Trijumf Milutina Milankovića: Šta nam Milankovićevi ciklusi otkrivaju o klimi planete Zemlje

Milutin Milanković je jedan od naših najpoznatijih, najvažnijih, i najpopularnijih naučnika, i to sa dobrim razlogom. 

Njegovo ime ne nose samo čuveni Milankovićevi ciklusi, koji objašnjavaju uticaj Zemljinog položaja i kretanja na globalnu klimu i pojavu ledenih doba.

Njegovo ime nosi i jedna prestižna medalja Evropske unije geonauka, krateri na Mesecu i Marsu, jedan asteroid, kao i jedan park i jedan bulevar u Beogradu, gde je proveo najveći deo svog života.

Teorije Milutina Milankovića, koje povezuju kretanje nebeskih tela sa dugoročnim promenama u klimi, na vrlo upečatljiv način pokazuju kompleksnost klimatskog sistema Zemlje, ali predstavljaju i jedan veliki naučni trijumf.  

Naime, Milanković je bio jedan od retkih naučnika koji je napravio predviđanje (kasnije će se ispostaviti tačno), a da nije imao ni relevantna merenja fenomena kojim se bavio. 

Milanković je ukazao na vezu između položaja i kretanja Zemlje, i Zemljine klime

U svom radu, Milanković je pokušao da objasni vezu između nebeskih i klimatskih  fenomena, odnosno kako spore, ali pravilne i ciklične promene u Zemljinom položaju i kretanju oko Sunca izazivaju takođe spore, pravilne i ciklične promene u Zemljinoj klimi, tj. dovode do nastanka i nestanka ledenih doba.

Pretpostavio je da najveći uticaj imaju tri različite promene u Zemljinom kretanju.

Prva se tiče putanje Zemlje. Svi znamo iz školskih klupa da je putanja Zemlje jedna elipsa oko Sunca, ali ta putanja zapravo nije konstantnog oblika. Ona se polako menja iz oblika koji je blizu savršenog kruga, do izduženije elipse, pa nazad. Ovaj celokupni ciklus je jako spor i traje oko 110.000 godina. 

Druga promena odnosi se na nagib Zemljine rotacije. Opet, školski udžbenici nas uče da je Zemlja „nagnuta” u svojoj rotaciji, što pokazuju i gotovo svi globusi, ali i ugao nagiba ose rotacije se polako menja, od 22,1° do 24,5° i opet nazad. Tom ciklusu treba 41.000 godina da se „vrati” u stanje iz kojeg smo počeli da ga pratimo.

Treća promena je takozvana precesija, i takođe se tiče Zemljine rotacije. Naime, Zemlja „leluja” u svojoj rotaciji, kao čigra kada počne da završava svoje kretanje. Precesija traje 26.000 godina, i nju je prvi primetio još starogrčki astronom Hiparh, koji je zabeležio blago „pomeranje” udaljenih zvezda sa njihove očekivane putanje (kako precesija izgleda iz geocentričke perspektive). 

Precesija utiče na godišnja doba na Zemlji: primera radi, u ovom trenutku je zima na severnoj hemisferi tokom perioda kada je Zemlja najbliža Suncu, ali to će se preokrenuti za oko 13.000 godina. Već možete da naslutite kako ovakve promene mogu da utiču na Zemljinu klimu.

Usled ova tri procesa, Zemlja u toku svog kretanja dobija relativno konstantnu količinu energije od Sunca, ali se raspodela te energije razlikuje po poluloptama i geografskim širinama. 

Milankovićeva (tačna) pretpostavka bila je da ove promene u rotaciji, koje dovode do pravilnog i cikličnog smanjenja  Sunčeve energije na severnim geografskim širinama, dovode i do pojave ledenih doba. 

Da bismo razumeli kako ledena doba nastaju usled ovih nebeskih promena, potrebno je da u računicu uključimo i klimatski sistem Zemlje, što čini ceo proces znatno kompleksnijim. Ali istovremeno, nauka je u decenijama nakon Milankovićeve smrti potvrdila njegove pretpostavke: promene u Zemljinom kretanju zaista dovode do smene ledenih doba, a zbog toga se i ova tri opisana ciklusa i zovu Milankovićevi ciklusi.

Ledena doba izazivaju Milankovićevi ciklusi i povratne sprege u Zemljinoj klimi

Lice Zemlje se drastično menja tokom ledenog doba. U njihovom vrhuncu, globalna temperatura pada za 4 do 6 °C, led debljine i do nekoliko kilometara spušta se ka umerenim geografskim širinama, a nivo svetskih mora pada i za 100 metara. Zatim počinje period otopljavanja, pa opet postepenog hlađenja do novog ledenog doba, a ceo ciklus traje oko 100.000 godina. Mi se trenutno nalazimo „između” dva ledena doba, u periodu koji se naziva interglacijal, koji je, perspektive radi, duži od celokupne istorije ljudske civilizacije. 

Ali Milankovićevi ciklusi nisu dovoljno jake promene da sami izazovu ovako drastične oscilacije u Zemljinoj klimi. Oni zapravo pokreću, kao inicijalna kapisla, jedan kompleksan sistem povratnih sprega unutar klimatskih sistema Zemlje, i svi oni zajedno uzrokuju smenu ledenih doba i interglacijala. 

Kakve su to povratne sprege?

Jedna je albedo. Naime, do početka ledenog doba dolazi ne onda kada promene u Zemljinoj rotaciji dovedu do hladnijih zima, već kada dovedu do hladnijih leta, što je isto bila Milankovićeva pretpostavka. Kada je na severnoj hemisferi leto hladnije, onda se na njoj topi manje snega i leda koji su akumulirani tokom zime. Neistopljene, bele površine blizu polova imaju veliki albedo, tj. veliku sposobnost refleksije Sunčevog zračenja.

Vidite kako sneg i led sami čine povratnu spregu: što ih je više, to odbijaju više Sunčeve energije, što usporava njihovo topljenje i pomaže njihovom širenju, što ih čini još sposobnijim da odbijaju Sunčevu energiju… 

Dugoročno, ovaj proces, pokrenut položajem Zemlje u svojoj rotaciji, dovodi do smanjenja prosečne temperature, ali i do smanjenja nivoa svetskih mora (jer sve više vode ostaje „zarobljeno” u ledu). 

Ali ni albedo nije dovoljan da objasni drastične promene do kojih dolazi tokom ledenih doba. Za to nam je potreban i ugljen-dioksid, koji stvara još jednu povratnu spregu.

Naime, ugljen-dioksid je važan sastojak efekta staklene bašte: ovaj gas, iako se u Zemljinoj atmosferi nalazi u vrlo malim količinama, zadržava toplotu i sprečava da energija iz Sunca brzo „pobege” iz Zemljine atmosfere.

Ali ni njegova koncentracija nije konstantna kada posmatramo hiljade i hiljade godina Zemljine istorije. I ona isto osciluje – i to najpre zato što se hlade svetski okeani. 

Što je more hladnije, to je ono i sposobnije da apsorbuje ugljen-dioksid iz atmosfere. Kada počne proces hlađenja planete, usled povećanog albeda koji su inicirali Milankovićevi ciklusi, mora počinju da apsorbuju veće količine ugljen-dioksida iz atmosfere i njegova koncentracija polako opada: sa „normale” od oko 270 ppm na minimum od oko 180 ppm tokom ledenih doba (ppm je skraćenica za parts per milion, pa ovaj broj pokazuje koliki je udeo ugljen-dioksida u atmosferi Zemlje). 

Pošto se smanjuje koncentracija ugljen-dioksida, „smanjuje” se i efekat staklene bašte, pa se Zemlja i time dalje hladi, što opet hladi mora, i čini da se koncentracije ugljen-dioksida dalje smanjuju – opet, kao što vidimo, jedna povratna sprega.

Ove povratne sprege se „preokreću” tek onda kada se promeni i položaj Zemlje u odnosu na Sunce, i kada Zemlja uđe u jednako dugoročan proces grejanja i topljenja. Zajedno, svi ovi procesi, koje pokreću promene u raspodeli Sunčeve energije usled Milankovićevih ciklusa, dovode do relativno pravilnih, cikličnih smena hladnih i toplih perioda u istoriji Zemlje.

Vrednost Milankovićevog rada je u tome što je on ove promene predvideo pre nego što su postojali detaljni podaci o trajanju ledenih doba. 

Zapravo, svetska nauka nije odmah prihvatila njegova predviđanja. Dugo se smatralo da su promene u Zemljinom kretanju nedovoljne da objasne pojavu i nestanak ledenih doba – sve do sedamdesetih godina prošlog veka. 

Tada su, decenijama nakon Milankovićeve smrti, nova merenja sedimenata sa dna okeana na južnoj polulopti otkrila cikluse koji su se u potpunosti uklapali sa periodikom promena Zemljinog kretanja. Zabeležene u sedimentima bile su oscilacije temperatura na 23.000, 42.000 i 110.000 godina – Milanković je, drugim rečima, bio u pravu.

Milankovićevi ciklusi su, nažalost, daleko sporiji od antropogenih klimatskih promena

Ali ova merenja su ukazala na još jednu činjenicu: sledeći Milankovićeve cikluse i zabeležene promene, Zemljina severna polulopta se danas nalazi u procesu glacijacije, tj. hlađenja, koje će trajati narednih nekoliko hiljada godina. Međutim, kao što to možemo da vidimo iz godine u godinu, to se trenutno ne dešava.

Razlog je u tome što Milankovićevi ciklusi ne mogu da objasne, niti da preduprede aktuelne klimatske promene, za koje je najpre krivo sagorevanje fosilnih goriva.

Da se razumemo, bilo bi lepo kada bi Milankovićevi ciklusi bili uzročnici klimatskih promena kojima svedočimo poslednjih decenija. Isto tako, bilo bi lepo i da oni mogu da nas „spasu” od klimatskih promena, jer je Zemlja trenutno u fazi „hlađenja”. U tom slučaju, samo bi trebalo da sačekamo da se stvari reše same od sebe. 

Nažalost, to nije slučaj. Zašto? Glavna razlika između Milankovićevih ciklusa grejanja i hlađenja, koji su prirodni, i aktuelnih, antropogenih klimatskih promena je vremenska razmera. 

Po aktuelnim merenjima, svedoci smo globalnom zagrevanju od oko 1,2 °C u odnosu na sredinu 19. veka. Ovakav stepen zagrevanja je daleko, neuporedivo brži od onoga što nam govore Milankovićeve teorije. 

Evo jednog jednostavnog poređenja: u uslovima antropogenih klimatskih promena, za mog života se desila promena od oko 1 °C na globalnom nivou. Usled Milankovićevih ciklusa, za takvu promenu potrebne su hiljade i hiljade godina: još uvek je, drugim rečima, nisu videle ni piramide u Gizi. 

Klimatske promene se dešavaju paralelno sa promenama koje izazivaju Milankovićevi ciklusi – samo što su od njih brže i jače, i mi nemamo vremena da „čekamo” na prirodno hlađenje koje će dovesti do sledećeg ledenog doba.

Da su krivac emisije gasova staklene bašte, a pre svega ugljen-dioksida, ukazuju nam i aktuelna merenja koncentracija ugljen-dioksida u atmosferi. U poslednjih nekoliko miliona godina, koncentracije CO₂ u Zemljinoj atmosferi prirodno osciluju između 270 i 180 ppm, sa minimumima blizu vrhunaca ledenih doba. 

Međutim, od sredine 19. veka do danas, ona su, usled sagorevanja fosilnih goriva, porasla na čak 425  ppm – što je porast od preko 50%, brzinom koja je daleko veća od prirodne.

Ovo sve, naravno, ni na koji način ne utiče na naučnu i civilizacijsku vrednost Milankovićevog rada. Njegovi ciklusi nam, između ostalog, nude sliku prirodnih oscilacija Zemljine klime,  pokazuju nam koliko je uticaj čoveka nesrazmeran kao i koliko je sam klimatski sistem osetljiv na promene koje nam se čine malim. Otkrivaju nam i način rada klimatskog sistema Zemlje, i činjenicu da Zemlja ne može sama da reši problem koji mi uporno pravimo. 

Ono što Zemlja može jeste da postepeno vrati stvari u normalu, ali samo onda kada mi najzad prvo smanjimo, a onda i zaustavimo emisije CO₂ u atmosferu.