Ma már világos, hogy a jégkorszakok keletkezésének okait nem vezethetjük vissza csupán kozmikus hatásokra, hanem tisztázni kell a földi tényezőket, azok egymáshoz való viszonyát, kapcsolódását, és mindezeket egyetlen bonyolult rendszerbe foglalva (jég–óceán–atmoszféra modell) magyarázhatjuk meg az éghajlatváltozásokat. Ennek a rendszernek a részletes tárgyalása meghaladja e tankönyv céljait és kereteit, mégis szükséges néhány szóban vázolni azokat, hogy a csillagászati okokat megfelelően elhelyezhessük ismereteink körében.
A Föld hőmérsékletének időbeli alakulását nem csupán a Napból érkező hőmennyiség határozza meg, hanem az, hogy milyen a besugárzás–
kisugárzás viszonya. E viszonyt a légkör szabályozza. A Föld–légkör-rendszer sugárzás-egyenlegének mérését műholdakkal lehet elvégezni. A mérések tükrében a térítő menti leszálló légáramlások övének egyenlege nagy különbségeket mutat, aszerint, hogy óceánok vagy szárazföldek fölött történt az észlelés. Ezen a ponton kapcsolódik be a gondolatmenetbe a kontinensvándorlás ténye (lemeztektonika), mert a tengerek és a szárazföldek megoszlása befolyásolja a sugárzási egyenleget, vagyis a Föld átlaghőmérsékletét. Ha ugyanis a térítők mentén főképpen óceánok vannak, Földünk melegebb, ha viszont kontinensek helyezkednek el, bolygónk átlaghőmérséklete alacsonyabb.
71. ábra - A planetáris sugárzási egyenleg változásai a Földön a kambrium óta (Dobosi Z., 1981). TW (terrawatt) = 1012 W
72. ábra - Közép-Európa hőmérsékletének alakulása a harmad- és negyedidőszakban (Dobosi Z., 1984)
A szárazföldek és tengerek földrajzi szélességek szerinti megoszlását a Földtörténet 9 különböző időpontjában ábrázoló térképsorozat alapján Dobosi Zoltán kiszámította a planetáris sugárzásegyenleget (71. ábra). A változások jól mutatták azt, hogy a „meleg Föld” bolygónk normál állapota, és csupán rövidebb időszakokban fordul elő alacsonyabb átlaghőmérséklet (a földtani kutatások a pleisztocén és permokarbon eljegesedéseken kívül a felső-ordiviciumban is bizonyítottak egy hideg periódust, amely – számításra alkalmas ősföldrajzi térkép hiányában – nem szerepel az ábrán).
A harmadidőszak óta tartó általános lehűlés görbéje (72. ábra) a klímaingadozások amplitúdójának fokozatos növekedését mutatja a pliocén–
pleisztocén határától. Ezek az ingadozások az utóbbi évek mélytengeri fúrásmintáinak O18 izotóptartalmának vizsgálatából szűrhetők le: a hőmérséklet időbeli változásai „abszolút” kormeghatározással megállapíthatók. A hőmérséklet-ingadozások ritmusai az új, számítógéppel kiszámított pályaelem-ingadozásokkal jó egyezést mutatnak (73. ábra). Ez a tény nagy sikere a pályaingadozások alapján álló elméletnek.
Amikor tehát bolygónk átlaghőmérséklete az előbbiek szerint csökkent, a pályaelemek változása következtében beálló sugárzásváltozások elegendőnek bizonyultak a sarkvidékek jégsapkáinak kialakulásához.
73. ábra - A pályaelemek ingadozásaiból számított sugárzásváltozások összefüggése a jégtakarók kiterjedéséhez viszonyítva az utolsó 500 000 évben. a) – az excentricitás változásai (Berger, 1978), b) – a szárazföldi jégtakaró nagyságának a jelenlegihez viszonyított változásai az oxigénizotóp-mérések alapján számítva (Hays, 1976), c) – mint b), Shackleton és Opdyke (1973) adataiból, d) – oxigénizotóp-stádiumok sorszáma, e) – a nyári besugárzás ingadozásai az északi szélesség 65°-án (Berger, 1978). A nyilak a jég-előnyomulásra kedvező feltételeket jelentő időszakokat jelzik
8. táblázat - A Föld fontosabb adatai
A Föld egyenlítői sugarának hossza 6 378,160 km A Föld tengelysugarának hossza 6 356,775 km
A Föld lapultsága 1/298,26
Az Egyenlítő hossza 40 075,704 km
A Föld délkörének átlagos hossza 40 008,548 km Egy szélességi fok ívhossza
az Egyenlítőn 111,321 km
a térítőkön 102,088 km
a sarkkörökön 44,389 km
Egy hosszúsági fok ívhossza
a 0 és 1ş szélességi kör között 110,576 km a 45 és 46ş szélességi kör között 111,144 km a 89 és 90ş szélességi kör között 111,695 km A Föld közepes távolsága a Naptól (1 CsE =
csillagászati egység) 149,598 millió km
A Föld legnagyobb távolsága a Naptól (júl. 6.) 152,100 millió km A Föld legkisebb távolsága a Naptól (jan. 4.) 147,100 millió km
A Föld pályájának hossza 939,120 millió km
A földpályája excentricitása 0,004
A Föld tengelyferdesége (1993-ban) 23° 26' 37"
A Föld tengely körüli forgásának ideje (csillagnap) 23 h 56 m 4,09 s A forgás kerületi sebessége az Egyenlítőn 461 m/s
A Föld Nap körüli keringésének ideje (sziderikus
év) 365 nap 6 h 9 m 9 s
A Föld Nap körüli keringésének ideje (tropikus év) 365 nap 5 h 48 m 46 s
A keringés középsebessége 29,76 km/s
Melegebb Föld esetében viszont a pályaelemek ingadozásai ilyen értelemben hatástalanok maradtak az éghajlatra. Ez a magyarázat egyben az ún.
„csillagászati kifogás” elvetését is jelenti: a pályaelemek valóban mindig ingadoztak, befolyásuk azonban más, földi tényezők hatása mellett általában észrevehetetlen maradt, de bizonyos helyzetekben döntő jelentőségűvé is válhatott, mint pl. a pleisztocén eljegesedések alkalmával.
Visszatérve a Milanković-elméletre, megállapíthatjuk, hogy kezdeti sikereit egy leegyszerűsítésnek köszönheti. Milanković először a Napból érkező hőnek azokat az ingadozásait tette számítása tárgyává, amelyek a légkör legfelső felületén állnak elő, vagy más szóval, azt a fiktív klímát vizsgálta, amely a légkör nélküli Földön uralkodott volna a pleisztocén folyamán. Kutatásai szerint a fiktív klímából levezetett törvények használhatók a valóságos éghajlat esetében is, mert csak az amplitúdókban lesz változás, a kilengések időpontjai és tartama viszont nem változik. A fiktív klíma kizárólag a Földpálya szekuláris változásaitól függ, így bevezetése azért volt nagy könnyítés, mert abban a légkör sokféle tényezőjének – a levegő összetételének, víztartalmának, a felhős és napsütéses időszakoknak, csapadékoknak, szeleknek és egyéb tényezőknek – nincs szerepe.
A legújabb modellek viszont figyelembe veszik a földi éghajlat összes fontos tényezőit, azok egymásrahatását, dinamikus kapcsolatait. A csillagászati tényezők által meghatározott sugárzásváltozások ebben csupán a rendszer egyik – időszakonként fontos – elemét képezik.
5. fejezet - A világmindenség szerkezete és keletkezése
Ebben a részben a csillagászati kutatások tárgyát képező égitesteket ismertetjük – elsősorban abból a célból, hogy a Földnek a világmindenségben elfoglalt helyét megismerhessük. Kiemelt jelentősége van földrajzi szempontból is központi csillagunknak, a Napnak, mint a földi folyamatok fő extraterresztrikus energiaforrásának, valamint a bolygók (és holdjaik) vizsgálatának. Ez utóbbiak egyre gyorsuló és részletesebb megismerése a földtudományok fejlődését is nagyban előreviszi.
Ezeket a témákat a következő fejezetekben dolgoztuk fel:
I. A Naprendszer II. A Tejútrendszer III.Az extragalaxisok
IV.Az Univerzum keletkezésére vonatkozó elméletek
6. fejezet - A NAPRENDSZER (dr. Marik miklós)
A Naprendszer legfontosabb égitestje a Nap. Tömege 750-szer nagyobb a Naprendszer többi égitestjének együttes tömegénél. A Naprendszer többi égitestjei méretben is eltörpülnek a Nap mellett (74. ábra). Így a Naprendszerben lejátszódó folyamatokat a Nap gravitációs tere és sugárzása „uralja”.
Naprendszeren a Nap környezetének azt a tartományát értjük, amelyben a Nap gravitációs tere dominál. Ez a tér egy kb. 2 fényév (2 # 1013 km) sugarú gömb. Ezen kívül már más csillagok gravitációs hatása „elnyomja” a Nap hatását.
A Naprendszerbe a következő égitesteket sorolják:
a) a Nap,
b) a 9 nagybolygó és azok mintegy 60 holdja, c) a kb. 100 000 kisbolygó,
d) az üstökösök és meteorok,
e) a bolygóközi (interplanetáris) anyag.
74. ábra - A Nap és a bolygók méreteinek aránya
A nagybolygók, a kisbolygók, az üstökösök és a meteorok mind a Nap körül, Kepler törvényeinek megfelelően keringenek. A kilenc nagybolygó, a kisbolygók mind ugyanabban az irányban keringenek, és ugyanebben az irányban forog a Nap is. A holdak a bolygók körül – néhány kivételtől eltekintve – szintén ugyanebben az irányban keringenek. A Vénusz és az Uránusz kivételével ugyanilyen irányú a bolygók forgása is. Így a Naprendszernek jelentős össz-impulzusmomentuma van. Érdekes viszont, hogy a Naprendszer impulzusmomentumának (perdületének) csak 200-ad része esik a Napra, az impulzusmomentum fennmar200-adó hány200-ada majdnem kizárólag a bolygók Nap körüli keringéséből ered.
A Naprendszer jellegzetes tulajdonsága, hogy benne az anyag 99%-a egy sík közelében koncentrálódik. Ez a Naprendszer szimmetriasíkja (vagy más néven a Laplace-féle invariábilis sík).
A Naprendszer vizsgálatakor használatos távolságegység a csillagászati egység (CsE vagy A. U.1). Ez megegyezik a Föld Nap körüli ellipszispályája fél nagytengelyének hosszával, amely a közepes Nap–Föld távolságot is jelenti. Ennek értéke: 149 600 000 km. Ezt a távolságot a fény 8 min és 19 s alatt futja be. A Naprendszer Naptól legtávolabbi bolygója a Plútó mintegy 40 CsE-nyire kering a Naptól. Ezt a távolságot 5,5 óra alatt teszi meg a fény. A Naprendszer teljes mérete pedig (az előző értelmezés szerint) mintegy félmillió CsE.
A Nap sugárzása a körülötte levő tartományt felmelegíti. A Föld távolságában minden egyes négyzetméterre másodpercenként 1,37 kJ sugárzási energia érkezik a Napból, ami régebbi egységekben kifejezve 1,96 kalória négyzetcentiméterenként és percenként. Ezt nevezzük napállandónak, melynek értéke tehát: 1370 W/m2. A Plútó távolságában ez az érték már 0,8 W/m2-re csökken le. A Nap sugárzása az összes bolygók közül csak a Földön teszi lehetővé, hogy a víz hosszú időn keresztül folyékony halmazállapotban maradjon, ezért a Naprendszerben csak a Földön alakulhatott ki a magasabb rendű élet.
A Nap (dr. Marik Miklós)
A Nap, bár a Naprendszer legjelentősebb égitestje, mégis „csak” egy átlagcsillag. A többi csillag közül közelsége tünteti ki. A Nap az egyetlen olyan állócsillag, amely nem fénypontnak látszik távcsöveinkben, hanem a látómezőben mintegy sétára is indulhatunk a felszínén. A Nap tanulmányozása ezért a többi csillag megismerése szempontjából is rendkívül fontos.