MnaNKovITCH' ISTTDSTEoRT. DnN ASTRoNoMTsKE TEoRr FoR KLIMAVARIASJONER. Isrroslrysrsnrnr. JaN MaNcEnuo

Transkript

1 20 MnaNKovITCH' ISTTDSTEoRT DnN ASTRoNoMTsKE TEoRr FoR KLIMAVARIASJONER JaN MaNcEnuo Der mit Beriicksichtigung des verlnderlichen Reflexionsvermcigens der Erde berechnete vorzeitliche Gang der Erdbestrahlung reicht, wie die vorstehenden ZallJen beweisen, vollkomrnen aus, um auch die grcissten klimatischen Ereignisse des Quartdrs in ihrem vollen (Jmfang zu erkllren und ihre ljrsachen klarzulegen (Milankovitch 1941:616). De beregninger som er gitt foran viser at variasjonene i solinnstriling tiljorda er tilstrekkelig til i forklare de storste klimatiske begivenhetene i kvartrrtiden, nir en ogsi tar hensyn til atjordens refleksjonsevne forandres. Den tunge setningen over, som altsi refererer til de forutgiende 615 sider i Milankovitchs monumentale bok, som for en stor grad bestir av matematiske beregninger, er det eneste stedjeg har funnet at han kort har formulert sin teori. Med de storste klimatiske begivenhetene mener han istidene. De beregninger Milankovitch henviser til, er hvordan jordas stilling forandrer seg i forhold til sola, og hvilke forandringer dette gir i varmestrilingen til jorda. Dette inkluderer flere geometriske forhold som forklares under: Jordbanens form (eksentrisitet), jordaksens skristilling og til hvilken irstid jorda er n&rmest sola fiordaksens og jordbanens presesjon). Dertil forandrer jordas refleksjonsevne seg, fordi nir det er mer sns, reflekteres mer av solstrilingen. Med disse faktorer mener han i forklare irsakene til istidene. Forandringene i jordas stilling i forhold til sola er forirsaket av tyngdekraften mellom de forskjellige planeter og miner i solsystemet, og det var dette Milankovitch beregnet matematisk - pi en imponerende presis mite tatt i betraktning at han gjorde alt for hind. Isrroslrysrsnrnr Pi begynnelsen av 1800-ta11et fant forskere ut at breene i Alpene og i Skandinavia en gang hadde v rt mye storre enn de er ni. I dag vet vi at breer under istidene dekket hele Skandinavia, det meste av Storbritannia, mye av Russland, og de strakte seg sorover til Nederland og nesten til Svartehavet (Svendsen et al. 2004), foruten at Alpene og andre f ellkjeder var dekket. Den aller srorste innlandsisen dekket hele Canada og USA ned til New York og Kansas-Nebraska.

2 ljnder siste istid skapte kunstnere de fineste hulemalerier av reinsdyr, mammut og bjarni Frankrike og Spania, sar for isdekket, og de laget kvinnefigurer i keramikk og elfenben i Ost-Europa. Til Norge fulgte mennesket iskanten, og innvandret farst da breen trakk seg tilbake for om lag ir siden. Istidene, for en fant snart ut at det var flere, var et vitenskapeiig faktum. De var dertil si n re oss i tid at de hadde pivirket menneskets historie. Istidene, og de varme mellomistidene, fascinerte derfor ikke bare geologer og klimatologer, men ogsi arkeologer og humanister, botanikere og zoologer, og selr,{olgelig mange amatarer og vanlige nysgjerrige mennesker. Sporsmilet ornhuoforkom derfor snart opp, og hypotesene var mange. Arsaken til istidene forble imidlertid et ulost mysterium helt opp i vire dager. Selv da jeg var student og ung forsker i 1,960- og 70-irene, lrrte vi fra ledende internasjonale forskere og lrreboker at irsakene var ukjente. Alle eksisterende teorier, inklusive Milankovitch', ble forkastet. Det var en fantastisk situasjon: Vi visste at jorda hadde enorme klimavariasjoner, som gjorde at breer nylig hadde dekket nesten hele kontinenter i Nord-Europa og Nord-Amerika, inklusive hele virt eget land, men vi ante ikke hvorfor. Som jeg skal komme tilbake til under avsnittet <Generalitet og testbarhet>, omtaler jeg Milankovitchs' bidrag som en teori - ikke en lov - slik dette begrepet blir brukt i naturvitenskapelig sprik. BaxcnuuN Allerede i 1842 publiserte franskmannen Adh6mar en bok hvor han foreslo at istidene var forirsaket av astronomiske variasjoner. Han var pi sporet, men betraktet bare 6n av de variable, nemlig presesjonen. Det neste store fremskritt ble gjort av skottenjames Croll, som i 1864 beregnet variasjoner i jordbanens eksentrisitet og pipekte betydningen av kombinasjonen av presesjon og eksentrisitet. Det er interessant i merke seg at selv om Croll var sikker pi at disse variasjonene forirsaket klimaendringer pi jorda, si pipekte han at disse ville vare for smi til 5 gi istider. Dette har vrrt hovedinnvendingen mot den astronomiske teori helt opp til vire dager, ogsi mot Milankovitch' versjon. Crolls teori ble altse forkastet som irsak til istidene, bide av teoretiske grunner og fordi den forutsa at siste istid sluttet for ir siden, mens observasjoner tydet pe at den sluttet for omkring ir siden. Det er derfor naturlig at Milutin Milankovitch regnes som grunnleggeren av den moderne astronomiske teori. Milutin Milankovitch ble fsdt av serbiske foreldre 28. mai 1.879, i den lille byen Dalj ved Donau. Han tok i 1904 sin doktorgrad ved Den tekniske hoyskolen i Wien, og arbeidet deretter 5 ir som ingeniar i 'Wien. I7909 ble han utnevnt som professor i anvendt matematikk i Beograd. Dette kunne tilfredsstille bide hans onsker om i gare mer teoretisk arbeid, og i vende tilbake ti1 sitt hjemiand, selv om hans venner i Wien hadde vanskelig for i forsti at han ville reise til en slik utkant av verden. Milankovitch var ipenbart en visjoner forsker. Han satte seg det mil i uwikle en matematisk modell som kunne beskrive kli- 312 Tnonr oc METoDE r ceocrafr

3 maet bide pi jorda, Mars og Venus, i dag og i fortiden. Det skulle vise seg at selv med hans begavelse skulle dette tahan mer enn 30, til dels dramatiske, ir. I brst Balkankrigen ut, og Milankovitch ble innkalt i heren. Det ble imidlertid snart fred, og Milankovitch kunne fortsette sitt arbeid. Han forsro at den politiske situasjon var usikker, og bestemte seg for i publisere en del av beregningene etter hvert. Et av disse arbeidene ble publisert pi serbisk i 1914, men forble ukjent for den vitenskapelige verden i mange ia bide p.g.a. krigen og det spriket den var publisert pi. Allerede her hadde han imidlertid vist at variasjonene i eksentrisitet og presesjon etter hans mening var store nok til i forirsake istider. Ny krig og mer lidelser i Europa; fsrsre verdenskrig brot ut i Milankovitch ble snart tatt til fange av den osterrisk-ungarske her. Han ble fsrt som krigsfange til festningen ved Esseg. Fordi han var en slik begavet forsker, fikk han imidlertid snart bedre forhold. Julen 1974 ble han fart til Budapest, hvor han fikk arbeide med sine teorier ved Det ungarske vitenskapsakademi mot i melde seg for politiet en gang i uken. De fire irene i fangenskap brukte han til i utvikle de matematiske teorier for dagens klima pi jorda, Mars og Venus, som ble publisert som bok i Den bersmte tyske klimatolog Wladimir Koppen leste boken med stor interesse, og kontaktet Milankovitch. Dette utviklet seg til et langvarig samarbeide mellom disse to og Koppens svigersonn Alfred'W'egener (som grunnla teorien om kontinentaldrift). Dette samarbeidet mellom tre fremragende forskere i klimatologi, geologi og anvendt matematikk fikk stor betydning for alle tre, og ikke minst la det grunnlaget for Milankovitch' videreuwikling av istidsteorien. Det var f.eks. Kcippen som ledet Milankovitch inn pi tanken at sommertemperaturen er mye viktigere enn vintertemperaturen for vekst av breer, og det var Kcippen og'wegener som kjente de empiriske data for istider og naturlige klimavariasjoner bakover i tid. Pi slutten av r93}-fuene arbeidet Milankovitch med en stor sammenfatning av sine teorier, tidligere publisert i mer enn 70 avhandlinger. Igien skulle krig i Europa gripe inn i hans liv. Boken, skrevet pi tysk, var i trykken i Beograd da tyskerne masjerte inn i Jugoslavia 6. aprtl Tiykkeriet ble odelagt, og de siste sidene mitte trykkes pi nytt. Boken (Milankovitch 1941) gir hans endelige utforming av teorien. Milankovitch forsto selv betydningen av sitt arbeid; han forteller at da han var ferdig, sa han til sin sonn (Milankovic 1995:138): You know, once you catch the big fish you cannot be bothered with small ones. For almost thirry years I worked on my theory of Solar Radiation, and now it has been finished and printed I feel too old to start anything new. Theories of that magnitude do not grow on trees. Milankovitch dsde 12. desember MrraNrovrtctt' ts:ttos lrclrl

4 FonruanrsnmNc oc PRESISERTNG Jeg har allerede nevnt at kjernen i teorien er at det er variasjoner ijordas bane og stilling i forhold til sola som forirsaker klimaendringene. I dette kapitlet skal j.g pi en enkel mite beskrive disse variasjonene. Variasjonene har nesten faste perioder, og for enkelhets skyld kaller jeg dem i det folgende for sykliske, selv om det altsl er en forenkling. Milankovitch inkluderte ogsi en forsterkningsmekanisme i klimasystemet i sin teori, som jeg omtaler til slutt i dette kapitlet. Eksentrisitet (j ordbanens form) Jordbanen er en ellipse, men denne formen varierer over tid fra nesten en sirkel til en noe mer flatklemt ellipse, se fig.rr Variasjonenfalger sykler pi er og ir, se fi.gur Dette gir en fors$ell i solinnstrilingen til jorda pi mindre enn 0,1 %o, noe som n&rmest er neglisjerbart. Det er verdt i merke seg at dette er den eneste forskjell i totalinnstrnlingen til atmosferen som er inkludert i hele teorien. Drivkraften til istider/mellomistider er derfor ikke forandringer i den totale varmestrilingenjorda mottar fra sola, men bare en omfordeling av innstriling mellom irstider og mellom breddegrader, som omtales under. De dramatiske klimaendringene mellom istider og mellomistider skjer altsi pi ffoss av at den irlige varmeinnstr5lingen til toppen av jordas atrnosfere er n r konstant. Frcun zo. r JonorNs BANE ER EN ELLrpsE, MEN DEN VARTERER FRA NESTEN EN srrkxl oc rrl- EN NoE MER FLATKLEMT ETTPSB. PA TEGNINGEN HER ER FLAIKLEMMINGEN STERKT OVERDREVET. 3r4 Tronr oc METoDE r ceocrafi

5 Den siste million ir har de storste utslag mellom istider og mellomistider fulgt denne 100 O00-irsrytmen, men det er fremdeles er mysterium hvorfor, da denne syklus gir meget smi variasjoner i innstriling. Gir vi enda lenger tilbake i tid, forsvinner betydningen av denne syklusen. Jordaksens uinkel til jordbanen Jordas akse stir pi skri i forhold til jordbanen, se figur Det er dette som gsar at vi har irstider, et vel(ent fenomen for oss nordmenn: Ved vintersolhverv (21. desember) peker nordpolen mest bort fra sola, og vi flr morke og kalde dager. Den lave solinnstrilingen gir oss kalde vintre pi hoye breddegrader. Vi ser fram til juni, da nordpolen peker mot sola og gir oss sommervarme og lyse netter. Hvis jordaksen hadde stitt rett, ville det ikke vert Srstider, og det ville vart kaldt iret rundt pihoye breddegrader. VBrjevndogn 21, mars 231/zo Hostjevndogn 23, september Frcun zo.z EN sxrsse som viser BETvDNINGEN AV Ar JoRDENs arse sran pa srna r FoRHoLD TrL JoRDBANEN: NonoporEN IEKER BoRT FRA solen r IERToDEN MELLoM H@sTJEVND@cN oc van;rvn- DocN, MEsr ved vrntersolvenv. DrrrE GrR vinter pa oen t.lonorrce rral'v.kule. Vno ;EvNooc- NENE ER DAG oc NATT LIKI LANGE, MENS r sollnrnrrarvanrr ran vr LENGRE oc DERVED yarmere oacen. I PERIoDER DA JoRDAKSEN stan n,tnn pa stna, BLIR FoRSKJELLEN MELLoM AnsTToENE sr@rre, MENS RETTERE JoRDAKsE GrR MTNDRE Ansrrosronsrlrtrnn. Skriningen pi jordaksen er imidlertid ikke konstant, den forandrer seg med en periodisitet pi ir (figur 20.5). I dag er den23,50, og gir derved en sydgrense for midnattsol, altsi polarsirkelen, pi 66,5oN. Vinkelen varierer mellom 22,1 og 24,50. Hva dette beryr for polarsirkelen i Nordland, er forklart pi figur Rent kvalitativt er det lett i forsti betydningen for klimaet nir jordaksen forandrer skriningsvinkel: Stsrre skrining pi aksen gar at sola pi vire breddegrader stir enda hoyere pi himmelen om sonrneren, og sonuneren blir varmere. Samtidig blir vinteren msrkere og kaldere. Det blir altsi stsrre forskjell mellom MrraNrovrrcu' rsrrosrronr 3r5

6 Srstidene, srrlig pi hoye breddegrader. utslaget er likt pi nordlige og sydlige halvkule: Stsrre skrining gir varme somre og kalde vintre pi begge halvkuler. En storre skrining pi aksen oker ogsi den totale innstriling pihaye i forhold til lave breddegrader. Dette er enklest i forsti hvis en teoretisk tenker seg en vertikal jordakse: Da ville sola alltid sti rett over ekvator, og polene ikke fi noe innstriling ,90N 67.90N ,50N 65,50N Frcun zo.3 Er xaar som vrser HVoRDAN SYDGRENSEN FoR MrDNArrsoL, ALTSA PoLARSTRKELEN, FoRFLvTTER seg MED ENDRTNG r JoRDAKSENS srnanrnc. I oac can IoLARSTRKELEN ovrn Sarrr;rr- LET, MEN BEVEGER seg NoRDovER MED EN TTASTTGHET e t 4,4I\l ren An, sa poralssrnxrlsr@tta BURDE EGENTLTc sra pa HJUL oc skyves sakte NoRDovER. On 6ooo An tla nn Nono rr Booo ron A se MIDNATTSoLA, MENS DE I STEINALDEREN IIADDE DEN MYE LENGER S@R ENN VI TIAR I DAG. DEr sxvcceracre FELTET viser GRENSENE FoR MIDNArrsor NAn IoRDAKSEN ER RETTEST oc NAn oen sran ursr pa srna. 3r6 Tnonr oc METoDE r ceocrafr

7 Denne 41 0O0-irsrytmen dominerte i klimasystemet i tiden for mer enn en million ir siden, men har fortsatt i ha betydningfram til i dag, selv om hovedrytmen for istidene ni fulgte 100 O0O-Srssyklusen. Presesjon Den tredje og siste variabelen i jordas stilling i forhold til sola kalles presesjon, og er vanskeligst i se for seg geometrisk. Hvis en flr god fat pi en snurrebass ser en at aksen stir ganske stille og peker pi et punkt i taket. Etter hvert som farten avtar, begynner imidlertid aksen i svinge i store sirkler, og peker mot forskjellige steder i taket, far snurrebassen til slutt faller. Jorda er som en snurrebass som roterer om sin egen akse ilapet av et dogn. Samtidig svinger aksen sakte rundt pi samne mite som omtalt for snurrebassen. Aksen (nordpolen) vil derfor ikke alltid peke mot polstjernen i <himmekakeil, slik den gar i dag. Dette faret til at vintersolhverv (21. desember) vil forflytte seg rundt jordbanen. Tilsvarende gjelder selvfolgelig ogsi for sommersolhverv og vir- og hostjevndogn. Kort sagt vil irstidene forflytte seg sakte rundt jordbanen, og siden jordbanen ikke er helt rund, betyr det at avstanden til sola vil endre seg. Figar20.4 viser at jorda i dag er nar sola ved vintersolhverv; aller n&rmest er vi 3. januar. Dette gir oss pi den nordlige halvkule forholdsvis milde vintre og kjolige somre. Pi den sydlige halvkule er det motsatt; de har jo sommer i januar nirjorda er narmest sola. Som omtalt over er det skriningen pi aksen som gir irstider. virkningen av presesjonen kan beskrives som en modifisering av irstidene: I dag forsterkes i"rstidene pi den sydlige halvkule, fordi jorda er n rmest sola under deres sommer, og lengst unna under deres vinter. Pi den nordlige halvkule svekkes irstidene i dag, fordi vi er nrrmest sola om vinteren. For ir siden var det motsatt (figor 20.4c), da var jorda n rmest sola under sommeren pi den nordlige halvkule og vi fikk varmere somre og kaldere vintre. Presesjonen varierer med frekvenser pi og ir (eller i glennomsnitt ca oo ir), og vi har allerede sett at virkningen er motsatt pi de to halvkuler. Denne faktor har storst direkte betydning pi lavere breddegrader. Det er ogsi lett i innse at dens klimatiske betydning avhenger av den fsrste faktor som ble beskrevet: Hvis jordbanen er en sirkel, vil jorda ha samme avstand til sola hele iret, og det spiller ingen rolle hvor pi jordbanen vinter og sorrner faller. Jo mer elliptisk banen er, jo mer betyr presesjonen. presesjonen er viktig for monsunvindsystemene, og den ses som svingninger i det globale bre-volum gjennom istidene. MrraNrovrrcn' rsrldsrnont

8 a) Presesjon eller svingning av aksen lordens akse c) o Posisjon forjorda 21, desember OSola 22, sept, 21, juni sepr. b) Presesjon av ellipsen 20, mars Frcun zo.4 Frcur c) vrser HvoRDAN AnsttonNr vandrer RUNDT r JoRDBANEN. I oac nn DET somt6n pa orn N6RDLT6E nalvkule, MEN5 J9RDA ER LENG5T unna sola. Fon rr ooo An srorn otnrmor FALT NoRDLrc I{AvKULES sommer pa orr sreo I JoRDBANEN HvoR JoRDA gn N,cn-nrrst sorn, oc somrxne var DERFoR varmere. PA oen s@rlige rral'v'kul ER DET MorsATT; DE IrAR Jo som- MER I DESEMBER_JANUAR, MENS JORDA I DAG ER N,ER SOLA. AnsaxrNr rn at AnstroENE FoRFLvTTER seg, ER vist I FIGURENE a) oc b). Frcun b) viser AT JoR- DAS AKSE SvINGER SAKTE RUNDT slik AI DEN I L@PET AV Z7 OOO AN HAR TEGNET EN FULL SIRKEL I (HTMMELTAKET). Drrrs KALLEs presesjon Av AKSEN. HvrrrrN ver AKSEN PEKER I HTMMELRoMMET, BESTEMMER nvon AnsrrorNg rauen pa JoRDBANEN, FoRDr vr ALLTID rrar vtntrn NAr AKsEN PEKIR BORT FRA SOra. FrCUn c) VISrn ar AnSrrorxn yandrer HELE JORDBANEN RUNDT pa ranp Ca. Zr OOO Ar, OG IKKE z7 OOO At SOMJORDAKSEN ran pa A SVINGE EN HEL RUNDE. GnuXNrN TIL DEN KoRTERE TID ER Ar ocsa nnu JoRDBANEN DRETE RTTNDT (rrcun b)), oc r MorsATT RxrNrNG Av J6RDAK5ENS svtngning. Dnnwo KoMMER rn Arsrro TILBAKE TrL samme sruo pa JoRDBANEN F@R JoRDAs AKSE rrar GJoRT EN HEL RUNDE. Basrnr pa IMrRTE oc Irvrnnlt (1979)' F ors terkningsmekanismer i klimasy stemet Milankovitch forsto at faktorene som er beskrevet over, i seg selv ikke var sterke nok til i gi istider. Det mitte finnes forsterkningsmekanismer i jordas klimasystem. Noe forenklet kan vi si at han baserte dette trinnet i sin istidstolkning pi to forhold: 1) Hvit sno reflekterer nesten all solstriling (i faglitteraturen kalles refleksjonsevnen for albedo; snoen har altsihoy albedo), i motsetning til mork, bar mark som tar opp det meste av varmen. Hvis vi flr en kald vir, si blir snsen liggende lenger. Da reflekteres mer av solstrilingen, og det blir enda kaldere. Denne mekanismen var identifisert allerede av Croll, men Milankovitch var den 3r8 Tnonr oc METoDE r ceocrafi

9 forste som beregnet effekten kvantitativt. 2) Isbreer har i prinsippet et enkelt budsjett: Hvis det snor mer om vinteren enn det smelter om sofirneren, si vokser de. Hvis det smelter mer enn det snor, si minker de. Inspirert av Kcippen, antok Milankovitch at sornmertemperaturen var viktigst, fordi det pi hoye breddegrader, eller hoyt ti1 f ells, alltid var kaldt nok om vinteren til at nedboren kom som sno. Hvis derimot sommerhalviret ble kaldere, si ville mindre sno smelte, og dessuten ville det sno lenger utover viren og starte i sno tidligere om hosten. Han beregnet derfor kurver for somrnertemperaturen pi 55-65oN, de breddegrader hvor de store innlands-iser vokste i Nord-Amerika og Nord-Europa. Disse kurvene ble si benyttet til i sammenligne med feltobservasjoner om breenes variasjoner, idet han antok at perioder med kalde somre svarte tir istider. GnNEnaurET oc urprovrnc. KRrrrKK Foran har jeg nevnt at Milankovich'teori ikke er en'lov'. I naturvitenskap er det bare de helt fundamentale sammenhenger som kalles lover. Milankovich brukte ftsiske og matematiske lover til i uwikle en komplisert teori om klimavariasjoner. Dette har istids-teorien til Glles med en rekke andre teorier som f.eks. vrrvarsling og nordlys-vekslinger som er beskrevet andre steder i denne boken (Kapittel22). <Klima> er ikke bare en beskrivelse av de noen av viktigste ftsiske forhold pi jorda, som temperatur, nedbar og vind. Klimaet styrer ogsi storstilte prosesser og fordelingsmonstre som breer, elver, orkener, havstrommer, planter, dyr og mennesker. En teori som beskriver og tolker noen av de storste klimaendringer i jordas historie har derfor stor generell interesse for ner sagt alle forhold pi jorda, bide naturmessige og kulturelle. Milankovitch presenterte deler av teorien i flere artikler etter hvert som arbeidet skred fram. I en forelopig form ble den allment kjent gjennom en autoritativ larebok i paleoklimatologi av Koppen og'wegener i 1,924, sorr_ begge stottet teorien. Sin endelige form fikk den i Milankovitch' bokfra 1"941. I Europa ble Milankovitch' istidsteori akseptert av de fleste, men slettes ikke alle geologer fram mot En hovedgrunn var nok at en kjente (minst) fire istider i Alpene, og disse lot seg passe inn i Milankovitch' skjema, selv om jeg vil presisere at en ikke hadde dateringsmetoder som virkelig tillot en slik test. I tillegg til Koppen og'wegeners lrreboker, kan srrlig nevnes lerebsker av F,E. Zeuner fra London, som kom i 1946 og1959. Det synes som forskere i usa hele tiden var langt mer skeptiske, og fl eller ingen ledende klimatologer eller geologer der aksepterte teorien. Etter hvert bredte skepsisen seg ogsi til Europa. Dette skyldes antakelig to forhold. For det forste kom det sterke faglige innvendinger mot teorien, for det andre ble amerikansk naturvitenskapelig forskning mer og mer ledende internasjonalt i irene etter annen verdenskrig, slik at det dominerende syn der ogsri spredte seg til Europa. Den internasjonalt helt dominerende hrebok om istider fra 1947 og langt inn i 1980-irene var skrevet av amerikaneren Richard Foster Flint og kom i tre utgaver. Jeg skal her kort referere noen punkter fra siste utgave (Flint 197 1), fordi de trolig er representative for mange forskere pi den tid. MrraNrovrtcn' rsrros le onr 3r9

10 E l-- /.9-39 :9U.02 Sirkel 0 E 6! o.=46 F pe oo6- tr Sept. luni lvlars Des, T ' /it l:l: ili il i :l i TI li Ii lili :f i Watt prtt 550 Ei< c Ar for n:tid Frcun zo.5 DracnauuEn som VISER HVoRDAN DE omtat-te FAr(TORER rrar VARIERT DE srsre 5oo ooo An. DracnallrurENn ER BASERT pa srnncntncen av Ar'Ionf BEncnn, MEN HER omarbeidet Errrn CovEv (1984). DTAGRAMMET vrser JoRDBANENS FoRM. Vr srn ont ER (ToPPER)(nrrarlvr sett MER FLATKLEMT lononane) Av F9RSKJELLIc H@vDE MED ca. roo ooo An l,lnnou nwn topp. DEnrr ser vr AT r DAG oc FoR om LAG 4oo ooo An srorn var JoRDBANEN MER SIRKELFoRMET ENN r HELE DET MELLoMLTccENDE rntervaltrr. DErrn ER DEN srsre 4oo ooo-anssvxrus. JonoarsnNs sxnantnc ER Grrr som vtnkelen MELLoM AKSEN oc EN VERTTKAL rrn;e. Vr snn ar ytnktlen r DAc ER 23,J oc AT DEN FoR TIDEN AvrAr:Jonoer.r rr I FERD,raeo A Rtrre seg opb se FrcuR DEr En 4r ooo An neuon,r HvER ToPP. Fon nnrsgsyonen ER DET HER FREMSTTLT HVTLKEN DAro JoRDA ER N,tERMEsr sora, arrsa otr punrr pa JoRDBANEN som KALLES perrhelron. I orc rn IERIHELIoN 3. JANUAR, MENs vi rrar vinren pa oen N6RDLT6E TTALVKULE, MEN vi ser oen sn pa vei urover uor vannn oc SOMMEREN. DnNNr <rurvnn) ER TEGNET slrk Ar DEN starter ved HosrJEvND@cN (snrrrumn) NEot oc can 6JENNOM AnEr pa SrnA OppOvgn MOT H@YRE. NAn onw KOMMER TIL H@STJEVNDOCN OllE, SA starter orn pa xrrr NEoE. Hvrs Ew rrlant HvoR LANG TID DET ER MELLoM HVER GANG PERIHE- LrON ER r F.EKS. SEITEMBER, SER EN AT DET ER CA. 23 OOO An ob SISTE Ioo ooo An, MENS DET BARE ER ca. 19 ooo An ron omkrinc 4oo ooo AR storl. DEN NsonnsrE KrtRvEN vrser HvoRDAN sounnsrnarrngen r JULr rrar VARIERT (la rollen av arl,losr,enrn) pa vane BREDDEGnADER som EN F@LGE AV ALLE FAKToRENE. Vr ser Ar MAKSTMALUT- SLAGET ER ca. 106 WATT per M', ELLER Ca,. zo o/o. SA SnrV Ou AnrrC rnnsrnarrne TIL HELE JORDA ER KoNsrANl sa er oprronoertncrl pa BRTDDEcRADuR oc Ansnotn BETYDELIc. Tnonr oc METoDE r ceocrafi

11 Flint forkastet Milankovitch' teori og siterer at den er sterkt kritisert av bride astronomer, klimatologer og geologer: 1) Teorien behandler atmosfrren som homogen og uten bevegelse. All refleksjon av striling antas i vr,re fra den faste jordoverflaten. Jordoverflaten betraktes som i vare uten hav, og bare sorrnertemperaturen regnes som en eftektiv faktor for akkumulasjon av sns. Den kumulative effekt av disse forenklinger er trolig berydelig for beregningene. 2) Milankovitch' beregnete endringer i temperaturene er for smi, selv ved 65oN, i forhold til det vi vet om istidens klima. Han refererer ogsi en meteorolog som sier at endringene dertil ville bli mindre enn beregnet, fordi Milankovitch ikke hadde tatt hensyn til den utjevnende effekt av atmosfrrisk sirkulasjon. 3) Teorien gir noe varmere klima omkring ekvator under istidene, mens observasjoner viser at det var storre breer pi fiellene ner ekvator birde Afrika og Sor-Amerika. 4) Teorien krever at klimavekslingene til dels er i morsatt fase pi de to halvkuler (se omtale av presesjon over), mens dette ikke stottes av observasjoner. Flint sier at de geometriske variasjoner avjordas stilling i forhold til sola selvfalgelig er riktige, men han mener altsi at de gir for smi pivirkninger til i bery noe for istider. I en annen sammenheng sier han at hvis de har spilt noen rolle for klimaendringer, si mi det heller ha vart som en utlosende mekanisme enn som den eneste irsak - og her brente tampen. Euprm Egentlig bsr vi dele den astronomiske klimateorien i to delet Denforste delen er de omtalte variasjoner i jordbanen og hva de betyr for strilingen pd to2tpen au atmosferen. Dette beregnet Milankovitch godt, men det er ni med datamaskiner beregnet med mye starre noyaktighet (Berger and Loutre, 199r). Denne delen ansees i praksis som lost og ukontroversiell. Den andre delen av teorien behandler det som skjer i jordas klimasystem, og uten disse prosessene hadde vi ikke fltt noen istider. Milankovitch identifiserte en viktig forsterkningsmekanisme (albedo), men dette ble for enkelt. Det viser seg at det her er snakk om dynamikken i hele det store klimasystemet som involverer en serie vekselvirkninger mellom atmosferen, havet, vegetasjonen pi land og isbreene som delvis forsterker og delvis svekker amplitudene i klimasvingningene. og ikke minst er det snakk om terskelverdier; selv om det astronomiske pidrivet forandrer seg jevnt, si viser det seg at klimaet ofte forandrer seg i raske sprang. I denne delen av teorien er det enda mye ulost, og dette er forhold det forskes videre pi. Her er det ikke plass til i diskutere derte videre, men en god innforing er gitt i en lrrebok om klima (Ruddiman 2001). Ellers regnes to bsker fra et symposium i New York som standardbokene for et al. 1984). De fleste regner at gjennombruddet for teorien kom i 1976, med artikkelen <variations in the Earth's orbit: Pacemaker of the Ice ages> (Hays et al ). pa en mite kan vi si de hoppet over detjeg ovenfor har kalt andre del av reorien. Det de viste, var at klimavariasjonene under istidene hadde fulgt periodene for Mrraxxovrrcu' rsrrdsrnonl 321

12 jordbanens variasjoner ( , og ir, beskrevet over). Testen pi teorien varjo nettopp i se om Milankovitch' <rytmer> stemte med det observerte forlopet av istidene. Problemet for geologene i mange irtier var at de ikke kunne anvende en slik test fordi istidsavsetningene pi kontinentene er si fragmentariske, og de manglet metoder til i datere avsetningene presist nok. D- -> AA Damp anriket p! t6g Hav : t --:'--:' '-' -'-'--:-: Z/l : t/////l --i:-i--:-i--i--:--:-:---:-:t///////t -=t-:-:.-:..--_--:.:-_-:t--. Kontinent Ja'-l Innlandsis anriket p3 160 Frcun zo.6 Ovnnsr vlses skjemattsk DAGENS rrydror.ocrske KRETSL@I. NErnnstn FrcuR vrser AT KRETSLOPET BRYTES UNDER ISTIDENE VED AT AlT VANNET DA IKKE RENNER TILBAKE TIL IIAI'ET. DErrr rontn rtt at navnwaet under srsre rsrrds MAKSTMUM var MER ENN r2o M ravere ENN I oac. Nnos@nnN pa snnnnn ER ANRTKET la '60, Nor som F@RER TrL Ar HAVET under ISTIDENE RE- LArIvr SETT asnrxrs pa '8O- Flere, til dels uavhengige, forskningsresultater la grunnlaget for giennombruddet. SvenskenB. Kullenbergutviklet i1.947 enteknikk foritalangeborekjernergiennom avsetningene pi burmen av dyphavene, hvor det avsettes partikler meget sakte og med ner konstant hastighet. Slike borekjerner gir derfor mulighet til 5 beskrive klimauwiklingen i lange kontinuerlige tidsserier, i motsetrring til de usammenhengende istidsavsetningene pi land. I borekjernene kan en datere serskilte nivier og derved etablere en absolutt ridsskala. Den viktigste parameteren for testen av Milankovitch-teorien er i dag sammensetningen av oksygen-isotoper i Tgonr oc METoDE r ceocrafr

13 smi dyr med kalkskall (foraminigrer) i borkjernene, fordi isotop-sammenserningen tilnermet simulerer volumet av breer pi jorda (figor20.6 og20.7). Vi skal derfor kort omtale denne prosessen. +Mye is tt0 Lite is + L o) E 400, , m 0 Tilsvarende havnivl Ftcun zo.7 KunvEN viser vartasjonen r oksycenlsoroper I TTAVET DE slsre 8oo ooo An, oc DERVED TILN,TERMET volumet AV ISBREER ra;onoa oc LTKELEDEs clobalt navnrva (NEonnsrn srara). SraraEN ER HvoR MYE 'oo TNNHoLDET AVvTKER FRA GJENNoMsNrrrrr. Vr ser AV KURVEN AT DET I DAG ER LITE TSSNETN PA JORDA, MEN DET VAR ET MAKSIMUM FOR 20 OOO AN STITN OA BREEN over SxaNorNlvra RAKK NED rrr TVsruaNo oc MyE av Nont-AlanRIKA var DEKKET AV EN snn. Morrrrspnr Errrn Iurnrr (1985). Vann bestir av grunnstoffene hydrogen (H) og oksygen (O). Alle oksygenatomene er imidlertid ikke helt like, de har litt forskjellig masse og kalles da isotoper. Den vanligste isotopen er t6o og den utgsar 99,8 % av alt oksygen pi jorda. MrraNrovrtcn' rsrlostnonr

14 Likevel kan vi utnytte forholdet mellom denne og den tyngre isotopen t8o. Net vann fordamper, si fordamper det mer 160 etttt tuo, og den lette isotopen anrikes derfor i skyer (figur 20.6). Nir det begynner i regne fra skyen, er det forste regnet anriket pe tto, og derved sker konsentrasjonen pe tuo i skyen ytterligere. Nedbor som faller langt inne pi kontinentene, eller hoyt oppe pi isbreene, har derfor betydelig mer 16C i forhold til 18O enn hawannet. Si lenge det er et sluttet kretslop, slik som i dag, renner vannet tilbake med elvene, og det blir en likevekt hvor hal'vannet {er et konstant forhold mellom oksygenisotopene (figar 20.6, overst). ljnder istidene ble imidlertid mye av vannet bundet i store breer pi land. Under siste istid ble si mye is liggende pi land at havet sank mer enn 120 m i forhold til dagens havnivi. Det viktige i denne sammenheng, er at det vannet som ble liggende pi land var anriket pe tuq og derved ble det gienvrrende hav-vannet anriket pe tuo. Foraminiferer som lever i havet, tar oksygen til sine ska1l fra vannet, og skallene registrerer derved isotopsammensetningen i havet. Nir dyrene dor, synker skallene til bunns og blir en del av sedimentene. Dette fsrer til at vi kan studere sarunensetningen av oksygenisotoper nedover i borekjerner fra dyphavet og derved tusener og millioner av ir bakover i tid, og fra dette utlede hvor mye is det li pi kontinentene til ulike tider (fig:l. 20'7). ' Nir en ser kurver som figur 20.7, er det ikke lett 5 se noe monster. Ved hjelp av en matematisk metode som kalles Fourier-analyse, kan imidlertid slike kompliserte kurver loses opp i flere enkle svingende kurver (sinuskurver) med forskjellig lengde p5' periodene. Slik analyse er giort med kurven i figur 20-7, og resultatet er vist pi figur 20.8 som det vi kaller en spektralkurye. Denne viser at isotopkurven i figur 20.7 kanloses opp i flere kurver, hvorav en med periodisitet pi r forirsaker de storste utslag i volum av breer pijorda (pi figuren kalt klima-amplitude). Andre topper viser perioder pi 41' 000, og ir. Vi ser at volumet av jordas breer svinger med de samme perioder som beskrevet over for jordas stilling i forhold til sola. Dette er det viktigste <bevis> for at klimasvingningene som gir istider/mbllomistider, drives av endringene i jordbanen og jordas stilling, og altsi at den astronomiske teori for klimaendringer er riktig. Jeg vil imidlertid fremheve at dette bare er en demonstrasjon av at antatt irsak og virkning varierer med de salrune frekvenser. Det forklarer ikke prosessene som gjor at Srsak leder til virkning; det som jeg over har kalt andre del av klimateorien. Likevel er det fl, om noen, som i dag er i wil om det er <Milankovitch-faktorene) som besternmer rytmen i istidene. ljtfordringen ni er en full dynamisk forstielse, noe som ogsi vil bli til stor hjelp nir fremtidens menneskepivirkete Kima skal varsles. Istidene i Norge Kan vi spore <Milankovitch-syklene> i istidshistorien i Norge? Pi land er de fleste avsetninger etter eldre istider erodert bort av breen under siste istid, si her har vi ingen mulighet til i studere mange istider bakover. Men nir breene var store nok til i ni kysten, si kalvet det av store isfell som drev ut i Norskehavet. Is som hadde vart ved bunnen av breen, hadde innefrosset sand og grus som sank til Tronl oc METoDE I GEocRAFI

15 bunns etter hvert som isf ellene smeltet. Slik isf ell-droppet sand har en f.eks. talt i nesten 300 m dype borekjerner frayaringpiatlet og fant da at breer periodevis har kalvet i Norskehavet minsr 5,5 millioner ir bakover i tid ( ansen og Sjoholm 1'991). Begrensningen med denne metoden er at det er vanskelig i rekonstruere hvor breene var, til og med i skille om isf ellene kom fra Granland eller Norge. I en annen kjerne fra Norskehavet har en analysert frekvensen av is-droppet sand 3,5 millioner ir bakover i tid flansen et al. 2000). Pi det meste er det flere tusen sandkorn per gram tort sediment, si en kan gjore robuste statistiske analyser av frekvensene. En antar at mengden av sandkorn viser omtrentlig mengde isf ell, og at dette igjen reflekterer hvor store breer som kalvet i Norskehavet. Jansen et al. fant at det var 41 00O-irssyklusen, altsi jordaksens skrining, som helt dominerte variasjonene i isdroppet sand i perioden fra 3,5 til 1 millioner ir siden. Deretter kom irs syklusen sterkt inn. Presesjons-syklusen, altsi ca ir, fant de nesten ikke. De vet ikke om dette siste skyldes svakheter ved deres metode, eller om presesjonen hadde liten innvirkning pi si hoye breddegrader. I o) o?_ -o- E (I' (o c : :< a V Lengde pe periode angitt i tusen 3r Frcun zo.8 EN sprrrnaxurve som ER FREMKoMMET ved ANALysE AV KURvEN r rrcun 2o.7. DrN VISER AT DE ST@RSTE VARIASJONENE I KLIMA, ELLER EGENTLIG VOLUM AV TNETN PA JORDA, KOMMER MED EN PERIODISITET PA roo OOO AN, OC Ar OCSA 4r OOO,23 OOO OG I9 OOO AN rn VIKTIGE PERI_ oonn. PorNeEr ER AT MYE Av varisjonen I rsvolum ra;onla F@LGER DE samme pert9der som BESKREVET FOR JORDAS STILLING I FORHOLD TIL SOLA. MOOrrrSEtr ErrIN IrrANNrr (1985) MrraNrovrrcrr' rsrrdsrnont

16 Gir vi tilbake til fastlands-norge, si er det klart at lengden pi siste istid, som i Nordvest-Europa kalles Weichsel, er bestemt av 100 O00-irssyklusen; Weichsel vafte fra ca. L til ir siden. Da breen var. pi det storste, for ca ir siden, li brekanten helt ytterst pi kontinentalsokkelen, og nede i Nord-Tyskland (Mangerud 2004). Forrige gang det var like varmt i Norge som det vi har hatt de siste irtusenegvar t Eem-mellomistiden som varte fra til ir siden (Mangerud et al. 1981). Men breen var ikke like stor glennom hele siste istid. Klimaet varierte, og derved breens stsrrelse. En har en funnet flere isfrie perioder (interstadialer) langs Vestlandskysten, og noen i hele Skandinavia. Dateringen av disse er fremdeles et problem, men det qmes klart at noen falger 21 OOO-irsrytmen (Mangerud 2004). Pi Svalbard ser det ut som 41 00O-irsrytmen har vrrt viktigere (Mangerud et al. 1998), noe som er naturlig fordi Svalbard ligger si mye lenger nord. De senere 5r har imidlertid internasjonal paleoklimaforskning fokusert enda mer pi store klimasvingninger, best beskrevet i borekjerner giennom Grsnlands innlandsis, som skjer over ti-ir til noen fl tusen ir, og som altsi er mye raskere og kortere enn Milankovitch-syklusene (Johnsen et al. 2001). Disse har helt sikkert pivirket istidens breer i Norge. (Jnder den siste av disse kalde periodene, nemlig yngre dryas som sluttet for ca ir siden, avsatte innlandsisen distinkte endemorener rundt hele landet; Raet ved Osloforden, Herdlamorenen pi Vestlandet, Thutramorenen i Trondelag og Tromso-Lyngen-morenene i Nord-Norge (Andersen et al. 1995). Igjen er det slik at borekjerner fra dyphavet utenfor Norge, gir bedre muligheter til i studere uwiklingen kontinuerlig i bakover tid, og her er det funnet at isfell-droppet sand fluktuerer i takt med disse raske klimaendringene de siste ir av siste istid (Dokken and Jansen 1.ggg). Vi antar ni ogsi ar den isfrie Alesund interstadial for ca ir siden representerer disse raske svingningene (Mangerud et al. 2003). Da var det rike fuglefell pi Sunnmore, og det er i Skjonghelleren og Hamnsundhelleren ogsi funnet bein av isbjorn, f ellrev og rein. Men alt liv ble utryddet under det etterfolgende breframststet. KoNruus;oN Milankovitch har gitt et fundamentalt bidrag nir det gjelder forstielsen av irsakene til istider og klimavariasjoner. Praktisk talt alt han giorde, er ni forbedret; vi har senere oppdaget en rekke faktorer som han ikke kjente til, og det er enda langt fram til en full dynamisk forstielse av klimasystemets respons. Men det stir fast at (rytmene> i istiden e falger variasj oner i j ordas stilling i forhold til sola, slik Milankovitch beregnet og forutsa, og det er generelt akseptert at disse variasjonene utglor (den ytre lrsak> til istidene. Senere har en funnet de samme rytmer i klimavariasjoner titalls- og hundretalls av millioner ir bakover i tid, men det meste av tiden ga de ikke istider. For at de skal gi istider, mi kontinentene og havomridene ha en konfigurasjon som forsterker amplituden i variasjonene, samtidig som det generelle jordklimaet er kjolig. 326 Tronr oc METoDE I ceocrafi

17 LrrrEnanun Andersen, B.G.,J.Mangerud, R. Sorensen, A. Reite, H. Sveian, M. Thoresen and B. Bergstrom 1995: <Younger Dryas ice-marginal deposits in Norway>. Quaternary International 28, 1, 47-1,69. Berger, A., J. Imbrie, J. Hays, G. Kukla and B. Saltzman 7984: Milankouitch and Climate: Understanding the Response to Astronomical Forcing. Parts I and 11, Reidel, D., Dordrecht. Berger, A. and M. Loutre 1991: <Insolation values for the climate of the last 10 million years>. Quaternary Science Reuiews 10, Covey, C. 1984: <The Earth's orbit and the ice ages>. Scientffic American, February Dokken, T. and E. Jansen 1999: <Rapid changes in the mechanism of ocean convection during the last glacial period>. Nature 401, Flint, Richard Foster 1971: Clacial and Quaternary Ceology,John Wiley and Sons, Inc., New York. Hays, J., J. Imbrie and NJ. Shackleton 1,976: <Yariations in the Earth's Orbit: Pacemaker of the Ice Ages>>. Science 194, Imbrie, J. 1985: <A theoretical framework for the Pleistocene ice ages>. Journal of the Ceological Society (London) 142, 41, Imbrie, John and Katherine Palmer Imbrie 1979: Ice ages, Harvard LJniversiry Press, Cambridge, Massachusetts. Jansen, 8., T. Fronval, F. Rack andj. Channel 2000: <Pliocene-Pleistocene ice rafting history and cycliciry in the Nordic Seas during the last 3.5 Myn. Paleoceanography 15, Jansen, E. andj. Sjoholm 1991: <Reconstruction of glaciation over the past 6 million years from ice-borne deposits in the Norwegian Sea>. Nature 349, Johnsen, S., D. Dahl-Jensen, N. Gundestrup,J. Steffensen, H. Clausen, H. Miller, V Masson-Delmotte, A. Sveinbjcirnsdottir andj. 'White 2001: <Oxygen isorope and palaeotemperature records from six Greenland ice-core stations: Camp Century, Dye-3, GRIB GISP2, Renland and NorthGRlP>.Journal of Quaternary Science 76, Mangerud, Jan 2004: <Ice sheet limits on Norway and the Norwegian continental shel$. I: Ehlers, J. and P Gibbard, Eds.: Quaternary Claciations - Extent and Chronology. Vol. 1 Europe, Elsevier, Amsterdam, Mangerud,J., T. Dokken, D. Hebbeln, B. Heggen, O. Ing6lfsson,J.Y. Landvik, V Mejdahl,J.I. Svendsen and T.O. Vorren 1998: <Fluctuations of the Svalbard- Barents Sea Ice Sheet during the last years>. Quaternary Science Reuiews 77, Mangerud, J., R. Lsvlie, S. Gulliksen, A.-K. Hufthammer, E. Larsen and V Valen, 2003: <Paleomagnetic correlations between Scandinavian Ice-Sheet flucruations and Greenland Dansgaard-Oeschger Events, 45,000-25,000 yrs B.P>. Quaternary Researh 59, Mangerud,J., E. Sonstegaard, H.-P. Sejrup and S. Haldorsen 1981: <A conrinuous Eemian-Ear\ Weichselian sequence containing pollen and marine fossils at Fjosanger, western Norway>. Boreas 10, B Milankovitch, Milutin 1.94L: Kanon der Erdbestrahlung und seine anwendung auf das Eiszeitenproblen. Koniglich Serbische Akademie, Beograd. MrraNrovrrcn'rsrrosrronr 72.7

18 Milankovitch, Milutin 1995: <Milutin Milankovi'c 1,879-1,958. From his autobiography with comrnents by his son Vasko Milankovitch and by Andr6 Berger>. Europ ean Ceophy sical Society, Katlenburg-Lindau, Germany. Ruddiman, William F.2001: Earth's climate - past andfuture, WH. Freeman, New York. Svendsen, J. et al. 2004: <Late Quaternary ice sheet history of Northern Eurasia>. Quaternary Science Reuiews 23, Sartrykk fra: Stein Ugelvik Larsen (red.) 2006: Teori og metode i geografi Fagbokforlaget, Bergen zz8 TEonr oc METoDE r ceocrafi