mUNIVERZITET U NOVOM SADU

PRIRODNO-MATEMATICKI FAKULTETDEPARTMANZAFIZIKU

VHMBEP3HTET V MC'2'.;:'; CA.OVnPMPOflHO-MATEMATHMKM

| npMMJbEHO: 2 9 09 2008| OPPAHH3JEfl

I o^r-bB P O J

^ / IMS

Problem ledenih doba- diplomski rad -

kandidat:Predrag Boksic

mentor:Imre Gut

Novi Sad, 2008.

Predgovor "Problemu ledenih doba"

Ovaj rad se bavi astronomskim faktorima uslovljavanja klimatskih epoha.Ledena doba ili epohe glacijacije kao vise-milenijumske epohe tokom kojih su velikidelovi kopna bili pod stalnim ledenim pokrivacima se proucavaju iz perspektiveastronomije. Da bi dosli do odgovora o poreklu ledenih doba, neophodno jepredstaviti lestvicu vremena i poredati fizicke cinioce koji uslovljavaju klimatskepromenene.

Rad je strukturno organizovan na skali vremena polazeci od najskorijegperioda od nekoliko vekova. U prvom delu rada je obradena tema ciklusa Suncevihaktivnosti. Analizirajuci nadalje koliko je osuncavanje promenljivo u skladu saciklusom pega na Suncu dobijamo da je promena prosecne temperature veoma mala.Klima reaguje veoma osetljivo na promene osuncavanja.

Ledena doba na srednjim skalama vremena - u poslednjih 780.000 godina, suproucavali cuveni umovi kao sto su Milankovic, Imbri, Berze. Tema je obradenaukratko istoriografski po uzoru na radove Imbrija i akademika Nikole Pantica.

Ledena doba tokom Pleistocena (od pre 1,8 miliona godina do pre 10.000godina) i nesto sire u periodu od otprilike pre 5,5 miliona godina do danas su najviseproucavane klimatske promene u astronomskim radovima. Pocev od teorije MilutinaMilankovica do danas su se pojavile stotine radova koji modeliraju Suncev sistem ijos vise radova iz oblasti klimatologije koji traze odgovor kako se klimatski sistemponasa pod dejstvom razlicitog rastojanja Zemlje do Sunca, trajanja obdanice, ili uglapod kojim padaju Suncevi zraci. Zadatak ovog dela ,,Problema ledenih doba" jeprocena uzrocno-posledicne veze ekscentriciteta Zemljine orbite, precesije i nagibaZemljine ose sa osuncavanjem.

Tokom poslednjih 5,5 miliona godina istorije Zemlje, klimom vladaju dva tipaciklusa promene prosecne temperature od 41.000 godina i 100.000 godina. Pri analiziledenih doba nemoguce je na prvi pogled izvesti zakljucak o njihovom poreklu, timpre sto se ciklicnost sa karakteristicnom periodom od 100.000 godina pojavilaodjednom u geoloskoj istoriji pre oko milion godina, i takode zato sto se u dalekojproslosti klima menjala bitno drugacije.

U potrazi za odgovorom bilo je neophodno potraziti vise mogucih objasnjenjakroz dva odabrana, bitno razlicita naucna rada.

Prvi naucni rad (Mulera i Mekdonalda) se lice promene inklinacije orbitalneravni Zemlje u odnosu na invarijantnu ravan Suncevog sistema sa periodom od100.000 godina. Oscilacija inklinacije daje odlicno poklapanje sa oscilacijomtemperature tokom najskorijih ledenih doba (do otprilike milion godina unazad).Odgovarajuce fizicko objasnjenje mehanizma delovanja promene inklinacije ravni naklimu je predstavljeno hipoteticki, jer u torn pogledu nisu dovrsena istrazivanja.

Drugi veliki naucni rad (Pitera Hujbersa) objasnjava prelaz izmedu etapedominantnog ciklusa od 41.000 i etape sa dominacijom ciklusa od 100.000 godina kaospontani prelaz u osetljivom, nelinearaom haoticnom klimatskom sistemu.

Astronomsko isti-azivanje ledenih doba ne bi bilo kompletno bez pitanja outicaju Meseceve gravitacije na klimu. Mesecev nodalni ciklus (ciklus pomeranjacvomih tacaka putanje Meseca) je uvrsten u rad kao jedan od faktora glacijacije naArktiku, prema autoru Indestatu.

Sa studijom ledenih doba tokom vise stotina miliona godina (prema sinteziautora Dzeralda Marsa) se zawsava "Problem ledenih doba".

Predrag Boksic

Sadrzaj

Predgovor "Problemu ledenih doba"

Sadrzaj

Uvod

Pojam

Poreklo i istorijat otkrica

Dokazi postojanja ledenih doba

O ledenim dobima u proslosti Zemlje

Uzroci ledenih doba

1. Dokaz postojanja ledenih doba zapisan u sedimentnim jezgrima

1.1 Ledena jezgra i ciklus izotopa kiseonika

1.2 Les i prisustvo magnetnih cestica

1.3 Pomeranje geodipola i magnetna reverzija

2. Prve hipoteze o ledenim dobima

2.1 Milutin Milankovic

2.2 Potvrde Milankovicevih ciklusa

3. Sunce i njegova energija

3.1 Solarno zracenje, solarna konstanta, solama energetika

3.2 Transmisija zracenja kroz atmosferu, albedo i temperatura Zemlje

4. Aktivnost Sunca

4.1 Sunceve pege, magnetno polje i ciklusi aktivnosti

4.2 Kosmicki zraci i stvaranje izotopa

4.3 Malo ledeno doba

5. Zemlj a i nj ene orbitalne karakteristike

5.1 Suncev sistem

5.2 Orbitalni parametri

5.3 Ekscentricitet i kako utice na osuncavanje

5.4 Precesija Zemljine ose

5.5 Nagib ose

5.6 Precesija ravnodnevicnih tacaka

5.7 Godisnja doba

5.8 Nutacija. Plimski talasi i ,,Mesecevi ciklusi klime"

0

2

4

4

4

4

5

6

8

8

9

10

11

11

13

16

16

17

19

19

19

20

22

22

22

25

26

28

29

31

34

5.9 Orbitalna inklinacija

6. Prikaz promena svih orbitalnih parametara zajedno

6.1 Analiza svih orbitalnih elemenata zajedno

6.3 Graficko predstavljanje osuncavanja

6.3 Poredenje sa preciznim uzorcima Ocean Drilling Project-a

7. Modeli Imbrija, Pajara, Hujbersa

8. Ledena doba u dalekoj proslosti

8.1 Velike skale vremena

8.2 Zadrzavanje toplote u atmosferi

Zakljucak

Dodatak

Hronologija otkrivanja ledenih doba prema Dzonu i Ketrin Imbri

Izracunavanje kriva osuncavanja

Korisni linkovi

Literatura

Kratka biografija

KLJU^A DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

KEY WORDS DOCUMENTATION

36

38

38

39

40

43

48

49

49

51

52

52

55

59

60

62

63

65

Uvod

Pojam

Ledeno doba je bilo koji hladan period (klimatski) u istoriji planete(geoloski period) tokom kojeg su kontinente prekrivali ledeni pokrivaci tokom celegodine. Tokom ledenog doba se smanjuje prosecna temperatura i sire se ledenipokrivaci. Danas su stalni ledeni pokrivaci koncentrisani tokom cele godine samo napolarnim kapama i kao planinski gleceri. U toku poslednjih nekoliko miliona godina,veliki delovi povrsine Amerike, Evrope i Azije bi periodicno bili pokriveni ledom.Sam izraz ,,ledeno doba" se u popularnoj kulturi ponekad upotrebljava za Pleistocen(od pre 1,8 miliona godina do pre 10.000 godina).

Hladni periodi se nazivaju glacijali, a topli periodi interglacijali Period ukome zivimo je interglacijal koji traje oko 11.400 godina [1, 23].

Poreklo i istorijat otkrica

Znanje o ledenim dobima je poteklo verovatno iz narodnih predanja:pecinski crtezi sa neobicnim vrstama, biljke koje na neki nacin nisu pripadaleklimatskoj oblasti kakva se danas nalazi na primer, u Evropi. Prvi geografi istrazivacisu preneli price u narodu o mestinia, geografskim sirinama u drevno vreme do kojihsu dosezali stalni kopneni ledeni pokrivaci - gleceri.

Saznanje o ledenim dobima je zivelo medu stanovnicima u alpskim oblastimaEvrope. Dzon i Ketrin Imbri izvestavaju kako se o ovome pisalo u ranom 19. veku uSvajcarskoj i Nemackoj kao o zapazanju izvesnog gorstaka Zana Pjera Perodena [1].Ovaj je preneo zapazanje dokle se prostirao glecer Grimsel jednom od istrazivaca,Zanu de Sarpentjeu (Jean de Charpentier). Sarpentje je sakupljao dokaze od 1825-1833. godine. Inzenjer Ignac Venec (Ignatz Venetz) i Sarpentje su 1835. godineubedili Luja Agasiz (Louis Agassiz) u svoju teoriju. Agasiz je objavio teoriju ledenihdoba 1840. godine, pod naslovom "Etude sur les glaciers" (Studija o Glecerima).Ono sto su ovi pioniri proucavali su glacijacije tokom poslednjih nekoliko stotinahiljada godina.

U pocetku je bilo tesko pojmiti u prostoru i vremenu prave dimenzije ovihpojava, kao sto su gleceri koji pokrivaju veci deo Evrope. Stare mitove je trebaloopovrgnuti i dati buducnosti nove mogucnosti putem pisanja nove istorije dalekeproslosti, jezikom geoloskih ili geo-fizickih svedocanstava. Ledena doba su izazivalakontraverze i obrte jos podosta godina. Luj Agasiz je na cuvenom izlaganju svojihhipoteza u Nojsatelu doneo ledena doba naucnoj javnosti [23].

Dokazi postojanja ledenih doba

Dokazi postojanja ledenih doba su se sakupljali vi$e decenija. Glavne grupedokaza su geoloskog, hemijskog i paleontoloskog porekla.

Geoloski dokazi postojanja ledenih doba podrazumevaju razne oblike izmenereljefa, stena, ogrebotine na stenama, glacijalne morene, izdubljene doline, terase naobalama reka i drugo. Uzastopne glacijacije teze da poniste dokaze iz prethodnihperioda tako da je formiranje geoloskog dokaznog materijala potrajalo dugo vremena.Geoloska svedocanstva se protezu daleko u proslost.

Hemijski nalazi se uglavnom sastqje u promenama odnosa izotopa usedimentnim stenama, sedimentima sa dna okeana i za skorasnja ledena doba, izsedimentnih ledenih "jezgara" ili vertikalnih sipki izvucenih sa polarnih oblasti podstalnim ledenim pokrivacem.

Hemijski sastav je katkad tesko izucavati zbog toga sto biomasa utice nakontinuitet talozenja izotopa. Najkvalitetnija ledena sedimentna jezgra daju promenetemperature tokom nekoliko stotina hiljada godina. Uopsteno, kvalitet uzorka seopisuje debljinom sloja po konstantnom periodu vremena talozenja, gde je deblji slojbolji sloj. Cinioci kvaliteta su ravnomerno talozenje i mogucnost da se datiranjevertikalnih slojeva obavi nezavisno, bez podesavanja vremenske skale na osnovuteorija ledenih doba koje se inace proveravaju (na primer astronomske teorije).Sedimentna jezgra su posebno obradena tema u narednom poglavlju.

Paleontoloska svedocanstva se sastoje iz promena geografske raspodele fosila.Tokom glacijalnog perioda organizmi prethodno adaptirani na hladnu klimuprezivljavaju i migriraju prema ekvatoru. Organizmi adaptirani na toplu klimuizumiru. Teskoca u ovom postupku paleontoloskog istrazivanja je to da su potrebniuzorci (sedimentna jezgra) koji pokrivaju duge vremenske periode, koji poticu sa visegeografskih sirina, a da pri tome postoji izvesna korelacija medu njima. Vrsteprastarih organizama koji postoje u kontinuitetu vise miliona godina su subjektiispitivanja, uz uslov da se moze odrediti njihovo ponasanje prlikom promenetemperature.

Svi kombinovani zahtevi da se ledena doba dokumentuju pouzdano su smanjilibroj idealnih uzoraka, rezultirajuci u suzenom periodu wemena od nekoliko milionagodina u proslost. Uzorci ovog perioda su najcesce predmet provere astronomskihhipoteza o ledenim dobima, kao u ovom radu [23].

O ledenim dobima u proslosti Zemlje

Ledena doba su zemaljska pojava koja obuhvata promene prosecnevisegodisnje temperature, zapremine stalnih ledenih pokrivaca, kretanja vazdusnih iokeanskih struja, i sastava atmosfere u klimatskom sistemu. U svrhupojednostavljenja, ledena doba se opisuju najcesce prosecnom temperaturom klime,zapreminom leda u ledenim pokrivacima i koncentracijom ugljen-dioksida uatmosferi.

U bliskoj proslosti su postojala cetiri velika ledena doba. Osim tokom tihperioda, Zemlja je pretezno bila bez velikih ledenih pokrivaca. Huronsko ledeno dobase desilo izmedu 2.700 miliona godina i 2.300 miliona godina u proslosti -- uProterozoiku. Najekstremnije ledeno doba se desilo pre 850 do 630 miliona godina(Kriogensko doba). Postoje hipoteze koje tvrde da je tokom Kriogenskog periodasvetski okean bio zaleden. Ovo razdoblje se zavrsilo naglo povratkom vodene pare uatmosferu. Pre 580 miliona godina doslo je do nagle evolucije i sirenja zivota naZemlji.

Umerenije Andsko-saharsko ledeno doba je trajalo od pre 460 do 430 milionagodina (Ordovicijum, Silur). Pre 350 do 260 miliona godina tokom Karbona i Permapolarne kape su se periodicno sirile (Karu ledeno doba).

Zemlja je u proseku tokom veceg dela svog postojanja bila toplija nego danas.Sadasnje veliko ledeno doba je zapocelo pre 40 miliona godina sa rastom ledenogpokrivaca na Antarktiku. Pojacalo se tokom kasnog Pliocena, pre oko 3 milionagodina kada su se ledeni pokrivaci rasirili na severnoj hemisferi. Ledeno doba sezatim nastavilo tokom Pleistocena. Od tada su se desavali ciklusi glacijacija

okarakterisani sa periodama reda velicine 40.000 i 100.000 godina. Poslednji glacijalse okoncao pre priblizno 10.000 godina.

Manja ledena doba su podeljena i imenovana prema geografskim oblastimagde su otkrivana i vremenima kada su se zbivala. Ris i Vurm (Riss, Wtinri) se naprimer, vezuju za alpsku oblast i epohe od pre 180.000 do 130.000 godina, i od70.000 do 10.000 godina u proslosti. Ovaj poslednji period je u Severnoj Americipoznat kao Viskonsinska glacijacija. Tokom ovih doba led bi se delimicno povlacio ilinapredovao, brisuci tragove prethodne glacijacije.

Tokom jednog ledenog doba postoje glacijalni periodi, suvi i hladni, sa nizomnadmorskom visinom na kojoj se javljaju planinski gleceri. Ocekuje se da sadasnjiinterglacijal ili topli period poznat pod imenom Holocen, potraje jos 50.000 godina(Berger, Loutre). Prethodni interglacijal je trajao oko 28.000 godina [23].

I /rod ledenih doba

Uzrok ledenih doba se trazi kroz multidisciplinarne studije. Jedna grana kojase tice ovog diplomskog rada je astronomija. Najjednostavniji odgovor na to sta jeuzrok ledenim dobima potice od izvora energije na Zemlji, a to je od Sunca.

Osuncavanje je definisano kao energija zracenja sa Sunca koja pada naodredenu horizontalnu povrsinu na Zemlji u jedinici vremena. Osuncavanje zavisi od:(1) sola me konstante kao kolicine dolazne energije na jedinicnoj povrsini na vrhuatmosfere, na koju Suncevi zraci padaju pod normalnim uglom u jedinici vremena (tj.fluksa energije); od (2) razdaljine do Sunca, od (3) promena na Suncu (pege), od (4)visine Sunca (ugla) nad horizontom, (5) procenta upadnog zracenja koje se vrati savrha atmosfere nazad u svemir, (6) procenta apsorbovanog zracenja u atmosferi, i (7)procenta odbijenog zracenja sa povrsine Zemlje (albedo). Osuncavanje se kao isolarna konstanta, najcesce izrazava u vatima po kvadratnom metru. Vrednost solarnekonstante je procenjena na 1368 W/m2. Na srednjim geografskim sirinama prosecnaletnja vrednost osuncavanja je 340 W/m2, dok kada je oblacno, iznosi samo 120 W/m2

[54].Promene osuncavanja su glavni astronomski faktor klimatkih promena (ili

"forsiranja klimatskih promena"). Pojam forsiranja (forcing) potice iz numerickihmetoda resavanja diferencijalnih jednacina promena neke fizicke velicine u vremenu.Svaki novi, nehomogeni clan sa desne strane bi nazivali forsiranjem, ili dopunskimuticajem promene fizicke velicine i sistema. Promene neke fizicke velicine se rnogunazvati "variranje". Istrazivaci teze da nazivaju sve mehanizme koji mogu da objasneefekte tih promena "forsiranje". U ovom radu se na primer, "forsiranje osuncavanja"shvata jednostavno kao faktor koji utice na promenu prosecne temperature na Zemlji."Forsiranje" naglasava da postoji fizicki proces koji utice na klimu.

Sjaj Sunca se tokom vise milijardi godina povecavao. Takode, tokom visemilijardi godina pomeranje kontinenata, vulkanska aktivnost i promene reljefa iokeana su ucinili ceo problem ledenih doba slozenijim. Ledena doba u dalekojproslosti su znatno drugacija nego ona u bliskoj proslosti. Zato je u ovom istrazivanjuproblem ledenih doba u dalekoj proslosti obraden kao poseban problem na velikimrazmerama vremena. Na takvim razmerama, glavni astronomski faktor promene klimeje promena sjaja Sunca.

Pojave koje menjaju kosmicku klimu svemirskog okruzenja Zemlje sukosmicka prasina i kosmicki zraci. Kretanje oko centra galaksije Mlecni put navelikim razmerama prostora i vremena moze da ima uticaja na klimu na Zemlji. Drugi

uzrocnici promena klime su sastav atmosfere, tla, geohemijske reakcije, vulkanizam,kretanje tektonskih poloca, udari malih nebeskih tela, izgled Suncevog sistema ltd.

Tokom poslednjih 5,5 miliona godina sjaj Sunca je priblizno konstantan. Utoku ovog perioda, glavni astronomski uzrok ledenih doba je periodicna promenaorbitalnih karakteristika Zemlje. Sa druge strane, veruje se da je opste uzev vaznijifaktor haoticna priroda klimatskog sistema. Vise osobina ciklusa ledenih doba ostajenerazjasnjeno.

U poslednjih nekoliko vekova je primeceno da se ciklus pega na Suncu("Suncev ciklus aktivnosti") podudara sa promenama prosecne temperature.Najizrazeniji primer je "malo ledeno doba" - pojam uveden za zahladenje koje jetrajalo od 1645. do 1715. godine nove ere u Evropi. Promene osuncavanja zbogpromena Zemljine orbite tokom nekoliko vekova su zanemarive. Osuncavanje se pakmenja u skladu sa ciklusom pega. Ove promene mogu da objasne varijacijetemperature unutar jednog ledenog doba.

Uticaj plimskih talasa Meseca dovodi do pomeranja okeana i kopna, usledcega se moze pronaci udeo plimskih talasa u klimi.

Elementi klimatskog sistema koji deluju kao pojacivaci ledenih doba ubrajajuse u faktore pozitivne povratne sprege. Dragi unutrasnji elementi ili procesi, pojave,koje deluju na slabljenje ili slabiju izrazenost ledenih doba se ubrajaju u faktorenegativne povratne sprege.

Koncentracije gasova staklene baste rastu sa povlacenjem ledenih pokrivaca, ipadaju sa nadolazenjem leda. Uzrok i posledicu je tesko ustanoviti. Ugljen-dioksid jedirektno povezan sa ledenim dobima. Rast i pad koncentracije ugljen-dioksida uatmosferi se odlicno podudara sa rastom i padom prosecne temperature kroz epoheledenih doba. Kao gas staklene baste, ponasa se kao faktor negativne povratne spregekoji povisava temperaturu. Geohemijske reakcije tla sa ugljen-dioksidom i procesi uvezi sa zivim organizmima mogu da pretvore ugljen-dioksid u faktor pozitivnepovratne sprege iznad odredene koncentracije, pri cemu dolazi do ravnoteze uproizvodnji i uklanjanju ugljen-dioksida i pada koncentracije u atmosferi.

Sneg i led povisuju albedo Zemlje, cime Zemlja odbija vise, a apsorbujemanje energije Suncevog zracenja. Okeani apsorbuju i transportuju energiju bolje.Odnos albeda okeana i leda je 20% na prema 80%. Smanjenje povrsine sume takodepovecava albedo.

Stepen isparavanja je veci nad okeanom bez ledenog pokrivaca. Odavde semogu formirati padavine koje ce formirati sneg i led nad polarnim oblastima.

Okeanske struje menjaju tok za vreme ledenog doba i energija se transportujena neku drugu geografsku sirinu ili posve novu oblast na planeti [23].

Cinioci koji ucestvuju u radu klimatskog sistema su cesto nelinearni. Uzrociledenih doba slozeni ili nepoznati, ostaju kontraverzno pitanje. Ostali uzroci ukljucujutransport energije vetrovima i okeanskim strujama, oluje na Suncu, komete. Posto jemodel klime najslozeniji ikad izgradivan model u nauci, i uopste zbog obima svi ticinioci su zanemareni u prilog jednostavnog astronomskog izlaganja [55].

Opisujucu periodicnost promena temperature ili klimatskih epoha, u tekstunalazimo izraze "ciklusi", "periodi", "periode" u godinama ili "frekvencije" jednompo odredenom broju godina; (autori ponekad skracuju nepravilno upotrebljavajucusamo rec frekvencija u godinama).

1. Dokaz postojanja ledenih dobazapisan u sedimentnim jezgrima

Sedimentna jezgra ("cores") su potencijalno glavni izvor preciznihinfonnacija o ciklusima ledenih doba. Vadenje uzoraka leda sa polarnih kapa, i dugih,veitikalnih sipki sa dna okeana je otvorilo put utvrdivanju klimatskih epoha naZemlji.

Najvaznija jezgra su poreklom iz vecitog leda, sa Arktika ili Antarktika ukojima se men hemijski sastav i odnosi izotopa. Uzorci tla kao sto je zemljiste lesnihzaravni takode oslikavaju klimatske epohe, i mnogo sto sta drugo vezano za bioloskusedimentaciju, hemijske, nuklearne reakcije, ltd. Za pronalazenje geomagnetmhreverzija se upotrebljavaju uzorci stena, akumulacija stalagmita u pecinama. Uopstenoreceno, sedimentna jezgra vec na prvi pogled golim okom poseduju slojevitost u vidupromene boje, prozirnosti, gustine i slicno. Slojevitost je izraz promena tokommilenijuma.

Dubine sa kojih se uzimaju jezgra su odredene pristupacnoscu. Sama jezgra sumerena metrima - za ledena jezgra obicno se vadi 4-6 metara u komadu koji se secena sipke od po jednog metra za skladistenje. Sa dna okeana ili mora (dubokomorskajezgra) se dobijaju uzorci do 10-15 metara dubine. Sa lesnih zaravni na kopnudobijaju se uzorci sa vise od 100 metara dubine. Nekoliko metara ledenog jezgrapredstavlja vise stotina hiljada godina. Najstarije ledeno jezgro ikada dobijeno je3.600 metara, odnosno od sadasnjeg vremena, pa do otprilike milion godina unazad.Sa druge strane, 160 metara dugacko jezgro iz lesa moze da predstavlja vise od 2miliona godina.

1.1 Ledena jezgra i ciklus izotopa kiseonika

Kiseonik ima 3 izotopa koji se pojavljuju u prirodi: 16O, 17O, 18O.Najprisutniji je 16O, a zatim slede 18O i 17O. Izotopska analiza uzima u razmatranjeodnos samo 18O i 16O u uzorku. Kada se izracuna odnos masa ovih izotopa u uzorku,pronalazi se cinilac za pracenje klime u proslosti.

Naime, 18O prisutan u molekulu vode cini ceo molekul masivnijim za razlikumase 2 neutrona. Potrebno je vise energije da bi voda H218O isparavala. Takode, ovajmolekul oslobada vise energije kada se kondenzuje iz pare. Dodatno, H216O se lakseprima kao para iz atmosfere na povrsinu vode. Usled ovih osobina vodena para kojaprva ispari je sa laksim izotopom, dok tecnost koja ostane je sa tezim izotopom.Nakon kondenzacije, laksi molekuli su pretezno u stanju pare, a kondenzuju se tezimolekuli vodene pare. Kada vetrovi na Zemlji duvaju i odnose vodenu paru iz toplijegu hladniji region, para se kondenzuje u padavine iznad hladnije oblasti. U klimatskomsistemu dolazi do destilacije molekula vode H218O i H216O, nakon cega padavinesadrze manji odnos H218O / H216O ako je temperatura niza. Drugi faktori menjaju tokovog procesa, na primer ako na veoma niskim temperaturama para prede u kristaleleda odmah.

Odnos 18O / 16O obezbeduje zapis o temperaturi vode u proslosti. Voda 10°Cdo 15°C hladnija u proseku nego danas predstavlja glacijaciju. Padavine i glacijalniled sadrzi nizak procenat !8O. Posto se 16O cuva u ledu, sadrzaj 18O u okeanskoj vodi

je visok. Voda do razlike temperature od 5°C u odnosu na danas predstavljainterglacijalnu vodu (voda koja pripada interglacijalnoj epohi, izmedu ledenih doba).Grafik promena temperature vode tokom Pleistocena prikazuje klimatske epohe -koje nazivamo ledena doba.

Proporcija koncentracija dva izotopa se oznacava sa 518O (u promilima) =lO'tfRuzonj^RaandanO-l], gde je Rx = (18O)/(16O) [25].

Slojevitost prisutna u sedimentnim ledenim jezgrima vezano za izotopskisastav se naziva "marinskim izotopskim stupnjevima" u strucnoj literaturi (marineisotopic stages). Izotopski stupnjevi se direktno odnose na zapis o nekadasnjimtemperaturama. Za tehnicku definiciju pogledati [52].

Mikroorganizmi u dubokomorskim (benthic) sedimentnim jezgrima (cores) narazne nacine svedoce o klimatskim epohama, ukljucujuci svojom sposobnoscurazmnozavanja, evolucije i si. Mi necemo proucavati detalje biologije i drugih studija,osim da spomenemo da kalcijum-karbonat u Ijusturama mikroorganizama na istovetannacin belezi temperature. Kalcijum-karbonat (CaCOs) nastaje od ugljen-dioksida kojidonosi dva atoma kiseonika, i vode koja donosi jedan atom kiseonika. Kiseonikporeklom iz vode se pojavljuje u obliku dva prethodno spomenuta izotopa. Organizmikoji su ziveli u odredenoj epohi ostavljaju za sobom podatak o tadasnjem sastavuvode pohranjen u kalcijum-karbonatu njihovih ljustura. Kada se organizmirazmnozavaju i umiru, njihove ljusture se taloze na dno okeana. Idealno, brzinatalozenja je konstantna i onda se dubinska skala moze interpretirati kao vremenska(starosna) skala. Ravnomerno talozenje nije ocekivana pojava jer se stepenrazmnozavanja organizama obicno menja zbog temperature vode i okeanskih struja,migracija i slicno. Statisticke metode teze da usaglase takve razlike u zapisu iformiraju starosnu skalu [18].

Na slici 1.1 je grafik marinskih izotopskih stupnjeva u dubokomorskomjezgru, zajedno sa ekvivalentom skalom promena temperature.

m£

100 ky -ciklusi- 41 ky 2 IIuSP

-4 c£5 miliona godina klimatskih promena iz -6 -55 1

sedimentnih jezgara .> >

45 UJ0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 55

Milioni godina u proslostSlika 1.1 Grafik klimatskih promena (prosecne temperature) tokom poslednjih 5,5 miliona

godina [5].

Dominantni ciklusi klime tokom 5,5 miliona godina su od 100.000 godina (ky= kilo year, hiljade godina) i 41.000 godina [28].

1.2 Les i prisustvo magnetnih cestica

Dok su pomenuti sedimenti vadeni sa dna mora i okeana, na kopnu se uzorcicesto pronalaze na veoma jednostavan nacin - u lesu, tj. u naslagama, nanosima vetrakoji su sabijeni u slojevitoj, svetloj zemlji. Na preseku lesnih ravni se golim okomvide slojevi tamnije boje koji predstavljaju istoriju nanosenja cestica. Kada bi oblastbila prekrivena ledom, ili geografski bliska oblast prekrivena glecerima, les se ne bi

akumulirao ili bi se akumulirao sporije, sa drugim sastavom i si. Granica na kojoj sepojavljuje les je juzna granica glacijacije - gledano na severaoj hemisferi. Zonenastanka lesa se u danasnje vreme nalaze juznije (na primer u Africi) na granici polu-pustinjske klime.

U lesu se nalaze magnetite cestice koje cine manje od 1% mase po uzorku ito: magnetit (FesC^), maghemit (y-FeiOs) i hematit (a-Fe2O3). Varijacije kolicine tihcestica su indikator etapa ledenih doba.

Tokom glacijalnog doba, vetrom nanesene cestice silikata velicine od oko pardesetina mikrona formiraju sedimentni sloj od 1 m/10.000 godina. Kada nastupiinterglacijalno doba zapocinje proces stvaranja tla (pedogeneza). U tlu se raspadomstena proizvode cestice oksida gvozda velicine oko nekoliko desetina nanometara.Stvaranje lesa je prilicno ujednacen proces koji pruza stabilnu pozadinu za datiranje, apotom merenje magnetne susceptibilnosti u uzorku koja se pojacava po intenzitetu zadva reda velicine tokom interglacijalnog perioda.

Velicine magnetnih zrnaca u uzorku su za jednodomenska zrna (singledomain, SD) magnetita najvise do 140 nm na gornjoj granici, i manje od 30 nm nadonjoj granici velicina. Na 30 nm velicine se javlja granica super-paramagnetnihosobina (super paramagnetic, SP). Pri prelazu ove granice (sa SD na SP) magnetnisusceptibilitet se poveca za jedan red velicine diskontinualno - osobina koja jeprvobitno otkrivena na cesticama cistog gvozda u prasini Meseceve povrsine.

Poreklo magnetne prasine je nepoznato do danas. Veruje se da ulogu igrajumagnetostatske bakterije koje fiksiraju odgovarajuca jedinjenja u sebi. Za takvebakterije postoje zivi dokazi u sredini. Tih bakterija pak nema u dovoljnoj kolicini daobjasne ovu pojavu. U nekim uzorcima su nadeni lanci magnetita od 20-200 nm, sakarakteristicnim padom u jednodomenskom susceptibilitetu -- to su tragovi kojipripadaju bakterijama.

Dve trecine remanentnog magnetizma je sadrzano u magnetiru koji je niskooksidovan u glinama bogatim gvozdem i silikatima bogatim gvozdem imagnezijumom.

Zapis u magnetnoj prasini se vremenski poklapa sa takozvanim stadijumimaizotopa kiseonika u morskim sedimentima koji su globalni indikator obuhvacenostivode u ledenim kapama na polovima. Tako se ispostavlja da je istrazivanje lesapovezano sa ciklusima ledenih doba [30].

1.3 Pomeranje geodipola i magnetna reverzija

Magnetni polovi Zemlje se pomeraju i menjaju intenzitet magnetnog polja. Naprimer, pocetkom 20. veka magnetni pol na severu Kanade se kretao 10 km/godiniprema Sibiru, a u 2006. godini se kretao brzinom 40 km/godini. Jacina magnetnogpolja se menja u toku vremena, povremeno opadajuci do nule. Polje bi se potomponovo uspostavilo sa suprotnom orijentacijom.

Izmene polova ili geomagnetne reverzije (geomagnetic reversal) su bilebrojne i naizgled nasumicne. Geomagnetne reverzije verovatno poticu od pomeranjamase unutar Zemlje. Orijentacija magnetnog polja u proslim epohama je ostalazabelezena kao namagnetisanje u stenama. Stene su vec datirane na druge nacine (npr.metodom radiometrijskog datiranja), omogucavajuci tako da podesimo dubinske skalepojedinih sedimenata u kojima su takode zabelezene magnetne reverzije, i dobijemostarosne skale na njihovom mestu [8, 58]. Poznavanje geomagnemih reverzija je u tusvrhu omogucilo napredovanje resavanja enigme ledenih doba putem boljih starosnihskala zasnovanih na wemenima reverzija.

10

2. Prve hipoteze o ledenim dobima

Agasizova teorija o ledenim dobima iz 1840. godine je bila zasnovana naposmatranju glecera po najpre. Gleceri bi ostavljali nanose sa sobom, deformisalireljef, a razlicite zive wste bi se pqjavljivale ili nestajale na juznim granicama.Odavde je krenulo paralelno traganje za dokazima o glacijaciji za koje je trebalonapraviti karte kopna, okeana, prikupiti sedimente, obaviti datiranje uzoraka, i naciuzroke klimatskih promena.

Zozef Alfons Ademar {Joseph Aphonse Adhemar) je 1842. napisao prvuhipotezu ledenih doba koja je bila zasnovana na varijacijama Zemljine putanje okoSunca - precesiji ravnodnevicnih tacaka, cime bi se kako je ocekivao, menjalakolicina upadnog Suncevog zracenja tokom vekova.

Astronomske radove sa resavanjem problema Suncevog sistema su zaceliMairan, Lagranz i Laplas sa ciljem da pronadu polozaje i kretanja tela u sistemu.Ademarova ideja vecinom nepotpuna, je upotrebljavala astronomski podatak opolozaju Zemlje u odnosu na Sunce, ali nije dala pravilne rezultate.

Dzejms Krol (James Croll) je tokom 1864-1875. objavljivao radove za kojesmatramo da predstavljaju prvu ozbiljnu astronomsku teoriju ledenih doba, tako sto jeukljucio promenu precesije i ekscentriciteta orbite Zemlje u razmatranje. Krol je radiosa astronomskim proracunima Leverijea za proteklih 100.000 godina. Ipak, podacikoje daje Krolova teorija se nisu poklopili sa vremenima ledenih doba poznatim u tovreme [1].

2.1 Milutin Milankovic

Uskoro se pojavio Milutin Milankovic (1879-1958) koji je radio naastronomskoj teoriji 30 godina. Milankovic je u svojim proracunima (u vreme Prvogsvetskog rata) krenuo od pretpostavki da klima zavisi od kolicine Suncevog zracenjakoju primaju razliciti delovi Zemljine lopte, i da ova velicina zracenja zavisi odrastojanja do Sunca i polozaja Zemlje u prostoru (ukljucujuci nagib ose). Upotrebivsimatematicke proracune orbitalnih parametara Ludvika Pilgrima (Ludwig Pilgrim)datih za proteklih milion godina, Milankovic je utvrdio 3 osnovna elementa koji seperiodicno menjaju kroz istoriju. Promene ovih elemenata on dovodi u vezu sapromenom klime. To su:

1. periodicna promena polozaja Zemljine ose - precesije za ciklus od 22.000godina

2. periodicna promena eksentriciteta orbite od 105.000 godina3. periodicna promena nagiba ekliptike od 41.000 godina

Da bi obradio ceo projekat objasnjenja ledenih doba morao je da napisekvalitetnu teorijsku - nebesku mehaniku po Njutnovim zakonima za proizvoljna tela,odnosno za Suncev sistem. Veci deo "Kanona osuncavanja" sacinjava zapravo modelSuncevog sistema, izvodenja i skracivanja nacina racunanja. Izdvajamo nekolikokoraka koji se pominju u biografijama. Obradio "racun poremecaja" ili perturbacijadrugih tela Suncevog sistema koji uticu na kretanje Zemlje, tacnije odnos Sunca,Zemlje i Jupitera. Uvodeci komponente za racunanje rotacije Zemlje, precesije i

11

nutacije ose morao je da obradi problem pokretne mase na Zemlji (,,telurski sistem"),kao §to su Zemljma kora i okean. Uspeo je da pojednostavi opis procesa pomeranjapolova.

Upotrebio je osnovne modele atmosfere, bilansa energije atmosfere iprovodenja toplote kroz zemlju, zanemarujuci turbulenciju i kompleksnostiklimatskog sistema.

Zbog pojednostavljivanja, albedo Zemlje je uzeo kao konstantu, Milankovickaze da je problem nelinearne prirode, te da se sa vise prisumih ledenih povrsinapovecava odbijanje Suncevog svetla, a sa manje ledenih pokrivaca povecavaapsorpcija.

Milankovic racuna osuncavanje upotrebljavajuci solarnu konstantu iintegrisuci obdanice u odredenim intervalima. Da bi obavio ovaj racunski zadatak, a idruge zadatke do tada, bila su neophodna pojednostavljivanja racunskog procesa,integrala i razvijanje u priblizne oblike. Primenom mehanickih racunskih masina jeostvario numericke rezultate o osuncavanju u toku vise desetina hiljada godina, pazatim i do 650 000 godina unazad.

Milankovic je podrobno ispitao istoriju otkrica ledenih doba i sve argumente inalaze. S punom nadom da njegova teorija nece naci na prepreke, izneo je numerickaizracunavanja proseka osuncavanja i grafike krivih koje su postale poznate kao kriveosuncavanja. Krive su bile izracunate za 3 geografske sirine (55°, 60°, 65°), u prvimah.

Milankovic je pridao znacaj krivi osuncavanja na 65°N geografske sirine utoku leta. Pretpostavio je da se osuncavanje postize najveci efekat na glacijaciju akose izmeni nivo zracenja u toku leta. U toku hladnog leta se ne otopi sav sneg izprethodne zime. Led se lakse topi nego li akumulira, usled cega postoji trend naglogtopljenja (deglacijacije), ali spore glacijacije. Savet za pretpostavku o letu,Milankovic je dobio od matematicara Kepena.

Krive osuncavanja prikazuju periodicne promene pod imenom Milankoviceviciklusi, koji su postali de-facto standard za astronomsko objasnjenje ledenih doba.Krive su objavljivane u clancima od 1923-1938. godine koje danas nalazimoobjedinjene u delu pod naslovom ,JCanon osuncavanja Zemlje" iz 1941. godine [11,48].

Spisak znacajnijih dela:

• Milankovitch, M. (1920). Theorie Mathematique des PhenomenesThermiquesproduits par la Radiation Solaire. Gauthier-Villars Paris.

• Milankovitch, M. (1930). Mathematische Klimalehre undAstronomischeTheorie der Klimaschwankungen, Handbuch der Klimalogie Band 1. TeilA Borntrager Berlin.

• Milankovitch, M. (1941). Kanon der Erdbestrahlungen und seineAnwendung aufdas Eiszeitenproblem. Belgrade [28J.

Rezultati iz Kanona su poredeni sa rezultatima iz geologije tokom decenijakoje su usledile. Prva istrazivanja su se zasnivala vecim delom na krupnimelementima pejzaza, granicama glecera, nanosima koje su ostavljali gleceri,objasnjavanju terasa. Drugi veliki talas istrazivanja se zasnivao na nalazimasedimenata - na njihovim fizickim, hemijskim, biolo§kim konstituentima. Treci talasbila je upotreba izotopske tehnike koja se usavrsava i danas. Cetvrti veliki talas je bilootkrice vremenske skale zasnovane na novootkrivenim geomagnetnim reverzijama.

12

Kljuc za tumacenje sedimenata koji sadrze svedocanstva o ledenim dobima su biliizucavanje izotopa, te astronomska i astrofizicka istrazivanja [1].

"Kanon Osuncavanja" je iz prve bilo "slabo poznato i necitljivo delo" koje jeponajvise osporavano pred kraj zivota Milutina Milankovica. Ipak, 1976. godine jeteorija dobila savremeni izgled i renome sa radom Hejsa, Imbrija i Sekltona"Varijacije u Zemljinoj orbiti: tempas ledenih doba". (James D. Heys, John Imbrie,Nicolas Sheckletori) [11].

2.2 Potvrde Milankovicevih ciklusa

Milankovicevi ciklusi se u nekoj meri reflektuju u klimatskim ciklusima.Astronomska teorija ledenih doba nailazi na dokaze u geologiji, biologiji i drugimstudijama. Konacnu potvrdu dobija sa CLIMAP projektom (Climate Mapping,Analysis and Prediction) koji je izvoden od 1971-1976. godine [1, 28]. Metode kojesu radene su:

izotopsko proucavanje ljustura foraminiferske vrste Globigerina bulloidesstatisticka analiza zastupljenosti radiolarijskih asocijacijazastupljenost radiolarijske vrste Cydocladophora dovisiana koja je osetljivana klimatske promenezastupljenost kokolitske vrste Pseudoemiliania lacunosa i radiolarijeStylatractus universus

Cuveni ucesnici projekta su bili Imbri, Seklton i Hejs (John Imbrie, NicolasSheckleton, J. D. Hays) [11]. Milankoviceva teorija je bila idejno tacna. Broker,Denk, Neverdles i Mezolela (Brocker, Dank, Newertheles, Mesolleld) i drugi susacinili prvu opste prihvacenu ispravku uvrstivsi da je osuncavanje na geografskojsirini od 65° najvazniji astronomski faktor uticaja na klimu.

Projekat CLIMAP je izneo neke malo drugacije podatke o ledenim dobima, alije prakticno potvrdio koncepte Milankoviceve teorije:

klima za poslednjih 500.000 godina varira periodicno u ciklusima od 23.000,42.000, i oko 100.000 godina. Ovi ciklusi odgovaraju periodima varijacijeZemljine orbite, a uticu na klimatske promene intenzitetom 10%, 25%, 50%klimatska komponenta ciklusa od 42.000 godina odgovara promenama nagibaZemljine oseklimatska komponenta ciklusa od 23.000 godina odgovara promenamaprecesije

- dominantna klimatska komponenta od oko 100.000 godina odgovaraekscentricitetu Zemljine putanje [11]

Projekat CLIMAP je nasledio COHMAP (Cooperative Holocene MappingProject). Projekat SPECMAP daje standardnu hronologiju ledenih doba (klimatskihepoha). Kod nekih uzoraka, dubinska skala je pretvorena u starosnu skalu pomocuocekivanja gde treba da se javljaju zahladenja na osnovu Milankovicevih ciklusa.

Dominantni ciklusi klime u poslednjih nekoliko stotina hiljada godina su bilipoznati Milankovicu. Medu klimatskim glacijacijama i deglacijacijama se najcesceizdvaja perioda od 100.000 godina, dok ostale periode uldjucuju 1.500, 22.000, i41.000 godina. Upotrebivsi krivu osuncavanja Zemlje na geografskoj sirini 65°N

13

uporedio je maksimume i minimume, faze i frekvencije osuncavanja sa promenamatemperature dobijenim iz uzoraka.

t.OOO 1500 2.000

Dubina (m)MOO 2,780 3X0 woo

50.000 100.000 190.000 200.000 250.000 300,000 350.000

Starost u hiljadama godina u proslost

400.000

Slika 2.1 Na ovoj kolekciji grafikaje predstavljeno 420 000 godina istorije klime zebelezeno uledu. Uzorakje uzet na Antarktiku, u stanici Vostok (jezero Vostok na Juznom polu). U

antarktickoj sipci leda su analizirani ugljen-dioksid (ppmv, parts per million by volume,milioniti delovi zapremine) - gomja krivaplave boje, melon (ppbv, parts per billion byvolume, milijarditi delovi zapremine) - kriva u sredini, zelene boje, izotopi kiseonika

(promili) - kriva tamno narandzaste boje. Kriva crvene boje oznacava temperaturnu razliku(stepen Celzijusa). Na dnu slike, poslednja kriva predstavlja promenu osuncavanja na 65°Ngeografske sirine dato ujedinicama W/m2. Vremenska skala na horizontalnoj osipokazuje

unazad (hiljade godina) [19].

Primetimo (slika 2.1) veoma dobro poklapanje promena ugljen-dioksida imetana u atmosferi sa temperaturom (glacijalima i interglacijalima). Precizna merenjavelicine globalnog leda u ledenim poknvacima (glacial ice} se zasnivaju najcesce nadubinskim, sedimentnim jezgrima sa dna okeana (benthic cores), ili iz arktickog,antarktickog leda (ice cores)., u kojima se klimatske promene beleze odnosom izotopakiseonika 16 i 18, prisusrvom ugljen-dioksida, metana, i na dalje prisusrvom prasine,ostataka zivih bica (fosila), itd.

Milankovicev rad je bio deterministicki, ali je on uvidao problemenelinearnosti i nepredvidivosti. Novi modeli Suncevog sistema se zasnivaju naslozenijim teorijama kao sto su Opsta teorija gravitacije i teorija haosa [32].Simulirani planetarni sistem je osetljiv na pocetne uslove. Klimatski sistem je sa svojestrane, takode - bogat nelinearnim, haoticnim i stohastickim pojavama. Resavanjeproblema ledenih doba se nosi sa orgomnom slozenoscu kao sto su osuncavanja napojedinacnim geografskim sirinama tokom vise miliona godina i faktorima povratnesprege koji evoluiraju od situacije do situacije. "Kanon" je pruzio uzor kako seproblem ledenih doba moze obraditi sa astronomskog stanovista.

14

Iduci dublje u ledena jezgra, svaki od marinskih izotopskih stupnjeva jepostavljao novo pitanje - izazov za Milankovicevu teoriju.

Uzroci i posledice ponekad menjaju mesto. Interglacijalni period u komezivimo je poceo naglo pre 10.000 godina, i to nekih 10.000 godina pre nego sto jeosuncavanje postalo intenzivnije,

Iznenadna promena klime je veliki izazov paleoklimatologije. Do pre jedanmilion godina dominantan ciklus je bio 100.000-godisnji ciklus klime (slika 1.1). Ali,pre toga, od jedan do tri miliona godina je dominantan ciklus bio 41.000 godina.Povezivanje varijacija u ekscentricitetu sa ovim ne daje dobre rezultate. Promeneekscentriciteta su premalo izrazene da bi promene u osuncavanju otuda objasnileledena doba. Frekvencije se ne poklapaju. Klimatski zapis je suvise kratak da bi sedonela konacna procena. Otuda promene ekscentriciteta ne objasnjavaju ovuciklicnost.

Variranje ekscentriciteta ima energetski najizrazeniju periodu od 400.000godina, all klimatski zapisi pokazuju tragove promena sa torn periodom, jedino uokviru geoloskih nalaza starijih od milion godina.

Misterija ledenih doba je slozena i sadrzajna. Sam klimatski sistem belezibrojne pojave, uticaje od ovozemaljskih do galaktickih. Danas su nam na raspolaganjubolji uzorci i bolji modeli za proucavanje odnosa osuncavanja i ledenih doba.Milankovicevi ciklusi verovatno ne zapocinju niti zaustavljaju ledena doba, cak ni unajekstremnijem slucaju. Ovi ciklusi su daleko uredeniji i ucestaliji nego ledena doba,ali se njihov signal nalazi zabelezen unutar promena glacijala i interglacijala [28],

15

3. Sunce i njegova energija

Sunce je stabilna zuta zvezda Mlecnog puta na sredini glavnog niza naHercsprung-Raselovom dijagramu, koja nosi 99,8% mase celokupnog Suncevogsistema i koja postoji barem 5 milijardi godina.

Vecina Sunceve energije dolazi iz centralnog regiona u kome se odvijajunukleame reakcije fuzije tipa proton-proton (ppl, ppH). Sunce je u toku 5 milijardigodina moralo proizvesti 6><10 3 J energije ili 3><10 J/kg energetske vrednosti goriva[21].

3.1 Solarno zracenje, solarna konstanta, solarna energetika

Ukupno solarno zracenje je definisano kao protok energije poreklom saSunca na vrhu armosfere Zemlje, sabrano po svim frekvencijama elektromagnetnogspektra za ceo vidljivi disk Sunca. Termini koji se koriste su solar radiation, totalsolar irradiation (ukupna, integrisana vrednost po talasnim duzinama). Insolacija(INcident SOLar radiATION) ili osuncavanje se men na nekoj odredenoj povrsiniZemlje tokom odredenog perioda vremena i predstavlja se u jedinicama W/m2 ilikW-h/(m2-dan) [37].

Na Zemlju stize 1,52 x 1018 kWh/godisnje ili 0,5 milijarditih delova Sunceveenergije, sto odgovara snazi od 1,75 x 1017 W [6].

Ako zamislimo Zemlju i Sunce kao loptasta udaljena tela, od ukupnogzracenja Sunca, na Zemlju moze da stigne deo ukupne energije zracenja Sunca. Fluksenergije se definise kao protok energije ili zracenja koje pada normalno na jedinicnupovrsinu u jedinici vremena. Stavimo Sunce u centar sfere sa poluprecnikom koji jejednak rastojanju Zemlja-Sunce (rzs). Povrsina ove sfere je 4 n rzs2. Na torn rastojanjuod Sunca se nalazi Zemlja koja se sa Sunca vidi kao krug povrsine n Rzemije2- Kadapodelimo te dve povrsine dobijemo proporciju kako se odnose fluks zracenja sa celepovrsine Sunca i fluks zracenja koje stize na Zemlju.

= Ps(Rz2/4rzs2) [W] (3.1)

U jednacini 3.1 figurisu snaga Suncevog zracenja koja dospeva na Zemlju Pz,ukupna snaga Suncevog zracenja Ps, poluprecnik Zemlje R2 i rastojanje Zemlja-Suncerzs [59, 60, 61, 62, 63].

"Solarna konstanta" se definise kao fluks energije na vrhu armosfere pojedinicnoj povrsini na koju normalno padaju zraci Sunca, na 1 AU rastojanja(Astronomical Unit = 149,598xl06 km, astronomska jedinica) od Zemlje do Sunca.Solarna konstanta iznosi 1366.1 W/m2 prema proseku dnevnih srednjih vrednostimerenih sa 6 raznih vestackih satelita-opservatorija od 1978-1998. godine pomocuradiometara. Razlika minimuma i maksimuma je u rasponu od 1363-1368 W/m2 ili0,37%, standardna devijacija je 425 ppm (partsper milion, milionitih delova) [13].

Klimatologe zanima kakvog efekta na Zemlji imaju promene u Suncevojaktivnosti i na koji nacin. Bilo kakav mehanizam koji to objasnjava se naziva solarnoforsiranje (solar forcing).

16

3.2 Transmisija zracenja kroz atmosferu, albedo i temperature Zemlje

Tokom prolaska kroz atmosferu ukupno zracenje se rasipa, apsorbuje ipretvara u druge oblike energije ill prolazi do litosfere gde se proces analognoponavlja na tlu. Jedan deo zracenja se odbija (reflektuje) nazad sa povrsine Zemlje.Izvestan deo zracenja se vraca sa vrha atmosfere nazad u svemir.

Oblacnost, aerosoli, rasipanje zracenja u atmosferi, potom upadni ugao podkojim padaju zraci, znacajno menjaju intenzitet upadnog zracenja koje opadaeksponencijalno:

= Ioe -kx/cos a [W/m2] (3.2)

U pitanju je korekcija onog zracenja Io koje pada na vrh atmosfere, pod ugloma u odnosu na normalu na povrsinu atmosfere, pri cemu je k koeficijent atenuacije uatmosferi, x debljina atmosfere [59, 60, 61, 62, 63]. Zanemareni su detalji rasejanja,gustine, slojevitosti i sastava atmosfere, i drugo.

Apsorpcija zracenja u atmosferi je kvantno-mehanicka pojava. Postojanjeprelaza izmedu kvantnih nivoa u atomima ili molekulima koji odgovaraju energijifotona primljenog zracenja omogucavaju da se zracenje apsorbuje. U zavisnosti odtalasne duzine, apsorpciju vrse razliciti gasovi: azot, kiseonik, vodena para, ugljen-dioksid, zatim dim i cestice prasine.

Albedo (reflektivnost ili relativna sjajnost Zemlje) izrazava koji se deoukupnog primljenog zracenja odbija sa povrsine Zemlje [2]. Procenjuje se da iznosioko 0,367, to jest 36,7%. Zemlja pretezno apsorbuje zracenje sa Sunca. Neki delovireljefa intenzivno odbijaju vidljivu svetlost, kao svez sneg na primer, vise od 80%upadnog zracenja. Okean ima albedo od 20% i zato pretezno apsorbuje zracenje.Albedo snega i leda varira u zavisnosti od starosti snega [53].

Veruje se da unutrasnja energija Zemlje (poreklom iz jezgra planete i raspadateskih elemenata) ne doprinosi klimi. Stoga, efektivna temperatura Zemlje zavisi odprimljene Sunceve energije koja je apsorbovana. Zemlja potom emituje, tacnijereemituje zracenje apsorbovano zracenje. Ukupni (totalni) fluks zracenja (snaga) sacele povrsine Zemlje je dat sa:

(3.3)

gde je cr Stefan-Bolcmanova konstanta (=5,6704 x 10"8 W/nrK ), Te efektivnatemperatura Zemlje.

Kada se prakticno meri dolazni fluks sa Sunca on se definise kao solarnakonstanta. U bilo kom trenutku osvetljena je polovina povrsine Zemljine sfere, prematome dolazni fluks sa Sunca iznosi:

?o [W] (3.4)

Apsorbovani i propusteni udeo Suncevog zracenja na Zemlji mozemonaznaciti procentualno sa (1 — albedo}SQ. Odatle izvodimo da je:

Fz = 4nR2Zemlje a T* = nR2emlje (1 - albedo) S0 (3.5)

17

- albedo)*^- [K] (3.6)

Efektivna temperatura Zemlje je oko 255 K [27]. Prema Vinovom zakonu,telo koje ima temperaturu od 255 K emituje zracenje najintenzivnije u infracrvenom(tj. mikrotalasnom) delu spektra. Ovo zracenje se apsorbuje pomocu vodene pare,ugljen dioksida, i drugih gasova u atmosferi Zemlje. Zato dolazi do zadrzavanjatoplote (efekat staklene baste) u klimatskom sistemu [4]. Sa efektom staklene baSte,prosecna temperatura Zemlje je oko 287 K [27],

18

4. Aktivnost Sunca

Fizika Sunca i fizika sistema Zemlja-Sunce su primarni predmetinteresovanja za astronome prilikom proucavanja problema ledenih doba, jer Suncezagreva Zemlju.

Zracenje Sunca je promenljivo. Na prvom mestu, uzrok je Suncev ciklus pegakoji se proucava vec nekoliko vekova direktno i usled koga varira solarna konstanta.Postoji mogucnost da se docte do rekonstrukcije podataka o proslim solarnimciklusima putem merenja izotopskog sastava u sedimentima u ledu, u pecinama, itd.

4.1 Sunceve pege, magnetno polje i ciklusi aktivnosti

Promene na Suncu je prvi primetio Galileo Galilej koji je uocio postojanjepega. Posle tog razdoblja postoji zapis o promenama broja pega. Detaljno pracenjepega traje 250 godina.

U toku solarnog ciklusa aktivnosti od 21 godine razlikujemo upola kraciciklus pojavljivanja i nestajanja pega od 10,5 do 11 godina. Sunceve pege su vrtloznetvorevine nize temperature od prosecne okolne temperature, poput udubljenja pripovrsini Sunca, sa izrazenim magnetnim poljima. U periodu intenziviranja pega sejavljaju erupcije materije sa zracenjem u X-spektru, UV-spektru i pojacava se Suncevvetar (tok cestica izbacenih sa Sunca).

Poznato je da su pege obicno 10.000 km precnika, a wemena trajanja odnekoliko dana do nekoliko meseci. Temperatura pega je niza za oko 1.500 K odokolne povrsine. Magnetno polje pege (odredeno pomocu merenja Zemanovogefekta) je 0,45 T (na primer, polje Zemlje je 0,03 ml).

Pege se javljaju u parovima na sirinama od 40° odakle se zatim pomeraju kaekvatoru Sunca. Grupe pega koje pripadaju sledecem ciklusu se pojavljuju dok josuvek ima grupa iz prethodnog ciklusa na ekvatoru. Pege novog ciklusa imaju obrnutemagnetne polove, kao i grupe pega na razlicitim hemisferama. Potrebna su dvaciklusa pega da bi se orijentacija magnetnog polja grupa pega ponovila, cineci takojedan kompletan ciklus aktivnosti Sunca (svake 21-22 godine).

U toku istorije je bilo vise perioda smanjenja aktivnosti Sunca - u pogledubroja pega koje se manifestuju: Maunderov minimum u 17. veku i Sporerov minimumu 15. veku su najistaknutiji.

4.2 Kosmicki zraci i stvaranje izotopa

Magnetno polje Zemlje kanalise cestice Suncevog vetra i sa druge strane,naelektrisane cestice galaktickih kosmickih zraka [3]. Suncev vetar stize u najvecemprocentu na polove, izazivajuci pojavu polarne svetlosti [21].

"Kosmicke zrake" cine visokoenergetski (1020 eV) protoni (90%), alfa (9%) ibeta cestice (1%). Po ulasku u atmosferu kosmicki zraci interaguju sa jezgrima atomaposle cega dolazi do pojave sekundarnih kosmickih zraka koji su u stvari rezultatinterakcija ili nuklearnih reakcija. To mogu biti na primer, neutroni ili elektroni, idruge cestice. Pojedina jezgra atoma prolaze kroz raznovrsne sudare i transformacije:

KY

19

U prvom primeru u atmosferi nastaje izotop ugljenika cija se koncentracijaodrzavala na oko 70 tona tokom poslednjih 100.000 godina, sve do 1950-tih godinakada su pocele nuklearne probe na Zemlji. Ugljenik je bitan za datiranje fosila. Udrugom primeru nastaje Berilijum 10, pogodan za pracenje Suncevih ciklusa uproslosti. Delovanje kosmickih zraka omogucava konstantnu proizvodnja vise izotopau okruzenju na Zemlji, ukljucujuci i kiseonik 18 koji je bitan za pracenjepaleotemperature.

Prema poreklu kosmicki zraci uglavnom dolaze iz nase galaksije, ili izsupernovih, neutronskih zvezda i aktivnih galaktickih jezgara. Suncev vetar se u ovimstudijama naziva solarnim kosmickim zracima.

Prema putanji se ne prepoznaje poreklo ovih cestica jer galakticko, solarno iZemljino magnetno polje usmeravaju cestice kosmickih zraka na spiralne putanje. Saenergijama iznad 1014 eV uglavnom sve cestice poticu od aktivnih galaktickih jezgara.Iznad 1010 eV sve cestice pogadaju Zemlju ravnomerno iz svih pravaca, vodenispiralnim putanjama zbog galaktickog magnetnog polja. Za nize energije pravcicestica su vodeni magnetnim poljem Zemlje [3].

Suncevo magnetno polje pruza zastitu za Zemlju od galaktickih kosmickihzraka. Kosmicki zraci se delom odbijaju magnetnim poljem, tako da proizvodnjaizotopa na Zemlji varira u skladu sa zastitnim poljem.

Tokom Suncevog ciklusa aktivnosti se menja magnetno polje Sunca, pa sezato menja i fluks kosmickih zraka na Zemlji. Svedocanstvo o Suncevoj aktivnosti naskali od vise vekova ili vise desetina vekova zabelezeno je u vise izotopa, od kojihizdvajamo izotope 14C i 10Be (ugljenik i berilijum).

U 21. veku tehnicki je moguce naci dugorocna svedocanstva o proslimSuncevim ciklusima putem raznih izotopa koji se generisu putem delovanjakosmickih zraka. Nastale izotope uranijuma i torijuma na primer, istrazivaci suproucavali u pecinama na kopnu, a druge kao kiseonik, ugljenik i berilijum uuzorcima (dugim vertikalnim jezgrima) leda [9]. Ostali izotopi koji prolaze kroztransformaciju pod dejstvom kosmickih zraka su: 3H, 7Be, 10Be, UC, 14C, 18F, 22Na,24XT 28»» 31C- 32C' 32r> 34^/^1 35o 36/~.i 37 A 38/~,i 39A 39/~ii 41 A 81i>r r~, -JT-,Na, Mg, Si, Si, P, mCl, S, Cl, Ar, Cl, Ar, Cl, Ar, Kr[24,33J.

Na kosmicke zrake se sumnja da imaju sposobnost da izazovu kondenzacijuvodenih kapi u atmosferi (Henrik Svensmark [28]), ali su cestice aerosola u atmosferikoje nastaju medu sekundarnim kosmickim zracima premalih dimenzija u odnosu nauobicajene aerosolne cestice nukleacije na kojima se kondenzuju oblaci. Uticajkosmickih zraka na klimu je diskutabilan [17], ali je svedocanstvo o kosmickimzracima na Zemlji vazno za opste saznanje o proslosti koje dobijamo iz uzoraka.

4.3 Malo ledeno doba

Maunderov minimum je period od 1645. do 1715. godine nove ere kada jebroj pega bio veoma mali. Tokom 30 godina je izbrojano 50 pega umesto uobicajenih40.000 do 50.000. U to vreme na sevemoj hemisferi Zemlje je zabelezen period nisketemperature ili "malo ledeno doba". Suncevi ciklusi se povezuju sa fluktuacijamazracenja Sunca, odnosno pojava pega dovodi do male promene sjaja i solarnekonstante.

Rekonstruisana globalna vrednost solarne konstante se dobija na osnovuizotopa 10Be i 14C u ledenom jezgru sa Juznog pola [7]. Izmedu Srednjevekovnogmaksimuma u 12. veku i Maunderovog minimuma u 17-18. veku, sjaj Sunca sepromenio 0,5% [14]. Za vreme Maunderovog minimuma TSI ("TSI"=roto/ SolarIrradiance, "ukupna ozracenost" ili globalno srednja solama konstanta predstavlja

20

gustinu fluksa Suncevog zracenja) je bila manja za 0,25% u odnosu na prosek iz 1950.godine nove ere od 1367 W/m2, odnosno oko 4 W/m2 manja [7].

Pronalazenje fizickog opravdanja za klimatske promene podstaknute malimpromenama solarne konstante je tezi deo problema. Precizna veza izmedu ovihpromena (pega na Suncu) i klime je nepoznata. Procenjuje se da postoji vremenskiobrazac koji povezuje ove periode, ali promene u kolicini toplotne energije saopsteneZemlji nisu dovoljne da ponude pouzdano objasnjenje.

13641600 1700 1900 20001800

GodinaSlika 4.1 Veza broja Suncevih pega i osuncavanja. Kriva sive boje (vrh) predstavlja broj

gmpa Suncevih pega. Razlicite obojene krive (dole) su krive osuncavanja ipripadaju raznimautorima-istrazivanjima uposlednjoj deceniji [14].

Sve krive (slika 4.1) pokazuju slicne promene, ali je grupa autora koja je previse godina objavila rezultat sa crvenom krivom, popravila rezultat na ono sto vidimodatom krivom erne boje (sredina). Na vertikalnoj osi naneto je globalno osuncavanje(Total Solar Irradiance) [14].

IPCC (Intergovernmental Panel for Climate Change) su objavili najpreciznijepoznate podatke o promeni ukupne osuncanosti (postoje izvestaji za 2001. i za 2007.godinu) - slika 4.1. Ovaj izvestaj pokusava da nadomesti nedoumice i pokaze dauzrocno-posledicna veza mora da postoji izmedu klime i ciklusa solarne aktivnosti.Prema IPCC izvestaju iz 2001. godine solaraa konstanta se promenila za 1,75 W/m2 uodnosu na referentni nivo iz 1850. godine (period posle malog ledenog doba). Noviizvestaj iz 2007. godine je promenio ovaj broj ("za faktor skaliranja 0,27") [14].

Urvrdeno je kako se promena vrednosti solarne konstante odnosi natemperaturu. U sistemu bez povratne sprege ocekuje se promena temperatureekvilibrijuma od 0,053 °C. Empirijski je nadeno da je razlika temperatureMaunderovog minimuma 0,4 °C. Klima je dakle, veoma osetljiva na male promeneosuncavanja [14].

21

5. Zemlja i njene orbitalnekarakteristike

Da bismo ustanovili kako se krecu tela u Suncevom sistemu potrebno jeizgraditi dinamicki model Suncevog sistema [32]. Kada se model upotrebi da prikazepolozaj Zemlje u odnosu na Sunce u bilo kom trenutku u proslosti, mozemo dadodemo do toga kako se menjalo osuncavanje.

5.1 Suncev sistem

Suncev sistem je planetarni sistem sa jednom maticnom zvezdom. Polozaji ikretanja planeta su rezultat delovanja gravitacione interakcije izmedu tela u sistemu ikineticke energije ocuvane od vremena nastanka sistema. Medu drugim uzrocimakretanja ubrajamo raspade, sudare nebeskih tela i slicno.

Astrometrijska merenja iz vestackih satelita saopstavaju nam podatke osadasnjem polozaju i sopstvenom kretanju planeta i drugih objekata Suncevogsistema. Pomocu tih podataka, sawemene simulacije Suncevog sistema na veomadugim skalama vremena (desetine miliona godina) upotrebljavaju Opstu teorijurelativnosti. Suncev sistem je haotican. Pouzdanost modela je do 50 miliona godinaunazad [32, 29,17].

Proces resavanja Njutnovih jednacina kretanja je racunski manje zahtevan odresavanja Ajnstajnovih jednacina u Opstoj teoriji. Resavanje Keplerove jednacine zapolozaje planeta daje tacne rezultate za periode od nekoliko hiljada godina.

5.2 Orbitalni parametri

Da bismo razumeli astronomska kretanja napravimo osvrt na Keplerove iNjutnove zakone. Sila koja vlada medu velikim makroskopskim telima u svemiru iodreduje evoluciju svemira je gravitacija. Mi se nalazimo u jednom gravitacionompodsistemu i to je Suncev planetarni sistem. Sila gravitacije je proporcionalnaproizvodu masa u sistemu, a obratno proporcionalna kvadratu rastojanja. Visestrukisistemi se sastoje od vise tela koja se krecu po zakrivljenim putanjama, konusnimpresecima oko zajednickog lokalnog baricentra u fokusu elipse (ili drugog konusnogpreseka, kao sto je hiperbola po kojoj se krecu pojedine komete). Centar Suncevogsistema je zajednicki baricentar ili sasvim priblizno Sunce koje je u jednom fokusuelipse. Po elipsama se krecu planete (slika 5.1).

Zemlja kruzi oko baricentra (centra mase) Suncevog sistema koji se usvakodnevnom radu i govoru dobro aproksimira sa samim Suncem. Orbitalni periodpotreban Zemlji da napravi pun krug oko Sunca u odnosu na udaljene nepokretnezvezde je jedna sidericka godina (iznosi 365,256363051 dana). Anomalisticka godinatezi da prati uzastopne prolaze kroz perihel na orbiti, bez obzira na relativan polozajorbite u odnosu na nepokretne zvezde (iznosi 365,259635864 dana).

22

Ravan ekliptike icliDtikaekliptika

penhel

uzlazni dvor

V tacka - prolecna ravnodnevica

Slika 5.1 Ravan orbite planete, sa orbitalnom elipsom i elementima elipse [2]. Na slid suoznaceni:

a - velika poluosa, (duzina spedficna za datu elipsu)e - ekscentricitet, (broj koji potpuno definise konusni presek, odnosno orbitu kojajena ovoj slid elipsa)i (Hi i, I) — inklinadja, (ugao, nagib ravni orbite u odnosu na sadasnju ravan ekliptikeHi ravan ekvatora Sunca, Hi invarijantnu ravan celog Suncevog sistema)Q — longiluda uzlaznog cvora, (ugao u odnosu na tacku prolecne ravnodnevice)oo - argumentperihela, (ugao, "polozqjni ugao ")T - vreme perihela, (vreme kadaje telo u perihelu).

Keplerovi zakoni planetarnih kretanja su povezani sa Njutnovim zakonomgravitacije. Strogo receno, Keplerovi zakoni predstavljaju resenje jednacina kretanjaza dva tela. Prvi zakon govori o osobinama orbite (konusni preseci predstavljajumoguce putanje tela u gravitacionom polju). Drugi zakon tvrdi da je brzina kretanjana elipsi promenljiva tako da radijusvektor od Sunca do planete prebrise jednakepovrsine u jednakim vremenskim intervalima. Treci zakon glasi da su kvadratiorbitalnih perioda planeta direktno proporcionalni kubovima velikih poluosa planeta.Kepler je konacno formulisao geometrijski sistem i izveo Keplerovu jednacinu pokojoj se dobija polozaj svake planete u svakom trenutku. U toku dugih periodavremena gravitacioni uticaji drugih planeta menjaju orbitalne karakteristike planeteZemlje, o kojoj je ovde rec. Zapravo, orbitalni parametri svih planeta evoluiraju.

Ravan koju definise krug Zemljinog ekvatora preseca nebesku sferu i ocrtavaliniju koju zovemo nebeski ekvator. Linija po kojoj se na nebeskoj sferi prividnokrece Sunce u toku godine zovemo ekliptika. Presek ta dva velika kruga, nebeskogekvatora i ekliptike definise tacke ravnodnevice (ravnodnevice = ekvinocijuma Hiekvinocijd). Tacka prolecne ravnodnevice (tzv. gama tacka) se nalazi na jednompreseku nebeskog ekvatora i ekliptike. Na drugom preseku je tacka jesenjeravnodnevice. Nagib ose rotacije Zemlje je isti taj ugao pod kojim se ravni ekvatora iekliptike seku. Gama tacku nalazimo na orbiti tamo gde je polozaj Zemlje u trenutkuprolecne ravnodnevice.

Poznavanje ravnodnevicnih tacaka je od velike vaznosti u astronomiji zato stose deoba orbitalne elipse na cetiri podjednaka sektora od 90° vrsi u odnosu naravnodnevicne tacke. Kada se deoba izvrsi, svaki sektor predstavlja period jednog

23

Tgodisnjeg doba u kome Zemlja boravi na svom godisnjem putu oko Sunca. Tropskagodina se defmise kao vreme koje prode izmedu dva prolaska Sunca kroz tackuprolecne ravnodnevice i ima najveci prakticni znacaj: za poznavanje godignjih doba ikalendara. Tropska godina traje 365,24218967 daiia. Sa tropskom godinom se meresvi periodi o kojima je rec u tekstu. Poznavanjem polozaja ravnodnevicnih tacaka seomogucava pravljenje kalendara za svakodnevnu upotrebu, koji omogucavapoznavanje ciklusa godisnjih doba i pracenje tropske godine.

Kolicina energije sa Sunca koja stize na Zemlju sa astronomskog stano vistazavisi od (1) kvadrata rastojanja do Sunca koje se menja u toku godine periodicno ikoje dugorocno zavisi od datog ekscentriciteta, zatim (2) od sinusa visine (a, altitude)Sunca nad horizontom sin(a), (3) debljine sloja atmosfere kroz koji prodiru Suncevi

izraci usled cega dolazi do ekstinkcije zracenja proporcionalno sa 0,8siiil (4) i konacnood trajanja obdanice na datoj geografskoj sirini [2],

Osuncavanje (intenzitet osuncavanjd) u odredenom trenutku na odredenommestu na Zemlji je dato sa relacijom Vernekara (5.1). U jednacini figurisu solaraakonstanta i geometrijski element! koji govore o polozaju Sunca na nebeskoj sferi.Gledano sa odredene geografske sirine i duzine, Sunce ima odredenu visinu nadhorizontom u odredeni dan i cas, te obdanica ima specificnu duzinu trajanja. PutSunca na nebeskoj sferi u toku dana se menja iz dana u dan i priblizno ponavlja izgodine u godinu. Ali tokom duzih intervala vremena, promene orbitalnihkarakteristika menjaju specifican put Sunca tokom obdanice, kao i rastojanje Sunce-Zemlja. Svi orbitalni parametri su frekvenmo modulisani.

1 + e cos(As —- - - j - I (sincf) sin6 sinks + cosfy cos 6 cosX,s cos(^ — h)) (5.1)

pri cemu je S > 0 mereno u jedinicama solame konstante W/m2. U jednacini figurisu:• S0 je solarna konstanta koja iznosi oko 1368 W/m2,• <J>, X, su geografska sirina i duzina (latituda i longituda) posmatraca na Zemlji,• e je ekscentricitet orbite koji se menja sa periodama od priblizno 95 ky, 136

ky,413ky,• 6 je nagib Zemljine ose rotacije koji se menja sa periodom od 4 1 ky,• tn je argument perigeja ili polozajni ugao na orbiti Zemlje od tacke prolecne

ravnodnevice do tacke perihela i menja sa periodom od 21 ky. Sama tackaperihela rotira u odnosu na nepokretne zvezde za ciklusima od 100 ky do 400ky.

• h je velicina poznata u sfernoj astronomiji kao casovni ugao Sunca koji semenja sa periodom od jednog dana,

• X,s je eklipticka duzina (longituda) Sunca koja ima periodu od jedne tropskegodine.

Longituda Sunca je ugao 0° to 360° na ekliptici pocev od tacke prolecneravnodnevice. Po ekliptici se krece Sunce, ali neravnomernom brzinom zbogekscentriciteta orbite veceg od nule. Longituda Sunca, odnosno polozaj Sunca sedobija postupkom konverzije vremena i objavljuje se u Astronomskom almanahu[42]. Neophodno je odabrati konzistentan kalendar zasnovan na tropskoj godini, patako svaka godina ima jednak broj od 365,2422 dana. Dani se broje pocev od 1 (prvijanuar), a prolecna ravnodnevica moze da se definise da pada uvek na dan broj 80 [36,44].

24

Temeljitost racunanja osuncavanja zahteva racunsku moc. Za svaki dan seracuna prosecno osuncavanje. Neka se u obzir uzimaju pojedine geografske sirine, aline i geografske duzine. Za obradu vremenskog perioda u kome mogu da se razluce idani i ciklus od 400.000 godina je potrebno 150 miliona vremenskih koraka. Za svakugeografsku sirinu ukupno je potrebno 30 milijardi racunskih koraka. U svrhupojednostavljenja se najcesce dizajnira "kompaktni model", koji ima neku drugacijujednacinu osuncavanja za koju se predvida da ima moc da donese trazeni podatak[36]. Istrazivanje promena intenziteta osuncavanja predstavlja obiman zadataknumericke prirode.

5.3 Ekscentricitet i kako utice na osuncavanje

Ekscentricitet (e) odreduje stepen izduzenosti elipse, ili odstupanje elipse odkruga. Strogo receno, ekscentricitet apsolutno definise konusni presek koji predstavljaorbitu nekog tela. Za elipsu, meri se kao odnos izmedu velike i male ose elipse:

e= 1-(velika orbitalna oscnV mala orbitalna osa

(5.2)

Promena ekscentriciteta se desava zbog perturbacija koje vrse planete,uglavnom Jupiter i Saturn. Kada je ekscentricitet nula, orbita je kruznica. Kada jeekscentricitet veci od nule, planeta putuje oko Sunca promenljivom brzinom i pritome menja rastojanje do Sunca. Usled promene rastojanja dolazi do promene u nivouglobalnog osuncavanja. Za dati ekscentricitet razlicit od nule, godisnji ekstremiosuncavanja se desavaju u najdaljem i najblizem polozaju (afel, perihel) planete naorbiti.

Sadasnja vrednost ekscentriciteta orbite Zemlje je 0,01672. Polugodisnjarazlika u rastojanju Sunca i Zemlje je 5,1 million kilometara. Rastojanje varira 3,4% utoku godine ili sa razlikom od oko 6,8% u zracenju Sunca na celoj povrsini Zemlje.

Granice promene ekscentriciteta za putanju Zemlje su od 0,005 do 0,058. Uekstremnom slucaju kada je ekscentricitet 0,058, polugodisnja razlika u osuncavanjuje 23%. Srednja vrednost ekscentriciteta je 0,0315 [28]. Godisnje globalno

osuncavanje je proporcionalno sa , ? [29].

Glavna komponenta u spektru oscilacija ekscentriciteta (slika 5.2) jeperiodicnost od 413.000 godina (prema modelu Imbrija i Imbrija). Druge prisutneperiode su po 95.000 i 136.000 godina. Ciklus sa periodom od priblizno 400.000godina je najizrazenija oscilacija ekscentriciteta i ujedno globalnog osuncavanja.Frekvencije promena se razlikuju u zavisnosti od modela Suncevog sistema (Berze,Lotre, Laskar i drugi daju vrednosti 400-413.000 godina. Videti stranu 39).

Neke teorije ledenih doba se bave najpre promenom ekscentriciteta kaoglavnim uzrocnikom glacijacija. Razlog za ovo je cinjenica da jedino promenaekscentriciteta od svih orbitalnih parametara menja globalno osuncavanje Zemlje - ito zbog promene rastojanja do Sunca. Problem sa ovim teorijama je prisustvodominantnog ciklusa klime od 100.000 godina koji traje konacno vreme, tacnijeposlednjih 650.000 godina. Jedna hipoteza rvrdi da se frekvencije ekscentriciteta od95.000 i 136.000 godina kombinuju priblizno u jedan ciklus od 100.000 godina(varijacija od -0.03 do +0.02). Ipak, to je jos uvek samo hipoteza, jer bi biloneophodno da klimatski ciklus od 100.000 godina moze da se razluci u okviruklimatskog zapisa na pikove od kojih je hipoteticki sastavljen. Druga hipoteza kaze

25

da se ciklus od 400.000 godina manifestuje kao ciklus od 100.000 godina, ali za tonema fizickog objasnjenja. Takode, ovaj ciklus nije naden u klimatskom zapisu uposlednjih milion godina, dok je u ranijim epohama pronaden [28].

0.06

100 200 300 400 500

Hiljade godina u proslost

600 700

Slika 5.2 Oscilacije ekscentriciteta. Horizontalna linija zute boje daje sadasnju vrednos.Brojevi pored krive superiode [46].

Tokom vremena velika poluosa elipse ostaje ista i ne menja se (adijabatskainvarijanta u teoriji perturbacija), cime se zadrzava duzina sidericke godine. Tokomizuzetno velikih vremenskih perioda velika poluosa se moze promeniti [28, 36].

5.4 Precesija Zemljine ose

Precesija Zemljine ose predstavlja pojavu koju su zabelezili astronomi krozvekove. Kada produzimo osu rotacije, ona pokazuje jedan zamisljeni pravac ka tackisevernog nebeskog pola. Ova tacka se krece u odnosu na udaljene, nepomicne zvezdepriblizno po kruznici. Osim kretanja po krugu, pojavljuju se i oscilacije ili odstupanjakoja se zovu nutacija.

Period precesije ose traje priblizno 25.765 godina (tzv. "platonska godina").Precesija ose rotacije se desava usled perturbacija pod dejstvom Meseca, Sunca iplaneta. Savrsena homogena sfera se moze tretirati kao tackasta masa kojagravitaciono interaguje. Ali planeta Zemlja nije takva sfera, vec je ispupcena naekvatoru usled rotacije. Gravitacioni uticaji drugih tela zahvataju ekvatorskoispupcenje na Zemlji, pri cemu Zemlji saopstavaju torzioni momenat. Strana Zemljena kojoj je ekvator ima preferencu ka tome da se okrene ka Mesecu ili drugom izvorugravitacionog delovanja.

26

Slika 5.3 Crtezplanete Zemlje sa nebeskom sferom i sazvezdima objasnjava precesiju oserotacije Zemlje u pros torn. Eje severni eklipticki pol, plava linijaje putanja severnog

nebeskogpola, dokzuta strelica pokazuje smer rotacije [39].

Na slici 5.3, vidimo precesiju ose. Kada sa severae hemisfere pogledamo naseverno nebo, zvezda Polaris se nalazi u najneposrednijoj blizini tacke severnognebeskog pola. Tokom vekova i milenijuma severni nebeski pol luta usled precesije.Na slici 5.4 vidimo kako ce se to kretanje medu zvezdama ciniti posmatracima ubuducnosti - ili gde je bio polozaj pola u proslosti.

Slika 5.4 Precesiju severnog nebeskog pola Zemlje uprostoru opisuje priblizno krug(narandzaste boje) na kome su oznacene tropske godine. Na nultom podeljku je sadasnjapozicija pola, dok drugi podeljci pokazuju gde hi sepol nalazio u buducnosti iliproslosti

[39].

U klasicnim astronomskim radovima se precesija deli na dve komponentekretanja po poreklu gravitacionog uticaja koji izaziva precesiju. Prva komponenta se

27

naziva luni-solarna precesija jer glavni udeo dejstva police od Meseca i Sunca. Drugakomponenta precesije se naziva planetna precesija i za taj udeo su odgovornagravitaciona dejstva drugih planeta. Zajedno se nazivaju "opsta precesija".

Luni-solaraa precesija je odgovorna za kretanje severnog nebeskog pola (ianalogno juznog nebeskog pola na juznom nebu) po kruznici tokom 25.765 godina.Ovo izaziva kretanje tacke prolecne ravnodnevice retrogradno po ekliptici brzinom odoko 50,37'Ygodisnje (50,37 uglovnih sekundi po godini).

Planetna precesija je odgovorna za pomeranje ekliptickog pola (nagib ekvatoraprema ekliptici u nasoj epohi opada oko 0,47 "/godisnje). Sevemi nebeski pol maloodstupa od kretanja po kruznici (slika 5.4), slicno kretanju po spirali koja se siri iskuplja sa periodom od oko 70.000 godina [39]. Planetna precesija kao komponentakretanja u okviru opste precesije, doprinosi tako sto tacka prolecne ravnodnevice klizipo ekliptici u direktnom smeru brzinom od oko 0,13'Vgodisnje. Opsta precesijakvantitativno opisana sa kretanjem tacke prolecne ravnodnevice po ekliptici jejednaka algebarskom zbiru luni-solarne i planetne precesije, a iznosi 50,25 "/godisnje[58] (prema drugom izvoru 50,290966" po julijanskoj godini za epohu J2000 [41]).

Medunarodna astronomska unija je 2006. godine uvela izvesne izmene uskladu sa boljim modelima kretanja u Suncevom sistemu. Termini kao sto su luni-solarna i planetna precesija se izbacuju iz upotrebe. Razlog za to je sto se prilikomformiranja starog modela upotrebljava pretpostavka da su udeli uticaja planeta naprecesiju Zemlje mali, dok merenja pokazuju drugacije. "Luni-solarna" i "planetna"precesija navode na pogresne zakljucke. Umesto toga, upotrebljavace se termini"precesija ekvatora" i "precesija ekliptike". Eklipticki pol se definise sa srednjimvektorom orbitalnog ugaonog momenta baricentra sistema Zemlja-Mesec ubaricentricnom nebeskom referentnom sistemu (BCRS) [56].

5.5 Nagib ose

Terrain "nagib ose" se ponekad mesa sa precesijom ose rotacije u naucnimclancima. Nagib ose predstavlja ugaoni poluprecnik kruga - putanje nebeskog pola (naslici 5.4) medu zvezdama. Dakle, otvor konusa koji opisuje precesija ose rotacije semenja tokom vremena, suzavajuci se ili sireci se. Nagib Zemljine ose rotacije (slika5.5) varira od 22,1° do 24,5° u odnosu na normalu na ravan ekliptike pod uticajemplanetne precesije.

Nagib ose se povezuje sa klimom godisnjih doba. Kada je zima, Suncevi zracipadaju pod tupim uglom (nisko pri horizontu), a Sunce prelazi kraci dnevni put usledcega je obdanica kraca. Tokom leta Sunce je visoko iznad horizonta, a obdanica jenajduza.

Danas je Zemlja najbliza Suncu tokom zime na severnoj hemisferi, izmedu 3. i5. januara u kalendaru. Uprkos tome, leto je u proseku toplije, a zima hladnijegodisnje doba zbog toga sto je dominantniji faktor u formiranju prosecne dnevnetemperature ugao pod kojim padaju zraci i trajanja obdanice, nego sto je to doprinosmalog rastojanja do Sunca.

Kada je severni kraj ose nagnut u pravcu Sunca - u leto, a Zemlja u pozicijiperihela, severna hemisfera ce iskusiti vecu razliku temperature izmede leta i zime, jerce se pola godine kasnije u zimu, naci u afelu. Juzna hemisfera ce proci kroz blazurazliku u temperaturama.Vazi i obratno, kada je leto na juznoj hemisferi i Zemlja uperihelu, severna hemisfera prolazi kroz blaze kontraste zime i leta kao sto je to slucajdanas, odakle vidimo da je trenutno klima juzne hemisfere u vezi sa godisnjimdobimanesto ekstremnija [39].

28

Kada je osa nagnuta tako da Zemlja prolazi kroz perihel i afel u vremeravnodnevica, severna i juzna hemisfera imaju slicnu razliku u prosecnoj temperaturileta i zime.

Slika 5.5 Crtez ilustruje dva ekstremna nagiba ose, merena u odnosu na normalu na ravanekliptike [28].

Promena nagiba se desava u toku priblizno 41.000 godina. Promena nagibaose rotacije Zemlje je naime, povezana sa precesijom orbite Zemlje, sto rezultira safrekvencijom promene nagiba ose od 1/25.765 - 1/70.000 = 1/40.772 godina iliperiodom od priblizno 41.000 godina. Amplituda promena nagiba je modulisana poduticajem precesije ekliptike i iznosi od 0,7° do 2,4° [36].

Nivo osuncavanja pri promeni nagiba se menja lokalno na pojedinimgeografskim sirinama, pri cemu se ne menja globalno osuncavanje. Pri velikomnagibu, razlika temperature izmedu leta na jednoj hemisferi, i zime na drugojhemisferi u istom trenutku, je veca nego ta razlika u temperaturi kada je nagib mali. Utoku velikog nagiba postoji ekstremniji raspon temperatura, i obramo.

S obzirom da su zima i leto prisutni istovremeno na suprotnim hemisferama,topic vazdusne struje se mogu kretati u pravcu hladnijih geografskih oblasti putemturbulentnih procesa prenosa materije i energije, i voditi u pravcu toplotne ravnotezena celoj planeti. Prema toj logici, globalna prosecna temperatura se nikad ne bipromenila zbog promene nagiba ose. Ako postoje dugorocne i globalne promeneprosecne temperature, to je zahvaljujuci unutrasnjim osobinama klimatskog sistema igeografskim razlikama koje diktiraju okeanske i vazdusne struje, ili albedo i si. Ovajproblem je delikatan izazov za klimatologiju pri susretu sa nelineamim pojavama.

Pretpostavka vezana za odnos nagiba ose i izazivanje ili zaustavljanjeglacijalnih odnosno, interglacijalnih perioda glasi da mala kolicina osuncanosti tokomleta na severnijim sirinama dovodi do zadrzavanja leda iz prethodne zime, i da todovodi do podsticaja za ledena doba. Led se sporije akumulira u stalni ledenipokrivac, nego sto se raspada i topi (ablacija) [28, 39].

5.6 Precesija ravnodnevicnih tacaka

Ravnodnevicne tacke ne zauzimaju uvek isti pravac u odnosu na zemaljskuorbitalnu elipsu, zbog precesije ose rotacije. Pri tome, ravan nebeskog ekvatoraprecesira sa periodom precesije ose rotacije od oko 25.765 godina, pomerajuci takoravnodnevicne tacke po orbiti. Tacka prolecne ravnodnevice se pomera unazad po

29

Tnebeskom ekvatoru oko 50",3/godisnje. Precesija ose je zbog toga, poznatijaastronomima iz iskustva kao precesija ravnodnevicnih tacaka i moze se predstavitikao relativni odnos polozaja Sunca i ravnodnevica na ekliptici.

Anomalisticka precesija Zemljine orbite je pojava do koje dolazi jer drugeplanete vrse perturbaciju Zemljine putanje. Zato orbitalna elipsa rotira sa periodom odotprilike 112.000 godina u odnosu na nepokretne zvezde u pozadini. Ovaj tipprecesije je poznatiji astronomima pod imenom precesija perihela. Efekti dva tipaprecesije na kalendar, precesije ose rotacije Zemlje i anomalisticke precesije orbiteZemlje se sabiraju. U odnosu na orbitu Zemlje, ravnodnevicne tacke rotiraju jednom u21.000 godina. U sadasnjem trenutku perihel (ili analogno, mozemo reci afel) sepomerajedan dan u kalendaru na 58 godina unapred, kao deo ovog ciklusa od 21.000godina. Precesija se moze predstaviti relativnim odnosom polozaja perihela iravnodnevica na ekliptici. Ako imamo kalendar koji savrseno prati godisnja doba,prolecna ravnodnevica ce se desiti na dan kada je Zemlja u perihem svakih 21.000godina [39]. Ovaj ciklus je poznat kao ciklus klimatske precesije i u daljem tekstu sepod "precesijom" uvek podrazumeva ova velicina, kao i u svim radovima oastronomskim faktorima uslovljavanja klime.

Sporo kretanje ravnodnevica (ili analogno solsticija) po orbiti se prati pomocupolozajnog ugla izmedu prolecne ravnodnevice i perihela u smeru suprotnom odkazaljke na satu. Precesija se predstavlja sa indeksom precesije (ili "parametrom"precesije) kojim se uopstava pojam precesije. Indeks precesije je:

p = e sin (oo) (5.3)

gde su e ekscentricitet orbite, at je polozajni ugao perihela u odnosu na tackuprolecne ravnodnevice na orbiti.

Pomocu indeksa precesije se ostvaruje predstavljanje promena precesije sasinusnom funkcijom. Primeticemo da ekscentricitet modulise amplitudu promeneprecesije [57,36].

Na slici 5.6 se vidi da otprilike 10.000 godina od danas, Zemlja biva najblizaSuncu dok je na sevemoj hemisferi leto.

30

Severn! nebeski pol Zemljina orbitadanas

smer precesije

•tnii solstci

••vi

5000 godina cxTdanas

-c '.- :

15000 godina u buducnost(Hi 5000 godina u proslost)

10000 godina od danas

Oznacena godisnjadoba se odnose

samo na severnuhemisferu

Slika 5.6 Crtez objasnjava uticaj precesije ose na godisnja doba [39].

Precesija kao ni promene nagiba ose, ne menja globalno godisnje osuncavanje.Trajanje pojedinih godisnjih doba se menja, odnosno "modulise". Kada klimatskizapis sadrzi cikluse koji bi odgovarali trajanju ciklusa precesije (dugorocnaperiodicnost fizicke karakteristike klime kao sto je globalna prosecna temperatura,koja se poklapa po frekvenciji i amplitudi sa precesijom), klimatolozi trazeobjasnjenje ove pojave u unutrasnjem funkcionisanju klimatskog sistema. Da biprecesija imala kontinualno, dugorocno i izrazeno dejstvo na klimu neophodno je dapostoji nelinearni odgovor klimatskog sistema na precesione promene.

Da bi jednostavnije razumeli ovu pojavu, mozemo da kazemo da u bliziniciklusa precesije od 21.000 godina nema globalnog viska energije koji se saopstavaplaneti Zemlji. Ako drugi zapisi u prirodi, na primer stepen razmnozavanjamikroskopskih bica u odredenoj epohi beleze wh svakih 21.000 godina koji jeintenzivniji od razlika u toku jedne godine, onda i bioloski zivot ima nelinearanodgovor na modulaciju godisnjih doba [36].

5.7 Godisnja doba

Astronomi kazu da su godisnja doba kao astronomska pojava definisana saravnodnevicarna i najduzim odnosno najkracim danom (ekvinocij, solsticij). Ovakodefinisano godisnja doba ne traju podjednak broj dana [41]. Kada se Sunce nalazi naodredenoj poziciji na ekliptici, godisnja doba se smenjuju pocev od tacke prolecneravnodnevice koja se nalazi na 0° ili na "21. martu". Kada Sunce prede 90° naekliptici plus nagib ose Zemlje, pocinje leto negde oko 22. juna. Na 180° se desavajesenja ravnodnevica, a na 270° minus nagib ose jesen prelazi u zimu. Neka dva

31

godisnja doba mogu biti iste duzine. Vecinom slucajeva godisnja doba su razlicitogtrajanja- do 7 dana razlike i vise u zavisnosti od ekscentriciteta [40].

Na sledecem grafiku, slika 5.7 vidimo oscilacije trajanja godisnjih doba kojeje otprilike u opsegu od 88 do 95 dana. (Prema drugim izvorima godisnja doba moguda traju od 85 do 98 dana).

Promenljive duzine trajanja godisnjih doba (putem numericke integracije)

+ - Leto -i- ZimaProsecna duzina svih godisnjih doba

- 91 dan 7 h 27 mm 12 s

111! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1 1 * ° i i i I I S 1 1 1 1 1 1 ! I I I § 1 1SoUma godina (kako se ekscentricitet smanjuje. penhel napreduje brie, a godisnja doba dostizu podjednako trajanje)

Slika 5.7 Promenljiva duzina godisnjih doba na severnoj hemisferi. Cetiri isprepletaneobojene krive su cetiri godisnja doba, dokjeposebna kriva ispod oscilacija ekscentriciteta

[40].

Promene osuncavanja koje donose godisnja doba, se vide na slici 5.8.Najintenzivnije izrazene promene prosecne temperature u toku godine, poticu odgodisnjih doba, ali je frekvencija pojavljivanja godisnjih doba drasticno ucestalija uodnosu na periode koji se vezuju za ledena doba. Na severnom polu, oscilacijetemperature su oko 50°C u toku godine (sezonskog porekla), sto je duplo vise negooscilacije prosecne temperature tokom Holocena. Takode, tipicne zime tokominterglacijalnog perioda ne ispoljavaju glacijaciju jednakih razmera kao ona tokomglacijala ledenog doba kada ledeni pokrivaci tokom cele godine pokrivaju veci deoEvrope, Azije i severae Amerike. Polarne kape predstavljaju ispoljavanje savremenogledenog doba. Na polovima je stalni ledeni pokrivac, karakteristican za sadasnjiinterglacijal. Tokom godine dok je na jednoj hemisferi leto, na drugoj je zima.

Krive osuncavanja u toku godine imaju suprotne trendove na dve hemisfere.Za izracunavanje kriva osuncavanja videti dodatak. Na primer, maksimumosuncavanja je okvirno u leto na severnim sirinama, a u isto vreme je minimumosuncavanja na juznim sirinama. Ciklus precesije od 21.000 godina je tokom visedesetina hiljada godina primecen na nizim i visim geogi'afskim sirinama, dok je ciklusnagiba od 41.000 godina primecen u klimatskim zapisima na visim sirinama [57].

32

Ciklus godisnjih doba na15N

- - - •

CM

.§ 400

§-

letnji solsticijjesenji ekvinocijzimski solsticijprolecni ekvinoc j

mesecSlika 5.8 Cetiri krive integrisanog prosecnog dnevnog osuncavanja tokom godine na 15°N

severne geografske sirine za razlicite scenarije: Zemlja biva uperihelu u vreme letnjegsolsticija, jesenje ravnodnevice, zimskog solsticija, iliprolecne ravnodnevice. Zasvaku krivu

je odabran ekscentricitet od 0,05 i nagib ose od23,3 [44, 45].

Kriva crvenom bojom (slika 5.8) dostize najvisi maksimum intenziteta zbogblizine Suncu i to u vreme leta. Interesantan je i slucaj krive tamno plave boje zaperihel u zimskom solsticiju, jer su prolece i jesen malo topliji od leta zbog toga sto jenagib ose veci nego geografska sirina od 15°N, tako da se najisturenija tacka premaSuncu na toj sirini seta ispod i iznad ekliptike polugodisnje. Za perihel uekvinocijima, najintenzivnije osuncavanje je pomereno datumski prema danuravnodnevice.

Te cetiri krive kao na slici 5.8, dalje vidimo na posebnim graficima za nagibe22,3°, 23,3°, 24,3° naslici 5.9.

J F M A M J J A S O N

mesec - letnji solsticij- iesenji ekvlnoci)-zimski solsticij- prolecni ekvinoc i

M A U J J A S O N

mesec

J F M J J A S O N Omesec

M J J A S O N Omesec

Slika 5.9 Krive integrisanog prosecnog dnevnog osuncavanja tokom godine na 15°N sevemegeografske sirine. Za svaku krivu odabran je ekscentricitet od 0,05 i nagib ose od22,3°,23,3°, 24,3° (tri krive su gotovo sasvimjedna uz drugu). Zemlja biva uperihelu u vreme

letnjeg solsticija (crveno) ilijesenje ravnodnevice (narandzasto), Hi zimskog solsticija (tamnoplavo), odnosno prolecne ravnodnevice (svetlo plavo) [44, 45].

33

Na sledecem primeru, slika 5.10, vidimo krivu osuncavanja za 65°Ngeografske snine tokom godine, analogno prethodno iznetim graficima.

Ciklus godisnjih doba na 65N

50C

MX

"E 300 -letnji solsticij- jesenji ekvinocij-zimski solsticij. prolecni ekvinoc j

mesecSlika 5.10 Cetiri integrisanog krive prosecnog dnevnog osuncavanja tokom godine na 65°N

severne geografske sirine za razlicite scenarije: Zemlja biva uperihelu u vreme letnjegsolsticija, jesenje ravnodnevice, zimskog solsticija, ili prolecne ravnodnevice. Uocavamo daje u svim scenarijima leto najtoplije godisnje doba. Ekstremnije geografske sirine prolaze

kroz izrazenije razlike osuncavanja u toku godine. Za svaku krivu odabranje ekscentricitet od0,05 i nagib ose od 23,3° [44, 45].

Integrisano prosecno osuncavanje za jedan dan sredinom leta (pocetak juna)(slika 5.10) kada kriva crvenom bojom dostize maksimum, je izuzetno veliko i gotovoda se podudara sa maksimumom za analognu crvenu krivu na 15°N geografske sirineza istu orbitalnu konfiguraciju (slika 5.8). Naime, na severnim sirinama je dandrasticno duzi, na primer 13 sati na prema 22 sata trajanja obdanice za vreme letnjegsolsticija, sto doprinosi viSoj dnevnoj integrisanoj vrednosti osuncavanja na severnimsirinama. Za softver za izracunavanje krivih (Hujbers, Ajzeman 2006) videti [44].

Promene ili oscilacije osuncavanja koje imaju efekat na Zemlju, na klimatskisistem se nazivaju signal forsiranja klime. Krive osuncavanja na svim geografskimsirinama su sastavni delovi signala forsiranja. Amplitude oscilacija osuncavanja (ilisignala osuncavanja) se direktno odrazavaju na kolicinu energije koju prima nekatackanaZemlji.

5.8 Nutacija. Plimski talasi i ,,Mesecevi ciklusi klime"

Nutacija je manifestacija pretezno iregularnog kretanja, u vidu odstupanja odkruznice po kojoj se krece nebeski pol (slika 5.11). Pojava sledi iz dejstva plimskihsila, Meseca i Sunca.

Mesec i Sunce deluju razlicito gravitacionom silom na pojedine delove Zemljeu datom trenutku, stvarajuci merljiv gradijent gravitacionog potencijala.Gravitacionog potencijal nije konstantan duz precmka Zemlje. Zato se javljaju razlikeu intenzitetu gravitacione sile na razlicitim tackama Zemlje, poznate kao plimske sile.Strana Zemlje okrenuta Mesecu i naspramna strana su pokrivene debljim vodenimpokrivacem, dok je u ostalim oblastima planete svetski okean nesto tanji. Dok Meseckruzi oko Zemlje, istureni deo svetskog okeana (plimski talas) tezi da prati to kretanjei pokazuje pravac Meseca, ali ovo uspeva samo sa konstantnim kasnjenjem. Okeanskestruje i plimski talas nailaze na otpor jer Zemlja kao stenovito telo rotira u suprotnomsmeru. Sunce vrsi analogan uticaj na Zemlju, ali Mesec deluje vise od dva puta jacomsilom u odnosu na Sunce. Kombinovanim dejstvom, plime podizu nivo okeana za 1

34

m, a kopna do 30 cm (slika 5.12). Kako okean kasni sa izdizanjem u pravcu Meseca, isopstveno medukontinentalno kretanje okeanskih struja usloznjava ciklus plime,otuda vodeni plimski talasi proizvode mehanicko trenje preko koga se proizvoditoplota i gubi kineticka energija sistema [2].

precesija ose rotacije

.eklipticki

Putanja Zemljeosa rotacije

Pravac Sunca

Rauan olrlintilrpSlika 5.11 Prikaz nutacije ose rotacije Zemlje. Talasasta linija na kruguje preuvelicana,

idealizovana nutacija [49].

+20 cniH

Ocm

-20cm-

Slika 5.12 Podizanje tla u Januaru 1995. u Helsinkiju. Na horizontalnoj osi su dani [2].

Zbog regresije linije cvorova Meseceve orbite glavna komponenta kretanjakoje nazivamo nutacija je oscilacija sa periodom od 6.798 dana (18,6 godina). Dostize17" duzine, i 9" razlike u nagibu (jedinice su uglovne sekunde). Sledeca komponentaima period od 183 dana i amplitude od 1,6" i 0,6". Preciznost merenja je oko0,0001" i ta preciznost dozvoljava uocavanje drugih komponenti s periodima izmedu5,5 dana i 6.798 dana, preskacuci periode izmedu 34,8 dana i 91 dan. Za tacnepodatke o nutaciji pogledati [31].

Jedna od zaboravljenih pojava je da duzina dana nije konstantna na dugevremenske periode zbog uticaja plimskog talasa Meseca. Tokom 4,5 milijardi godinasistem Meseca i Zemlje evoluira pod dejstvom gravitacije. Dan se, prema merenjuuticaja gravitacije Meseca, produzava za 2,3 ms/veku. Teoretski dobijeni broj se nepoklapa sa istorijskim zapisima koji pokazuju +1,70 ± 0,05 ms/veku za poslednjih2.700 godina.

Iz paleontoloskih nalaza na uscima reka u mora, pokazuje se da je pre 620miliona godina dan bio 21,9±0,4 casova. Bilo je 13,1 ±0,1 sinodickih meseci po godinii 400±7 Suncevih dana u godini. U proseku, Mesec se udaljavao od Zemlje 2,17±0,31

35

cm/godini, sto je oko dva puta sporije nego danas +3,84 ± 0,07 m/veku. Ekliptickalongituda Meseca je merena pomocu odbijenih laserskih zraka od ogledala na Mesecukoja su postavili astronaut! lunarnih misija. U periodu od 1969-2001. godine jeizmerena promena od -25,858 ± 0,003 "/vek (uglovnih sekundi po veku) [50].

Dakle, rotacija Zemlje biva usporavana tokom vremena. No, postoji i faktorkoji ubrzava rotaciju Zemlje. Zaravnjenje na polovima se smanjuje. Kada su se ledenemase tokom ledenog doba sakupile pritiskajuci stene tla, kora planete se pomeralanadole. Uopsteno receno veruje se da kora Zemlje nije u hidrostatickomekvilibrijumu, tako da kada se led otopio pre 10.000 godina na kraju posljednjegglacijala, kora se relaksirala i krenula da se vraca u prethodni polozaj. Povratak trajedo danasnjih dana. Prosecno vreme relaksacije je 4.000 godina. Precnik planete duzpolova je povecan, a raspodela mase se prilagodila da bude blize osi rotacijesmanjujuci tako moment inercije i brzinu rotacije za 0,6 ms/veku prema istorijskomzapisu i racunu [2, 50].

Prema savremenim izracunavanjima, za 1,5 milijardi godina rastojanje doMeseca ce se povecati sa 60,3 na 66,5 Zemljinih poluprecnika, dok ce period precesijenarasti do 49.000 godina. Za 2 milijarde godina ce Mesec biti na orbiti od oko 68Zemljinih poluprecnika, a precesija biti 69.000 godina. Ipak, ovaj precizan model kojiukljucuje u racunanje gravitacione rezonance i prosek plimskih talasa za period od620 miliona, godina nije sasvim realan sa sadasnjoscu, jer uracunava prosek zamilijarde godina po modelu Zemlje na kojoj su isparili okeani zbog evolucije Sunca(koje ce postati crveni dzin u dalekoj buducnosti), sto u ovom trenutku nije tako [50].

Plimski talasi se takode odrazavaju na problem ledenih doba jer dolazi dopomeranja mase okeana Empirijska istrazivanja potvrduju tu vezu.

Articki okean je veliki upijac energije na severnoj hemisferi. Fluktuacije uenergetskoj akumulaciji uticu na articku klimu. Analize pokazuju da geografskipolozaj pola, rasprostranjenost odnosno velicina arktickog leda, nivo mora,temperatura mora i zimske temperature na lokalitetima gde su merenja vrsenaispoljavaju flukruacije vezane za ciklus Mesecevih cvornih tacaka. Harmonijskakomponenta u spektru ciklusa cvornih tacaka (lunarai nodalni ciklus) od 18,6 godinaje identifikovana u artickim uzorcima. Period je naglaseno stacionaran, ali amplituda ifaza nisu. Prisustvo pod-harmonijskog ciklusa od 74 godine moze da izazoveobrtanje faze ciklusa od 18,6 godina. Odnos izmedu suma i signala izmedu spektralunarnog nodalnog ciklusa i zemaljskih merenja je od 1,6 do 3,2. Stoga se izvodizakljucak da gravitacija Meseca utice na dugorocne flukruacije artickog leda. Fazelunarnog nodalnog ciklusa pokrecu lanac klimatskih promena, odnosno lunarninodalni ciklus se odrazava na severno atlantsku i polarnu klimu na skali od visegodina ili decenija. U ovoj analizi se krije bitno drugacija promena klime nego uprethodnim slucajevima kada se govori o osuncavanju, jer Meseceva gravitacija uticena pomeranje mase okeana [43].

5.9 Orbitalna inklinacija

Orbitalnu inklinacija (/) se definise na razne nacine u zavisnosti od potrebeza opisivanjem dinamickog sistema. Inklinacija kao ugao ili nagib ravni orbite Zemljeu odnosu na ravan ekvatora Sunca iznosi 7,25° [10]. Inklinacija se takode definise kaougao izmedu ravni ekliptike i ravni orbite bilo koje druge od planeta.

Invar i jantna ravan prolazi kroz baricentar Suncevog sistema, i normalna jena vektor ugaonog momenta sistema. Orbite svih planeta imaju neke male, konacneuglove inklinacije u odnosu na invarijantnu ravan. Njihove orbite rotiraju oko ose

36

Tinvarijantne ravni, dok se inklinacije lagano menjaju. Tacnije, orbite imaju svojeprecesije. Invarijantna ravan se moze aproksimirati kao ravan Jupiterove orbite, jerJupiter poseduje veci deo mase planeta, pa stoga i veci deo ugaonog momentakretanja sistema.

Ravan ekliptike danas je nagnuta pod uglom od oko 1,5° u odnosu nainvarijantnu ravan. Tnklinacija definisana u odnosu na invarijantnu ravan se menjatokom vremena od 0.1° do 3° sa ciklusom promene od 100.000 godina [47,16].

Merenje ugla inklinacije u odnosu na invarijantnu (invariable) ravansveukupnog Suncevog sistema je dovelo do razvoja teorija koje pokusavaju daobjasne ciklus klime od 100,000 godina, tvrdeci da se ovaj broj odlicno poklapa saciklusom promene inklinacije. S obzirom da Zemljina orbita danas, poseduje nekumalu mklinaciju, Zemlja preseca ravan Suncevog sistema dva puta godisnje - 9. jula i9. januara. U to vreme se planeta sudara sa prasinom koja se krije u ravni Suncevogsistema. Dolazi do detekcije povisenog broja meteora putem radara, prasine putemsnimanja u infracrvenom spektru i pojave vidljivih "noktilucentnih oblaka" [28].

Orbitalna inklinacija nije obuhvacena Milankovicevom teorijom. Moguce jeda je Milankovicu ta pojava delovala nepovezano jer Sunce svetli jednako sa svihstrati a u prostoru i ocekivalo bi se da apsolutni polozaj orbite ne dovodi do promeneosuncavanja.

Globalno hladenje bi nastalo pod dejstvom prasine koja se skuplja u atmosferislicno vulkanskom pepelu. Koncentracija prasine je nedovoljna prema sadasnjimpodacima, ali bi se mogla koncentrisati pod gravitacionim dejstvom Sunca kaoakreciona prasina, pa bi se povecala kolicina ako dode do upada nove prasine usistem. Raspad komete moze da poveca kolicinu pra§ine u sistemu i to bi objasnilozasto ciklus od 100.000 godina moze da postane aktuelan odjednom, kao sto se todesilo pre oko milion godina, ili da traje konacno vreme [16].

Noktilucenmi oblaci su pojava u mezosferi otkrivena posle erupcije vulkanaKrakatoa 1883. godine. Jos uvek je nerazjasnjeno da li je u pitanju samo zemaljskaprasina, kosmicka prasina ili led. Potvrdeno je jos jednom za vreme erupcijeIndonezanskog vulkana - ali i svake godine u vreme leta pri prolasku kroz ravanSuncevog sistema kada se opazi poneki oblak. Raketno gorivo moze da ostavi zasobom noktilucentne oblake na visini od 50-85 km. Verovatno je da su uzrok veomamali kristali vodenog leda koji se (uprkos izuzetno maloj vlaznosti) kondenzuju na tojvisini oko prasine koja je ostala od sagorevanja raketnog goriva. Kristali zatimreflektuju Suncevu svetlost prilikom zalaska Sunca. Vodene pare ima vise tokom leta,pa se oblaci nesto cesce vidaju tokom leta [34, 35,16]. Prasina bi mogla da ima sirokopolje mogucnosti za uticaj na klimu. Na primer, cestice prasine kao jezgra zanukleaciju, odnosno kondenzovanje kapljica i potom leda (zbog niskih temperatura),uklanjanje vode ill nekog drugog gasa staklene baste iz atmosfere, zatamnjenje, idrugo.

Pomenuta teorija [16] sveukupno, iako proizvodi intriganma poklapanja, nijedokazana potpuno zbog slabo izrazenog delovanja kosmicke prasine na klimu. Jednaod kritika modela tvrdi da odnos mehurica kiseonika i azota u sipkama ledadefinitivno zavisi od lokalnog, neposrednog osunfiavanja na polovima. Posto supromene osuncavanja registrovane na severnoj hemisferi, ovo navodno govori uprilog Milankovicevom klasicnom gledi§tu [28].

37

6. Prikaz promena svih orbitalnihparametara zajedno

Signal osuncavanja se moze razloziti ili dekomponovati, na prisutneharraonijske oscilacije putem Furijeove analize u matematici. Harmonijskekomponente signala imaju svoje karakteristicne frekvencije i amplitude. Distribucijaamplituda ovih komponenti se naziva spektralna jacina. Dobijene frekvencije mogubiti istaknute kratkoperiodicne ili dugoperiodicne promene osuncavanja.

6.1 Analiza svih orbitalnih elemenata zajedno

Promenljivost ekscentriciteta, nagiba ose i precesije ose se smatraju za bitneelemente astronomske teorije ledenih doba. Na slici 6.1 dajemo vrednosti zaposlednjih 1,5 miliona godina prema modelu Berzea [38].

o.os0.040030.02001

-1SOC -1000 -500

-1500 -1000 -500

005

•005-1500 -500

10

10

10 -cu«

10°

10"' «

10

10''frekvencija (1/ky)

1C-1000vrcme (ky)

Slika 6.1 Grafici oscilacija orbitalnog ekscentriciteta Zemlje, nagiba i klimatske precesije naosnovu modeta Suncevog sistema Andre Berzea. Vremeje dato u hiljadama godina (ky), a

frekvencija ujedinicipo hiljadi godina (1/ky). Sa desne straneje data spektralna jacina zasvaki od orbitalnih parametara dobijena Furijeovom analizom [36, strana 51].

Za ekscentricitet (slika 6.1), istaknute frekvencije su 1/400 ky, 1/125 ky i 1/95ky. Za promenu nagiba ose to je 1/41 ky. I za precesiju, to su 1/19 ky, 1/22 ky, i 1/24ky [36]. Ekscentricitet modulise precesiju koja je data preko parametra precesije.Napomenimo da je prema modelu Laskara iz 2004. godine najizrazenija frekvencijapromene ekscentriciteta 405 ky [26].

38

6.3 Graficko predstavljanje osuncavanja

Promene osuncavanja tokom poslednjih 500 hiljada godina su date na slici 6.2.Na jednoj odredenoj geografskoj sirini osuncavanje traje dok traje obdanica. U tokugodine osuncavanje se dobija kao promena prosecne dnevne vrednost osuncavanja.Slicno se formira i visegodisnji prosek.

Srednje godisnje osuncavanje

4 '

300

300 W/m2

500 400 300 200 100

vreme (ky)

rtl

1 *•^ "*llHA -11

i °1 *W -10

-60

-Xli

1

>

Periodogram

i f- - -• I

AW/m2

0.0025 0.01 0.0192 <Mi25 ii 'JUS

frekvencija (1/ky)

005

Slika 6.2 Globalno srednje godisnje osuncavanje u vatimapo kvadratnom metru (W/m2),tokom pola miliona godina, sa periodogramom. Boje predstavljaju intenzitete (gore) Hi

razlike (dole) u osuncavanju [45].

Frekvencije (slika 6.2) oznacene na horizontalnoj osi su:0,0025 (1/ky) = 400.000 godina period0,01 (1/lcy) = 100.000 godina period0,0192 (1/ky) = 52.083 godine period0,025 (1/ky) = 40.000 godina period

39

0,0345 (1/ky) = 28.985,5 godina period0,05 (1/ky) = 20.000 godina period

Primetimo (slika 6.2) neznatnu promenu osuncavanja s periodom od 100.000godina i znatnu promenu reda velicine 40.000 godina. Promene nagiba ose donosenajvece lokalne razlike u osuncavanju. Da bi potvrdili da li ovakve vrednostiosuncavanja dovode do glacijacija i prekida glacijacija upotrebljavaju se raznestatisticke metode obrade podataka. Moguce je uporediti frekvencije promenaosuncavanja sa klimatskim zapisom, ili uporediti faze oscilacija orbitalnih parametarasa promenama klime.

Da bi pojednostavili racunski proces, istrazivaci su potrazili da li postoji nekamanje ili vise znacajna kriva osuncavanja koja se bolje poklapa sa ciklusima ledenihdoba. Pokusali su da daju naglasak odredenim geografskim sirinama kao sto je tosirina 65°N (Milankovic i drugi), ili bi racunali gradijent osuncavanja izmedu 15°N i65°N sirine. Uprosecenje osuncavanja kao proces statisticke obrade podataka moze daobuhvati integrisano osuncavanje odredenih dana u toku dugih perioda, ili samopojedinih godisnjih doba. Izbor odredenih dana ili sati u toku dana moze da seposmatra kao eksperimentalni uslov za integrisanje. Konacni cilj izbora uslova jesmanjenje obima za racunanje, stvaranje reprezentativnog uzorka za analizu ilinaglasavanje neke karakteristike (na primer, koliko je energije primljeno samo u leto).

Bilo koja vrsta proseka daje manju kolicinu informacije, energije i varijacije usistemu nego promena sveukupnog prostornog osuncavanja (na svim tackamapovrsine Zemlje). Pojedinacna kriva osuncavanja za neku geografsku sirinu, ili bilokoji kriterijum primenjen pri izboru sati, dana, meridijana i drugo sto se primenjuje upojednostavljivanju racunanja, obuhvata mali deo ukupne energije i mali deopromenljivosti u ukupnom osuncavanju u celom prostoru - ispod 10% za izvedenuvelicinu kao sto je gradijent osuncavanja izmedu hemisfera.

Izbor kriterijuma ili uslova za racunanje proseka, ili izbor neke kriveosuncavanja popravlja relativne amplitude i faze signala forsiranja, sto koristi kada seon poredi sa klimatskim promenama [36]. Takav je i primer krive osuncavanja na65°N. Time dolazi do izrazaja nelinearna priroda klimatskog sistema.

6.3 Poredenje sa preciznim uzorcima Ocean Drilling Project-a

Furijeova analiza ima najveci znacaj kod analize zapisa u sedimentnimjezgrima. Promene sastava izotopa u sedimentima se predstavljaju na skali dubine.Redosled slojeva na prvi pogled moze da izgleda kao neuredeni, stohasticki niz kojinam ne govori mnogo. Furijeovom analizom mozemo videti skrivene harmonijskeoscilacije fizicke velicine (duz skale dubine) kao sto je 518O, koje ulaze u sastavcelokupnog zapisa u sedimentnom jezgru. Mnostvo prisutnih periodicnih promena ili"ciklusa" nadenih u zapisu se moze upotrebiti za poredenje sa promenamaosuncavanja, na primer. Neke od ovih dugoperiodicnih promena - slojeva usedimentima, pripadaju po poreklu (odnosno po uzroku) globalnom zahladenju iliotopljavanju.

Jedan od znacajnih projekata uzimanja dubokomorskih sedimentnih jezgara jeOOP (Ocean Drilling Project). Uzorci prikazuju planktonski sadrzaj,hemijski/izotopski sadrzaj i drugo. Starost se predstavlja u funkciji dubine. Nakrivama koje daju uzorci cilj je identifikovati glacijalne "stupnjeve" (ili stadijume) i"terminacije" u toku ledenog doba. Stupnjeve karakterisu minimum ili maksimumtemperature, te zapremine leda zapisanih u izotopskim stupnjevima kiseonika.Terminacije karakterise iznenadna promena izmedu glacijalnog i interglacijalnog

40

perioda na sredini izmedu minimuma i maksimuma krive izotopa 18O. Postoje i druge,slozenije definicije terminacija sa pozadinom u statistici. Terminacije su indikatorfaza glacijalnih ciklusa [36].

Istrazivanje okeana je pokazalo prisustvo klimatskih frekvencija, odnosnociklusa energije od 1/100 ky, 1/41 ky, i 1/21 ky, sto je pokrenulo niz objasnjenjaklimatskih promena.

Ciklus klime sa frekvencijom 1/41 ky se podudara sa ciklusom promenenagiba ose. Frekvencije klimatskih promena od 1/100 ky, 1/21 ky kao i slabijeizrazene 1/70 ky, 1/28 ky cine zagonetku koja navodi na ideju o nelinearanomodgovoru klimatskog sistema i na druge astrofizicke i klimatske hipoteze. Ispodfrekvencije 1/15 ky razlike u energiji tokom epoha su manje od 1/3 (sezonskih)promena energije (koje se desavaju polugodisnje).

Prema konvenciji postoje 7 terminacija u poslednjih 650.000 godina. Nekih30.000 godina posle trece terminacije postoji jos jedan dogadaj koji moze da seokvalifikuje kao terminacija. Kada poredamo maksimume oscilacije ekscentriciteta inagiba, mozemo da ih uporedimo sa tackama terminacija, na slici 6.3.

-600 -500 -200 -100-400 -300vreme (ky)

Slika 6.3 Prikaz statisticki obradenogdubokomorskogjezgra [*]. Maksimumi ekscentriciteta(gore) i nagiba (dole) su ucrtani vertikalnim linijama. Crvenim tackama su oznacene

terminacije [36].

Orbitalni parametri imaju slozene signale kao sto smo videli do sada, ali je usvrhu prikaza faza upotrebljen prosek tako da se maksimumi svedu na jedanmaksimum po 360° i to za promene ekscentriciteta 96.700 godina/360°, 40.800godina/360° za promene nagiba i 22.000 godina/360° za promene precesije. Za fazunula svakog orbitalnog parametra osuncavanje je maksimalno na severnoj hemisferi.

Faze ekscentriciteta odstupaju -6.000 godina na 100.000 godina, sto sugeriseda je prosecno vreme izmedu maksimuma ekscentriciteta krace od prosecnogglacijalnog ciklusa. Drift razlike vremena maksimuma ekscentriciteta i terminacija

[*] EOFl; Empirijske Ortogonalne Funkcije su vrsta vektorske analize koja obraduje dubokomorske,planktonske i druge zapise statisticki i otkriva promenljivost brzine akumulacije nekog fizickog ciniocakao sto su ljusture sazdane od kalcijum-karbonata. Upotrebljeni zapisi sa 21 lokacije izm. ostalogporeklom iz Ocean Drilling Priject-a, formiraju visoko usavrsen starosni model - zavisnosti izmedudubine akumulacije i starosti. EOFl je lineamo povezan sa 518O, sto znaci da relativne jedinice navertikalnoj osi prakticno govore o odnosu koncentracija izotopa kiseonika [36].

41

Ttokom 650.000 godina je 30.000 godina. Prema tome, ekscentricitet vec premajednostavnom testu pokazuje slabe kvalitete "tempasa" (pace-maker) ledenimdobima.

Razlike u tajmingu faza nagiba ose i terminacija su dovoljno male danaslutimo da su periodicnosti u nagibu ose vazne. Faze nagiba su unutar ±10.000godina u odnosu na terminacije u cijoj se blizini nalaze.

Faze precesije su ucestale i greska starosnog modela (dubinske skale starosti)onemogucava utwdivanje razlika faza precesije i terminacija. Greske starosnihmodela zavise od lokacija i uzoraka, a mogu biti na primer ±5 ky (najmanje ±1 ky) do±10 ky. Modeli se medusobno razlikuju do ±10 ky tokom perioda od 700 ky uproslost, itd.

U posmatranom periodu od 650.000 godina, asocijacija glacijalnih terminacijasa ekscentricitetom, precesijom ili promenom nagiba je nerazluciva od pukeslucajnosti [36]. Razvoj klimatskih modela omogucava numericke testove kako seponasa klima pri promenama osuncavanja.

42

7. Modeli Imbrija, Pajara, Hujbersa

Povezivanje orbitalnih parametara sa glacijalnim terminacijama pokazuje daveza mora biti nelinearna. Terminacije verovatno pokrece veoma visok nagib ose.Prema Imbrijevom modelu, terminacija se desava u vreme pozitivne faze promenenagiba. Pajarov model (Paillard) funkcionise s tvrdnjom da prelaz iz punog glacijala uinterglacijal nastupa kada se postigne granicni nivo osuncavanja (tzv. "granicniuslov").

Ledeni pokrivaci se obicno sporo akumuliraju, a lako tope sto pokazujekarakteristican strm, testerast oblik krive promene temperature tokom Pleistocena.Topljenje stalnih ledenih pokrivaca je ubrzano zbog erozije. Kada jednom nastanupukotine u ledu, voda prodire u pukotine i deluje dvojako na eroziju. Sa jedne strane uhladnim uslovima voda moze privremeno da se zamrzne unutar vertikalnih pukotina irasiri se. Sa druge strane, pod pritiskom u pukotinama ispod leda postoji sloj tecnevode na kome gornji delovi glecera mogu da klize i ubrzano se odvajaju od glavneformacije, pomerajuci se ka nizoj nadmorskoj visini ili prosto se odvajajuci premapucini okeana.

Terminacije se desavaju svakog drugog ili treceg ciklusa nagiba ose, sto naspodseca na to da klimatski ciklus u najjednostavnijem slucaju poseduje duzu periodunego ciklus nagiba. Imbrijev model predvida produzavanje wemena (klimatskogciklusa) zahvaljujuci sporoj akumulaciji glecera sve do erozivnih, ablativnih dogadajakojima se glecer raspada, gubi delove. Pajarov model slicno tome, zapocinje prelaz izglacijala u pun glacijal kada se stvori kriticna akumulacija glecera, nakon 2, 3 ciklusanagiba. Dakle, ono sto izgleda kao neslaganje izmedu astronomskog uticaja idirektnog rezultata u pojavi terminacija (ili vec nekih presudnih granica ledenih doba)se moze "namestiti" podesavajuci koja zapremina leda treba da se javi pri sporojakumulaciji, pa da se desi terminacija.

Ponovna, povremena ili epizodna glacijacija nastupa u nekoliko stepenika kojisu dobro dokumentovani u kopneno-morskim terasama, kao na primer koralnimgrebenima kod Barbadosa. Pajarov model recimo, ispoljava epizode glacijacijepostavljajuci specificna klimatska stanja u ta vremena i zatim pustajuci procesmodela-algoritma da uspostavi novu fazu zahladenja. Algoritam prolazi kroz nekolikociklusa koje sistem treba da zapamti, odnosno zapamti prethodno stanje. Imbrijevmodel topi led brzo, da bi nakon konacnog vremenskog koraka prikazao sledecestanje u funkciji prethodnog. Bez brzog topljenja algoritam bi se zaustavio na zadatojgranici koja definise terminaciju na odredeni nacin (recimo preko temperature izapremine leda), zbog konacnog vremenskog koraka u kome se izvrsavaizracunavanje koji bi preskocio preko terminacije. Ablativne dogadaje su Ketrin iDzon Imbri na slican nacin prikljucili svom modelu ledenih doba, pa kritike togmodela sluze za formiranje naslednika.

Hujbers je uocio osetljivu razliku izmedu dva moguca scenarija - ablativnihdogadaja koji su ucestali, podjednake magnitude, i scenarija sporih, kumulativnihglacijacija pracenih brzim, ablativnim dogadajima svaka dva, tri ciklusa nagiba ose. Ujednom scenariju isti model tezi ka ciklusu od 100.000 godina, dok u drugom slucajumodel tezi ka ciklusu od 41.000 godina. Sastavljajuci novi model, Piter Hujberspaznju obraca na teoriju haosa i osetljivost klimatskog sistema, odnosno na nelinearniodgovor koji daje klima na osuncavanje. Na sledecem poredenju, slika 7.1, stari

43

modeli i novi Hujbersov model [36] krecu od proizvoljnih pocetnih parametara. Svakimodel klime pokusava barem da predvidi promene zapremine ledenih pokrivaca.

a1 'i|

-2

-1.5

- '

-1500

:

U

•

-1000 -500

-1500 -1000 -500 0vreme (ky)

Slika 7.1 Imbrijev (a), Pajarov (b) i Hujbersov (c) model klime. Sa desne strane grafika suoznacene promene zapremine ledenog pokrivaca, ali brojevi ne predstavljaju realne vrednosti

vec su prilagodeni zaporedenje modela. Jako uzimaju proizvoljne pocetne parametre (zasvaki skup pocetnih uslova krece pojedna trajektorija crnom linijom), trajektorije svih

modela konvergiraju [36].

Hujbersov model upotrebljava precesione promene i nagib ose da objasninajskorija ledena doba. Frekvencije koje se pojavljuju su 1/100 ky, 1/70 ky, 1/41 ky,1/27 ky,i 1/23 ky [36].

Ono sto celokupni rad Hujbersa cini uzbudljivim je upotreba teorije haosa dabi prikazao da prelaz izmedu epohe kada je dominirao ciklus od 41.000 godina iskorasnjeg kada je dominirao ciklus od 100.000 godina, nastaje spontano kaoproizvod dinamickog sistema. (U daljem tekstu se pod "modelom" podrazumevaklimatski model Pitera Hujbersa sa MIT-a koji se tice samo ciklusa glacijala iinterglacijala ledenih doba; takocte se naziva "model leda", ice model, ili modelzaledivanja kao kod Imbrija i Imbrija).

Sistem koji reaguje u zavisnosti od prethodnog stanja tako da ova zavisnostdiktira koliko osetljivo (na primer, eksponencijalno) ce sistem reagovati na spoljasnjiuticaj (forsiranje), posle cega sistem pokazuje kvazi-periodicno ponasanje se nazivaekscitabilni sistem. Glacijalne terminacije se mogu desiti samo kada se polakoakumulirala kriticna zapremina glecera, posle cega nagib ose kao parametarspoljasnjeg uticaja iznenadno deluje na razvoj glacijacije.

44

Novi model ledenih doba je ekscitabilan i za neke parametre pokazujehaoticno ponasanje. Klimatski sistem se zbog unutrasnjeg stanja razvija u razlicitimpravcima u zavisnosti od male promene forsiranja. Faza klimatskog ciklusa je uvekvezana uz forsiranje osuncavanja, dok je amplituda ledenog doba haoticna, ili -amplituda je nepredvidiva. Kada se u numerickom testu modelovani klimatski sistempodvrgne harmonijskom oscilatornom forsiranju osuncavanja, stanje sistema zavisi odforsiranja (jedna dimenzija), zapremine leda 10.000 godina unazad (druga dimenzija),i sadasnje zapremine leda (treca dimenzija). Rezultat modelovanja, to jest klimatskiodgovor je meren u zapremini morske vode ili nivoa mora sadrzane u ledenompokrivacu, i fluktuira zajedno sa forsiranjem. Gleceri rastu sporo, ali se tope iznenada.

Na grafiku na slici 7.2, vidimo spiralu -- trajektoriju modela promenezapremine leda - koja pada na dole nakon akumulacije leda velicine jedan milionkubnih metara.

vreme (Icy)Slika 7.2 Gore: trodimenzionalni klimatski model promene zapremine leda; vidimo

trajektoriju modela. Zapremina na vertikalnoj Z-osije zapremina leda u milionima kubnihmetara. Na Y-osi je zapremina leda 10 ky unazad u proslosti, na X-osi je forsiranje. Dole:

crvena linijajeforsiranje osuncavanja, a cma linijaje klimatski odgovor koji daje numerickimodel. Funkcija forsiranja je malo slozenija, dakle nije prosta sinusoida [36].

Za malo drugaciji signal forsiranja sistem se nikada ne ponavlja - slika 7.3.U dinamickim sistemima se haos moze ispoljiti na razlicite nacine. Proces u

sistemu se moze ponavljati ili ne, ili se neka sekvenca oscilacije ponavlja i smenjujesa etapama haosa, nepredvidivih oscilacija. Jedan od mogucih vidova ponasanjasistema jesu spontani prelazi izmedu dvatipa oscilovanja.

45

250 300 350 490 900"

vreme (ky)Slika 7.3 Gore: trodimenzionalni klimatski model promene zapremine leda; vidimo

trajektoriju modela. Zapremina na vertikalnoj Z-osije zapremina leda u hektometrima. Na Y-osije zapremina leda 10 ky unazad, na X-osi je forsiranje. Dole: crvena linija je forsiranje

osuncavanja, a crna linija je odgovor koji daje numerictci model. Forsiranje je prostasinusoida, a model dospeva u haoticno stanje u tompogledti sto se trajektorija modela (gore)

nikad ne ponavlja [36].

Perturbacije rastu eksponencijalno na skali od 300.000 godina u ovimsimulacijama, ali taj podatak zavisi od tipa forsiranja. Haos se manifestuje znatnoporeklom od trece dimenzije sistema na Y-osi, koja je u stvari zavisnost evolucijeklimatskog sistema od zapremine leda u proslosti. Hujbersov model se ponasa kaohaotican dinamicki sistem kada forsiranje ima period promene od 40.000 godina(slika 7.3).

Ako klimatski sistem kao haoticni sisten ima sposobnost spontanog prelaska izjednog u drugi rezim fluktuacija, time se resava problem prelaza izmedu dominantnogciklusa klime od 41.000 godina i 100.000 godina. S obzirom da Hujbersov model okome je rec, upotrebljava signal sa dominanmim ciklusom od 41.000 godina, onda mizivimo i dalje u svetu u kome taj ciklus dominantan. Drugi dominantni ciklus od100.000 godina ne zahteva posebno objasnjenje. U prethodnim poglavljimapodsetimo se, promena ekscentriciteta je posluzila za prve hipoteze ostohiljadugodisnjem ciklusu, a zatim promena orbitalne inklinacije kao argumentsavremenijih teorija.

46

0.6

0.8

n 1

1.2

1.4

1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450vreme (ky)

Slika 7.4 Glacijacije u novom modelu leda. Na vertikalnoj osi su milioni kubnih metaramaksimalne zapremine leda.

U novom modelu su vidljivi spontani prelazi u oscilaciji sistema izmedudominantnih ciklusa od 40.000 i 100.000 godina (slika 7.4). Javljaju se tri tipadogadaja, odnosno etapa ledenog doba: puni Glacijali, mali glacijali, interglacijali.Horizontalna linija predstavlja kriticnu tacku nestabilnosti u sistemu u blizini kojetrajektorija modela moze da odluta u drugi dinamicki mod. Osuncavanje je sinusnafunkcija sa prilagodenim jedinicama i periodom od 40.000 godina. Vreme prelazaizmedu stanja je uvek 40.000 godina, ali prosecno vreme ponavljanja punog glacijalaje 100.000 godina. Model zatim u nekom trenutku spontano prede u stanje gde seponavljanje desava u proseku na 80.000 i 120.000 godina. Pokazuje se da su razlicitimodovi rada matematicki podjednako verovatni [36].

Konacno, za forsiranje s periodom od 41.000 godina, takode dobijamospontane prelaze sa jedne na drugu dominantnu periodicnost. Frekvencije (1/ky)prisutne u rezultatu su promene zapremine ledenih pokrivaca 1/20 ky, 1/40 ky, i 1/100ky[36].

Da bismo proverili teoriju postavlja se pitanje da li se nalazimo u svetu ciklusaod 41.000 godina? Model koji spontano prelazi iz jednog u drugi mod ("mode shift"}je haotican. Najbolje poklapanje sa uzorkom sedimentnog jezgra, model daje zaodredene parametre koji pak ne pokazuju haoticno ponasanje. No, osetljivost napocetne parametre i osetljivost klimatskog sistema na forsiranje idu u prilog mogucemprelazu u drugi ritam rada ako ne spontano, onda skoro spontano pod dejstvom nekogslucajnog dogadaja. Ako pravi klimatski sistem na Zemlji nije haotican, onda je samoosetljiv.

Ciklus klime od 100.000 godina se do sada smatrao intenzivnijim (donosiizrazenije promene prosecne temperature) od ciklusa iz prethodnih epoha. U svetuciklusa od 41.000 godina promene u nagibu ose igraju glavnu ulogu, dokekscentricitet i precesija vrse perturbaciju klimatskog sistema. U proslosti bi trebalopronaci promene ciklusa, odnosno dva rezima rada klime. Samo je jedan prelazrezima poznat i priznat u naucnim radovima, pre otprilike 650.000 godina. Drugirezimi rada klimatskog sistema koji bi se ocekivali, su sa periodama od 40 ky, 80 ky,120ky[36].

47

PO """*!

'tJ s I 2 s i I o' r • a

Tem

pera

ture

na

plan

eti

Zem

iji

_

S'«

0. p

H a

t)J (

CO

, [O

EOC

AR

BI •

Ca"i

- -

S"o

, pH

adj

(C

O, [

pm

tal •

Ca")

542 50

0 450

400 360 300 250 200 150 100

60

50

40

30

20

10 5

Mili

oni

go

din

a u

pro

slos

t

3 2

1 50

0 25

0 10

5

21

0.15

Hilja

de g

odin

a u

proS

lost

00

00

« r CD CL o- o or po •-t O

8.1 Velike skale vremena

Pre vise milijardi godina Sunce je morale biti mlada zvezda manjeg sjaja negodanas - 70% manjeg prema standardnom modelu evolucije zvezda. Luminoznost uproslosti je data kao funkcija vremena sa:

[W] (8.1)

gde su tO sadasnja starost Sunca, t je starost Sunca u proslosti, t < tO, LO jesadasnja luminoznost Sunca. Kada je Sunce pocelo da sija pre 4,6 milijardi godinaluminoznost je bila 5/7 od danasnje vrednosti. Danas je t/tO = 1, pa je luminoznost LO= 3,839X1026 W. Na primer, pre 570 miliona godina Sunce je bilo 4,5% manjeg sjajanego danas. (Slicne zvezde menjaju sjaj od 0,1% do 0,4%) [14].Sedimenti od pre 3,8 milijardi godina pokazuju da je voda bila u tecnom stanju i da jetemperatura bila visoka. Glacijacije nisu zabelezene sve do pre 2,7 milijardi godina.Zemlja je u poslednjih 5 miliona godina bila hladnija u proseku nego igde uposlednjih 550 miliona godina (slika 8.1). Izuzetak je ekstrem koji se desio pre 300miliona godina. Klima tokom fenerozoika je okarakterisana sporim rastom sjajaSunca i visom koncentracijom ugljen-dioksida u atmosferi.

Kada pogledamo pad prosecne temperature tokom nekoliko milijardi godina,nalazimo da je ovo u suprotnosti sa ocekivanjem rasta temperature zbog rasta sjajaSunca. Najverovatnje objasnjenje lezi u vulkanskoj aktivnosti i ondasnjem sastavuatmosfere kada je postojala velika koncentracija ugljen dioksida u atmosferi.

8.2 Zadrzavanje toplote u atmosferi

W/m2

Paleolatituda

Slika 8.2 Gore: ukupno forsiranje klime (promene luminoznosti Sunca iforsiranjeporeklomod ugljen-dioksida) u vatimapo kvadratnom metru. Debela krivaje koncentracija ugljen-

dioksida prema projektu GEOCARB III, a tonka krivaje "proxy " velicina (velicina koja semeri uprirodi, odakle se dobija izvedena velicina, npr. rastvoreni CO 2). Stepen geografskepaleolatitude, na donjem delu slike za isto vreme pokazuje do koje geografske paleolatitudeseprostiru gleceri polazeci od 90° (pol, napreseku osa), pa prema ekvatoru (osa ide do 0

stepeni nanize). Blede vertikalne linije pre oko 100 My su hladni periodi za koje nijeprecizirano prostiranje u stepenima paleolatitude [14].

49

Ledena doba i ugljen-dioksid dele dugu zajednicku istoriju. Ledenasedimentna jezgra na primer sadrze istoriju promene COi. Krive promena ugljen-dioksida su gotovo identicne po fazama i amplitudama kao i krive promena prosecnetemperature (slika 2.1, strana 16), Prosecna temperatura zavisi od ugljen-dioksida, alivazi i obratno. Na odredenim temperaturama se poboljsava uklanjanje gasa putemgeohemijskih reakcija.

Na slici 8.2 je grafik ukupnog forsiranja klime za period Fenerozoika,pretpostavljajuci albedo Zemlje od oko 29%.

Da bi se objasnila visoka temperatura pre 570 miliona godina na primer, uskladu sa 4,5% manjim sjajem Sunca nego danas ocekuje se 7,5 puta vecukoncentraciju ugljen-dioksida od nivoa koji je izmeren 1750. godine nove ere (tzv."pre-industrijski standard") od 280 ppm.

Slabiji izrazen temperaturni ekstrem - glacijacija pre 445 miliona godina (slika8.1), koja je trajala 2 miliona godina nije dobro objasnjena sa promenamakoncentracije ugljen-dioksida (slika 8.2). Koncentracija ugljen-dioksida bila visoka -oko 4200 ppmv, dok je sjaj Sunca bio smanjen. Moguca hipoteza je da je u tornperiodu karakteristicna temperatura koja je dovoljna da ubrza proces uklanjanjaugljen-dioksida iz atmosfere bila niza nego sto se ocekuje danas, na primer zbogsastava zemljista. Druge hipoteze obuhvataju velik albedo Zemlje u toj epohi, kretanjekroz spiralne grane galaksije Mlecni put, kretanje van diska galaksije i procesi sakosmickim zracima.

Biljni i zivotinjski svet (sume, alge, ljudski faktor) su neraskidivo vezani zaklimu i dinamiku ugljen dioksida. Sa sezonama se menja kolicina ugljen-dioksida uatmosferi koga sume (danas uglavnom sume severne hemisfere) udi§u i izdisu - iliobratno, vec prema fotosintetickoj aktivnosti.

Nagli pad koncentracije ugljen-dioksida (slika 8.2) pre 400 miliona godina jepovezan sa naglim razvojem vaskularnih kopnenih biljaka. Kopnene biljke uticu natlo menjajuci tako proces geohemijskih reakcija koje vezuju ugljen dioksid.

Hemijske reakcije ugljen-dioksida sa silikatnim stenama su olaksanevisestruko, s faktorom 10 do 40, pomocu kopnenih biljaka koje zemljiste cine boljeizlozenim atmosferskim gasovima. Stene se raspadaju i dolazi do karbonacije, izmeduostalog. Uklanjanje ugljen-dioksida iz atmosfere se desava u funkciji temperature,koja u jednacinama bilansa hemijskih reakcija ukazuje na razlike u prosecnojtemperaturi tokom fenerozoika od 7°C i vise. Posle nekog vremena, pad temperaturedovodi do smanjenja stepena uklanjanja ugljen-dioksida, kada se formira ravnotezaizmedu stepena stvaranja i uklanjanja ovog gasa.

Ekstrem pre 300 miliona godina se dobro poklapa sa promenama uocenim naslici 8.2. U epohi ovog ledenog doba primecujemo minimum koncentracije ugljen-dioksida u atmosferi.

Hladna klima pre 300 miliona godina je izgledala ipak, bogata zivotom jer jejedinstveni kontinent Pangea bio lociran u tropskoj zoni. Sastav zemljista je biodrugaciji. (Bakterije koje dovode do raspada celijskog lignina (25% gradivne materijebiljaka) nisu postojale u tolikoj meri kao danas, stvorile su danasnje zalihe uglja.)

Suncev sjaj u to vreme je morao pokrenuti dugorocno smanjenje ugljen-dioksida poboljsavajuci njegovo uklanjanje. Neki istrazivaci tragaju za malimnepoklapanjem faza glacijacija i koncentracija gasa. Kada promene koncentracijeugljen-dioksida prethode ciklusima glacijacija ili pak kasne za njima, otvara se prostoru okviru kojeg bi ekosistem pruzio obja§njenje za ledena doba [14].

50

Zakljucak

Ledena doba su rezultat delovanja Sunca i slozenog odgovora zemaljskogklimatskog sistema.

Ispitivanja su povezala sjaj i aktivnost Sunca na malim i vellikim razmeramavremena sa klimom. S tim u vezi, prvi pojam koji se javlja je osuncavanje kao fizickavelicina koja opisuje fluks zracenja sa Sunca na Zemlji. Polozaj Zemlje dobija serazvojem modela Suncevog sistema. Kao signal "forsiranja", spektar oscilacijaosuncavanja se poredi sa spektrom klimatskih promena.

Ciklus aktivnosti Sunca pokazuje slicnost sa trendom promene prosecnetemperature u toku proteklih decenija i vekova. Najupecatljiviji primer Maunderovogminimuma ("malo ledeno doba"), dokazuje prisutne promene solarne konstante tokomciklusa pega na Suncu.

Milutin Milankovic objavljuje prvu teoriju orbitalnog forsiranja, "Kanonosuncavanja", sa deterministickim pogledom. Izradio je krive osuncavanja zanekoliko geografskih sirina na kojima uocavamo "Milankoviceve cikluse".

Pojednostavljivanja u analitickom i numerickom istrazivanju su okarakterisalasve teze do danas - Ketrin i Dzona Imbrija, Pajara, Hujbersa, i ostalih. Pri tome, nacinizrade modela i statisticke obrade podataka menja ociglednost rezultata, ako ne i samoobjasnjenje ciklusa ledenih doba. Klimatski sistem se doima kao nelinearni, haoticnidinamicki sistem koji belezi promene razlicitih vrsta, uvrstava mnostvo faktorapovratne sprege, slucajnih dogadaja, i zavisi samo delimicno od astronomskih uticaja.

Kada se rezultati sagledaju, jedino nagib ose Zemlje dejstvuje znatno nastvaranju niskofrekvenmih oscilacija temperature. Ekscentricitet orbite Zemlje delujemnogo manje, dok precesija modulise amplitudu godisnjih doba kada je ekscentricitetrazlicit od nule. Nelinearni mehanizam unutar klimatskog sistema koji ispravljamodulaciju godisnjih doba mora biti odgovoran za pojavu precesionog ciklusa klime.

Period od poslednjih 780 ky se sagledava u svedocanstvima dubokomorskihsedimenata, ledenih jezgara i dr. Analiza spektra ne razlikuje poreklo ciklusa od 100ky, dok se ciklus od 41 ky pripisuje nagibu. Prelaz iz jednog u drugi mod (41 ky, 100ky) klimatskog sistema se desio pre 650 ky. Ovaj dogadaj je do sada obraden ukontekstu teorija inklinacije orbite Zemlje, uticaja kometa, te sa vulkanskimaktivnostima kako bi se naslo tumacenje. Haoticni "model zaledivanja" (Pajar,Hujbers), demonstrira da je spontani prelaz u drugi mod ili rezim rada moguc kaosvojstvo nelinearnog dinamickog sistema.

U dalekoj proslosti nema tragova Milankovicevih ciklusa. Zemlja je u prosekubila toplija nekoliko stepeni Celzijusa nego poslednjih 5 miliona godina. Od dveistaknute i dugotrajne glacijacije, uocavamo da su slab sjaj Sunca i niskakoncentracija ugljen-dioksida kao faktora povratne sprege, doprineli u ispoljavanjujednog od tih dogadaja.

Ledena doba nam poklanjaju vreme da razmisljamo o eonima, kosmickojklimi, poreklu zivota na Zemlji, nelinearnoj stvarnosti, klimatskim promenama i zatoistrazivanje treba nastaviti.

51

Dodatak

Hronologija otkrivanja ledenih doba prema Dzonu i Ketrin Imbri

Put zasnivanja i dokazivanja naucne teorije ledenih doba je trajao 200 godina,i traje i danas. Uzbudljiv prikaz istorije koji su nam ponudili Dzon i Ketrin Imbri slediu skracenoj formi.

1815. Zan Pjer Peroden pronalazi tragove davnasnjeg prostiranja glecera uSvajcarskoj.1818. hijas Venec srece gorstaka Perodena koji mu je ispricao o prostiranju glecera.1836. Zan de Serpantije in Injas Venec tokom terenskog istrazivnja u Alpima ubedujuLuja Agasiza da su mnoge odlike reljefa u proslosti nastale radom glecera.1837. Na sastanku Svajcarskog prirodnjackog drustva u Nojsatelu, Luj Agasiznajavljuje teoriju o velikom ledenom dobu.1839. Timoti Konrad upotrebljava Agasizovu teoriju da objasni povrsinskesedimentne nanose u sevemoj Americi.1840. Luj Agasiz ubeduje Vilijama Baklenda da su povrsinski nanosi u VelikojBritaniji glecerskog porekla. Baklend zatim upoznaje Carlsa Lajela sa ovim.1841. U Skotskoj, Carls Meklaren nastoji da dokaze da je nivo mora za vremeledenog doba bio 250 metara nizi nego danas.1842. U Francuskoj, Zozef Ademar predlaze astronomsku teoriju o ledenom dobuzasnovanu na precesiji ravnodnevicnih tacaka.1843. Francuski astronom Irben Leverije razvija obrasce za izracunavanje promena uZemljinoj orbiti u proslosti i rekonstruise istoriju orbite u toku proteklih 100.000godina.1863. Arcibald Gejki sakuplja dokaze da su povrsinski nanosi u Skotskoj glecerskogporekla.1864. U Skotskoj, Dzejms Krol objavljuje astronomsku teoriju o ledenim dobimazasnovanu na precesiji i promenama ekscenrriciteta orbite Zemlje.1865. Pomocu nekadasnjih polozaja obale Skotske, Tomas Dzejmison nastoji dadokaze da je tezina pleistocenskih ledenih pokrivaca bila dovoljna da potisne povrsinuzemlje ispod leda.1870. U Americi, Grouv Gilbert pokazuje da je Veliko slano jezero ostatak mnogoveceg jezera koje je tokom poslednjeg ledenog doba pokrivalo celu oblast.1871. Ejmos Vorten pokazuje da je drzavu Ilinois u proslosti zahvatilo vise od jednogledenog doba.1874. Dzejms Gejki, sradnik GeoloSke sluzbe u Skotskoj objavljuje pregledinformacija o pleistocenskim Idenim dobima.1875. Naucnici sa broda "Istrazivac" donose sa okeanografske ekspedicije prveuzorke okeanskih sedimenata.1894. Dzejms Gejki kao profesor geologije u Edinburgu objavljuje karte ledenihpokrivaca Severne Amerike, Evrope i Azije za vreme pleistocenskih ledenih doba.Dzejms Dejna sa univerziteta Jejl odbacuje Krolovu astronomsku teoriju na osnovucinjenice da se poslednji ledeni pokrivac povukao pre 10.000 godina, a ne pre 80.000godina.1904. U Nemackoj, Ludvig Pilgrim izracunava promene nagiba Zemljine ose rotacije,ekscenrriciteta i precesije u toku poslednjih milion godina.

52

1906. Bernar Brines ispitivajuci lavu u Francuskoj pronalazi obrtanje magnetnihpolova (reverzijd).1909. Albreht Penk i Eduard Brikner rekonstruisu sukcesiju pleistocenskih ledenihdoba pomocu recnih terasa.1920. Milutin Milankovic objavljuje obrasce za izracunavanje osuncavanja kaofunkcije geografske sirine i godisnjeg doba. Tvrdi da su ledena doba posledicaintenziteta osuncavanja u proslosti,1924, U Nemackoj, Vladimir Kepen i Alfred Vegener objavljuju tri krive koje jeizracunao M. Milankovic i koje su osnova njegove teorije. Krive pokazuju promene uosuncavanju na geografskim sirinama 55, 60, 65 stepeni tokom 650.000 godina.1929. Motonori Matujama u Japanu i Koreji nalazi dokaze da je u toku pleistocenskeepohe dolazilo do reverzije magnetnih polova.1930. Bartel Eberl razraduje Penkovu i Briknerovu semu istorije ledenih doba upleistocenu i nalazi dokaze za Milankicevu teoriju na alskim recnim terasama.1935. Volfgan Sot pronalazi tragove poslednjeg ledenog doba u kratkomsedimentnom uzorku sa dna ekvatorijalnog Atlantika koji se sakupio brod ,,Meteor"nemacke ekspedicije1938. Milankovic objavljuje konacnu verziju teorije ledenih doba. Prema savetuKepena, navodi da je glavni uzrok stepen letnjeg osuncavanja na visokim geografskimsirinama. Ove promene su rezultat promena u nagibu rotacione ose Zemlje (41.000godina), i ciklusa precesije (ciklus 22.000 godina). Uzimajuci u obzir i promenekolicine odbijene svetlosti sa Zemlje, izracunao je kako se menjao geografski polozajgranica ledenih pokrivaca tokom milion godina.1947. Harold Uri na univerzitetu u Cikagu objavljuje teoriju o izotopu kiseonika.U Svedskoj, Bjorn Kulenberg konstruise klipni mehanizam za vadenje jezgara sa dnaokeana. Svedska ekspedicija upotrebljava izum za vadenje uzoraka.1951. Vilard Libi u Cikagu razvija metodu za odredivanje starosti na osnovuradioaktivnog ugljenika I4C.Semjuel Epstajn i saradnici na univerzitetu u Cikagu razvijaju postupak zaizracunavanje proslih temperatura okeana pomocu Urijeve teorije o izotopima.1952. U Skripsovom okeanografskom institutu, Gustav Arenijus dokazuje da promeneu hemijskora sastavu dubokomorskih jezgara iz svedske ekspedicije odslikavajupromene u klimi.1953. Ingo Sefier u sljunku alpskih terasa pronalazi fosile koji su u suprotnostima saredosledoma ledenih doba prema Penku i Brikneru.Fred Fleger i saradnici u Skripsovom institutu naloaze paleontoloske dokaze o devetledenih doba pomocu uzoraka sa dna Atlantskog okeana.1955. Cezare Emilijam u Cikagu otkriva da fluktuacije izotopa kiseonika u sastavuforaminifera predstavljaju svedocanstvo o sedam Idenih doba. Procenjuje da glavniperiod traje 40.000 godina.1956. Dzon Bams i njegovi saradnici u laboratoriji Los Alamos razvijaju metoduizotopa torijuma za odredivanje starosti korala.1961. Georg Kukla i Vojen Lozek sa cehoslovacke akademije nauka pokazuju danaizmenicni slojevi zemlje i lesa u delovima srednje Evrope koji nisu bili prekriveniledom sadrze svedocanstva o pleistocenskoj klimi.1963. Alan Koks i kolege iz Geoloske sluzbe SAD dokazuju istovremenostgeomagnemih reverzija i sastavljaju paleomagnetnu vremensku skalu.1964. Kristofer Hanson i Brajan Panel iz Skripsovog instiruta pronalaze tragovegeomagnetne reverzije.

53

Garnis Kartis, Dzek Everaden i saradnici sa kaliforaijskog univerziteta pokazuju da semetodom kalijuma i argona moze odrediti starost pleistocenskih dogaja.1965. U Lamont geoloskoj opservatoriji, Dzejms Hejs koristi fosile radiolarija prirekonstruisanju pleistocenske istorije Artickog okeana.Valas Breker nastoji da dokaze da interglacijalni nivoi mora na 80,000 i 120.000godina o kojima se zna metodom torijuma, u stvari idu u prilog Milankoviceve teorije.1966. Cezare Emilijani na Institutu za proucavanje mora u Majamiju analizira jezgroiz Karipskog mora i razvija wemensku skalu koja pokazuje glavni klimatski ciklus od50.000 godina.1966. Robli Metjus i Kenet Mesolela sa univerziteta Braun dokazuju da su nekadasnjikoralni grebeni formirali terase na ostrvu Barbados odakle sledi veza nivoom mora isa ledenirn dobima.1967. Nikolas Seklton u Kembridzu objavljuje nalaze koji ukazuju na paraleluvarijacija izotopa kiseonika i zapremine ledenih pokrivaca.Dzofri Dikson na brodu Robert Konrad" geoloske opservatorije Lamont uzimajezgra sa dna indijskog okeana,Dzejms Hejs i Nil Apdajk datiraju klimatske dogadaje prema jezgrima izAntarktickog okeana pomocu skale geomagnemin reverzija.1968. Valas Breker, Robli Metjus i kolege sa Braun i Kolumbija univerzitetaizvestavaju o starosti tri terase sa Barbadosa pomocu metode torijuma. Ovo sepoklapa sa predvidanjima nove izmenjene verzije Milankoviceve teorije.Georg Kukla i kolege sa cehoslovacke akademije nauka koriste paleomagnetnuvremensku skalu da pokazu da je glavni ciklus klime od 100.000 godina.1970. Valas Breker i Jan van Donk pokazuju da perioda glavnog klimatskog ciklusautvrdena metodom izotopa u karipskom moru traje 100.000 godina.1971. Vilijam Radimen iz moraarickog okeanografskog biroa SAD koristipaleomagnetnu skalu da pokaze da promene toka atlantskih struja odgovaraju ciklusuod 100.000 godina.Dzon Led sa broda "Vema" uzima jezgra sa dna ekvatorijalnog Pacifika.Dzejms Hejs na Lamont-Doerti opservatoriji i Vilijem Bergen sa okeanografskoginstituta Vuds Hoi povezuju granicu pliocen/pleistocen sa Olduvai magnemomepizodom odakle sledi da je epoha pleistocena trajala 1.8 miliona godina.Norman Votkins sa broda "Eltanin" nacionalne fondacije za nauku SAD uzima sa dnajuznog indijskog okeana jezgra.Na univerzitetu Braun Dzon Imbri i Nilva Kip razvijaju statisticku metodu zaprocenjivanje temperatura pleistocenskih okeana na osnovu mikrofosilnih vrsta iupotrebljavaju spektralnu analizu podataka o izotopskom sadrzaju u flori i fauni izkaripskih jezgara.Nacionalna fondacija za nauku SAD pokrece projekat CLIMAP za pronalazenjeglobalnog svedocanstva o pleistocenskoj klimi na osnovu dubokomorskih jezgara.1972. Anandu Vernekar sa univerziteta u Merilendu izracunava kako su se geometrijaZemljine orbite i intenzitet osuncavanja menjali tokom dva miliona godina i kako cese menjati u toku narednih 100.000 godina.Nikolas Seklton i Nil Updajk sastavljaju vremensku skalu klimatskih dogadaja u toku700.000 godina pomocu geomagnemih i izotopskih svojstava u pacifickom jezgru.Faze u promeni izotopa kiseonika pokazuju zapremine ledenih pokrivaca.1975. Georg Kukla u Lamont-Doerti opservatoriji objedinjuje dokaze protiv semePenka, Briknera i Eberla.1976. Dzejms Hejs, Dzon Imbri, Nikolas Seklton na projektu CLIMAP, izvodespektralnu analizu uzoraka iz indijskog okeana i utvrduju da su glavne klimatske

54

promene u proteklih 500.000 godina pratile promene nagiba Zemljine ose rotacije iprecesije prema predvidanjima astronomske teorije [1].

I/racunavanje kriva osuncavan ja

Pronadimo fluks zracenja sa Sunca po jedinici povrsine na rastojanju Zemlje."Fluks" znaci snaga ili protok energy e u sekundi normalno kroz neku povrsinu.Energija se prima od svitanja do sumraka - tokom obdanice. Osuncavanje se menja usvakom trenutku obdanice u zavisnosti od visine Sunca nad horizontom. DeklinacijaSunca zavisi od dana u godini i menja se od -23° 27' (najkraci dan) do +23° 27'(najduzi dan). Stoga za svaki dan u godini postoji karakteristican dnevni put Sunca ikarakteristicni ukupni (integrisani) dnevni fluks [2].

Neka su dati solarna konstanta 50=1368 W/m2, geografske koordinate mestana kome se merenje vrsi <|), X, i deklinacija Sunca 6.

Zanemarimo za pocetak ekstinkciju zracenja u atmosferi. Osuncavanje (uvatima po kvadratnom metru) na toj geografskoj lokaciji zavisi od visine Sunca (a)nad horizontom:

S = S0 sin a (10.1)

Sa slike 10.1 pomocu nautickog trougla i kosinusne teoreme dolazimodirektno do sledeceg odnosa:

cos(90 - a) = cos(90 - S) cos(90 - 0) + sin(90 - <S) sin(90 - 0) cos h (10.2)

sin a = sin 6 sin 0 + cos S cos $ cos h (10.3)

360-/A

Slika 10.1 Nebeska sfera i nauticki trougao. P oznacava severni nebeskipol, Qjtiznipol,debela polukmzna linijaje lokalni meridijan, Zzenit, PNje geogrqfska sirina posmatraca <p,

Xpolozaj objekta - u nasem slucaju Sunca, Oje centar sfere, HAje casovni ugao ("hourangle) h, Aje azimut, zje zenitna daljina, AXje visina Sunca nad horizontom a, Njepravac

severa, Wzapada, Sjuga, XBje deklinacija Sunca S [41].

Funkcija osuncavanja bez ekstinkcije u bilo kom trenutku u toku obdanice je:

55

kao:

S = 50 (sin S sin 0 + cos S cos 0 cos h) (10.4)

Ukupno dnevno osuncavanje (obicno u jedinicama kWh/m2) se moze zapisati

W= \S dt (10.5)

Casovni ugao se moze beleziti u uglovima od 0° do 360° polazeci od lokalnogmeridijana PZSQ (slika 10.1) u pravcu zapada. Takode, casovni ugao je pogodnoracunati u satima zvezdanog vremena. Ako se izlazak Sunca desava u -7h 30mm, prolazkroz lokalni meridijan je u nula fiasova, zalazak je onda u 7h 30mm (po ovojkonvenciji, podne je vreme kada nastupa novi dan za astronome). Vreme trajanjaobdanice se moze proceniti na absolutnu vrednost casovnog ugla Sunca pri izlaskuputa dva. Drugim recima, neka zvezda koja izlazi sa istocne strane lokalnogmeridijana, zalazi simetricno u odnosu na ravan meridijana na zapadu. Sunce seponaga priblizno kao i druge zvezde u toku jednog dana izlazi i zalazi paralelno kao idruge zvezde na nebu. Zanemarujuci kretanje Sunca mectu nepokretnim zvezdamadeklinacija Sunca tokom jednog dana ostaje priblizno konstanta,

U trenutku svitanja (kao i sumraka) Sunce je na horizontu, visina Sunca nadhorizontom (a) je nula, a zenitna daljina ZX je 90°. Casovni ugao Sunca je tada h0.

cos 90 = cos(90 - 5) cos(90 - 0) + sin(90 - 5) sin(90 - 0) cos h0 (10.6)

hQ = arccos(-tg S tg 0) (10.7)

Tokom godine se deklinacija Sunca menja od -23,45° (najkraceg dana ugodini) do +23,45° (najduzeg dana u godini).

Dakle, trajanje obdanice je priblizno 2/i0 mereno casovima zvezdanogvremena. Vreme t u casovima je:

(10.8)

Ugao /i0 treba predstaviti u radijanima i zameniti 360° sa 2n radijana. Ovajkorak je neophodan zbog definicija jedinica energije i fluksa koje su zasnovane naradijanu.

Sada su svi poznati elementi spremni da se napise funkcija osuncavanja bezekstinkcije i demonstrira racunanje ukupnog osuncavanja tokom jednog dana.

vreme zalaska

W= I Sdtvreme izlaska

2h0

sinadt

W

W= ( 50siio

2h0

= I 50 (sin S sin 0 + cos S cos 0 cos /i) dt

(10.9)

(10.10)

(10.11)

56

"•H

/

24h= ( 50 (sin 5 sin 0 +cos 5 cos 0 cos h) —— dh (10.12)

ZtTi

24h24" rW = —— S0 I (sin S sin 0 4- cos 5 cos 0 cos h) d/i (10.13)

27T J

24"

o

2 h0

24" rW = —— S0 (sin 5 sin 0 + cos 5 cos 0 cos h) dh (10.14)

iTT J

= 2 •—— S0 I (sin S sin 0 + cos S cos 0 cos h) dh (10.15)2n J

W = S0 I (sin 8 sin 0 + cos 6 cos 0 cos h) dh (10.16)

Ovaj integral mozemo reSiti tako sto najpre uocavamo da postoji samo jednapromenljiva h. Dakle, funkcija od h unutar zagrade je oblika:

pravilo:

Konstantal + Konstanta2 * cos (Konstanta3 * h)

Integral zbira je jednak zbiru integrala, pa tako ostaje samo da primenimo

. (K*x)

24*

24

24

f CK*f cos (K * x) dx = sin——

J K

" h0 ha

I sin<5sin0dh + I cos S cos 0 cos h dh.0 o

sin S sin 0 I dh+ I cos 5 cos 0 cos h dh

"•O

h0 sin 8 sin 0 + cos S cos 0 I cos h dh

(10.17)

(10.18)

(10.19)

W = 50 [h0 sin 8 sin 0 + cos 8 cos 0 sin h0] (10.20)

57

Uzmimo sada slucaj sa ekstinkcijom Suncevog zracenja u atmosferi Zemlje.Kada je Sunce nisko pri horizontu, debljina slqja atmosfere kroz koji putuje svetlost jeznacajna i sjaj Sunca se smanjuje [2]. Neka je k onaj deo maksimalnog trenutnogfluksa zracenja koje dopire do povrsine Zemlje kada je Sunce u zenitu (od nula dojedan, gde jedinica oznacava prijem zracenja bez ekstinckije). Osuncavanje je tada:

S' = S0 sin a

Problem pronalazenja ukupnog dnevnog osuncavanja postaje:

2h0 h0

w = I S' dt= 2S0 I k^nn sin a dt

(10.21)

(10.22)

U torn slucaju ovaj integral nije moguce resiti u zatvorenom obliku, vecnumerickim metodama (slika 10.2). Podsetimo se da racunanje ukupnog godisnjegosuncavanje ima drugaciji oblik jer se deklinacija Sunca menja tokom godine.

15

10

0

_ W[kWh/m2] Bez ekstinkcije k=lSa ekstinkcijom k=O,8

G> = 90°

< p = 0

Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Avg Sep Okt Nov DecSlika 10.2 Grafici funkcija osuncavanja tokom godine za razne geografske sirine [2J.

58

Korisni linkovi

Podaci o osuncavanju i paleoklimihttp://www.ncdc.noaa.gov

Softver pisan za program MATLAB (Ajsenman, Hujbers) za izracunavanjeosuncavanja tokom poslednjih 5 miliona godina na osnovu modela Berzea iLotrea (1978, 1991)

http: //www. ncdc .noaa. gov/paleo/pubs/huybers2006b/

Softver za racunanje osuncavanja na osnovu modela Laskara (2004)http://www.imcce.fr/Equipes/ASD/insola/earth/earth.html

Softver za modeliranje Suncevog sistemahttp://chemistry.unina.it/~alvitagl/solex

Efemeridehttp ://ssd. ipl .nasa. gov

Dugorocni model i simulacija Suncevog sistema (Varadi, Gil, Runegar 2003.)http://astrobiology.ucla.edu/OTHER/SSO/

Kulturni program o ledenim dobimahttp://www.pbs.org/wgbh/nova/ice

Andre Berzehttp://www.astr.ucl.ac.be/index.php?page=berger%23HomePage

Piter Hujbershttp://www.people.fas.harvard.edu/~phuvbers

59

Literatura

[I] "Ice Ages", John Imbrie, Katherine Palmer Imbrie, Enslow Publishers, short Hills,New Jersey 1979

[2] "Fundamental Astronomy" 5th Edition 2007, Hannu Karttunen, Pekka Kroger,Heikki Oja, Markku Poutanen, Karl Johan Conner (Eds.), Springer Berlin, HeidelbergNew York

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic radiation[4] Surface meteorology and Solar Energy

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/[5] http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Five_Myr_Climate Change.png[6] Americko drustvo za solarnu energiju

http://www.ases.org[7] NOAA Paleoclimatology Program

http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/forcing.html[8] http://en.wikipedia.org/wiki/Geomagnetic_reversal[9] VICTOR J. POL YAK, Texas Tech University

http://epswww.unm.edu/facstaff/polyak/home.htm[10] http://en.wikipedia.org/wiki/Earth[II] "Antropogeno ledeno doba i Milankoviceva astronomska teorija klimatskih

promena", Nikola K. Pantic u knjizi ,,2ivot i delo Milutina Milankovica 1879-1979",Srpska akademija nauka, Beograd 1979.

[12] http://en.wikipedia.Org/wiki/Image:Sunspot Numbers.png[13] http://www.spacewx.com/solar_spectrum.html[14] "CLIMATE STABILITY AND POLICY: A SYNTHESIS", Gerald E. Marsh

http://www. gemarsh.com/archives/92. http://www.gemarsh.com/archives/80[ 15] "THE GLACIAL CYCLES AND COSMIC RAYS", J. Kirkby, A. Mangini, R.A.

Mullerhttp://arxiv.org/abs/physics?papernum=0407005

[16] "Origin of the 100 kyr Glacial Cycle: eccentricity or orbital inclination?", Richard A.Muller, Gordon J. MacDonaldhttp://muller.lbl.gov/papers/nature.html

[17] "SUCCESSIVE REFINEMENTS IN LONG-TERM INTEGRATIONS OFPLANETARY ORBITS", F. Varadi, B. Runnegar, M. Ghilhttp://astrobiology.ucla.edu/OTHER/SSO/

[18] http://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_isotope_ratio_cycle[19] http://en.wikipedia.org/wiki/Image: Vostok_420ky_4curves_insolation.jpg[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Moon orbit[21] http://en.wikipedia.org/wiki/Sun[22] http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_carbon_dating[23] http://www.answers.com/ice+age?cat=technology[24] http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmogenic isotope#Natural[25] http://www.emporia.edu/eartfasci/student/tinsley 1/webpage 1 .html[26] http://www.imcce.fr/Equipes/ASD/insola/earm/earth.htrnl[27] "Climate Change Prediction", Alan J. Thorpe, IOP Publishing[28] http://en.wikipedia.org/wiki/Milankovitch cycles[29] "An Introduction to Atmospheric Radiation" Second Edition, K. N. Liou, Elsevier

Science 2002[30] "Nanophase magnetism and past global change", M. E. Evans

http://www.iop.Org/EJ/arricle/l742-6596/1II1/02 l/ipconf5 17 021 .pdf[31] http://www.rnichaelmandeville.com/earthmonitor/polarmotion

60

[32] "Chaos and Stability in Planetary Systems", R. Dvorak F. Freistetter J. Kurths (Eds.),Springer

[33] http ://en. wikipedia. org/wiki/Solar_variation[34] http://spaceweather.com/archive.php?view=l&dav=07&month=05&year=2008[35] http://aim.hamptonu.edu[36] "On the Origins of the Ice Ages: Insolation Forcing, Age Models, and Nonlinear

Climate Change", Peter Huybershttp://www.people.fas.harvard.edu/~phuybers/Doc/HuvbersThesis.pdf

[37] http://en.wikipedia.org/wiki/Solar irradiation[38] http://www. astr .ucl .ac .be/index.php?page=berger%23HomePage[39] http://en.wikipedia.org/wiki/Precession %28astronomy%29[40] http://individual.utoronto.ca/kalendis/seasons.htm[41 ] "Astronomy - Principles and Practice" 4th Edition, A. E. Roy, D. Clarke, IOP

Publishing[42] http: //www. astro .uu .nl/~strous/AA/en/reken/zonpositie .html[43] "The influence of the lunar nodal cycle on Arctic climate", Harald Yndestad

http://icesjms.oxfordjournals.Org/cgi/contenl/full/63/3/401[44] http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/pubs/huybers2006b/[45] http://www.people.fas.harvard.edu/~phuvbers/Inso/index.html[46] http://en.wikipedia.org/wiki/Eccentricity_%28orbit%29[47] http://en.wikipedia.org/wiki/hivariablejlane[48] "Izabrana Dela", Milutin Milankovic, Zavod za udzbenike i nastavna sredstva 1997.

Beograd[49] http://www.fig.net[50] http://en.wikipedia.org/wiki/Tidal acceleration[51] http://www.answers.com/radi arive+forcing?cat=technology[52] http://www.answers.com/marine+isotopic+stages?cat=technologv[53] http://en.wikipedia.org/wiki/Albedo[54] http://en.wildpedia.Org/wiki/lmage:AlPpalaeoternps.png[55] http://www.answers.com/topic/insolarion?cat=technology[56] http://svrte.obspm.fr/iau2006/cm06 94 PEWG.pdf[57] http://www.soest.hawaii.edu/GG/FACULTY/POPP/Lecturel2.ppt[58] ,,Opsta astronomija", drugo izdanje, Branislav M. Sevarlic, Zaharije M. Brkic,

Naucnaknjiga 1981. Beograd.[59] "Fizika i tehnika solarne energetike", T. M. Pavlovic, B. D. Cabric[60] "Meteorologija", M. Milosavljevic[61] "Osnove meteoroloskih osmatranja i obrade podataka", D. T. Mihailovic[62] "Teorijska astrofizika", M. Vukicevic-Karabin[63] "Sunceva radioastronomija i radiofizika", A. Krjuger

61

Kratka biografija

Predrag BokSic je roden 1979. godine u Novom Sadu.Zavrsio je gimnaziju prirodno-matematickog smera.Studirao je informatiku. Na PMF-u je redovan studentna smeru Astronomija sa astrofizikom. Interesovanja iaktivnosti ukljucuju teoriju haosa, astronomiju,kosmologiju, programiranje. Profesora SlobodanaMarkovica je sreo na predmetu Planetologija gde sezainteresovao za problem ledenih doba.

Novi Sad, 23. 6. 2008 Predrag Boksic

62

UNIVERZUET U NOVOM SADUPRIRODNO-MATEMATICKIFAKULTET

KLJUCNA DOKUMENTACLJSKAINFORMACLTA

Redni broj:RBRIdentifikacioni broj:IBRTip dokumentacije:TDTip zapisa:

Vrsta rada:VRAutor:AUMentor:MNNaslov rada:NRJezik publikacije:JPJezik izvoda:JIZemlja publikovanja:ZPUze geografsko podrucje:UGPGodina:GOIzdavac:IZMesto i adresa:MAFizicki opis rada:FO

Naucna oblast:NONaucna disciplina:NDPredmetna odrednica/kljucnereci:POUDK

Monografska dokumentacija

Tekstualni stampani materijal

Diplomski rad

Predrag Boksic

Dr Imre Gut, vanredni profesor

Problem ledenih doba

srpski (latinica)

srpski/engleski

Srbija

Vojvodina

2008

Autorski reprint

Prirodno-matematicki fakultet, Trg Dositeja Obradovica 4,Novi Sadbroj poglavlja 8, broj strana 61, broj lit. citata 63, broj tabela 0,broj slika 9, broj grafika 18, broj priloga 0

Astronomija

Geofizika

Ledena doba, Milutin Milankovic, Suncev ciklus, Zemlja,orbita

63

se:CUVarna napomena:VNIzvod:IZ

Datum prihvatanja feme od NNveca:DPDatum odbrane:DOClanovi komisije:KOPredsednik:clan:clan:

Biblioteka departmana za fiziku, PMF-a u Novom Sadu

Nema

"Problem ledenih doba" istrazuje astronomske uticaje na klimuna Zemlji. Rad opisuje osuncavanje, promenljivu aktivnostSunca, promene orbitalnih karakteristika Zemlje i zapis oledenim dobima u dalekoj proslosti.

dr Darko Kapor, redovni profesor na PMF-u, Novi Saddr Slobodan Markovic, vanredm profesor na PMF-u, Novi Saddr rnire Gut, vanredni profesor na PMF-u, Novi Sad - mentor

64

UNIVERSITY OF NOVI SADFACULTY OF SCIENCE AND MATHEMATICS

KEY WORDS DOCUMENTATION

Accession number:ANOIdentification number:INODocument type:DTType of record:TRContent code:CCAuthor:AUMentor/comentor:MNTitle:TILanguage of text:LTLanguage of abstract:LACountry of publication:CPLocality of publication:LPPublication year:PYPublisher:PUPublication place:PPPhysical description:PDScientific field:SFScientific discipline:SDSubject/ Key words:SKWUCHolding data:HD

Monograph publication

Textual printed material

Final paper

Predrag Boksic

Imre Guth, Professor

Ice Ages Problem

Serbian (Latin)

English

Serbia

Vojvodina

2008

Author's reprint

Faculty of Science and Mathematics, Trg Dositeja Obradovica4, Novi Sad8,61,63,0,9,18,0

Astronomy

Geophysics

Ice ages, Milutin Milankovitch, solar cycle, Earth, orbit,cosmic rays

Library of Department of Physics, Trg Dositeja Obradovica 4

65

Note:NAbstract:AB

Accepted by the ScientificBoard:ASBDefended on:DEThesis defend board:DBPresident:Member:

Member:

none

"Ice Ages Problem" is exploring astronomical influences onclimate of Earth. This work describes insolation, variableactivity of the Sun, changes of the orbital characteristics ofEarth, and ice ages record in distant past.

dr Darko Kapor, proffesor at Faculty of Sciences in Novi Saddr Slobodan Markovic, associated proffesor at Faculty ofSciences in Novi Saddr Imre Gut, associated proffesor at Faculty of Sciences inNovi Sad - supervisor

66