Πώς οι κύκλοι του Μιλάνκοβιτς διαμορφώνουν το κλίμα
Ένα στρώμα πάγου μπορεί να ξεκινήσει με χιόνι που επιβιώνει το καλοκαίρι. Συνεχίστε να προσθέτετε περισσότερο χιόνι κάθε χειμώνα από ό,τι αφαιρεί το επόμενο καλοκαίρι, και τα στρώματα συσσωρεύονται, συμπιέζονται και τελικά γίνονται πάγος. Η κρίσιμη εποχή είναι το καλοκαίρι.
Η κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο βοηθά στη ρύθμιση αυτής της εποχιακής ισορροπίας. Οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεταβάλλουν σταδιακά το σχήμα της τροχιάς, ενώ ο άξονας περιστροφής της Γης αλλάζει τόσο την κλίση του όσο και την κατεύθυνση προς την οποία δείχνει. Σε διάστημα δεκάδων έως εκατοντάδων χιλιάδων ετών, αυτές οι κινήσεις αναδιανέμουν το ηλιακό φως σε όλες τις εποχές και τα γεωγραφικά πλάτη. Πρόκειται για τους κύκλους Μιλάνκοβιτς.
Ο Μιλούτιν Μιλάνκοβιτς, ο Σέρβος μαθηματικός που έδωσε στους κύκλους το όνομά τους, πέρασε μεγάλο μέρος των αρχών του 20ου αιώνα υπολογίζοντας πώς αυτές οι κινήσεις άλλαζαν την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία. Ήθελε να εξηγήσει τις παγετώδεις εποχές. Οι υπολογισμοί του έδωσαν ιδιαίτερη προσοχή στο καλοκαιρινό ηλιακό φως στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη, όπου κάποτε τεράστια στρώματα πάγου είχαν απλωθεί σε όλη την ξηρά.
Η εκκεντρότητα περιγράφει πόσο μακριά αποκλίνει μια τροχιά από έναν κύκλο. Η τροχιά της Γης μετατοπίζεται από σχεδόν κυκλική σε ελαφρώς πιο ελλειπτική και αντίστροφα, με έντονες διακυμάνσεις γύρω στα 100.000 χρόνια και μια μεγαλύτερη συνιστώσα κοντά στα 405.000 χρόνια. Τα διαγράμματα συνήθως τεντώνουν την έλλειψη για να κάνουν την αλλαγή ορατή. Στην πραγματικότητα, η τροχιά παραμένει σχεδόν κυκλική.
Όταν η εκκεντρότητα αυξάνεται, η διαφορά μεταξύ των πλησιέστερων και των μακρύτερων αποστάσεων της Γης από τον Ήλιο μεγαλώνει. Αυτό δίνει στη μετάπτωση ισχυρότερη επιρροή στο εποχιακό ηλιακό φως. Η μέση ηλιακή ενέργεια που λαμβάνει ολόκληρος ο πλανήτης σε ένα έτος αλλάζει μόνο λίγο. Η σημαντική αναδιάταξη αφορά το πού και πότε φτάνει η ενέργεια.
Η κλίση της Γης έχει μια γνωστή συνέπεια: τις εποχές. Αυτή η κλίση, που ονομάζεται λοξότητα, ποικίλλει από περίπου 22,1 έως 24,5 μοίρες σε περίπου 41.000 χρόνια. Η γωνία μετριέται από μια γραμμή κάθετη στο τροχιακό επίπεδο. Μεγαλύτερη κλίση φέρνει περισσότερο καλοκαιρινό ηλιακό φως και λιγότερο χειμερινό ηλιακό φως σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη, αυξάνοντας την εποχιακή αντίθεση.
Εν τω μεταξύ, ο κεκλιμένος άξονας αλλάζει αργά κατεύθυνση, όπως ο άξονας μιας σβούρας. Αυτή είναι η αξονική μετάπτωση. Ο Ήλιος και η Σελήνη έλκουν την ισημερινή διόγκωση της Γης, περιστρέφοντας σταδιακά τον άξονα μέσω ενός πλήρους κύκλου σε περίπου 26.000 χρόνια.
Αυτός ο αριθμός των 26.000 ετών είναι εύκολο να συγχέεται με τις περιόδους που σχετίζονται με το κλίμα. Η τροχιακή έλλειψη επίσης περιστρέφεται. Επειδή η εποχιακή επίδραση εξαρτάται και από τις δύο κινήσεις, η κλιματική μετάπτωση έχει σημαντικές περιόδους κοντά στα 19.000 και 23.000 χρόνια.
Φανταστείτε ένα καλοκαίρι στο Βόρειο Ημισφαίριο που συμβαίνει όταν η Γη είναι πιο κοντά στον Ήλιο. Τώρα τοποθετήστε αυτό το καλοκαίρι στο άκρο της τροχιάς. Με τους άλλους παράγοντες σταθερούς, η δεύτερη διάταξη παρέχει ασθενέστερο καλοκαιρινό ηλιακό φως, το οποίο μπορεί να βοηθήσει στην επιβίωση του χιονιού. Καθώς η μετάπτωση μετατοπίζει τις εποχές κατά μήκος της τροχιάς, τα δύο ημισφαίρια ανταλλάσσουν αυτές τις διατάξεις.
Επιστρέφουμε, λοιπόν, στο χιόνι που απομένει μετά το καλοκαίρι. Ο Μιλάνκοβιτς επικεντρώθηκε στο ηλιακό φως γύρω στις 65 μοίρες βόρεια, επειδή ήταν μια χρήσιμη αναφορά κοντά στις περιοχές όπου αναπτύχθηκαν μεγάλα στρώματα πάγου του Βόρειου Ημισφαιρίου. Ένα στρώμα πάγου εξακολουθεί να χρειάζεται χιονόπτωση και η συμπεριφορά του εξαρτάται από το ευρύτερο κλίμα. Ένα γεωγραφικό πλάτος δεν μπορεί να περιγράψει ολόκληρη τη διαδικασία.
Μόλις ο πάγος αρχίσει να εξαπλώνεται, αλλάζει τον υπολογισμό. Το φωτεινό χιόνι και ο πάγος αντανακλούν το ηλιακό φως που θα απορροφούσαν η πιο σκοτεινή γη ή το ανοιχτό νερό. Η διαστολή μπορεί επομένως να ενισχύσει την ψύξη. Η υποχώρηση εκθέτει τις πιο σκοτεινές επιφάνειες και βοηθά στην ενίσχυση της θέρμανσης. Οι επιστήμονες το ονομάζουν αυτό ανατροφοδότηση albedo πάγου.
Το διοξείδιο του άνθρακα προσθέτει μια ακόμη ενίσχυση. Κατά τη διάρκεια των παγετωδών κύκλων, οι αλλαγές στους ωκεανούς και ο ευρύτερος κύκλος του άνθρακα άλλαξαν το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα. Επειδή το αέριο απορροφά την εξερχόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία, αυτές οι αλλαγές επηρέασαν την ποσότητα θερμότητας που διατηρούσε το κλιματικό σύστημα. Μια περιφερειακή, εποχιακή μετατόπιση του ηλιακού φωτός θα μπορούσε επομένως να πυροδοτήσει μια απόκριση που θα έφτανε πολύ πιο μακριά.
Τα στοιχεία που συνέδεαν αυτούς τους αστρονομικούς ρυθμούς με την πραγματική κλιματική ιστορία προήλθαν, εν μέρει, από τη λάσπη. Το 1976, οι James Hays, John Imbrie και Nicholas Shackleton ανέλυσαν πυρήνες ιζημάτων από τον νότιο Ινδικό Ωκεανό που κάλυπταν περίπου 450.000 χρόνια. Τα αρχεία τους περιείχαν ισχυρές διακυμάνσεις κοντά στα 23.000, 42.000 και 100.000 χρόνια, κοντά στις περιόδους που προβλέπονταν από τους τροχιακούς υπολογισμούς.
Οι κύκλοι του Μιλάνκοβιτς.
Ένα από τα στοιχεία που βρήκαν ήταν το οξυγόνο που διατηρείται σε μικροσκοπικά θαλάσσια κελύφη. Το οξυγόνο υπάρχει σε μορφές διαφορετικής μάζας, που ονομάζονται ισότοπα. Καθώς τα στρώματα πάγου μεγαλώνουν, αποθηκεύουν κατά προτίμηση νερό που περιέχει το ελαφρύτερο ισότοπο, αφήνοντας τον ωκεανό σχετικά εμπλουτισμένο με το βαρύτερο. Τα κελύφη που σχηματίζονται σε αυτό το νερό καταγράφουν την αλλαγή, αν και η θερμοκρασία επηρεάζει επίσης την ισοτοπική τους σύνθεση. Οι πυρήνες διατηρούσαν ένα φυσικό αρχείο έναντι του οποίου μπορούσε να ελεγχθεί η αστρονομική θεωρία.
Οι πυρήνες πάγου διατηρούν ένα διαφορετικό μέρος της ιστορίας: την ατμόσφαιρα. Οι φυσαλίδες που είναι σφραγισμένες στον πάγο διατηρούν τον αρχαίο αέρα, επιτρέποντας την άμεση μέτρηση των προηγούμενων συγκεντρώσεων διοξειδίου του άνθρακα. Τοποθετήστε αυτές τις μετρήσεις δίπλα σε στοιχεία από θαλάσσια ιζήματα και υπολογισμούς προηγούμενων τροχιών και η ανάπτυξη των παγοκαλύμματος μπορεί να εξεταστεί παράλληλα με τις αλλαγές στα αέρια του θερμοκηπίου.
Η σημερινή ταχεία θέρμανση έχει διαφορετική αιτία και ρυθμό. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες, ιδίως η προσθήκη αερίων του θερμοκηπίου από την καύση ορυκτών καυσίμων, οδηγούν στην θέρμανση των τελευταίων δεκαετιών. Οι τροχιακοί κύκλοι εκτυλίσσονται σε διάστημα δεκάδων έως εκατοντάδων χιλιάδων ετών και δεν μπορούν να εξηγήσουν αυτή την ταχεία αύξηση.
Ακόμη και σε γεωλογικές χρονικές κλίμακες, το κλίμα δεν σημειώνει απλώς τροχιακές περιόδους. Μεταξύ περίπου 1,2 εκατομμυρίων και 800.000 ετών πριν, ο κυρίαρχος παγετώδης ρυθμός μετατοπίστηκε από κύκλους περίπου 41.000 ετών σε μεγαλύτερους κύκλους, κατά μέσο όρο περίπου 100.000 ετών. Η αστρονομική εξαναγκαστική επίδραση δεν υπέστη κανέναν αντίστοιχο μετασχηματισμό που θα μπορούσε από μόνη της να εξηγήσει αυτή τη μετατόπιση, τη Μετάβαση στο Μέσο Πλειστόκαινο.
Κάτι στο κλιματικό σύστημα είχε αλλάξει. Οι ερευνητές εξετάζουν τους ρόλους του διοξειδίου του άνθρακα, των πιο επίμονων παγοστρωμάτων και της διάβρωσης των μαλακών ιζημάτων κάτω από τον πάγο. Κάθε ένα από αυτά θα μπορούσε να έχει αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο τα παγοστρώματα ανταποκρίθηκαν στο καλοκαιρινό ηλιακό φως. Πολλά μπορεί να έχουν δράσει μαζί.
Το πρόβλημα έγκειται εν μέρει στα στοιχεία. Οι ερευνητές χρειάζονται αξιόπιστες ανακατασκευές του διοξειδίου του άνθρακα πριν και κατά τη διάρκεια της μετάβασης, και αυτά τα παλαιότερα αρχεία είναι δύσκολο να αποκτηθούν. Καλύτεροι περιορισμοί θα βοηθούσαν να διαπιστωθεί εάν η ατμόσφαιρα συνέβαλε στην αλλαγή ή αντέδρασε σε αλλαγές που ήδη βρίσκονταν σε εξέλιξη στα στρώματα πάγου.
Erika
@ExploreCosmos_
Καναδή αστροφυσικός με εξειδίκευση στην εξωγαλαξιακή αστρονομία και τους γαλαξίες του πρώιμου σύμπαντος.
https://x.com/ExploreCosmos_/status/2108542571450417276?s=20
