Ledena doba su sigurno jedan od fenomena koji uvek kada se o njima priča uspešno privuku pažnju šire publike. Tokom ledenih doba, prosečna temperatura Zemlje je niža za 4-6 °C, a polarne ledene kape debele i po nekoliko kilometara spuštaju se duboko u umerene širine. Zbog širenja ledenih kapa, odnosno povećanja količine leda na planeti, prosečan nivo okeana tokom ledenog doba može biti niži i za više od 100 m. Takođe dolazi i do smanjenja koncentracije ugljen-dioksida u atmosferi i to u značajnoj meri. Pad temperature, širenje lednika i pad nivoa okeana zvuče sasvim logično i uklapaju se u intuitivnu sliku ledenog doba, međutim zašto se menja količina ugljen dioksida, i koja je uloga ovog gasa u nastajanju ledenog doba?
Topli periodi između dva ledena doba nazivaju se interglacijali, ili među-ledena doba, i upravo se današnja civilizacije dramatično razvila tokom poslednjeg interglaciala koji je poznat i pod imenom Holocen, koji traje poslednjih 10.000 godina. U poslednjih milion godina, ceo ciklus – od vrhunca jednog do vrhunca drugog ledenog doba (sa interglacijalom između njih) traje oko 100.000 godina.
Teoriju koja daje naučno objašnjenje opisanih smena hladnih i toplih perioda postavio je Milutin Milanković dvadesetih godina prošloga veka. Posebno je zanimljivo da je ova teorija bila konačno potvrđena tek nekoliko decenija kasnije, što samo pokazuje veličinu ovog Milankovićevog otkrića, s obzirom na to da je predvidela mnoge aspekte nastanka ledenih doba koji tada nisu mogli biti potvrđeni prvenstveno zbog nepostojanja empirijskih dokaza koji su došli tek kasnije, nakon što je teorija bila predstavljena.
Milankovićeva teorija o lednim dobima
Prema ovoj teoriji, „nastanak” i „nestanak” ledenog doba je posledica veoma sporih promena u načinu na koji se Zemlja kreće oko Sunca. Milanković je izdvojio tri elementa kretanja koji nisu konstantni već polako ciklično osciluju prelazeći iz jedne faze u drugu. Ove ciklične promene su kasnije i nazvane po njemu, tako da su danas poznate pod imenom Milanovićevi ciklusi.
Na prvom mestu tu je ekscentricitet putanje Zemlje oko Sunca, koja se kreće od elipse koja je veoma bliska pravilnoj kružnici, do malo izduženijeg oblika, sa periodom oscilovanja između ova dva stanja od 110.000 godina. Zatim sa periodom od 41.000 godina, osciluje i nagib ose rotacije, i to od 22.1 do 24.5 stepeni. Konačno, rotacija Zemlje oko sunca i svoje ose, više liči na „lelujanje“ čigre, nego pravilno i rigidno kruženje kako ga uglavnom zamišljamo. Zbog ovog efekta koji se zove precesija, različita godišnja doba tokom vremena počinju i završavaju se kada je Zemlja u različitim pozicijama na eliptičnoj putanji rotacije oko Sunca, a period oscilovanja ovog parametra je oko 26.000 godina.
Tako recimo, u ovom trenutku, zima na severnoj hemisferi je tokom perioda kada je Zemlja najbliža Suncu, međutim, zbog precesije, za oko 13.000 godina , na severnoj hemisferi će biti zima u trenutku kada je Zemlja najudaljenija od Sunca.
Rezultat oscilovanja ova tri elementa se prvenstveno ogleda u preraspodeli količine energije koja dolazi do različitih geografskih širina, a ne u ukupnoj energiji koja tokom jedne godine dođe do Zemlje. Tako, ukupna energija koja dolazi do Zemlje, tokom vremena ostaje skoro nepromenjena ali se ona različito raspoređuje duž meridijana. Milanković je predložio da početak ledenog doba treba tražiti u trenucima kada su ovi elementi rotacije tako usklađeni da severne geografske širine počnu da dobijaju sve manje Sunčeve energije. Uslovno rečeno početak ledenih doba je tražio u sve „hladnijim letima”, a ne periodima kad zime postaju „hladnije”.
Kako se planeta menja kada ulazi u ledeno doba?
Ovo deluje kontraintuitivno s obzirom da nas hladne zime asociraju na „ledeno doba”, međutim, stvari postaju jasnije kada razumemo da sama preraspodela energije nije dovoljna da rashladi planetu nekoliko stepeni nego da u igru treba uvesti i povratne sprege unutar klimatskog sistema Zemlje. Naime, postepeni prelazak u režim „hladnih leta“ značiće da sa će na geografskim širinama blizu polova, tokom leta sve veće količine snega i leda na površini planete ostajati neistopljeni. Uslovno rečeno postepeno će sve više snega i leda uspeti da „preživi“ topljenje tokom toplijeg dela godine.
Ovakva situacija nas dovodi do sledeće važne činjenice, a to je da planeta koja na svojoj površini ima više snega i leda ima i veći albedo, ili opet uslovno govoreći veću „moć” refleksije Sunčevog zračenja, što će značiti da će u situaciji povećanja snega i leda manje energije ostati za zagrevanje planete. Jednostavno, više snega i leda znači i da će veća količina energije biti reflektovana nazad u svemir. Pokretanjem ovog mehanizma, započeće hlađenje planete, što će doprineti dodatnom povećanju površine pokrivene snegom i ledom, koji će dodatno povećavati količinu reflektovanog zračenja, što će u konačnom voditi ka daljem smanjenju prosečne temperature. Takođe u ovom procesu počeće i da se smanjuje prosečan nivo okeana, s obzirom da će sve više vode na planeti biti „zarobljeno” u ledu.
Ipak da bi se prosečna temperatura planete snizila za 4-6°C, i da bi planeta došla do vrhunca ledenog doba, potrebno je uključiti još jednu pozitivnu povratnu spregu, osim ove u koju je uključen albedo površine planete.
Kako su povezani ugljen-dioksid i ledeno doba?
Zato na scenu stupa ugljen-dioksid, posle vodene pare drugi po važnosti gas staklene bašte. Hladnija planeta značiće da će i okeani postati hladniji. Međutim hladnija voda okeana za sobom povlači i činjenicu da će se povećati njen kapacitet apsorpcije ugljen-dioksida što će obezbediti da određena dodatna količina ugljen-dioksida koji se nalazila u atmosferi bude rastvorena u okeanima. Naime, ovaj proces omogućiće „prelazak” određene količine ugljen-dioksida iz atmosfere u okeane, što će obezbediti dalje dodatno snižavanje prosečne globalne temperature, jer manje ugljen-dioksida u atmosferi znači „slabljenje“ efekta staklene bašte. U konačnom kad ledeno doba bude dostiglo svoj vrhunac koncentracija ugljen-dioksida će biti smanjena sa oko 270 ppm na ako 180 ppm.
Naravno, suprotan proces u kome temperatura postepeno raste, a planeta polako „napušta” ledeno doba ići će u suprotom pravcu, ali ponovo će okidač procesa biti Milankovićevi ciklusi. Prvo će leta na severnim širinama postajati toplija, što će omogućiti smanjenje snežnog i ledenog pokrivača, ovo će dovesti do smanjenja albeda planete, odnosno manje energije biće reflektovano, a postepeno zagrevanje okeana će omogućiti da jedan deo ugljen dioksida bude iz okeana „vraćen” u atmosferu.
Do pre nekoliko godina, nije bilo sasvim jasno da li i koliko porast temperature „kasni za” ili „ide ispred” povećanja koncetracije ugljen-dioksida u atmosferi, međutim najnovija istraživanja su pokazala veoma zanimljivu činjenicu. Na južnoj hemisferi, porast temperature ide ispred porasta ugljen-dioksida u atmosferi dok je na severnoj hemisferi obrnuto. Porast ugljen-dioksida prethodi porastu njene temperature. Razlog za ovo je posledica promene u okeanskoj cirkulaciji, koja se takođe događa tokom tranzicionog perioda, i to prvenstveno usled priliva velikih količina slatke vode iz istopljenih ledenih kapa.
Ova promena u cirkulaciji dovodi do neujednačenog zagrevanja globalnog okeana, pri čemu se brže zagrevaju okeani na južnoj hemisferi, iz kojih počinje da se oslobađa ugljen-dioksid. Iako se oslobađanje dodatnog ugljen-dioksida u većoj meri dešava na južnoj hemisferi, njegova koncetracija ravnomerno raste na celoj planeti (inače ovaj gas nazivamo i dobro izmešanim gasom, želeći da ukažemo na činjenicu da je njegova koncentracija manje više slična na celoj planeti, odnosno da je „dobro izmešan”) tako da će povećanje njegove globalne koncentracije značiti ubrzavanje porasta temperature na severnoj hemisferi.
Kada sumiramo ove događaje na južnoj i severnoj hemisferi globalni prosek, koncetracije ovog gasa u atmosferi „napreduje” nekoliko stotina godina ispred porasta temperature.
KLIMA101 NEDELJNI NEWSLETTER
Kako se današnje zagrevanje razlikuje od prethodnih?
Vratimo se za kraj u današnje vreme, odnosno poslednjih sto pedeset godina. Po čemu se današnji porast u koncentraciji ugljen dioksida i promena u globalnoj temperaturi razlikuju u odnosu na ova davna vremena tokom kojih je planeta „skakutala” između ledenih i među-ledenih doba.
Prva razlika je što današnje veće količine ugljen dioksida u atmosferi, u odnosu na period od pre jednog i po veka, nisu posledica procesa koji je vođen prirodnim ciklusom, koji ugljen-dioksid „premešta” iz atmosfere u okean i obrnuto, već je posledica njegovog novog izvora, a to je proces sagorevanja fosilnih goriva koja koristimo da bi smo proizveli energiju. Ovaj „novi” ugljen-dioksid je bio milionima godina „zarobljen” duboko pod zemljom kao ugljenik koji je „osnovni sastojak“ uglja, nafte i gasa. U procesu sagorevanja ovaj ugljenik će se ponovo naći u atmosferi kao ugljen-dioksid, i u njoj će ostati sve dok ga spori biohemijski i geološki procesi ne vrate duboko ispod površine Zemlje, što je veoma spor proces.
Druga važna razlika je brzina, iako su se prošlosti i temperatura planete i koncentracija ugljen dioksida značajno menjali, tokom prelaska iz „hladne“ u „toplu“ fazu klime ove promene su bile veoma spore, i vođene procesima koji su trajali desetinama hiljada godina. Tokom poslednjih 150 godina koncentracija ugljen-dioksida u atmosferi je porasla za preko 50%, dok je u prošlosti za ovako veliku promenu trebalo čekati hiljadama pa i desetinama hiljada godina.
Zato je važno da što pre zaustavimo trend porasta koncentracije ugljen-dioksida u atmosferi i dostignemo karbonsku neutralnost sredinom ovog veka. U suprotnom očekuje nas dalja eskalacija promene klime na Zemlji, koja je ovaj put izazvana ljudskim aktivnostima, a ne prirodnim procesima.
