Τον 19ο αιώνα οι γεωλόγοι είχαν πια αποδεχθεί κάτι που λίγες δεκαετίες νωρίτερα θα ακουγόταν παράλογο: τεράστιες εκτάσεις της Ευρώπης και της Βόρειας Αμερικής είχαν κάποτε θαφτεί κάτω από πάγο. Το μεγάλο ερώτημα ήταν τι μπορούσε να αλλάζει τόσο δραστικά το κλίμα ενός ολόκληρου πλανήτη.
Μια πρώτη τολμηρή απάντηση ήρθε από έναν άνθρωπο έξω από τα πανεπιστημιακά σαλόνια. Ο Σκωτσέζος James Croll ήταν σε μεγάλο βαθμό αυτοδίδακτος και, όταν το 1859 εργάστηκε ως επιστάτης στο Anderson’s Institution της Γλασκώβης —πρόδρομο του σημερινού University of Strathclyde— αξιοποίησε τη βιβλιοθήκη του για να μελετήσει φυσική και αστρονομία.
Το 1864 υποστήριξε ότι οι αργές μεταβολές της γήινης τροχιάς μπορούσαν να συνδέονται με τις παγετώδεις περιόδους. Η θεωρία του δεν ήταν σωστή σε όλες τις λεπτομέρειες, περιείχε όμως δύο ιδέες που αποδείχθηκαν γόνιμες: την αστρονομική ρύθμιση του κλίματος και την ενίσχυση της ψύξης από την ανακλαστικότητα του πάγου.
Τρία αργά ρολόγια
Στις αρχές του 20ού αιώνα ο Σέρβος μαθηματικός, αστρονόμος και μηχανικός Milutin Milankovitch μετέτρεψε αυτή τη γενική ιδέα σε ποσοτική θεωρία. Υπολόγισε πώς η γεωμετρία της τροχιάς και του άξονα της Γης αλλάζει την κατανομή της ηλιακής ενέργειας ανά εποχή και γεωγραφικό πλάτος.
Δεν αναζητούσε απλώς αν η Γη δέχεται συνολικά περισσότερη ή λιγότερη ακτινοβολία. Έδωσε ιδιαίτερη σημασία στα καλοκαίρια των υψηλών βόρειων πλατών: ένα δροσερό καλοκαίρι κοντά στις \(65^\circ\) Β μπορεί να αφήσει μέρος του χειμερινού χιονιού να επιβιώσει, επιτρέποντας στους πάγους να συσσωρεύονται από χρόνο σε χρόνο.
| Μεταβολή | Κύριος ρυθμός | Τι αλλάζει |
|---|---|---|
| Εκκεντρότητα |
περίπου 100.000 έτη (με σημαντική μακρά συνιστώσα περίπου 405.000 ετών) |
Πόσο κυκλική ή ελαφρά ελλειπτική είναι η τροχιά. |
| Λόξωση | περίπου 41.000 έτη | Η κλίση του άξονα, που κυμαίνεται περίπου από \(22{,}1^\circ\) έως \(24{,}5^\circ\). |
| Μετάπτωση | περίπου 19.000–23.000 έτη | Σε ποιο σημείο της τροχιάς συμβαίνουν οι εποχές. |
Εδώ χρειάζεται μια μικρή αλλά σημαντική διευκρίνιση. Ο άξονας της Γης ολοκληρώνει τον κώνο της αξονικής μετάπτωσης σε περίπου 26.000 χρόνια. Για το κλίμα, όμως, ενδιαφέρει ο συνδυασμός αυτής της κίνησης με τη μετάπτωση της ίδιας της ελλειπτικής τροχιάς. Γι’ αυτό στα κλιματικά αρχεία εμφανίζονται κυρίως περίοδοι κοντά στις 19.000 και 23.000 χρόνια.
Όχι ένα ρολόι, αλλά υπέρθεση ρυθμών
Μια πολύ απλουστευμένη μαθηματική εικόνα της υπέρθεσης των διαφορετικών ρυθμών μπορεί να γραφτεί ως:
Το \(I(t)\) παριστάνει εδώ μια επιλεγμένη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ τα \(T_e,T_o,T_p\) συμβολίζουν χαρακτηριστικούς χρόνους της εκκεντρότητας, της λόξωσης και της μετάπτωσης.
Όταν οι διαφορετικοί ρυθμοί συνδυάζονται, άλλοτε ενισχύονται και άλλοτε αλληλοαναιρούνται — όπως δύο κοντινές μουσικές νότες μπορούν να δημιουργήσουν διακροτήματα.
Αυτή ακριβώς η περιοδικότητα έδωσε στους ερευνητές έναν τρόπο ελέγχου της θεωρίας. Με τη φασματική ανάλυση μπορούν να αναζητήσουν μέσα σε μια χρονοσειρά θερμοκρασίας ή όγκου πάγου τους ρυθμούς που κρύβονται πίσω από τις ακανόνιστες διακυμάνσεις.
Αν τα θαλάσσια ιζήματα «τραγουδούν» στις ίδιες συχνότητες με την τροχιά της Γης, η συμφωνία δύσκολα είναι τυχαία.
Η επιβεβαίωση ήρθε από τον βυθό
Ο Milankovitch παρουσίασε μεγάλη σύνθεση της μαθηματικής θεωρίας του το 1920, την ανέπτυξε περαιτέρω το 1930 και την ολοκλήρωσε στο Canon of Insolation and the Ice-Age Problem το 1941. Για δεκαετίες, ωστόσο, τα γεωλογικά αρχεία δεν είχαν αρκετά ακριβή χρονολόγηση ώστε να ελεγχθούν οι προβλέψεις του.
Η αποφασιστική στιγμή ήρθε το 1976. Οι James Hays, John Imbrie και Nicholas Shackleton ανέλυσαν πυρήνες ιζημάτων από τον βαθύ ωκεανό και εντόπισαν κλιματικές περιοδικότητες που αντιστοιχούσαν στους βασικούς τροχιακούς ρυθμούς — περίπου 23.000, 41.000 και 100.000 χρόνια.
Το άρθρο τους στο Science είχε έναν εύστοχο τίτλο: «Variations in the Earth's Orbit: Pacemaker of the Ice Ages».
Η λέξη βηματοδότης έχει σημασία. Η τροχιά δίνει τον χρονισμό· δεν εκτελεί μόνη της ολόκληρη την κλιματική μεταβολή.
Ο πάγος και η λευκή επιφάνειά του, το διοξείδιο του άνθρακα, οι ωκεανοί και η ατμοσφαιρική κυκλοφορία λειτουργούν ως ενισχυτές και ανατροφοδοτήσεις.
Παραμένει μάλιστα ένα διάσημο αίνιγμα: κατά το τελευταίο περίπου εκατομμύριο χρόνια κυριαρχεί στον παγετώδη ρυθμό η περίοδος των 100.000 ετών, παρότι η άμεση επίδραση της εκκεντρότητας στην ακτινοβολία είναι σχετικά ασθενής. Η εξήγηση αναζητείται στη σύνθετη και μη γραμμική απόκριση του κλιματικού συστήματος και όχι σε ένα απλό ουράνιο εκκρεμές.
Οι κύκλοι Milankovitch εκτυλίσσονται σε δεκάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια και δεν μπορούν να εξηγήσουν την ταχύτατη άνοδο της θερμοκρασίας των τελευταίων δεκαετιών. Η σημερινή θέρμανση συνδέεται κυρίως με την αύξηση των αερίων του θερμοκηπίου από ανθρώπινες δραστηριότητες.
Η ιστορία των Croll και Milankovitch είναι τελικά μια ιστορία για τη δύναμη των μαθηματικών. Μια υπόθεση που γεννήθηκε δίπλα στα ράφια μιας βιβλιοθήκης έγινε σύστημα υπολογισμών, μετατράπηκε σε προβλέψεις συχνοτήτων και, σχεδόν έναν αιώνα αργότερα, βρέθηκε αποτυπωμένη σε λεπτές στρώσεις ιζημάτων στον πυθμένα των ωκεανών.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου