelentéssel, mert még mindig sok tisztázatlan következetlenséget kell tisztázni. Az egyik a Föld keringési ellipszisének 100 000 éves ciklusára vonatkozik. "Az excentricitási ciklus valójában nem tart 100 000 évig" - magyarázza Richard Muller. „Valójában ez egy 125 000 éves és egy 95 000 éves ciklus kombinációja.” Tehát, mivel ezek a ciklusok különböző hosszúságúak, hatásaik egyes esetekben összeadódnak, mások pedig megsemmisítik egymást. "400 000 évvel ezelőtt például hatásuknak ki kellett volna törölniük egymást" - mondja Muller. "A legtöbb geológiai adatban azonban nincs ilyen törlés."
Muller a 100 000 éves ciklus miatt hibáztatja Milankovic egyik elhanyagolt csillagászati paraméterét: a föld pályasíkjának változó dőlését a Naprendszer úgynevezett invariáns síkjához képest. "A Jupiter hatalmas tömege miatt jó közelítéssel elmondható, hogy a Jupiter pályasíkja az invariáns síkot képviseli" - magyarázza Muller. De jó oka volt annak, hogy Milankovic és utódai figyelmen kívül hagyták ezt a szintén 100 000 éves ciklust: ez nem eredményez olyan változásokat, amelyek befolyásolják a földi napsugárzást - legalábbis nem geometrikusak.
De - Muller hipotézise szerint - amikor a föld keringési síkja időszakosan "átkanyarodik" a Naprendszer fő síkján, a Föld pályája rendszeresen bejárhatja a porszalagokat, például egy bomló üstökösből. Ez gyengítené a földre érő napfényt. - A grönlandi jégtáblában kerestük az űrporának bizonyítékait, amelyet a föld fogott el. Eddig nem találtunk bizonyítékot a hipotézisemre ”- ismeri el Muller. - De csak néhány jégmélységet vizsgáltunk meg.
"Muller hipotézise érdekes" - mondja Andrey Ganopolski, a Potsdami Klímahatáskutató Intézet munkatársa. „De hiszem, hogy a jégkorszak ciklusait sikeresen meg tudjuk magyarázni a klasszikus Milankovic-elmélet keretein belül. Ehhez azonban tovább kell fejleszteni és kiegészíteni olyan tényekkel, amelyek Milankovic idején még nem voltak ismertek. Ez a munkaterületem. ”Nemrégiben Ganopolski a potsdami Geo Research Center munkatársaival együtt felfedezte, hogy a 2,7 millió évvel ezelőtti óceáni áramlások drasztikus változása állandó eljegesedéshez vezetett az északi sarki régióban. A földi éghajlat csak azóta reagál a pálya paramétereinek változására a jégkorszakok és az interglaciális korok közötti változással.
Berger ennek okát említi: „Szimulációs számításaink szerint a légkör szén-dioxid-tartalmának van egy küszöbértéke - körülbelül 350 ppmv (térfogat milliomod része). Ha ezt az értéket nem érik el, akkor a föld klímarendszere sokkal intenzívebben reagál a csillagászati tényezőkre. ”Összehasonlításképpen: Az iparosodás előtti szén-dioxid-érték 280 ppmv körül volt, a jelenlegi érték 370 ppmv.
Berger már korán felismerte, hogy a jégkorszakok átfogó magyarázatához nem elég egyszerűen kiszámítani a változó napsugárzást a különböző földrajzi szélességekre. Éppen ezért több mint 20 éve dolgozik kutatócsoportjával egy olyan klímamodell kidolgozásán, amely helyesen szimulálja a föld éghajlati rendszerének nagyon összetett, gyakran időbeli elmaradását a változó csillagászati viszonyokra.
Időközben Berger olyan mértékben javította szimulációs számításait, hogy azok helyesen tükrözzék az elmúlt hárommillió év szinte minden releváns éghajlati eseményét - ideértve a maximális jegesedés megfelelő időpontjait vagy az átmenetet a 41 000 éves ciklus dominanciájáról a 100 000 éves ciklus dominanciájára. körülbelül egymillió évig.
Most meg meri jósolni a jövőbeni éghajlati fejleményeket. A mai csillagászati paraméterek nem hasonlíthatók össze a legutóbbi interglaciális 100 000 évvel ezelőtti paraméterekkel. A következő évezredekben a 100 000 éves excentrikus ciklus minimuma átfedésben lesz a 400 000 évesével. 27 000 év múlva a föld keringése tehát szinte kör alakú lesz. Ez azt jelenti, hogy a "zuhanási ciklus" elveszíti éghajlati hatását - és a nyári napsugárzás ingadozása a magasabb északi szélességeken a következő 100 000 évben kivételesen kicsi lesz.
Berger és kollégája, Marie-France Loutre modellszámításai azt mutatják, hogy a jelenlegi interglaciális időszak akár 50 000 évig is eltarthat - és ezért olyan hosszú lesz, mint a 400 000 évvel ezelőtti interglaciális időszak. Ha a légkör széndioxid-tartalma több száz éven keresztül meghaladja a 700 ppmv-t - ezt feltételezik az Egyesült Nemzetek 2001-ben közzétett harmadik éghajlati jelentésének egyes forgatókönyveiben -, akkor a jégkorszaknak végleg vége lehet. A jelenlegi interglaciális időszak soha nem ér véget. ■
Dr. AXEL TILLEMANS fizikus és szabadúszó tudományos újságíróként dolgozik Titzben, Észak-Rajna-Vesztfáliában.