Νέα γεωλογικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι η αργή ταλάντωση του άξονα της Γης ενδέχεται να πυροδότησε απότομες κλιματικές μεταβολές κατά την περίοδο του «θερμοκηπίου» της Ύστερης Κρητιδικής.
Όταν το κοινό παρακολούθησε την ταινία «Μετά την επόμενη μέρα» (The Day After Tomorrow), είδε μια δραματική χολιγουντιανή απεικόνιση ενός ξαφνικού κλιματικού χάους.
Η ταινία συμπυκνώνει υπερβολικά το χρονοδιάγραμμα, όμως η υποκείμενη ιδέα ότι το κλίμα της Γης μπορεί να αλλάξει απότομα υποστηρίζεται από επιστημονικά στοιχεία.
Κατά την τελευταία Εποχή των Παγετώνων, για παράδειγμα, οι θερμοκρασίες στη Γροιλανδία αυξήθηκαν έως και 16°C μέσα σε λίγες μόνο δεκαετίες. Ταυτόχρονα, τεράστιες εισροές παγόβουνων διατάρασσαν επανειλημμένα τον Βόρειο Ατλαντικό Ωκεανό.
Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτά τα επεισόδια γεγονότα Dansgaard–Oeschger και Heinrich. Αυτές οι ραγδαίες μεταβολές, γνωστές ως κλιματικά γεγονότα χιλιετούς κλίμακας, δείχνουν ότι το κλιματικό σύστημα μπορεί να αναδιοργανωθεί πολύ ταχύτερα από ό,τι θα αναμενόταν μόνο από τους αργούς τροχιακούς κύκλους.
Οι επιστήμονες συχνά συνέδεαν αυτές τις δραματικές μεταβολές με τη συμπεριφορά των τεράστιων παγετωνικών καλυμμάτων.
Αυτή η σύνδεση δημιούργησε ένα κρίσιμο ερώτημα: Εάν τα μεγάλα στρώματα πάγου έπαιζαν κεντρικό ρόλο, πώς θα μπορούσε να συμβεί παρόμοια κλιματική μεταβλητότητα χιλιετούς κλίμακας κατά τη διάρκεια θερμών περιόδων «θερμοκηπίου» στην ιστορία της Γης, όταν τέτοια παγετωνικά καλύμματα δεν υπήρχαν; Οι ερευνητές πάλευαν με αυτό το αίνιγμα για πολλά χρόνια.
Η τροχιακή μετάπτωση ως κλειδί για τις απότομες κλιματικές αλλαγές
Μια νέα μελέτη προσφέρει τώρα μια εξήγηση. Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Chengshan Wang από το Πανεπιστήμιο Γεωεπιστημών της Κίνας (Πεκίνο), βρήκε στοιχεία που αποδεικνύουν ότι οι κύκλοι μετάπτωσης της Γης —που περιγράφουν την αργή ταλάντωση του άξονα περιστροφής του πλανήτη— μπορούν να προκαλέσουν απότομες κλιματικές διακυμάνσεις χιλιετούς κλίμακας, ακόμη και όταν ο πλανήτης είναι σε μεγάλο βαθμό ελεύθερος από πάγους.
Στο έργο συμμετείχαν συνεργάτες από το Βέλγιο, την Αυστρία και την Κίνα, ενώ τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature Communications.
Ένα παράθυρο στην Ύστερη Κρητιδική
Η έρευνα βασίζεται σε πυρήνες ιζημάτων που ανακτήθηκαν από τη λεκάνη Songliao στη βορειοανατολική Κίνα. Αυτά τα ιζήματα εναποτέθηκαν πριν από περίπου 83 εκατομμύρια χρόνια κατά την Ύστερη Κρητιδική.
Η περίοδος αυτή αποτελεί μια κλασική φάση «θερμοκηπίου» στην ιστορία της Γης, η οποία χαρακτηριζόταν από υψηλές συγκεντρώσεις CO₂ στην ατμόσφαιρα και απουσία μεγάλων παγετωνικών καλυμμάτων. Οι επιστήμονες απέκτησαν τους πυρήνες μέσω του Cretaceous Continental Scientific Drilling Project, ενός διεθνούς προγράμματος που ξεκίνησε το 2006 από τον καθηγητή Wang.
Από αστρονομική άποψη, ο άξονας της Γης ταλαντεύεται αργά με μια κίνηση παρόμοια με εκείνη μιας σβούρας. Αυτή η κίνηση ονομάζεται μετάπτωση του άξονα και ένας πλήρης κύκλος διαρκεί περίπου 26.000 χρόνια.
Όταν αυτή η ταλάντωση αλληλεπιδρά με τη σταδιακή μετατόπιση του προσανατολισμού της ελλειπτικής τροχιάς της Γης, παράγει δύο κύριους κλιματικούς κύκλους μετάπτωσης που διαρκούν περίπου 19.000 και 23.000 χρόνια. Αυτοί οι κύκλοι επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο το ηλιακό φως κατανέμεται στον πλανήτη ανάλογα με τις εποχές και παίζουν καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση των μακροπρόθεσμων κλιματικών προτύπων.
Η κλίση του άξονα της Γης σε σχέση με το επίπεδο της τροχιάς της επηρεάζει επίσης τον τρόπο με τον οποίο η ηλιακή ακτινοβολία κατανέμεται σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη.
Οι περιοχές εκτός των τροπικών δέχονται μια ετήσια κορύφωση της ηλιακής ακτινοβολίας κοντά στο θερινό ηλιοστάσιο κάθε ημισφαιρίου. Οι τροπικές περιοχές συμπεριφέρονται διαφορετικά. Λόγω της γεωμετρίας της κλίσης και της τροχιάς της Γης, η ηλιακή ακτινοβολία εκεί φτάνει σε δύο κορυφώσεις κάθε χρόνο κοντά στις ισημερίες και σε δύο ελάχιστα κοντά στα ηλιοστάσια.
Αυτό το πρότυπο δημιουργεί μια ιδιαίτερη δομή στην έκθεση των τροπικών περιοχών στο ηλιακό φως. Οι δύο ετήσιες κορυφώσεις της ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργούν τέσσερις περιόδους μέγιστης αντίθεσης στην εποχιακή ηλιακή ενέργεια μέσα σε ένα μόνο έτος.
Κατά τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου μετάπτωσης, αυτή η δομή οδηγεί σε τέσσερις ξεχωριστές κλιματικές αποκρίσεις στις μεταβολές της ηλιακής πίεσης που καθοδηγούνται από τη μετάπτωση.
Ως αποτέλεσμα, το κλιματικό σύστημα μπορεί να αναπτύξει ένα επαναλαμβανόμενο σήμα «τετάρτου της μετάπτωσης» με περίοδο περίπου 5.000 ετών.
Στοιχεία από αρχαία ιζήματα
Το γεωλογικό αρχείο από τη λεκάνη Songliao υποστηρίζει αυτή τη θεωρητική ιδέα. Αναλύοντας γεωχημικά δεδομένα, ορυκτολογικές συστάσεις και προσομοιώσεις βιοτάραξης (bioturbation), οι ερευνητές ανασύνθεσαν τις περιβαλλοντικές συνθήκες κατά την Ύστερη Κρητιδική. Τα αποτελέσματά τους αποκαλύπτουν επαναλαμβανόμενες μεταβολές μεταξύ υγρών και ξηρών συνθηκών, οι οποίες εμφανίζονταν με σαφή περιοδικότητα περίπου 4.000–5.000 ετών.
Η ισχύς αυτών των κύκλων μεταβαλλόταν επίσης σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα. Συγκεκριμένα, η έντασή τους παρουσίαζε διακυμάνσεις ανά κύκλους ~100.000 ετών, οι οποίοι αντιστοιχούν σε μεταβολές της εκκεντρότητας της τροχιάς της Γης.
Το αρχείο των ιζημάτων της Ύστερης Κρητιδικής περιόδου ταιριάζει απόλυτα με το προβλεπόμενο πρότυπο μεταβολών της ηλιακής ακτινοβολίας στις ισημερινές περιοχές.
Η συμφωνία αυτή, υποδηλώνει ότι η τροπική ηλιοφάνεια μπορεί να επηρεάσει ισχυρά το παγκόσμιο κλιματικό σύστημα και ενδέχεται να πυροδοτεί φυσικά κλιματικές ταλαντώσεις χιλιετούς κλίμακας.
Επιπλέον φασματικές αναλύσεις δείχνουν ότι οι κύκλοι ηλιακής πίεσης των ~5.000 ετών μπορούν να οδηγήσουν σε ακόμη ταχύτερες κλιματικές μετατοπίσεις διάρκειας 1.800–4.000 ετών.
Αυτές οι συντομότερες διακυμάνσεις πιθανότατα προκύπτουν από μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις εντός του κλιματικού συστήματος.
Συνδυαστικά, οι γεωλογικές ανασυνθέσεις και οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι ακόμη και κατά τη διάρκεια θερμών κλιμάτων «θερμοκηπίου», χωρίς την παρουσία πάγων, το κλίμα της Γης δεν ήταν σταθερό.
Αντιθέτως, παρουσίαζε επαναλαμβανόμενες μεταβολές μεταξύ υγρότερων και ξηρότερων συνθηκών, καθοδηγούμενο κυρίως από την ηλιακή πίεση που συνδέεται με την τροχιακή μετάπτωση.
«Κατά την Ύστερη Κρητιδική, τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού CO₂ έφταναν περίπου τα 1.000 μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) — τιμή συγκρίσιμη με τις προβλέψεις για το τέλος αυτού του αιώνα», αναφέρει ο καθηγητής Michael Wagreich, παλαιοκλιματολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης. «Αυτό καθιστά το κλίμα θερμοκηπίου της Κρητιδικής περιόδου ένα ουσιαστικό ανάλογο για την κατανόηση του μέλλοντος της Γης».
«Καθώς η τροχιακή διαμόρφωση της Γης θα παραμείνει σταθερή για δισεκατομμύρια χρόνια, ο στενός δεσμός που εντοπίσαμε μεταξύ της αστρονομικής μετάπτωσης και των κλιματικών κύκλων χιλιετούς κλίμακας υποδηλώνει ότι οι κλιματικές ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας, όπως αυτές που παρατηρήθηκαν στην Κρητιδική περίοδο, θα μπορούσαν να εμφανιστούν ξανά σε ένα θερμότερο μέλλον — ενδεχομένως με τρόπους που είναι πιο προβλέψιμοι από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως», καταλήγει ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Zhifeng Zhang.
