ميلوتين ميلانكوفيتش .. والأثر الجيولوجي لتغير المناخ

استغرقت رحلة ميلوتين ميلانكوفيتش عبر الحياة أكثر من نصيبها العادل من المنعطفات والظلال غير المتوقعة. بعض هذه التحويلات كانت خارجة عن سيطرته. ولد عام 1896 في بلدة تقع على الحدود بين كرواتيا وصربيا المعاصرتين، وكانت بعض الأحداث الأوروبية الكبرى في القرن العشرين لا مفر منها ^. لكن الظلال الأكثر إقناعًا كانت اختيارات متعمدة لا يزال من الممكن الشعور بأصدائها حتى اليوم.

ويظل الإطار النظري الذي طوره ميلانكوفيتش لفهم تغير المناخ ركيزة أساسية في هذا المجال اليوم. وفقًا لإحدى السيرة الذاتية، اختار هذا المجال لأنه كان “مجالًا بحثيًا هادئًا يتجنب أنواع الأسئلة البحثية التي قد تؤدي إلى منافسة شرسة بين العلماء”.

وفي إطار سعيه لفهم أسباب العصور الجليدية الدورية على فترات زمنية جيولوجية، صادف أنه عثر على أحد الأسئلة الحاسمة في القرن القادم.

بدأ ميلانكوفيتش حياته المهنية عام 1903 كمهندس في فيينا. أصبح خبيرًا في الخرسانة المسلحة، وهي الخبرة التي ساعدته على الارتقاء في الرتب في هذا المجال، حتى عام 1909 عُرض عليه منصب في الرياضيات النظرية في جامعة بلغراد.

أدى العمل الذي قام به في بلغراد على مدى العقود التالية إلى نظريته الجيولوجية حول تغير المناخ. عندما بدأ العمل في هذا المجال، لم يكن هناك نموذج رياضي يمكنه تفسير التغيرات الهائلة في المناخ المطلوبة لبدء العصر الجليدي.

مدار الأرض في حالة تغير مستمر

لفهم أهمية مساهمة ميلانكوفيتش، يعد الغوص بعمق متوسط ​​في حالة علم المناخ في ذلك الوقت أمرًا أساسيًا. وكانت إحدى العقبات الأكثر صعوبة هي عدم وجود بيانات دقيقة. يصبح تقييم التغيرات التاريخية في المناخ أكثر صعوبة إذا كانت تواريخ ومدة دورات التبريد والاحترار تفتقر إلى الدقة. كان من المقبول عمومًا في أواخر القرن التاسع عشر ^أن الأرض مرت بعصور جليدية في الماضي، لكن التواريخ كانت محاطة بعدم اليقين.

تخيل أنك تحاول إثبات أنك تقود السيارة بأقل من الحد الأقصى للسرعة باستخدام عداد سرعة معطل. وبدون تواريخ واضحة للعصور الجليدية، يصبح تقييم دقة النظرية التي تحاول تفسير القوى المسببة لها أمرًا صعبًا للغاية.

أول محاولة لفهم القوى المسؤولة عن العصور الجليدية جاءت في عام 1842، عندما اقترح أن مبادرة محور دوران الأرض هي المسؤولة.

تشير الحركة المسبقة إلى تذبذب محور دوران الأرض حول المحور المركزي للدوران. والمثال الكلاسيكي على ذلك هو قمة الغزل. عندما تبدأ القمة في التباطؤ، يبدأ محورها في التذبذب بطريقة دائرية. وتفعل الأرض نفس الشيء، حيث يستغرق التذبذب الدائري الكامل حول المحور المركزي 26 ألف سنة حتى يكتمل.

مع مرور الأرض بدورة تمايل مدتها 26 ألف عام، يتغير توقيت الفصول وكذلك شدتها. وفي عام 2021، ستكون التغيرات الموسمية أكثر حدة في نصف الكرة الشمالي عنها في نصف الكرة الجنوبي. وفي عام ربنا 15021 سيكون العكس صحيحًا.

جاءت الفكرة الجديدة التالية في عام 1889، عندما أضاف جيمس كرول متغيرين آخرين إلى هذا المزيج. الأول يسمى ” الانحراف ” لمدار الأرض، وهو مصطلح يحدد مدى اختلاف شكل المدار عن الدائري. يتغير هذا الانحراف ببطء بسبب سحب الجاذبية من الكواكب الأخرى في النظام الشمسي.

عندما يكون مدار الأرض أكثر دائرية، فإن كمية الإشعاع التي تتلقاها الأرض من الشمس تكون هي نفسها تقريبًا على مدار العام. ومع ذلك، في حالتها البيضاوية، تستقبل الأرض ما يصل إلى 23% من الطاقة من الشمس عند أقرب نقطة لها أكثر مما تحصل عليه عند أبعد نقطة انفصال لها.

المتغير الثاني الذي حدده كرول يسمى ” الميل “. يشير هذا إلى زاوية دوران محور الأرض. كل 41 ألف سنة، تتراوح درجة الميل بين 22.1 و24.5 درجة. عندما يكون الميل أكثر حدة تصبح الفصول أكثر كثافة.

من بين هذه المتغيرات الثلاثة، يعتقد كرول أن الانحراف المركزي هو الأكثر أهمية. ورأى أنه عندما يكون الانحراف أكبر، فإن فصول الشتاء الأبعد عن الشمس ستكون أكثر برودة، ومن المرجح أن تؤدي إلى عصر جليدي في نصف الكرة الأرضية المصاب. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى العصور الجليدية كل 22000 سنة في نصفي الكرة الأرضية بالتناوب.

مناخ ديناميكي يحركه حلقة ردود الفعل

قضى ميلانكوفيتش 30 عامًا في تطوير وتحسين أفكار كرول. لقد كان قادرًا على وصفها بمصطلحات رياضية أكثر دقة وتغيير الترجيح الذي يتلقاه كل متغير.

كانت إحدى أهم أفكاره هي أن إجمالي كمية الإشعاع الشمسي التي يتم تلقيها عند القطبين كان لها تأثير أكبر على المناخ العالمي من تأثيره عند خط الاستواء. ورأى أنه عندما يكون القطبان أكثر برودة، يمكن أن تتشكل صفائح جليدية أكبر، مما يؤدي إلى إنشاء حلقة تغذية مرتدة. كلما كانت الطبقة الجليدية أكبر، كلما زاد انعكاس ضوء الشمس من سطح الأرض. وهذا بدوره من شأنه أن يجعل المناخ أكثر برودة، مما يخلق طبقة جليدية أكبر.

ورأى أيضًا أن الإشعاع الذي يتم تلقيه عند القطب نفسه لن يكون له أكبر تأثير على المناخ بسبب مساحة سطحه المنخفضة نسبيًا. وكانت المنطقة التي اختارها ليكون لها التأثير الأكبر على دورة العصر الجليدي تقع على خط طول يبلغ حوالي 65 درجة شمالًا. تتمتع هذه المنطقة بمساحة كبيرة، وهي قريبة نسبيًا من القطب الشمالي، وعلى عكس المنطقة المماثلة في القطب الجنوبي، فهي في الغالب يابسة، والتي تسخن وتبرد بشكل أسرع بكثير من الماء في الجنوب.

طور ميلانكوفيتش خوارزمية لحساب إجمالي الطاقة الشمسية المستلمة عند خط عرض معين، وركز اهتمامه على هذه القطعة الرئيسية من الأرض. وبعد سنوات من الحساب اليدوي، قام بتطوير منحنى يقدر إجمالي الطاقة الشمسية المتلقاة عند خط العرض هذا على مدار الـ 600 ألف عام الماضية.

تم تضمين المتغيرات الثلاثة جميعها في الحساب، مما أدى إلى إنشاء منحنى معقد للغاية . وربما ليس من المستغرب أن يتم تمثيل فترات الميل والانحراف ودورات المبادرة أثناء مرور المنحنى خلال دورات الاحترار والتبريد.

وتوقع ميلانكوفيتش أن دورة العصور الجليدية الكبرى على مدى الـ 600 ألف سنة الماضية ستتبع هذا النمط إلى حد كبير، وهي نظرية لن يتم اختبارها إلا بعد عقود من وفاته.

تبرئة؟

في عام 1976، قام فريق من العلماء بفحص مستويات نظائر الأكسجين 18 في طبقات الرواسب الموجودة في المحيط. النظرية هنا بسيطة بشكل كوميدي تقريبًا. الأكسجين 18 أثقل من النظائر الأكثر شيوعًا، وعلى هذا النحو، يذوب أكثر في المحيط عندما يكون الجو باردًا.

تشكلت الرواسب التي فحصها هذا الفريق على مدى 450 ألف سنة الماضية. ووجدوا أن العصور الجليدية في هذه الفترة تميل إلى التكرار في دورات مثل تلك التي تنبأ بها ميلانكوفيتش وكرول. وقد لوحظت دورات مدتها 42 ألف سنة، ولكن كانت هناك دورات مدتها 100 ألف سنة أيضًا. إن دورة الـ 100 ألف عام، حتى يومنا هذا، غير مفهومة جيدًا.

وفي الخمسين سنة الفردية التي تلت هذه التجربة، رسمت تقنيات أكثر قوة وتقنيات مختلفة مسار العصور الجليدية على مدى الخمسة ملايين سنة الماضية . وقد وجد هؤلاء أن إيقاعات العصر الجليدي تتبع 22 و44 و100 ألف سنة. دورات 22 و 44 ألف سنة مطابقة لتلك التي تنبأ بها ميلانكوفيتش.

تظهر هذه المنحنيات أنه على مدار 5 ملايين سنة، حولت حلقات ردود الفعل المعقدة تغيرات صغيرة في مدار الأرض إلى تغير مناخي على نطاق واسع. ويشكل ثاني أكسيد الكربون حاليا حوالي 0.04% من الغلاف الجوي، وفي بداية العصر الصناعي كانت النسبة 0.03%. في القراءة الأولى، يبدو الأمر سخيفًا إلى حد ما أن التغييرات على هذا النطاق يمكن أن تسبب حالة طوارئ مناخية، لكن ميلانكوفيتش يوضح أنه على المستوى العالمي، لا يجب أن تكون التغييرات كبيرة حتى يبدأ سكان الماموث الصوفي المحلي في المعاناة.

إرث

احتفالًا بشهر العسل في مسقط رأسه دالج في صيف عام 1914، تم القبض على ميلوتين ميلانكوفيتش بسبب جنسيته الصربية، واحتجز كأسير حرب لمدة 5 سنوات. عند عودته إلى بلغراد، نُقل عنه قوله : “بعد رحلة بحرية مريحة مدتها ثلاثة أيام عبر نهر الدانوب، وصلت إلى بلغراد في 15 مارس 1919، وبذلك أكملت رحلة زفافي المثيرة التي استمرت خمس سنوات”.

لن يكون هذا آخر منعطف غير متوقع في حياته أو عمله. ورغم أنه لم يتم القبض عليه خلال الحرب العالمية الثانية، إلا أنه انسحب من الحياة العامة. ولكن على الرغم من الفوضى الأوروبية، نشر ميلانكوفيتش النسخة النهائية للدورات التي تحمل اسمه الآن في عام 1941.

وفي حين لا تزال هناك مناقشات حادة في مجال علم المناخ حول دقة الدورات، فإن النظرية الأساسية التي تقف وراءها تعتبر الآن ركيزة أساسية في هذا المجال. إن نظامًا معقدًا مثل مناخ الأرض يمكن تغييره بسهولة من خلال اختلافات طفيفة في الظروف. أعطى هذا الأساس لمجتمعه ما لا يقل عن لغة مشتركة يمكن استخدامها لفهم وإبطاء حالة الطوارئ المناخية التي تواجه الأجيال القادمة.