Πέμπτη, 2 Μαρτίου 2017

Ένας απλός κανόνας προβλέπει πότε θα σταματήσει μια Εποχή των Παγετώνων

icelandΠοιά μυστικά της Εποχής των Παγετώνων «ξεκλειδώνει» η νέα επιστημονική μελέτη, με υπεύθυνο τον καθηγητή Φυσικής Γεωγραφίας στο Πανεπιστημιακό Κολλέγιο του Λονδίνου (UCL) Χρόνη Τζεδάκη, που δημοσιεύει το περιοδικό Nature;  Η έρευνα κατέληξε σε έναν απλό κανόνα που προβλέπει κάθε πότε τα τελευταία 2.600.000 χρόνια (τη λεγόμενη Εποχή των Παγετώνων) λιώνουν οι πάγοι και ξεκινά μια θερμή εποχή, όπως είναι η σημερινή. Ο κανόνας αυτός έρχεται να απαντήσει σε μερικά άλυτα, ως σήμερα, επιστημονικά ερωτήματα. Όπως στο γιατί από τις 110 φορές που η εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια αυξήθηκε τα τελευταία 2,5 περίπου εκατομμύρια χρόνια (περίπου κάθε 20.000 χρόνια, όταν η Γη βρίσκεται πιο κοντά στον Ήλιο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού στο Βόρειο Ημισφαίριο), μόνο οι 50 οδήγησαν σε πλήρη τήξη των παγετώνων;

«Η σημασία της έρευνας είναι ότι ένα απλό μοντέλο μπορεί να εξηγήσει τα βασικά χαρακτηριστικά της εποχής των παγετώνων, δηλαδή την αλλαγή στην συχνότητα και ένταση των κλιματικών κύκλων, από κάθε 40.000 χρόνια σε κάθε 100.000 χρόνια και με μεγαλύτερες εξαπλώσεις παγετώνων».
 
Ο ίδιος συμπληρώνει ότι η ανακάλυψη αυτή «ανοίγει έναν νέο τρόπο προσέγγισης του προβλήματος σε πιο στατιστική βάση, δηλαδή πότε μία τήξη παγετώνων είναι περισσότερο ή λιγότερο πιθανή. Από παλαιοανθρωπολογικής απόψεως, αυτή η στατιστική προσέγγιση έχει ενδιαφέρον, γιατί αν πριν από 50.000 χρόνια είχαμε πλήρη τήξη των πάγων, τότε η πορεία της ανθρωπότητας μπορεί να ήταν διαφορετική (π.χ. έναρξη της γεωργίας πολύ νωρίτερα αντί γύρω στα 11.000 χρόνια πριν από σήμερα)», τόνισε.
 
«Η διαφορά με το μοντέλο μας είναι ότι πρόκειται για κάτι πολύ απλό. Δεν χρησιμοποιούμε καμία κλιματική πληροφορία, π.χ. τις συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα, της σκόνης κ.λπ., όπως κάνουν τα άλλα μοντέλα. Χρησιμοποιούμε μόνο την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία, τις αλλαγές στην ποσότητα της ενέργειας που έρχεται από τον ήλιο δηλαδή. Και επίσης το πόσος χρόνος έχει περάσει από την προηγούμενη τήξη των παγετώνων. Έτσι μπορούμε να προβλέψουμε πότε γίνεται κάθε φορά η τήξη των παγετώνων τα τελευταία δύο εκατομμύρια χρόνια με απόλυτη επιτυχία, 100% . Όπως έδειξε η ανάλυση των ερευνητών, το κατώφλι της ηλιακής ακτινοβολίας για την τήξη των πάγων ανέβηκε πριν από ένα εκατομμύριο χρόνια. Ο λόγος για τον οποίον συνέβη αυτό είναι άγνωστος, το γεγονός όμως είναι ότι αρχίσαμε να «πηδάμε» τις τιμές της ηλιακής ακτινοβολίας που κανονικά θα επέφεραν την τήξη των παγετώνων και οι παγετώδεις περίοδοι παρατάθηκαν, σε κύκλους που φθάνουν γύρω στις 100.000 χρόνια. Έτσι οι πάγοι άρχισαν να αυξάνονται και να γίνονται πολύ πιο εκτενείς. Αλλά, παραδόξως, όσο οι πάγοι αυξάνονται γίνονται πιο ασταθείς και άρα χρειάζονται λιγότερη ενέργεια για να λιώσουν. Επομένως το κατώφλι αρχίζει να μειώνεται με την πάροδο του χρόνου».
 
Στις ψυχρές (παγετώδεις) περιόδους, τεράστιοι παγετώνες εξαπλώνονται σε μεγάλες εκτάσεις της Βόρειας Αμερικής και της Βόρειας Ευρώπης. Στις θερμές (μεσοπαγετώδεις) περιόδους, όπως η σημερινή, οι παγετώνες που είχαν εξαπλωθεί στο Βόρειο Ημισφαίριο υποχωρούν (όχι όμως και το παγοκάλυμμα Γροιλανδίας). Σύμφωνα με την αστρονομική θεωρία του κλίματος, αυτές οι εναλλαγές ρυθμίζονται από περιοδικές μεταβολές της τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο και την κλίση του άξονά της, που μεταβάλλουν την απαραίτητη για να λιώσουν οι πάγοι ποσότητα της ηλιακής ενέργειας η οποία φθάνει στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη το καλοκαίρι.
 
Ωστόσο, από τις 110 φορές που η εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια αυξήθηκε τα τελευταία 2.600.000 χρόνια μόνο οι 50 οδήγησαν σε πλήρη τήξη των παγετώνων. Μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες δεν είχαν καταφέρει να εξηγήσουν γιατί οι θερμές περίοδοι ήταν 50 και όχι περισσότερες και πώς οι αστρονομικές αλλαγές καθορίζουν τη σειρά αυτών των περιόδων;
 
«Η ιδέα βασίζεται στο ότι υπάρχει ένα κατώφλι στο ποσόν της ηλιακής ενέργειας που απαιτείται για την τήξη των πάγων. Πάνω από αυτό το όριο, οι πάγοι λιώνουν και μπαίνουμε σε μεσοπαγετώδη περίοδο», δήλωσε ο καθηγητής.
 
Στο πρώτο μέρος της Εποχής των Παγετώνων, η ηλιακή ενέργεια ξεπερνούσε το όριο τήξης κάθε 40.000 χρόνια. Όμως, ένα εκατομμύριο χρόνια πριν από σήμερα, το όριο αυτό ανέβηκε, έτσι ώστε οι παγετώνες αντί να λιώνουν συνέχισαν να αυξάνονται για περισσότερο από 41.000 χρόνια. Ωστόσο, κατά παράδοξο τρόπο, όταν η διάρκεια των παγετωδών περιόδων αυξάνεται, οι παγετώνες γίνονται πιο ασταθείς, και έτσι η απαιτούμενη ηλιακή ενέργεια για τήξη είναι μικρότερη. Οι επιστήμονες κατάφεραν να δείξουν ότι, συνδυάζοντας αυτές τις παρατηρήσεις σε ένα απλό κανόνα, είναι δυνατό να προβλεφθούν όλοι οι τερματισμοί των παγετωδών περιόδων και οι ενάρξεις των θερμών περιόδων, που τα τελευταία ένα εκατομμύριο έτη συμβαίνουν περίπου κάθε 100.000 χρόνια.
 
Το επόμενο ζητούμενο για τους ερευνητές
Τώρα, το επόμενο βήμα είναι να γίνει κατανοητό γιατί το κατώφλι απαιτούμενης ενέργειας αυξήθηκε πριν από ένα εκατομμύριο χρόνια. Μια ιδέα είναι ότι αυτό οφείλεται στη μείωση της συγκέντρωσης του CO2 στην ατμόσφαιρα. «Αυτό μπορεί να προκλήθηκε από μία αλλαγή στην κυκλοφορία των ωκεανών που οδήγησε στη μεγαλύτερη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα στον βυθό τους».
 
Τα αποτελέσματα εξηγούν γιατί εδώ και 11.000 χρόνια βρισκόμαστε σε μία θερμή περίοδο, παρά την σχετικά αδύναμη αύξηση της ηλιακής ενέργειας. Ο λόγος που οι παγετώνες έλιωσαν είναι ότι η προηγούμενη ψυχρή περίοδος είχε μεγάλη διάρκεια και οι πάγοι είχαν γίνει πολύ ασταθείς. Όμως, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι εκτός από τις 50 πλήρεις τήξεις, μερικές φορές το ποσόν της ηλιακής ενέργειας πλησίαζε τόσο κοντά στο κατώφλι που παραλίγο να οδηγήσει σε πλήρη τήξη παγετώνων. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, 50.000 χρόνια πριν από σήμερα, η ενέργεια σχεδόν ξεπέρασε το όριο. Αν είχε συμβεί αυτό, τότε δεν θα είχαμε την θερμή περίοδό μας τα τελευταία 11.000 χρόνια.
 
Παρ’ όλα αυτά, η μελέτη έδειξε ότι η διαδοχή των θερμών – ψυχρών κύκλων δεν είναι χαοτική: η ακολουθία κύκλων που συνέβη είναι μία από ένα πολύ μικρό σύνολο πιθανών εναλλακτικών σεναρίων. «Η εύρεση τάξης μέσα σε φαινομενικά απρόβλεπτες διακυμάνσεις στο κλίμα είναι ένα ιδιαίτερα σημαντικό αποτέλεσμα της έρευνας μας». Όσο για την εξέλιξη των ερευνών, ο ίδιος προσθέτει ότι «σκοπεύουμε να ξεκινήσουμε μία λεπτομερή μελέτη για το πότε ακριβώς έγινε η πρώτη μεγάλη αύξηση στο μέγεθος των παγετώνων. Συνέβη απότομα πριν από 900.000 χρόνια ή είχε ξεκινήσει πιο σταδιακά από τα 1.250.000 χρόνια;»
 
Οι ερευνητές που συμμετέχουν στη μελέτη, εκτός από τον Χρόνη Τζεδάκη, είναι ο Eric Wolff από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και οι Takahito Mitsui και Michel Crucifix από το Πανεπιστήμιο της Λουβέν.
 
Στο «τσακ» ο πολιτισμός μας;
Η στατιστική ανάλυση προσφέρει επίσης τη δυνατότητα να δει κάποιος πότε η έναρξη μιας μεσοπαγετώδους περιόδου είναι περισσότερο ή λιγότερο πιθανή, πότε οι τιμές της ακτινοβολίας ήταν τόσο υψηλές ώστε δεν υπήρχε περίπτωση «αντίστασης» των πάγων αλλά και πότε έφθασαν σχεδόν στο κατώφλι αλλά δεν κατόρθωσαν να ξεκινήσουν την τήξη τους. Μια περίπτωση κατά την οποία η θερμή περίοδος αποφεύχθηκε «στο τσακ» μας αφορά μάλιστα άμεσα αφού σημειώθηκε πριν από 50.000 χρόνια. «Αν τότε είχε επέλθει μεσοπαγετώδης περίοδος, δεν θα είχαμε μεσοπαγετώδη περίοδο τα τελευταία 11.000 χρόνια, όπως συμβαίνει σήμερα δηλαδή, εκτός και αν μεταβάλλαμε εμείς το κλίμα, όπως τώρα» υπογραμμίζει ο καθηγητής, προσθέτοντας ότι από αυτές τις παρατηρήσεις προκύπτουν πολλά ενδιαφέροντα ερωτήματα για την ιστορία του είδους μας. «Για παράδειγμα» αναφέρει «η πορεία των μεταναστεύσεων του ανθρώπου από την Αφρική θα ήταν η ίδια; Θα είχε ξεκινήσει η γεωργία πριν από 50.000 αντί για 11.000 χρόνια, στην Εγγύς Ανατολή ή κάπου αλλού;».

Αν και μας δίνει πολύτιμες πληροφορίες για το παρελθόν ο κανόνας δεν έχει, όπως μας λέει, εφαρμογή για το μέλλον και αυτό γιατί με 400 ppm διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (και σε ανοδική τάση) μια περίοδος παγετώνων είναι αδύνατον να ξεκινήσει. Ο κ. Τζεδάκης μάλιστα πριν από μερικά χρόνια είχε και πάλι ταράξει τα κλιματολογικά νερά με μια μελέτη που υποστήριζε ότι κανονικά η επόμενη παγετώδης περίοδος επρόκειτο να αρχίσει επί των ημερών μας, αλλά λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων του διοξειδίου του άνθρακα αναβλήθηκε επ’ αόριστον.

Επόμενος στόχος είναι τώρα η διερεύνηση της αιτίας για την οποία το κατώφλι της ποσότητας της ηλιακής ακτινοβολίας που πυροδοτεί την τήξη των πάγων ανέβηκε πριν από ένα εκατομμύριο χρόνια. «Υπάρχουν διάφορες θεωρίες» επισημαίνει ο καθηγητής. «Νομίζω, υποψιάζομαι, ότι η καλύτερη έχει να κάνει με το διοξείδιο του άνθρακα, ότι δηλαδή για κάποιο λόγο η μέση τιμή του στην ατμόσφαιρα ελαττώθηκε εξαιτίας μιας αλλαγής στην ωκεάνια κυκλοφορία που οδήγησε σε μεγαλύτερη δέσμευσή του στον βυθό των ωκεανών. Γίνονται προσπάθειες από διάφορες ομάδες για να ανακατασκευάσουμε την ατμοσφαιρική συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα πριν από ένα εκατομμύριο χρόνια. Αν αποδειχθεί ότι κάτι τέτοιο ισχύει, αυτό θα δείξει πόσο σημαντικό είναι το διοξείδιο του άνθρακα για το κλίμα, είτε όταν αυξάνεται είτε όταν μειώνεται».

Οι κύκλοι του Μιλάνκοβιτς
Σύμφωνα με την αστρονομική θεωρία του κλίματος η εναλλαγή των παγετωδών και μεσοπαγετωδών – δηλαδή των ψυχρών και θερμών – περιόδων σχετίζεται με την ελλειπτική τροχιά της Γης και την κλίση του άξονά της, που ανά τακτά χρονικά διαστήματα τη φέρνουν πιο κοντά στον Ήλιο και σε καλύτερη θέση ώστε να δέχεται περισσότερη ακτινοβολία μέχρι και στις πολικές περιοχές. Η θεωρία αυτή προτάθηκε για πρώτη φορά το 1941 από τον σέρβο μαθηματικό Μιλουτίν Μιλάνκοβιτς ο οποίος είχε υπολογίσει ότι, με βάση τη θέση και την κλίση της Γης σε σχέση με τον Ήλιο, οι πάγοι στο Βόρειο Ημισφαίριο θα έπρεπε να λιώνουν και να μειώνονται σε έκταση κάθε περίπου 41.000 χρόνια.
 
Η θεωρία του Μιλάνκοβιτς φαινόταν να εξηγεί την εξάπλωση και την υποχώρηση των πάγων στην επιφάνεια της Γης για όλη την Εποχή των Παγετώνων. Ωστόσο, πριν από τέσσερις δεκαετίες, το 1976, οι παρατηρήσεις έδειξαν πως εδώ και ένα εκατομμύριο χρόνια οι πάγοι έπαψαν να ακολουθούν αυτούς τους «κύκλους» των 41.000 ετών και άρχισαν να υποχωρούν κάθε περίπου 100.000 χρόνια. Ουσιαστικά δηλαδή, παρά το γεγονός ότι στα ενδιάμεσα διαστήματα ανά 41.000 χρόνια η Γη είχε την κατάλληλη θέση και κλίση ώστε να δέχεται την περισσότερη δυνατή ακτινοβολία από τον Ηλιο, οι πάγοι για κάποιον λόγο δεν έλιωναν.
 
Με την παρατήρηση αυτή άνοιξε μια τεράστια συζήτηση και δεκάδες μελέτες προσπάθησαν να δώσουν μια εξήγηση σχετικά με το πώς – ή ακόμη και το αν – η τροχιά και η κλίση της Γης επηρεάζουν το κλίμα της. Αρκετοί εστίασαν το ενδιαφέρον τους στον κύκλο των 100.000 ετών που παρατηρείται στην εκκεντρότητα της τροχιάς της Γης υποστηρίζοντας ότι οι διακυμάνσεις αυτές αποτελούν «μη γραμμικές» αποκρίσεις του κλιματικού συστήματος στις αστρονομικές αλλαγές, ενώ άλλοι πρότειναν ότι προέρχονται από μη περιοδικές διακυμάνσεις του κλίματος που απλώς «συντονίζονται» με τις αστρονομικές μεταβολές, όπως ο εσωτερικός κιρκάδιος ρυθμός μας συντονίζεται στον 24ωρο ημερήσιο κύκλο. Καμία από τις προτεινόμενες ερμηνείες δεν μπορούσε ωστόσο να προβλέψει όλες τις εναλλαγές μεταξύ παγετωδών και μεσοπαγετωδών περιόδων που έχουν σημειωθεί τα τελευταία δυόμισι και πλέον εκατομμύρια χρόνια.