A jégkorszakok kialakulasanak feltételei

A jégkorszakok kialakulásának feltételei

A földi éghajlat-ingadozások okait nagyon sokan kutatták már, azonban átfogó magyarázatot még egyetlen elmélet sem adott. A hipotéziseket több csoportba sorolhatjuk.

A geológiai elméletek egy része a kontinensek vándorlásával igyekszik megmagyarázni az éghajlat változásait, többen pedig a hegységképzö folyamatoknak tulajdonítanak ilyen hatást. E kutatók elképzelése szerint a jégkorszakok kialakulásának az egyik fontos feltétele, hogy legalább az egyik pólus környékén nagy kiterjedés&# 454b17e 369; szárazföldek helyezkedjenek el. A magasra kiemelkedö hegységtömegek pedig az átlagos hömérséklet csökkentésével és a nagy földi légkörzés megváltoztatásával járulhatnak hozzá egy jégkorszak kialakulásához.
Az elképzelések másik csoportja fizikai-kémiai jellegü. A Föld klímájának ingadozásait a légkör kémiai összetételének változásaiban, és azoknak a Föld höháztartására gyakorolt hatásaival magyarázzák.
Vannak, akik földönkívüli tényezöket sejtenek a változások mögött. Egyes kutatók szerint Napunk változó fényü  csillag, ezért 200-250 millió éves ritmusban megváltozik a sugárzása során kibocsátott energia mennyisége, ami természetesen kihat a Föld éghajlatára is. Ennek az elképzelésnek az a fö hiányossága, hogy nem teljesen bizonyított a kiindulási alapja.
A másik feltevés szerint Naprendszerünk idönként csillagközi porfelhön halad át, ami a napsugarak szétszóródásával  megnövelheti a bolygónkra jutó energiát.

A legkidolgozottabb, és a kutatók körében is a leginkább elfogadott elmélet szintén csillagászati okokat lát az ingadozások mögött. Azt az elképzelést, miszerint az évszakok jellegének csillagászati okokra visszavezethetö változásai szabályos idöközönként eljegesedést idézhetnek elö, már a múlt században felvetették. Az elmélet részletes kidolgozása és matematikai formába öntése azonban a századunk 1920-as és 1930-as éveiben valósult meg Milutin Milankovics jugoszláv csillagász munkássága nyomán.
Véleménye szerint a szóban forgó csillagászati "ritmusszabályozónak" három összetevöje van. Kettö az évszakok jellegét módosítja (eszerint lesznek az évszakok kisebb vagy nagyobb mértékben szélsöségesek), a harmadik pedig az elöbbi kettö közötti kölcsönhatást befolyásolja.

Az elsö tényezö a Föld forgástengelyének hajlásszöge.
A forgástengely iránya jelenleg a függölegessel 23,5 fokos szöget zár be (itt függölegesen a Föld keringési síkjára állított meröleges irányát kell érteni), de ez a szög 41 ezer éves periódussal ingadozik, 21,5 és 24,5 fok között. A hajlásszög növekedésének hatására az évszakok szélsöségesebbeké válnak mindkét félgömbön. A nyarak melegebbek, a telek hidegebbek lesznek.

A második tényezö a Föld pályájának alakja.
A pálya 100 ezer éves periódussal változtatja alakját: megnyúlik, s nagy excentricitású ellipszis alakot ölt, majd ismét szinte tökéletesen kör alakúvá válik. Ha nö a pálya excentricitása, akkor nö a különbség a Nap és a Föld legkisebb és legnagyobb távolsága között. Ennek az lesz a következménye, hogy az egyik félgömbön szélsöségesebbé, a másikon pedig mérsékeltebbé válnak az évszakok. (Jelenleg a Föld akkor távolodik el legjobban a Naptól, amikor a déli félgömbön tél van, aminek következtében a déli félgömbön a tél valamivel hidegebb, a nyár viszont valamivel melegebb, mint az északin.)

A harmadik csillagászati ciklus a precesszió, vagyis a Föld forgástengelyének billegése.
Ez az összetevö a hajlásszög és az excentricitás közti viszonyt befolyásolja. A forgástengely 23 ezer év alatt ír le egy teljes kört a csillagokhoz képest. A precesszió határozza meg, hogy egy adott félgömbön a nyár a földpálya napközeli vagy naptávoli pontjára esik-e, vagyis, hogy a Föld éghajlatának a tengelyferdesége miatti évszakosságát erösíti-e, vagy gyengíti a pálya excentricitásából adódó évszakosság. Ha az évszakosság e két meghatározója az egyik félgömbön szinkronban van, akkor a másik félgömbön aszinkronban van egymással.

Milankovics kiszámította, hogy e három tényezö együttes hatására a nyári napsugárzás mennyisége akár 20 százalékkal is változhat az északi sark közelében. Véleménye szerint ez elég ahhoz, hogy a szárazföldek északi részét borító jégmezö elörenyomuljon olyan idöszakokban, amikor hüvös nyarak és enyhe telek váltogatják egymást.
Hosszú éveken keresztül azonban nem álltak rendelkezésre független forrásból származó adatok a jégkorszakok idöbeli lefolyására vonatkozólag, s így Milankovics hipotézisét nem lehetett ellenörizni.
A helyzet akkor változott meg, amikor tengeri üledékeken végeztek izotópvizsgálatokat. A likacsoshéjúak (Foraminifera) rendjébe tartozó tengeri egysejtüek héját alkotó mész megörzi annak a tengervíznek bizonyos tulajdonságait, amelyben valaha képzödött. Az oxigén 18-as és 16-os tömegszámú izotópjának aránya ugyanis megegyezik a mészben és a tengervízben. Az oxigénizotópok tengervízbeli aránya azonban egy másik aránynak is megfelel: jelzi, hogy a tengervíznek hány százaléka van gleccserekben és jégmezökben megkötve. Mivel a jéggé fagyott víz kevesebb 18-as tömegszámú oxigénizotópot tartalmaz, annak aránya a jégtakarók növekedésével a tengervízben és következésképpen az abban élt egysejtüek héjából kialakult üledékben is megnövekszik.
A tengerfenék üledékéböl vett fúrómagminták elemzése arra utal, hogy a szóban forgó izotópok hányadosa nagyjából a Milankovics által leírt ciklusokkal összhangban növekedett és csökkent. Az 1950-es években kezdödött mérések óta sok száz tengeri üledékböl vett mintában elemezték az oxigén izotópjainak arányát. Az összes adat ismeretében elkészített kronológia alapján kimutatható, hogy a tengeri üledék összetételében ugyanaz a periodicitás figyelhetö meg, mint a Föld pályáját meghatározó folyamatokban.
Az elmúlt 800 ezer év folyamán a Föld összes jégkészletének mennyisége 100 ezer évenként ért el maximumot, ami pontosan megfelel az excentricitás változásában érvényesülö periodicitásnak. Ezenkívül minden egyes ciklusra rárakódtak kisebb hullámok is: a jégtömeg átmeneti, kisebb mértékü csökkenései és növekedései. Ezek az ingadozások a precesszió és a tengelyferdeség változásának megfelelöen 23 ezer, illetve 41 ezer éves periodicitást mutattak.

Nyári napsütés (1000 kalória négyzetcentiméterenként és naponta)

A Föld jégmezöinek teljes térfogata

A bizonyítékok ellenére maradtak tisztázatlan kérdések. A 100 ezer éves ciklus sokkal gyengébben befolyásolja a napsugárzás évszakonkénti mennyiségét, mint a másik két, rövidebb ciklus, ennek ellenére látszólag ez határozza meg az eljegesedések alapritmusát. A rövidebb periódusú ciklusok csak kisebb ingadozások formájában jelentkeznek az izotópos adatokban. További fejtörést okoz, hogy az évszakosság ciklusainak számított görbéjét folytonos változások jellemzik törések helyett, a jég vizsgálata alapján kapott görbe ezzel szemben fürészfogszerü: a jég mennyisége csaknem 100 ezer éven át fokozatosan növekszik, majd amikor az északi félgömbön szélsöségesen meleg nyarak következnek egymás után, néhány ezer év alatt hirtelen visszazuhan a korábbi szintre.
A nyitott kérdésekre a Grönlandot és az Antarktiszt borító jégmezö két kilométer mélyen fekvö rétegeiböl vett fúrómagminták elemzése adta meg a választ. Ez a kérdés azonban már átvezet a legutolsó eljegesedés korába, a pleisztocénba.

(Wallace S. Broecker és George H. Denton: Mi váltja ki a jégkorszakokat? Tudomány, 1990. március)