Vestjysk Stenklub
for amatørgeologer.

Hjem
Aktiviteter
Bestyrelsen
Galleri med foto
Nye fund
Torden Stenen
Link


 

Mælkevejen og Jordens klima


Mælkevejen som den formodes at se ud, hvis man kunne betragte den udefra. Men har Mælkevejens spiralarme betydning for Jordens klima og dermed for de geologiske perioder? Ja, det er der noget, der tyder på.


Som geologi interesseret bemærker man hurtigt, at Jordens klima har varieret meget i tidernes løb. I Kambrium var der således et varmt klima på Jorden, mens der umiddelbart forinden – i Prækambrium - var meget koldt med udbredt isdække. I starten af Ordovicium var der også varmt, men i resten af Ordovicium og i starten af Silur blev der køligt – men slet ikke så koldt som i Prækambrium. Så blev det varmere igen (Devon) efterfulgt af en ny kølig periode. Og sådan har det varieret de seneste 500 mio. år, og den seneste rigtigt varme periode var Kridttiden.

Men hvad er årsagerne til det skiftende klima? Det har der været mange forklaringer på i tidens løb. Det første, man kunne tænke på, var, at solstrålingens intensitet har varieret i de 4,5 milliarder år, som Solen har ”været tændt”. Det er da også tilfældet, kan astrofysikerne fortælle; men i store træk har solstrålingens intensitet været stigende i hele perioden, så Jorden skulle så –alt andet lige bare være blevet varmere og varmere. Så er der flytning, opdeling eller samling af kontinenterne.

Det vil påvirke havstrømmene og dermed udvekslingen af varme og kulde mellem de forskellige dele af Jorden. Men det alene vil ikke kunne ændre Jordens middeltemperatur ret meget. Men følges det af kraftige ændringer i Jordens albedo – altså evnen til at reflektere sollyset – kan der forekomme globale temperaturændringer. Et kraftigt plantedække som en skov vil tilbageholde mere sollys end et åbent landskab med græs eller bare klipper, og skoven vil altså – alt andet lige - give en lidt højere temperatur. Den globale virkning vil dog være beskeden, bortset fra virkningen af et udbredt snedække. Et forøget skydække med hvide skyer i den nedre del af atmosfæren vil give en højere albedo for Jorden, så mere sollys reflekteres, og der bliver mindre opvarmning dvs. en afkøling af Jorden. Men hvis skyer er forklaringen, er spørgsmålet så, hvorfor der i perioder skulle dannes flere hvide skyer end til andre tider.

Der er også drivhuseffekten som følge af et varierende indhold i CO2 (og metan) i atmosfæren. Denne effekt menes tydeligt konstateret ved overgangen mellem Paleocæn og Eocæn, hvor CO2-indholdet ”pludselig” flerdobledes. Det gav en tydeligt forhøjet temperatur, men effekten forsvandt igen efter ca. 100.000 år. (CO2- indholdet i atmosfæren reduceredes og temperaturen vendte tilbage til det ”normale” niveau.) En ændring af drivhuseffekten på grund af CO2-indholdet i atmosfæren er derfor ikke en god forklaring på klimaændringer, der har varet mange millioner år – i alt fald ikke, hvis ikke andre forhold også spiller ind. Det samme gælder virkningen af vulkanudbrud. For en periode kan støvet fra vulkaner virke afkølende på Jorden ved at forhindre sollyset i at nå ned til jordoverfladen, men en virkning, der varer mange millioner af år, synes kun at kunne forekomme, hvis vulkanudbrud kan igangsætte en istid, som så på grund af isens højere albedokan opretholde sig selv i meget lang tid.

Der mangler derfor en rigtig god forklaring; og skal man tro den nyere forskning om emnet, er forklaringen egentlig ikke så vanskelig at få øje på. Går man udenfor en klar, mørk aften i vinterhalvåret, kan man ikke undgå at få øje på den –det er nemlig Mælkevejen. Der er en række forhold, der peger på, at forklaringen på en stor del af Jordens klimaændringer har årsager, der findes ude i Mælkevejen.

Solsystemet bevæger sig rundt omkring Mælkevejens centrum i løbet af ca. 250 mio. år, og i den tid passerer Solsystemet gennem nogle af Mælkevejens spiralarme udover, at Solsystemet svinger op og ned gennem Mælkevejens plan.

For personer med så megen indsigt i mekanisk fysik, at de undrer sig over Solsystemets bevægelse i forhold til spiralarmene – som jo også må rotere om Mælkevejens centrum – kan det oplyses, at spiralarmene skal opfattes som tæthedsbølger, der løber rundt om Mælkevejens centrum; og at det således ikke er de samme stjerner, der hele tiden udgør spiralarmene. Tæthedsbølgerne – altså spiralarmene- bevæger sig langsommere end Solen (og andre stjerner), så Solsystemet bevæger sig ind i en spiralarm fra bagkanten og passerer senere ud gennem forkanten. Det bevirker, at Solsystemet er godt 500 mio. år om at løbe gennem alle spiralarmene.

Så siden Kambrium har Solsystemet været en enkelt tur rundt gennem alle spiralarmene. Og så til begrundelserne for den nye hypotese. Ved at undersøge forholdet mellem ilt isotoperne O16 og O18 i kalkskaller i de tropiske havaflejringer fra de seneste godt 500 mio. år kan man få et mål for en middeltemperatur for havvandet på Jorden. Det viser sig, at der øjensynligt er en grundlæggende svingningsperiode på 130-140 mio. år - altså fra varm til koldt og tilbage til varmt igen. Der er dog også blandet andre svingningsperioder ind i forløbet,så der skal benyttes specielle matematiske metoder til undersøgelserne.

Det interessante er så, at Jordens kolde perioder synes at falde pænt sammen med de perioder, hvor Solsystemet har været inde i en spiralarm. Lige nu befinder Solsystemet sig i den ”stump” af en spiralarm, der kaldes Orion/Cygnus-armen; og vi lever altså i en relativt kold periode (på mange millioner år) med mulighed for istider. Orion/Cygnus-armen ligger tæt op ad Carina/Sagittarius-armen, så de seneste 40 mio. år har solsystemet været inde i eller tæt ved en spiralarm. I Kridttiden var solsystemet mellem to spiralarme, og da var klimaet varmt. Og sådan kan man følge tiden tilbage og opdage, at de kølige geologiske perioder falder sammen med, at solsystemet har været inde i en spiralarm. Den typiske svingningstid er her omkring 135 mio. år. Undersøger man Jordens temperatursvingninger nøjere, opdager man imidlertid, at der også er en svingningsperiode på ca. 35 mio. år. Det svarer ret godt til Solsystemets svingning op og ned gennem Mælkevejens midterplan. En hel svingning tager ca. 70 mio. år. Og når Solsystemet er længst borte fra midterplanet (100 lysår), er temperaturen lidt højere end inde i planet.

Man observerer altså, at når Solsystemet er langt fra spiralarmene, hersker der generelt et varmt klima, mens det inde i spiralarmene er et koldt klima. Men er der så en god forklaring, der knytter tilstanden i spiralarmene sammen med et koldt klima? Ja, der synes efterhånden at være en forklaring, som i det mindste kan være korrekt, fordi den knytter tingene sammen ved hjælp af fysiske argumenter og målinger.

I spiralarmene samles der støv op – især i forkanten - og af og til resulterer det i dannelse af nye stjerner – store såvel som små. De største stjerner ender deres livsom super-novaer efter få millioner års forløb - de mindre stjerner holder i milliarder af år. Når en super-nova eksploderer, udsendes der atomkerner med meget høj energi – den højenergetiske kosmiske stråling. Den er der altså mest af i spiralarmene, og allermest i forkanten af armene. Imellem spiralarmene er der mindre stråling, og uden for Mælkevejens plan er der også mindre stråling.

Men hvordan kan denne energirige kosmiske stråling høre sammen med Jordens klima? Den samlede energi, der følger med den kosmiske stråling er meget, meget lille i forhold til solstrålingens energi – og i øvrigt burde energien i den kosmiske stråling få temperaturen til at stige ganske lidt. Så virkningen må være indirekte, og det menes at være via en forøget dannelsen af lavtliggende hvide skyer altså ved at ændre Jordens albedo.

De fleste har sikkert hørt om et tågekammer. Det er et lukket kammer, hvor man ved hurtige ændringer af tryk eller temperatur kan danne overmættet vanddamp. Sendes der ioniserende stråling – som fx energirige kosmiske partikler - ind i kammeret, dannes der spor af små vanddråber langs partiklens spor. Og sendes der tilstrækkeligt med stråling ind i kammeret, dannes en hvid tåge af små vanddråber. Det er så noget lignende, der tænkes at ske, når Jordens atmosfære bestråles med energirig kosmisk stråling – især over de tropiske havområder, hvor vanddampen er tæt på mætningspunktet. Den fysiske mekanisme her er dog, at den kosmiske stråling danner et spor af elektrisk ladede partikler i luften, og den elektriske ladning får flere sub-mikroskopiske partikler til at samles i en større partikel; og på den kan der så dannes en lille vanddråbe. Og dannes der små vanddråber nok, har man fået en hvid sky, som tilbagekaster sollyset – altså virker afkølende på jordoverfladen nedenunder.

Hypotesen om, at intensiteten af den kosmiske stråling har betydning for klimaet, har en ”afgrening”, der indgår i diskussionerne om de nutidige klimaændringer. Det er nemlig kun en mindre del af den kosmiske stråling fra Mælkevejen, der når ned til Jorden. Solen har et magnetfelt, der når langt ud i rummet – langt forbi Pluto - og dette magnetfelt stopper det meste af den kosmiske stråling. Styrken af Solens magnetfelt varierer lidt i tidens løb. I perioder med mange solpletter er magnetfeltet kraftigere, end når der ingen solpletter er. Der er dog kun tale om små ændringer i forhold til de ændringer, der fremkommer når Solsystemet bevæger sig rundt i Mælkevejen. Så de klimaændringer, vi konstaterer over årtier eller århundreder, kan til dels have årsag i variationer i Solens magnetfelt. Men på den geologiske tidsskala tyder det på, at det er Solsystemets placering i Mælkevejen, der har den dominerende betydning.

De fleste geologiinteresserede ved, at overgangen fra Prækambrium til Kambrium skete for ca. 540 mio. år siden – og Solsystemet har siden altså været en hel tur rundt mellem Mælkevejens spiralarme. Og så kan man jo spørge om, hvorfor Jorden ikke ”for nylig” har oplevet Prækambrisk kulde? Forklaringen menes at være, at en tilisning af hele Jorden næsten ned til ækvator forudsætter en så høj intensitet af kosmisk stråling, at spiralarmene normalt ikke kan levere den. Men noget peger på, at en af Mælkevejssystemets mindre nabo-galakser har været så tæt på Mælkevejen, at det har forstyrret bevægelsen af stjerner og kosmisk støv. Herved er der dannet ekstraordinært mange nye supernovaer – og altså ekstra meget kosmisk stråling. Man kan (endnu) ikke pege på, hvilken af nabo-galakserne, der har været på spil. Men tilsvarende dybe nedisninger skete for ca. 2300 mio. år siden; og her har man gode kandidater for forstyrrelserne nemlig Magellanskyerne.

Ovenstående forklaringer på den vigtigste årsag til store geologiske klimavariationer skal endnu blot betragtes som en hypotese. Men det er en hypotese, som gennem de senere år er blevet støttet af flere og flere undersøgelser. På Dansk Rumforskningsinstitut undersøger man – sammen med udenlandske partnere - for tiden, hvor effektiv kosmisk stråling er til at fremkalde små vanddråber og dermed hvide skyer. Hvis resultaterne viser det, som forskerne formoder, har man en god sammenhængende forklaring - og så kommer geologien og astronomien pludselig til at hænge sammen.

Litteratur om emnet:

Klima og Kosmos
Henrik Svensmark & Nigel Calder (Bog, ca. 240 sider)

Celestial driver of Phanerozoic Climate
Nir J. Shaviv og Jan Veizer.(Artikel)

Cosmic Ray Diffusion from Galactic Spiral Arms, Iron Meteorites, and a Possible Climatic Connection
Nir J Shaviv. (Artikel)

Detection of a galactic cosmic ray influence on clouds
R. G. Harrison og D. B.
Stephenson (Artikel)


Skitse af Mælkevejens spiralarme. Formen er fastlagt ud fra kendskabet til placeringen af nogle millioner stjerner. Fordelingen af spiralarmene er formentlig korrekt i ”nærheden” af solsystemet, mens der er betydelig usikkerhed længere borte.

De nyeste data peger på, at der er færre spiralarme – som så blot er ”snoet” rundt om Mælkevejssystemets centrum flere gange. Antallet af uafhængige spiralarme er uden betydning for den mulige indflydelse på Jordens Klima.

Solsystemet findes, hvor linjerne krydser hinanden - altså i Orion/Cygnus spiralarmen. I Miocæn var Solsystemet inde i Carina/Sagittarius spiralarmen. I Kridttiden befandt Solsystemet mellem to spiralarme. Her er intensiteten af kosmisk stråling lav, og det er formentlig årsagen til Kridttidens varme klima.

Denne artikel er skrevet af Uffe Korsbech - Stenvennerne

 
Copyright © 2006 Vestjysk Stenklub.