У почетку је Миланковићево дело важило за нечитљиво, са бројним изазовима суочава се и данас, али је упркос свему остало је стандард за астрономско објашњење ледених доба. Ево шта треба да знате о Миланковићевој теорији.
Прве хипотезе о леденим добима појавиле су се средином деветнаестог века. Научници су посматрали глечере и последице које посматра њихово топљење.
Џејмс Крол је током 1864-1875. објављивао радове за које се сматра да представљају прву озбиљну астрономску теорију ледених доба, тако што је укључио промену прецесије и ексцентрицитета орбите Земље у разматрање. Крол је радио са астрономским прорачунима Леверијеа за протеклих 100.000 година. Ипак, подаци које даје Кролова теорија се нису поклопили са временима ледених доба познатим у то време.
Милутин Миланковић (1879-1958) је на астрономској теорији радио 30 година. Он је у својим прорачунима (у време Првог светског рата) кренуо од претпоставки да клима зависи од количине Сунчевог зрачења коју примају различити делови Земљине лопте, и да ова величина зрачења зависи од растојања до Сунца и положаја Земље у простору (укључујући нагиб осе). Употребивши математичке прорачуне орбиталних параметара Лудвика Пилгрима датих за протеклих милион година, Миланковић је утврдио 3 основна елемента који се периодично мењају кроз историју.
Промене ових елемената он доводи у везу са променом климе. То су:
- периодична промена положаја Земљине осе – прецесије за циклус од 22.000 година
- периодична промена ексентрицитета орбите од 105.000 година
- периодична промена нагиба еклиптике од 41.000 година
Да би обрадио цео пројекат објашњења ледених доба морао је да напише квалитетну теоријску – небеску механику по Њутновим законима за произвољна тела, односно за Сунчев систем. Већи део “Канона осунчавања” сачињава заправо модел Сунчевог система, извођења и скраћивања начина рачунања. Издвајамо неколико корака који се помињу у биографијама. Обрадио је “рачун поремећаја” или пертурбација других тела Сунчевог система који утичу на кретање Земље, тачније однос Сунца, Земље и Јупитера. Уводећи компоненте за рачунање ротације Земље, прецесије и нутације осе морао је да обради проблем покретне масе на Земљи (“телурски систем”), као што су Земљина кора и океан. Успео је да поједностави опис процеса померања полова.
Употребио је основне моделе атмосфере, биланса енергије атмосфере и провођења топлоте кроз земљу, занемарујући турбуленцију и комплексности климатског система.
Због поједностављивања, албедо Земље је узео као константу. Миланковић каже да је проблем нелинеарне природе, те да се са више присутних ледених површина повећава одбијање Сунчевог светла, а са мање ледених покривача повећава апсорпција.
Миланковић рачуна осунчавање употребљавајући соларну константу и интегришући обданице у одређеним интервалима. Да би обавио овај рачунски задатак, а и друге задатке до тада, била су неопходна поједностављивања рачунског процеса, интеграла и развијање у приближне облике. Применом механичких рачунских машина је остварио нумеричке резултате о осунчавању у току више десетина хиљада година, па затим и до 650 000 година уназад.
Миланковић је подробно испитао историју открића ледених доба и све аргументе и налазе. С пуном надом да његова теорија неће наћи на препреке, изнео је нумеричка израчунавања просека осунчавања и графике кривих које су постале познате као криве осунчавања. Криве су биле израчунате за 3 географске ширине (55°, 60°, 65°), у први мах.
Миланковић је придао значај криви осунчавања на 65°Н географске ширине у току лета. Претпоставио је да се осунчавање постиже највећи ефекат на глацијацију ако се измени ниво зрачења у току лета. У току хладног лета се не отопи сав снег из претходне зиме. Лед се лакше топи него ли акумулира, услед чега постоји тренд наглог топљења (деглацијације), али споре глацијације. Савет за претпоставку о лету, Миланковић је добио од математичара Кепена.
Криве осунчавања приказују периодичне промене под именом Миланковићеви циклуси, који су постали де-фацто стандард за астрономско објашњење ледених доба. Криве су објављиване у чланцима од 1923-1938. године које данас налазимо обједињене у делу под насловом “Канон осунчавања Земље” из 1941. године.
Резултати из Канона су поређени са резултатима из геологије током деценија које су уследиле. Прва истраживања су се заснивала већим делом на крупним елементима пејзажа, границама глечера, наносима које су остављали глечери, објашњавању тераса. Други велики талас истраживања се заснивао на налазима седимената – на њиховим физичким, хемијским, биолошким конституентима. Трећи талас била је употреба изотопске технике која се усавршава и данас. Четврти велики талас је било откриће временске скале засноване на новооткривеним геомагнетним реверзијама. Кључ за тумачење седимената који садрже сведочанства о леденим добима су били изучавање изотопа, те астрономска и астрофизичка истраживања.
“Канон Осунчавања” је из прве било “слабо познато и нечитљиво дело” које је понајвише оспоравано пред крај живота Милутина Миланковића. Ипак, 1976. године је теорија добила савремени изглед и реноме са радом Хејса, Имбрија и Шеклтона “Варијације у Земљиној орбити: темпаш ледених доба”.
Миланковићеви циклуси се у некој мери рефлектују у климатским циклусима. Астрономска теорија ледених доба наилази на доказе у геологији, биологији и другим студијама. Коначну потврду добија са CLIMAP пројектом (Climate Mapping, Analisys and Prediction) који је извођен од 1971-1976. године. Методе које су рађене су:
- изотопско проучавање љуштура фораминиферске врсте Глобигерина буллоидес
- статистичка анализа заступљености радиоларијских асоцијација
- заступљеност радиоларијске врсте Цyцлоцладопхора довисиана која је осетљива на климатске промене
- заступљеност коколитске врсте Псеудоемилианиа лацуноса и радиоларије Стyлатрацтус универсус
Чувени учесници пројекта су били Имбри, Шеклтон и Хејс. Миланковићева теорија је била идејно тачна. Брокер, Денк, Њувартлес и Мезолела и други су сачинили прву опште прихваћену исправку уврстивши да је осунчавање на географској ширини од 65° најважнији астрономски фактор утицаја на климу.
Пројекат CLIMAP је изнео неке мало другачије податке о леденим добима, али је практично потврдио концепте Миланковићеве теорије:
- клима за последњих 500.000 година варира периодично у циклусима од 23.000, 42.000, и око 100.000 година. Ови циклуси одговарају периодима варијације Земљине орбите, а утичу на климатске промене интензитетом 10%, 25%, 50%
- климатска компонента циклуса од 42.000 година одговара променама нагиба Земљине осе
- климатска компонента циклуса од 23.000 година одговара променама прецесије
- доминантна климатска компонента од око 100.000 година одговара ексцентрицитету Земљине путање
- Пројекат CLIMAP је наследио COXMAP (Cooperative Holocene Mapping Project). Пројекат SPECMAP даје стандардну хронологију ледених доба (климатских епоха). Код неких узорака, дубинска скала је претворена у старосну скалу помоћу очекивања где треба да се јављају захлађења на основу Миланковићевих циклуса.
Доминантни циклуси климе у последњих неколико стотина хиљада година су били познати Миланковићу. Међу климатским глацијацијама и деглацијацијама се најчешће издваја периода од 100.000 година, док остале периоде укључују 1.500, 22.000, и 41.000 година. Употребивши криву осунчавања Земље на географској ширини 65оН упоредио је максимуме и минимуме, фазе и фреквенције осунчавања са променама температуре добијеним из узорака.
На овој колекцији графика је представљено 420 000 година историје климе зебележено у леду. Узорак је узет на Антарктику, у станици Восток (језеро Восток на Јужном полу). У антарктичкој шипци леда су анализирани угљен-диоксид (ппмв, партс пер миллион бy волуме, милионити делови запремине) – горња крива плаве боје, метан (ппбв, партс пер биллион бy волуме, милијардити делови запремине) – крива у средини, зелене боје, изотопи кисеоника (промили) – крива тамно наранџасте боје. Крива црвене боје означава температурну разлику (степен Целзијуса). На дну слике, последња крива представља промену осунчавања на 65оН географске ширине дато у јединицама W/м2. Временска скала на хоризонталној оси показује уназад (хиљаде година); Извор: Астрономија
Приметимо (на слици) веома добро поклапање промена угљен-диоксида и метана у атмосфери са температуром (глацијалима и интерглацијалима). Прецизна мерења величине глобалног леда у леденим покривачима (глациал ице) се заснивају најчешће на дубинским, седиментним језгрима са дна океана, или из арктичког, антарктичког леда (ице цорес), у којима се климатске промене бележе односом изотопа кисеоника 16 и 18, присуством угљен-диоксида, метана, и на даље присуством прашине, остатака живих бића (фосила), итд.
Миланковићев рад је био детерминистички, али је он увиђао проблеме нелинеарности и непредвидивости. Нови модели Сунчевог система се заснивају на сложенијим теоријама као што су Општа теорија гравитације и теорија хаоса. Симулирани планетарни систем је осетљив на почетне услове. Климатски систем је са своје стране, такође – богат нелинеарним, хаотичним и стохастичким појавама. Решавање проблема ледених доба се носи са оргомном сложеношћу као што су осунчавања на појединачним географским ширинама током више милиона година и факторима повратне спреге који еволуирају од ситуације до ситуације. “Канон” је пружио узор како се проблем ледених доба може обрадити са астрономског становишта.
Идући дубље у ледена језгра, сваки од маринских изотопских ступњева је постављао ново питање – изазов за Миланковићеву теорију.
Узроци и последице понекад мењају место. Интерглацијални период у коме живимо је почео нагло пре 10.000 година, и то неких 10.000 година пре него што је осунчавање постало интензивније.
Изненадна промена климе је велики изазов палеоклиматологије. До пре један милион година доминантан циклус је био 100.000-годишњи циклус климе. Али, пре тога, од један до три милиона година је доминантан циклус био 41.000 година. Повезивање варијација у ексцентрицитету са овим не даје добре резултате. Промене ексцентрицитета су премало изражене да би промене у осунчавању отуда објасниле ледена доба. Фреквенције се не поклапају. Климатски запис је сувише кратак да би се донела коначна процена. Отуда промене ексцентрицитета не објашњавају ову цикличност.
Варирање ексцентрицитета има енергетски најизраженију периоду од 400.000 година, али климатски записи показују трагове промена са том периодом, једино у оквиру геолошких налаза старијих од милион година.
Мистерија ледених доба је сложена и садржајна. Сам климатски систем бележи бројне појаве, утицаје од овоземаљских до галактичких. Данас су нам на располагању бољи узорци и бољи модели за проучавање односа осунчавања и ледених доба. Миланковићеви циклуси вероватно не започињу нити заустављају ледена доба, чак ни у најекстремнијем случају. Ови циклуси су далеко уређенији и учесталији него ледена доба, али се њихов сигнал налази забележен унутар промена глацијала и интерглацијала.
Преузмите андроид апликацију.
