Πώς η Γη μπαινοβγαίνει στην… κατάψυξη

Δεκαετίες τώρα ένα από τα μεγάλα ερωτήματα που βασανίζουν τους ειδικούς που μελετούν το κλίμα της Γης έχει να κάνει με το πότε ακριβώς ο πλανήτης «βγαίνει από την κατάψυξη» και εισέρχεται σε θερμές περιόδους όπως αυτή που διανύουμε τα τελευταία 11.000 χρόνια, ευνοώντας την άνθηση και την εξάπλωση της ζωής και του ανθρώπινου πολιτισμού. Το βασικό πρόβλημα είναι ότι ενώ για το μεγαλύτερο μέρος της Εποχής των Παγετώνων –που ξεκίνησε πριν από 2,6 εκατομμύρια χρόνια και συνεχίζεται σήμερα –η Γη φαίνεται να βγαίνει από περιόδους με παγετώνες σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, εδώ και ένα εκατομμύριο χρόνια οι κύκλοι αυτής της περιοδικότητας έχουν παραταθεί. Διάφορα μαθηματικά μοντέλα έχουν προσπαθήσει να εξηγήσουν το γεγονός, όμως κανένα δεν έχει δώσει κατηγορηματική απάντηση, ενώ όλα τους εμπλέκουν πολύπλοκες παραμέτρους περιπλέκοντας τα πράγματα ακόμη περισσότερο. Τώρα μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Χρόνη Τζεδάκη, καθηγητή στο University College του Λονδίνου, προσφέρει για πρώτη φορά μια ικανοποιητική λύση: έναν απλό κανόνα ο οποίος μπορεί να προβλέψει με απόλυτη ακρίβεια όλες τις εναλλαγές παγετωδών και θερμών περιόδων του πλανήτη, συμπεριλαμβάνοντας την αλλαγή στην περιοδικότητα και ένταση των κύκλων.

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 Ηλιο 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 Ηλιο, 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.

Αυτό που δεν είχε κατορθώσει κανείς ως τώρα πέτυχαν οι ερευνητές από το University College του Λονδίνου, το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ στη Βρετανία και το Πανεπιστήμιο της Λουβέν στο Βέλγιο. Και το πέτυχαν με έναν πολύ απλό κανόνα ο οποίος κατείχε περίοπτη θέση στο τελευταίο τεύχος της επιθεώρησης «Nature» την περασμένη εβδομάδα. Το «κλειδί», όπως ανακάλυψαν, κρύβεται στην ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στα υψηλά πλάτη της Γης τους θερινούς μήνες, η οποία φαίνεται να έχει ένα «κατώφλι»: όταν ξεπερνάει μια ορισμένη τιμή οι πάγοι αρχίζουν να λιώνουν και να υποχωρούν, και η Γη μπαίνει σε μεσοπαγετώδη ή θερμή περίοδο. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης ότι η τιμή που έχει αυτό το κατώφλι δεν είναι πάντα η ίδια, αλλά επηρεάζεται από το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από την προηγούμενη τήξη των πάγων.

«Η διαφορά με το μοντέλο μας είναι ότι πρόκειται για κάτι πολύ απλό» λέει στο «Βήμα» ο κ. Τζεδάκης. «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. Ετσι μπορούμε να προβλέψουμε πότε γίνεται κάθε φορά η τήξη των παγετώνων τα τελευταία δύο εκατομμύρια χρόνια με απόλυτη επιτυχία, 100%».

Οπως 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. «Ετσι οι πάγοι άρχισαν να αυξάνονται και να γίνονται πολύ πιο εκτενείς» εξηγεί ο καθηγητής. «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».

Η μελέτη του κ. Τζεδάκη και των συνεργατών του αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για την καλύτερη κατανόηση του κλίματος. «Αυτό το απλό μοντέλο μπορεί να εξηγήσει τα βασικά χαρακτηριστικά της Εποχής των Παγετώνων, δηλαδή την αλλαγή στη συχνότητα και την ένταση των κλιματικών κύκλων» λέει. «Εξηγεί γιατί πήγαμε από κάθε 41.000 χρόνια σε κάθε 100.000 χρόνια αλλά και γιατί αρχίσαμε να έχουμε μεγαλύτερες εξαπλώσεις παγετώνων –επειδή αν πηδάμε κύκλους, έχουμε περισσότερο χρόνο για να μεγαλώσουν οι παγετώνες. Παλιότερα προβληματιζόμαστε, ψάχναμε να βρούμε τι έγινε και μεγάλωσαν περισσότερο οι παγετώνες και θεωρούσαμε πως το γεγονός ότι μεγάλωσαν οδήγησε σε μακρότερους κύκλους. Ηταν δηλαδή κάτι σαν το «η κότα έκανε το αβγό ή το αβγό την κότα;». Τώρα ξέρουμε: οι παγετώνες έγιναν μεγαλύτεροι γιατί επιμηκύνθηκαν οι παγετώδεις περίοδοι, όχι το αντίστροφο».

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».