Zagonetke izmjena ledenih doba

Zagonetke ledenih doba jednostavno nema, nastala je iz fantomskih ciklusa. Svako ledeno doba je posebno!

Astronautkinja Tracy Caldwell Dyson uživa u pogledu na Zemlju iz Cupole na ISS. © Ljubaznošću: NASA
Članak
0Komentari
Broj otvaranja6384

Jedna od najzagonetnijih i ujedno klimatološki najzanimljivijih pojava je izmjena ledenih doba (glacijala) i toplijih razdoblja (interglacijala). Stoga mislim da vrijedi još jednom razmotriti ovu problematiku i vidjeti s kakvim se problemima susreće znanost po tom pitanju.

U literaturi se često navode dva osnovna prilaza ovom problemu, terestički i astronomski. Prvi glavne uzroke traži na Zemlji (u atmosferi, hidrosferi, biosferi) dok drugi osnovne pokretače traži u svemiru (odnos Zemlja-Sunce, promjene Sunčeve aktivnosti i sl.). Za početak će najbolje biti da pogledamo što to znanost kaže o trenutnom stanju klime, procesima i mogućim promjenama.

Globalno zagrijavanje ili ledeno doba

Iako se još prije dvadesetak godina samo skromno upućivalo na proces globalnog zagrijavanja, danas je taj proces nepobitno potvrđen. U zadnjih nekoliko dekada (ili točnije u zadnjim stoljećima) zagrijanost atmosfere je porasla (slika 1).


Slika 1 - Globalni porast temperature u poslijednjim dekadama
Jedan dio znanstvenih krugova tvrdi da je to poslijedica ispuštanja sve veće količine stakleničkih plinova u atmosferu ljudskim djelovanjem, a drugi dio tvrdi da je to prirodni proces. Nas na ovom mjestu ne zanima što je od toga točno (o tome kasnije) nego kakve to izaziva poslijedice.

I opet postoji podjela mišljenja. Jedan dio znanstvenih krugova smatra da će se ovaj trend nastaviti i u idućim desetljećima (neki predviđaju da bi globalna temperatura mogla porasti za više od 5 oC do kraja stoljeća). Drugi smatraju da će upravo zbog porasta globalne temperature uslijediti glacijacija. Prvi slučaj je jasan i nema se o njemu što puno za reći. Trend porasta temperature je očit i krivulja ide prema sve višoj globalnoj temperaturi, što će, ako se nastavi, uzrokovat postupno globalno podizanje morske razine, a to bi moglo, zbog jakog procesa litoralizacije, stvoriti velike probleme u svjetskom gospodarstvu. Međutim, scenarij po kojem bi nastalo ledeno doba zbog globalnog zagrijavanja privukao je pažnju mnogih znanstvenika, pa ukratko opišimo kako je taj mehanizam zamišljen.

Topljenje leda - dolazak ledenog doba?

Po predviđanju, donos veće količine topline u polarne krajeve bi u početku uzrokovao veće otopljavanje ledenih površina, što se trenutno i događa. Kad bi ovo otopljavanje postalo preveliko, to bi trebalo poremetiti vertikalnu cirkulaciju u svjetskim morima i promijeniti prijenos topline. Otopljavanje, konkretno na sjevernoj polutki, uzrokovalo bi i veliki dotok slatke vode s kopna koja bi potisnula Golfsku struju prema jugu, a to znači da bi odleđivanje mora na višim širinama u toj fazi bilo manje i bio bi skromniji dotok topline u više širine. Uz to, slatka voda se brže zaleđuje pa bi ledeni pokrivač brzo rastao. Tako bi se stvorili svi uvijeti za oledbu velikog prostora, dakle za ledeno doba (sl. 2).

Slika 2 - Potiskivanje Golfske struje i oledba
Nakon toga trebalo bi proći dovoljno vremena (više tisuća godina), pa da Golfska struja i atmosferski donos topline ponovo odlede prostor viših širina. Po jednom razmatranju tome bi doprinosilo i izdizanje toplije vode s dna polarnih mora, a koja bi se kroz dugi period zagrijala pod utjecajem Mjesečevih plimnih sila.

No ovakve hipoteze, ma koliko bile privlačne imaju i svoju opoziciju jer predviđaju nagli početak ledenih doba, odn. relativno brze oledbe (radi se najduže o nekoliko dekada) i vrlo spor izlazak iz ledenog doba, dok činjenice ukazuju da su dosadašnja ledena doba sporo počinjala i naglo završavala (sl. 3).

Slika 3 - Kretanje temperature u Srednjoj Europi tijekom zadnjih glacijala
Predviđeni scenarij mogao bi funkcionirati jedino u slučaju da dođe do naglog velikog otopljavanja u visokim širinama koje bi se zbilo u samo nekoliko godina pa da brzo doteče velika količina slatke vode i poremeti cirkulaciju i prijenos topline. Pri tom bi, ponovimo još jednom, slanija i teža voda Golfske struje već na nižim širinama potonula pod puno lakšu i slađu vodu. Promjenom toka Golfske struje po ovom scenariju, dolazi do poremećaja atmosferske cirkulacije, tako da bi i donos topline koja je na Arktik dolazila zračnim strujanjima, sada također bio znatno skromniji. Logika postoji, no ovo je samo u najgrubljim crtama objašnjenje jednog od scenarija.

U stvarnosti međutim, događa se ono što se događalo mnogo puta do sada. Temperature na Zemlji varirale su relativno sporo i često su bile u dugom periodu više od današnjih, pa ipak nije došlo do ledenog doba. Primjerice, klimatološki period Atlantik trajao je preko dva milenija, a temperatura je cijelo vrijeme bila znatno viša nego danas (sl. 4). Na žalost iz tog doba nema pisanih dokaza, ali je realno pretpostaviti da je leda bilo znatno manje nego danas. Ako bi samo topljenje leda bilo presudno za promjenu klime kao u navedenom primjeru, onda ne bi bilo moguće da period Atlantik toliko traje. Koliko god bilo slatke vode i kakav god imala smjer Golfska struja u periodu Atlantik - ledeno doba nije nastalo. Kakva je dakle uloga leda??

Glavni terestički faktori u promjenama klime

Dakako, stanje leda u moru i općenito u polarnim krajevima, svakako mora imati neku svoju ulogu u klimi, ali je možda značajnije da je to i dobar pokazatelj stanja u atmosferi, koje bi moglo biti osnovni pokretač promjena. Do sada nismo spomenuli stakleničke plinove koji igraju vrlo bitnu ulogu u zagrijavanju atmosfere, pa razmotrimo njihov utjecaj. Spomenut ćemo tri najvažnija.

Problem uloge vodene pare

Najveću količinu topline u atmosferi zadržava vodena para, no ona se ne zadržava dugo u atmosferi. Pa ipak, ako bi veća količina vode bila u obliku leda onda bi se ukupna količina vodene pare i tekuće vode na Zemlji (na tlu i u atmosferi) morala smanjiti. Upravo je to bio slučaj u poslijednjem glacijalu - morska razina je bila snižena. Iz toga možemo zaključiti da je i količina vodene pare u zraku, kao glavnog stakleničkog plina, bila znatno manja  (a to je već i poslijedica toga da hladni zrak može primiti manju količinu vodene pare).

Slika 4 - Pribižno kretanje temperature u ravnici srednje Engleske
(točkaste površine su moguće pogreške)
Klima je u minimumu ledenog doba bila suha. Ima li stoga vodena para već ulogu u nastanku ledenog doba nego što mislimo?

Uloga CO2

Ovaj plin znatno manje doprinosi efektu staklenika nego vodena para. Međutim, njegov je utjecaj iz drugog razloga bitan. Dok je proces kruženja vode relativno stalan i kratak, proces kruženja ugljičnog dioksida je dugotrajan, te je bitnija njegova trenutna koncentracija u atmosferi. On u atmosferu dospijeva na više načina; biogenim procesima (truljenje, respiracija), zatim pojačanim vulkanizmom te izgaranjem fosilnih goriva (antropogeni procesi). Prvi način, odn. proces ispuštanja CO2 iz biosfere količinom je približan apsorpciji CO2 u biljkama pa je zapravo taj proces u ravnoteži. Ako promotrimo drugi proces odn. kako djeluje vulkanizam možemo uočiti da će promjena klime ovisiti o tome koliki je omjer u atmosferu izbačenog stakleničkog CO2 (i ostalih stakleničkih plinova) i antistakleničke prašine. Na vulkanizam ne možemo utjecati, tako je kako je. No treći proces odn. antropogeno djelovanje izbacuje samo CO2, a izbacivanje antistakleničkih tvari zanemarivo je, pa bi po toj logici ipak čovjek mogao biti odgovoran za povećanje količine ovog plina u atmosferi, zagrijavanje i promjenu klime. Nadalje, CO2 se iz atmosfere "ispire" i vezuje u moru, u biosferi i ponajviše u stijenama. To je, kako je navedeno, dugotrajan proces, što znači da nakon što se molekula CO2 ispere iz atmosfere i ugradi u neku stijenu (ili razgradi) ona se još dugo neće vratiti u atmosferu. Prosječno putovanje jedne molekule CO2 u cijelom procesu traje oko pola milijuna godina.

Zaključak je da, kad se fosilna goriva potroše, kad ne bude više stalnog povećanog dotoka ugljičnog dioksida u atmosferu, on će se polako ispirati, a kad dovoljna količina nestane iz atmosfere onda bi moglo doći do globalnog zahlađenja jer će CO2 dugo vremena biti svugdje samo ne u atmosferi. Dakle, po ovoj logici opet bi došlo do ledenog doba, ali puno kasnije nego u scenariju koji je naveden na početku. Ovo se, naravno, odnosi samo na uvjete u kojima bi svi ostali faktori bili nepromjenjeni. Onda bi mogao uslijediti proces u kojem bi duži period pojačanog vulkanizma mogao izbaciti velike količine nagomilanog CO2 u litosferi u atmosferu, pa bi uslijedilo zagrijavanje itd.itd.

Uloga metana

Puno efektivniji staklenički plin, ali u puno manjoj količini. Kao i ugljični dioksid izlučuje se vulkanizmom i antropogeno (i biogeno). Kraće se zadržava u atmosferi pa poremećaji u njegovom izlučivanju nisu toliko presudni. Ipak, treba navesti da je tijekom tektonskih poremećaja prilikom formiranja Arktičkog oceana početkom paleogena, izlučena s njegovog dna velika količina stakleničkih plinova (metan, ugljični dioksid) u atmosferu, što je utjecalo na podizanje globalne temperature, a cijeli proces trajao je više milijuna godina. Sve do kraja eocena temperatura je bila znatno iznad današnje razine. Postoje i radovi u kojima su neki pokušali dokazati da i biogeno izlučivanje metana nije zanemarivo. Današnji doprinos metana efektu staklenika procijenjen je na oko 5 %. Svaki od ovih plinova, nesumnjivo, igra na svoj način ulogu u klimi, ali:
Jesu li zaista navedeni plinovi odgovorni za velike promjene klime i ledena doba?

Ostali važniji terestički faktori u promjenama klime

Spomenuli smo još jedan element bitan za promjenu klime - tektonika, a s tim je u vezi i raspored kopna i mora. Tektonikom se, u dugim vremenskim periodima, znatno izmjeni položaj kontinenata, otvaraju se novi morski prolazi, pokreću se nove morske struje i generalno, toplina se prenosi drugim putevima. Mnogi upravo dolasku Antarktike nad južni pol (znamo da se kopno puno brže hladi od mora, pa se i zrak nad njime brže hladi) i otvaranju cirkumantarktičkog prstena (južni ocean) pripisuju znatni pad temperature u drugoj polovici kenozoika. Također bitnu ulogu je imalo i zatvaranje Panamske prevlake i konačno formiranje Euro-Azijsko-Afričkog prostora, koje je dovelo do formiranja sasvim novih morskih strujanja.

Ako želimo napraviti analizu poslijednjih izmjena ledenih doba onda, u principu, ne bi trebali ići tako daleko u prošlost jer se promjene položaja kontinenata zbivaju u puno dužim periodima, ali ipak se iz priče o pomicanju kontinenata mogu naslutiti neke zakonitosti.

Prvo, niti jedna promjena klime u povijesti nije se dogodila naglo. Čak i po zatvaranju Panamske prevlake i formiranju Golfske struje trebalo je proći još mnogo milijuna godina da se klima znatnije promijeni. Prirodno je zaključiti da dramatiziranja o naglim promjenama klime uzrokovanim promjenom samo jednog faktora, ma koliko se značajan činio, nisu realna. To znači da, primjerice, antropogeno ispuštanje velike količine CO2 u atmosferu može imati za poslijedicu samo poremećaj klime, ali ne i ledeno doba ili drastično globalno zagrijavanje.

Nadalje, pri raspravljanju o ledenim dobima treba uzeti u obzir i efekte poput veličine albeda (refleksija zračenja od ledenog pokrova i oblaka), ili povećanja površine kopna (padom morske razine), što sve utječe na procese zaleđivanja i odleđivanja. Situacija time postaje iznimno komplicirana. Ništa od toga nije zanemarivo i ništa od toga nije važnije od drugog. Svakako moraju postojati i neki prirodni kontrolni mehanizmi (negativne sprege) koji porast jednog elementa kompenziraju smanjenjem drugog. Npr. kod više leda (hladnije) mora biti manja količina vodene pare u zraku, a to znači manje oblaka i manja refleksija od atmosfere, što u nekom postotku kompenzira povećanu refleksiju od leda. U najmanju ruku nije jednostavno sve faktore ni uključiti, a kamoli zbrojiti. A sve ovdje navedeno je tek ono što pripada terestičkim faktorima. Pitanje je i koliko oni svi zajedno uopće doprinose? Osvrnimo se sad na astronomske.

Značajniji astronomski faktori u velikim promjenama klime

Do danas se pokušalo objasniti izmjenu ledenih doba i cijelim nizom astronomskih faktora. Prva je pretpostavka bila da je Sunce povremeno zračilo manje, povremeno više energije. Znatne promjene zračenja mogle bi se možda odvijati u periodima od stotina milijuna godina, tako da one nisu uzrok pleistocenskih izmjena ledenih doba. Manje oscilacije su vjerojatnije, dapače s priličnom sigurnošću se navodi da Sunce u tijeku "malog ledenog doba" (1400. g. - 1850. g.) nije imalo faze pojačanja aktivnosti, a koje su karakteristične za doba u kojem živimo. Mogu li takve manje, ali dugotrajne promjene biti dovoljne da uzrokuju velike oledbe? Fizika Sunca još nije u stanju dati odgovor na pitanja o promjenama aktivnosti Sunca u dugom periodu, ali se svakako može reći da se ni ovaj faktor ne može uzimati sam za sebe.

Na ovom mjestu treba se osvrnuti na Milutina Milankovića i njegovu hipotezu koja se dugo vremena provlači kroz literaturu. U njoj se ne radi o promjeni Sunčevog zračenja kao uzroka promjene klime, nego o raspodjeli Sunčevog zračenja na površini Zemlje. U razmatranje su uključene promjene parametara Zemljine staze - nagib ravnine ekvatora prema ravini ekliptike, ekcentricitet Zemljine putanje, zakret perihela. No usprkos složenim proračunima osunčanja Zemljine površine kroz razdoblja od više desetaka tisućljeća, moglo se samo zaključiti da takve promjene nisu presudne za nastanak ledenih doba. Naime, iz Milankovićevog ciklusa osunčavanja proizlazi da bi poslijednje ledeno doba trebalo početi prije 144.000 godina i trajati do prije 21.000 godina, a u stvarnosti je trajalo od 70.000 do prije 10.000 godina. U ranijim periodima odstupanje je i veće. Zanimljivo je da dugi niz godina literatura neprestano spominje ovu hipotezu, čak kao teoriju po kojoj se ledena doba mijenjaju i onda se na kraju svakog teksta ističe kako to zapravo ne odgovara stvarnoj izmjeni ledenih doba. Sasvim bespotrebno i zbunjujuće. "Milankovićevi ciklusi ledenih doba" ne postoje. Njegovi proračuni dati će pun doprinos tek kad se uključe zajedno sa svim ostalim faktorima koji uvjetuju promjene klime. Drugim riječima, jedan segment posla je obavljen, čeka se da netko obavi idući dio, pa idući dio, pa idući dio, dok se slagalica ne upotpuni*.


* Kad smo već kod Milankovića, spomenimo da se velikog znanstvenika zapravo uzdiže na krivom mjestu. Milanković je u klimatologiji ostavio jedan, trenutno nebitan, proračun. Međutim, rijetko ga se spominje kao predlagatelja najpreciznijeg kalendara za praktične potrebe. Prema sadašnjem kalendaru svaka četvrta završna godina stoljeća je prijestupna (2000, 2400, 2800...) dok bi prema Milankoviću dvije od devet završnih godina stoljeća bile prijestupne. Bolje usavršavanje kalendara od toga ne bi imalo smisla. Ovo nije tema ovog članka pa je samo spomenuto kao zanimljivost.

Osim navedenih razmatranja Sunčeve aktivnosti i osunčavanja, u novije vrijeme su se pojavile i hipoteze koje su na prvi pogled čudne, ali i zanimljive, a trebalo bi ih opovrgnuti (ili dokazati!). Jedna od njih govori da Sunčev sustav oscilira vertikalno na ravninu putanje oko centra galaksije. Pri tome može ulaziti u dijelove gdje vladaju veće gustoće plina i prašine koji bi umanjivali količinu Sunčeve radijacije koja dolazi do Zemlje. Zanimljivo, premda treba reći da gustoće u "našem dijelu galaksije" ne variraju toliko da bi ova pretpostavka izgledala jako bitna. Možda u dugim vremenskim periodima od više milijuna godina, jer treba se podsjetiti da je bilo puno većih oledbi u dalekoj prošlosti. Ako obratimo pozornost na učestalost najvećih oledbi (sl. 5) koje su se pojavljivale u razmacima od 200 - 300 miljuna godina i usporedimo to s prosječnim vremenom obilaska Sunca oko centra galaksije koje je procijenjno na 200 - 250 milijuna godina onda bi se i mogle povući neke paralele. No oprezno! Galaksija je još gotovo potpuno nepoznato područje i ovo treba uzimati kao slučajnost. To jednostavno samo treba imat na umu.

Slika 5 - Približno datiranje velikih oledbi u dalekoj Zemljinoj prošlosti
A kad govorimo o tako velikim vremenskim razmacima onda moramo uzeti u obzir i činjenicu koja se zanemaruje. Što dalje u prošlost idemo Mjesec je sve bliže Zemlji. To automatski znači veći priljev energije u obliku plimnih sila. A to može značiti i povećavanje vulkanske aktivnosti. Kako je spomenuto, o vulkanskim izbačajima ovisi hoće li biti u atmosferi više stakleničke ili antistakleničke tvari. Stoga glacijacije davne prošlosti nije uputno uspoređivati sa zadnjih nekoliko glacijacija. Temperaturne razlike u davnoj prošlosti bile su veće (možda baš zbog Mjeseca) i prema njihovom obuhvatu bi se ova "naša" ledena doba mogla nazvati periodom globalnog zagrijavanja (sl. 6).

Slika 6 - Ekstremne pretpostavke idu čak tako daleko da opisuju Zemljinu
kuglu posve prekrivenu ledom tijekom ledenih doba u proterozoiku.
Zaključak

Iz svega navedenoga možemo jedino zaključiti da velike promjene klime, odnosno nastupi ledenih doba, ovise o cijelom nizu faktora (i terestičkih i astronomskih) od kojih vjerojatno niti jedan pojedinačni nije presudan. Što više svi se nadopunjuju i svaki se vremenom mijenja. I traženje cikličkog ponavljanja ledenih doba nema nikakvog smisla. Ciklus ne postoji!! Kad se spominje Milanković još treba istaknuti da je on samo dao "krivulju osunčanja", a zapravo su drugi to uspoređivali s izmjenama ledenih doba jer im se učinila sličnom. Milanković je stekao slavu na način koji je besmislen, a ne na način na koji je zaista zadužio svijet svojim radovima (a nije mala stvar napraviti takav proračun osunčavanja i još bez upotrebe računala). No mi ljudi smo takvi, proglasit ćemo nekog značajnim na način na koji se nama sviđa. Ništa čudno.

Svako ledeno doba, u svim razdobljima Zemljine prošlosti, uzrokovano je različitim spletom okolnosti i različitim doprinosom faktora koji o tome odlučuju, a ima ih izuzetno puno. Doslovno kao da bacimo jedan kamen u ocean i pokušamo proračunati kojom će točkom dotaknuti dno. Pa onda bacimo drugi kamen, drugog oblika i pokušamo pronaći pravilnost kako struje okreću kamen. Svaki se okreće na drugi način. Svaki je jedinstven, i svaki puta struje su malo promijenjene. Zato zagonetke ledenih doba jednostavno nema, nastala je iz fantomskih ciklusa. Svako ledeno doba je posebno! Svako se možda i može proračunati, ali ne smije ih se vezivati!

I još jednom se osvrnimo na ono o čemu se danas najviše priča - utjecaj čovjeka. Čovjek možda mijenja u maloj količini poneki od faktora koji utječu na klimu, ali je previše bahato postavljati sebe iznad svih prirodnih procesa i prirodnih mehanizama regulacije. Iako se možda čini da su ljudi "krivi" za zagrijavanje (ili zahladnjenje), priroda uvijek nalazi načina da njeni faktori budu značajniji i ne obazire se na naše hvalisanje.

U svakom slučaju klimatologe čeka još prilično posla da nam odgovore koliko dugo ćemo moći uživati na toplom ljetnom suncu na moru, s ledenim dobom tek u čaši limunade.

LITERATURA I IZVORI:

Knjige
Šegota T., Filipčić A. (1996): Klimatologija za geografe, Školska knjiga, Zagreb
Vujnović V. (1989): Astronomija, Školska knjiga, Zagreb

Članci
Maradin M. (2006-2007): Zašto se klima mijenja Geografija.hr 18-25
Viher M. (1990/91): Atmosfere planeta, Čovjek i svemir 33 (1), 4-8

Internet izvori
1. Atmosphere, Climate & Environment - (13.03.2008.)
2. Paleoclimatology - (13.03.2008.)
3. The Electronic Universe - (13.03.2008.)
4. Solar wind - globalno zagrijavanje
5. Snowball Earth

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!