Milanković-syklusane

Milanković-syklusane er dei endringane i klimaet til jorda som kjem av relativt små endringar i rørsla til jorda omkring sola som så endrar solinnstrålinga. Fenomenet har fått namnet sitt etter den serbiske ingeniøren, astrofysikaren og matematikaren Milutin Milanković (1879–1958) som gjorde mykje forsking på området, sjølv om sjølve grunnideen stammar frå andre forskarar på 1800-talet. Banen til jorda rundt sola blir forandra i tre ulike syklusar med baneparametrane eksentrisitet, aksehelling og presesjon, det vil seie kor elliptisk banen er, kor mykje jordaksen heller og i kva for ei retning jordaksen heller. Desse parametrane har alle ein variasjon med tida som opptrer med regelbundne syklusar. I tillegg er det slik at jorda tek imot ulike mengder sollys ved ulike tidspunkt i løpet av året og på ulike stader, noko som kan utløyse istider og varmeperiodar.

Teorien om Milanković-syklusane er ikkje heilt problemfri sidan modellen stundom føreser feil styrke på forandringane, men desse avvika kan truleg forklarast med at vi ikkje fullt forstår ulike forsterkande tilbakekoblingsprosessar, som t.d. nivået av karbondioksid i lufta eller drastiske hendingar i jordatmosfæren.

Ein kan sjå på omløpsbanen til jorda rundt sola som konstant, men det har lenge vore kjent at det finst små skilnader frå år til år. Desse skilnadene kjem av at sola og jorda ikkje er dei einaste objekta i solsystemet. Utanom sola blir jorda stadig utsett for gravitasjonskrefter først og fremst frå Venus, Jupiter og månen. Alle desse kreftane til saman har tre viktige effektar på banen til jorda:

1. Variasjonar i eksentrisitet - skilnader i forma til jordbanen.
2. Variasjonar i aksehelling - skilnader i vinkelen mellom aksen til jorda og ei vertikal linje som står vinkelrett på planet til jordbanen.
3. Presesjon - skilnader i retninga til rotasjonsaksen til jorda.

Banen til jorda er ikkje ein perfekt sirkel, men er meir eller mindre nøyaktig ellipseforma som dei andre planetane. Eksentrisitet er eit mål på kor mykje av baneforma som avvik frå ein perfekt sirkel. Sidan banen til jorda rundt sola er ein ellipse tyder det at jorda er nærare sola til visse tidspunkt på året enn andre. I dag er eksentrisiteten ca 0,017 (der 0,0 er ein perfekt sirkel og 1,0 er ein parabelbane), noko som tyder at avstanden mellom sola og jorda varierer med 3 % i året. Dette avviket gjev opphav til ein 6 % stor skilnad i solinnstråling mellom perihelium, når jorda er nærast, og aphelium, når jorda er lengst unna.

Eksentrisiteten til jorda varierer mellom nesten 0 og rundt 0,05. Når eksentrisiteten er høg er mengda solinnstråling ved perihelium heile 20–30 % større enn ved aphelium. Dette resulterer i drastisk åtskilde klimavariasjonar frå det vi er kjent med i dag. Desse variasjonane har ein periode på omkring 90 000–100 000 år. Det finst òg ein lengre periode på drygt 400 000 år.

Aksehellingen, eller oblikvitet som det òg blir kalla, er vinkelen mellom rotasjonsaksen til jorda og ei linje som står vinkelrett på planet til jordbanen. Ein stor aksehelning inneber meir ekstreme årstider, medan vi utan nokre aksehelling (aksehelling på 0°) ikkje ville ha hatt nokre årstider i det heile. For tida har jorda ein aksehelning på rundt 23,5°, men han varierer mellom 22,1° og 24,5°. Vi har altså ei aksehelling ganske nær gjennomsnittet i dag. I tidsperiodar med stor aksehelling er somrane varmare og vintrane kaldare enn dei er no. Ved ein mindre aksehelning får ein på same måte mildare vintrar og kjølige somrar. Det er dei nemnde kjølige somrane som mest truleg gjer at det vert akkumulert store mengder landis ved store høgder (som i Noreg og Sverige). Aksehellinga varierer med ein periode på rundt 40 000 år.

Med presesjonen til jordaksen meiner ein den retninga som jordaksen roterer i ein sirkel i. Motsvarande fenomen kan observerast med små gyroskop. Effekten blir at datoen for perihelium og aphelium blir endra, noko som er viktigare enn det det kan virke som. I dag er det til dømes slik at nokre område på den nordre halvkula har somrane sin under aphelium og vintrane sine under perihelium. På sørlege halvkula gjeld det omvende og ei følgje av dette er at årstidene har ein tendens til å vere meir ekstreme på sørlege halvkula enn på den nordlege. Presesjonen varierer med ein periode på drygt 20 000 år og om ca. 12 000 år kjem denne rørsla til å ha gjort slik at nordlege halvkula opplever midtsommar i desember og midtvinter i juni.

Ein annan verknad av presesjonen er at jordaksen, som no peikar mot Nordstjerna, om drygt 10 000 år kjem til å peike mot stjerna Vega.

Den sveitsiske glasiologen Louis Agassiz var den første som pågåande argumenterte^[1] for eksistensen av ei istid sjølv om andre tidlegare hadde spekulert i liknande baner. Det gjekk ikkje lenge før Joseph-Alphonse Adhémar i 1842 publiserte sin modell i boka Revolutions de la Mer^[2] som han mente forklarte klimaendringane til Agassiz berre ut frå presesjonen til jorda.

Utrekningane som Adhémar gjorde føresåg at jorda skulle variere mellom istider på den nordlege halvkula og istider på den sørlege halvkula. Han tenkte seg at det no var istid på sørlege halvkula og at det var difor at Antarktis no var dekt av is. For 20 000 år sidan skulle det motsette ha skjedd, med ei istid på nordlege halvkula og temmeleg varmt på Antarktis, noko som skulle vise seg å vere feilaktig. I år 1875 følgde James Croll i boka si Climate and time in their geological relations^[3] opp utrekningane til Adhémar. Croll hevda at presesjonen var særs viktig, men innsåg at desse forandringane var ganske svake og ikkje direkte kunne forklarast med dei klimaendringane som ein trudde ein hadde funne. Difor freista han å finne ein forsterkande effekt, først og fremst i havet, men han lukkast berre delvis.

Etter publikasjonen til Croll skulle dryge fram til 1916 då ein serbisk matematikar, Milutin Milanković, bestemde seg for å prøve å forklare klimasyklusane. Han laga først grundige matematiske modellar, der han tok omsyn til alle tre effektar og rørsla til jorda i banen og variasjonen av solinnstråling, og i 1920 publiserte han mykje av dette.^[4]

Ved hjelp av utrekningane til Milanković freista den russisk-tyske forskaren Wladimir Köppen og den tyske forskaren Alfred Wegener med støtte frå Milanković å forklare istidene ved at ein rekna med at det ikkje var dei kalde vintrane som utløyste istider, men snarare dei kjølige somrane. Dei skreiv ei bok om det heile, Die Klimate der geologischen Vorzeit^[5], noko som støtta teorien til Milanković om sykliske istider.

Inspirert av framgangen til Köppen og Wegener freista Milanković seinare sjølv å samsvare modellane sine om solinnstråling med oppbygginga og tilbaketrekkinga til istiderg. For å lukkast med dette antok han at visse breiddegrader er viktigare enn andre og valde 65° (omkring same breiddegrad som Luleå) som bakgrunn for utrekningane sine. Grunnen til at det var akkurat denne breiddegraden som vart vald av Milanković er at det er i dette området ein meinte at istidene byrja med tilvekst av store ismasser. Modellen vart publisert i 1941^[6], og her føresåg han klimasyklusar på 23 000 og 41 000 år, men mangel på data over tidlegare klima førte til at òg ideane til Milanković meir eller mindre vart gløymt i seinare tid.

I byrjinga av 1950-åra hadde borekjernar vorte henta opp frå havbotnen. Desse viste spor etter kraftige og sykliske klimaendringar. Men dei viste ein syklus på 100 000 år i staden for dei kortare syklusane som Milanković hadde foreslått. Dermed var interessa for modellen til Milanković enno låg. Det var ikkje før i 1976 at modellen hans kom i ljoset då Hays m.fl.^[7] presenterte utførlege data frå borekjernar som låg i djuphavssediment. Desse dataa viste at teoriane til Milanković faktisk stemte overreins med det ein såg. Bortsett frå den tydelege 100 000 årssyklusen fanst mindre syklusar med ein periode på 23 000 år og 41 000 år. Milanković hadde hatt rett. Istidene og gjennomslaga til dei varme periodane kunne knytast saman med forandringar i baneparametrane til jorda.

Rett etter den banebrytande publikasjonen til Hays følgde ein enorm straum av artiklar som tok for seg fenomenet, t.d. artiklane til Berger frå 1977^[8] og 1978^[9], Pollards artikkel frå 1978^[10] og artikkelen til Imbrie-brørne frå 1980^[11] Desse vidareutvikla stadig modellen og lukkast i ettertid med å forklare tidlegare istider. Frå 1980-åra starta kunne ein ved hjelp av datamaskiner lage mykje meir komplekse modellar som òg inkluderte bieffektar i atmosfæren og havet.

Einskilde problem finst enno med modellen. Ein har til dømes vanskar med å forklare kvifor 100 000 årssyklusen er den kraftigaste, observerbare effekten når dei kraftigaste variasjonane følgjer andre frekvensar. Mellom anna påpekte Wunsch i 2004^[12] at ein samanlikna med ein altfor kort tidsperiode og at ein tok for raske avgjersler rundt kor avhengig baneparametrane var av 100 000 årssyklusen. Han påpeikar at denne syklusen ikkje var like dominerande for meir enn 1 million år sidan. Andre (t.d. Gildor og Tziperman i 2000^[13] meiner at 100 000 årssyklusen er avhengig av forandringar i banen, men i enno større grad av utbreiinga til havisen. For meir enn 1 million år sidan var klimaet varmare og havisen ikkje like utbreidd, men etter dette sokk gjennomsnittstemperaturen over lang tid og syklusane gjekk over frå å bli dominert av 41 000 årssyklusen til 100 000 årssyklusen når havisen kom fram.

Òg andre problem eksisterer, men dei fleste forskarane på området er sikre om at Milanković-syklusane er viktige for klimaforandringar, problem ligg meir eller mindre i at tilbakekoblingsprosessane som blir aktivert ved ulike temperaturar er meir kompliserte og kraftigare enn ein først trudde og mykje vanskelegare å ta omsyn til i modellar. Dette bør føre til viss uro andsynes utslepp av drivhusgassar fordi effekten ofte blir tenkt å vere mykje større enn årsaka. Med andre ord skulle òg ei mindre endring i temperaturen i atmosfæren kunne aktivere ulike effektar som drastisk endrar klimaet over særs kort tid.

Unntatt effektane som menneske har årsaka kan ein lage modellane over korleis klimaet kjem til å sjå ut i framtida ved hjelp av Milanković-syklusane. Men sidan det finst så stor usikkerheit i fortida, må ein òg regne med stor usikkerheit knytt til temperaturvarsel i framtida. Imbrie-brørne meinte i 1980 at t.d. den avkjølinga som vi har sett i dei siste 6 000 åra kjem til fortsetje i 23 000 år til og leie oss inn i ei ny istid. Berger og Loutre på den andre sida meinte i 2002 at den noverande mellomistida og varme perioden truleg kjem til å fortsetje i minst 50 000 år til fordi dei ikkje ser nokre større skilnader i solinnstråling i denne perioden.^[14] Dei meiner òg at vi i tillegg til dei menneskeskapte effektane truleg kjem til å sjå ei oppvarming i denne perioden med avsmelting av isen på Grønland og dessutan store delar av isen på Antarktis.

• Klimaforandring
• Istid

Wikimedia Commons har multimedia som gjeld: Milanković-syklusene

• A brief introduction to ice age theories Ei historisk oversikt rundt teorien om istider. (engelsk)
• Glacial Cycles and Astronomical Forcing Meir informasjon om istidssyklusar. (engelsk)
• Milutin Milankovitch Arkivert 2007-08-08 ved Wayback Machine.. On the Shoulders of Giants. (engelsk)