תקופות הקרח ומחזורי מילנקוביץ'.

עולם של קרח והפשרה

לפני עשרים אלף שנה כיסו יריעות קרח בעובי של עד שלושה קילומטרים את רוב קנדה וצפון אירופה. כל כך הרבה מים היו כלואים ביבשה, שפני הים עמדו כ־120 מטרים מתחת לגובהם היום, ואפשר היה ללכת ברגל מסיביר לאלסקה. ואז, בתוך כעשרת אלפים שנה, רוב הקרח הזה נמס.

זו הייתה רק האחרונה מבין תקופות קרח רבות. בועות של אוויר עתיק ושכבות שלג בליבות קרח מאנטארקטיקה, וקונכיות של יצורים ימיים זעירים בבוץ שבקרקעית האוקיינוס, מתעדות בפירוט את 800,000 השנים האחרונות. הן מראות תקופות קרות ארוכות, כל אחת של כ־100,000 שנה, שנקטעות בתקופות חמות קצרות, התקופות הבין־קרחוניות, שנמשכות עשרה עד שלושים אלף שנה. אנחנו חיים עכשיו באחת כזאת. משהו שמר על הקצב.

שלושה מחזורים איטיים

בתחילת המאה העשרים בילה המהנדס הסרבי מילוטין מילנקוביץ’ עשרות שנים בחישוב ידני של האופן שבו המשיכה של כוכבי הלכת האחרים משנה לאט את המסלול ואת הסיבוב של כדור הארץ. שלושה שינויים חשובים.

• אקסצנטריות היא מידת הסגלגלות של המסלול. היא נודדת בין מעגל כמעט מושלם לאקסצנטריות של כ־0.06, במחזורים של כ־100,000 ו־405,000 שנה. היום היא 0.0167: כדור הארץ נמצא כ־147 מיליון קילומטרים מהשמש בתחילת ינואר, ו־152 מיליון בתחילת יולי.
• נטיית הציר נעה בין כ־22.1 ל־24.5 מעלות וחזרה, פעם בכל 41,000 שנה. היום היא 23.44 מעלות והולכת וקטנה.
• נקיפה היא התנודה האיטית של הציר של כדור הארץ המסתובב, כמו של סביבון, יחד עם הסיבוב האיטי של המסלול עצמו. יחד שתי התנועות האלה מזיזות את הנקודה שבה כדור הארץ עובר הכי קרוב לשמש, שנקראת פריהליון, סביב כל לוח השנה פעם בכל 19,000 עד 24,000 שנה. היום כדור הארץ הכי קרוב לשמש בתחילת ינואר; לפני כ־11,000 שנה הוא היה הכי קרוב בקיץ הצפוני.

למה הקיצים בצפון חשובים

אף אחד מהשינויים האלה לא משנה את סך אור השמש שכדור הארץ מקבל במשך שנה ביותר מכחמישית האחוז. מה שהם משנים הוא איך האור מתחלק בין העונות, ובין קווי רוחב גבוהים לנמוכים.

הרעיון המרכזי של מילנקוביץ’ היה שיריעות קרח לא גדלות בגלל שהחורפים קרים. באזור הארקטי החורפים תמיד קרים מספיק כדי שירד שלג. הקרח גדל כשהקיצים חלשים מכדי להמיס את שלג החורף, כך שמעט ממנו שורד בכל שנה ומצטבר. הצפון הוא מה שקובע, כי שם היבשות הגדולות מגיעות קרוב לקוטב: קנדה, סקנדינביה וסיביר. סביב אנטארקטיקה יש בעיקר אוקיינוס.

לכן אמת המידה היא אור השמש בקו רוחב צפוני גבוה באמצע הקיץ, ולרוב מודדים אותו ב־65 מעלות צפון. כל מחזור דוחף אותו לכיוון אחר. נטייה גדולה יותר מגביהה את שמש הקיץ מעל הצפון הרחוק. הנקיפה קובעת אם המעבר הקרוב ביותר לשמש נופל בקיץ הצפוני ומוסיף לו, או בחורף הצפוני, כמו היום. האקסצנטריות קובעת עד כמה הנקיפה משנה: במעגל מושלם אין מעבר קרוב בכלל.

נסו: תחת נקיפה: הנקודה הקרובה ביותר בחרו יוני, ואז העלו את האקסצנטריות עד 0.057 ואת נטיית הציר עד 24.5°. אור השמש של אמצע הקיץ ב־65° N מטפס לכ־575 W/m², חמישית יותר מהיום, וכיפת הקרח הצפונית נסוגה. עכשיו הורידו את האקסצנטריות ל־0: הנקיפה כבר לא משפיעה, באיזה חודש שלא תבחרו.

חזרה לניסוי ↑

מתיישרים מול הקרח

בחרו 400,000 שנות קרח תחת שנות קרח. הגרף שליד הסצנה מחבר את שלושת המחזורים, דרך אותו חישוב של אור השמש, לאור השמש של אמצע הקיץ ב־65° N בכל רגע ב־400,000 השנים האחרונות. מתחתיו רץ תיעוד הטמפרטורה מהקרח של אנטארקטיקה. כל תקופה בין־קרחונית חמה, מוצללת בכתום, מתחילה כשאור השמש של הקיץ הצפוני מטפס לשיא: לפני כ־11,000, 128,000, 240,000 ו־335,000 שנה. המסלול שלכם מופיע כקו מקווקו, כך שתוכלו לראות מתי היו לכדור הארץ בפעם האחרונה קיצים כמו אלה שקבעתם.

ההתאמה הזאת הוצגה בבירור לראשונה בשנת 1976, כששלושה מדענים, ג’יימס הייז, ג’ון אימברי וניקולס שקלטון, מצאו את המקצבים של 23,000, 41,000 ו־100,000 שנה בכימיה של הבוץ שבקרקעית האוקיינוס. הם כינו את המסלול הקוצב של תקופות הקרח.

המשובים עושים את העבודה הקשה

הדחיפה של המסלול קטנה. התגובה של כדור הארץ לא, כי האקלים מגביר אותה.

• קרח מחזיר את אור השמש. שלג וקרח טריים מחזירים את רוב אור השמש לחלל, ולכן יריעת קרח שגדלה מקררת את סביבתה ועוזרת לעצמה לגדול; יריעה שמתכווצת עושה את ההפך.
• הפחמן הדו־חמצני הולך אחרי הקרח. אוויר שנלכד בליבות קרח מכיל כ־180 חלקים למיליון של פחמן דו־חמצני בתקופות קרח, וכ־280 בתקופות בין־קרחוניות. אוקיינוסים קרים יותר בולעים יותר ממנו, וזה מקרר את כל כוכב הלכת, בדרום כמו בצפון.
• אוקיינוסים ואבק מעבירים חום ממקום למקום, ומכהים או מבהירים את הקרח.

לא כל שיא של אור שמש מסיים תקופת קרח. בגרף, שיא חזק לפני כ־175,000 שנה מגיע וחולף בזמן שהקרח נשאר. עדיין מתווכחים למה המחזורים הגדולים נמשכים כ־100,000 שנה, כי ההשפעה של האקסצנטריות עצמה על אור השמש קטנה כל כך. רעיון מוביל הוא שיריעות הקרח גדלות לאורך כמה מחזורי נקיפה עד שהן עצומות ולא יציבות, ואז הקיץ הצפוני החזק הבא דוחף אותן לקריסה. עד לפני כמיליון שנה, תקופות הקרח הגיעו במקום זאת כל 41,000 שנה, בקצב של נטיית הציר.

מה המודל משאיר בחוץ

הסצנה מחשבת את אור השמש בראש האטמוספרה, לקו רוחב אחד ביום אחד. היא לא ממדלת עננים, אוקיינוסים, פחמן דו־חמצני או את יריעות הקרח עצמן, ולכן כיפת הקרח פשוט עוקבת אחרי המספר האחד הזה: היא מראה לאן הקרח היה נוטה, לא כמה גדול הוא היה נעשה או כמה זמן זה היה לוקח. יריעות קרח אמיתיות צריכות עשרות אלפי שנים כדי לגדול, ורק אלפי שנים כדי להימס.

עקומות 400,000 השנים מפושטות. כל מחזור מסלולי מצויר רק לפי זמן המחזור העיקרי שלו, ומתוזמן כך שיתאים למסלול של היום, בעוד שהמחזורים האמיתיים הם סכומים של איברים רבים, ולכן השיאים בסצנה יכולים להיות במרחק של כמה אלפי שנים מהשיאים האמיתיים. קו הטמפרטורה הוא סקיצה מוחלקת של התנודות העיקריות בתיעוד מליבות הקרח של אנטארקטיקה, שנכתבה לפי הצורה הידועה שלו ולא לפי הערכים שנמדדו. בסצנה הנקיפה מסובבת את העונות סביב מסלול קבוע; בחלל מסתובבים גם הציר וגם המסלול, אבל רק הזווית ביניהם משנה את העונות. כדור הארץ והשמש מצוירים גדולים בהרבה ממה שהם ביחס למרחק ביניהם.