Hazırlayan: Prof.Dr. Vural Altın    

Dünyamızın asıl enerji kaynağı, Güneş’in ışıma gücü. Bu ise zamanla değişebiliyor. Çünkü Güneş halen genç bir yıldız. Geçmişte ışıma gücü, her 1 milyar yılda bir, yaklaşık %10 kadar arttı. Bir süre daha artmaya devam edecek. Ta ki bir kızıl dev haline gelip de Dünya’mızı yutana kadar. Bu, Güneş’in çekirdeğinde yer alan termonükleer süreçlerin seyrinden kaynaklanan uzun vadeli bir değişim. Kısa vadede, Güneş’in yarıçapı, az da olsa değişken. Bunun ışıma gücü üzerinde binde birkaçlık bir etkisinin olduğu sanılıyor. Daha önemlisi, Güneş lekeleri. Manyetik alan çizgilerinin kopmasıyla oluştuğu düşünülen bu lekelerin, orta kısımları görece karanlık olmakla beraber, dış halkaları daha da parlak. Bu ikinci etken baskın olduğundan, lekelerin sayısı artıp azaldıkça, Güneş’in ışıma gücü de artıp azalıyor. Uzun süredir gökbilimciler tarafından izlenmekte olan bir etken. Lekelerin sayısı normalde 40-50 bin arasında iken, bunun çok altına inebilmekte. Örneğin ‘Maunder Minimum’u olarak adlandırılan 1645-1715 döneminde, 10’un altına inmiş. Bu zaman aralığı, ‘Küçük Buz Çağı’nın derinliklerine rastlıyor.

Yukarıdaki şekilde 400 yıllık Güneş lekesi gözlemlerinin kaydı verilmekte. 1800 civarında derinleşen bir ‘Dalton Minimum’u daha var. Napolyon’un  Rusya’nın olağanın da ötesinde soğuk bir kışına yenildiği yıl, yıl 1812...

Öte yandan, Dünyamızın Güneş’in ışıma gücünden aldığı pay, yörünge parametrelerine bağlı. Yörünge elipsinin basıklığındaki periyodik değişimler, Güneş’e ne zaman ne kadar yaklaşıp uzaklaştığımızı belirliyor. Dönme ekseninin yörünge düzleminin dikiyle yaptığı açının  zamanla değişimi ve eksenin yalpası, alınan ışıma gücünün değişik enlemler, bu arada kuzey ve güney yarımküreler arasında nasıl paylaşıldığını belirlemekte. Bunlar ‘yörünge’ ya da ‘astronomi’ faktörleri. Hatta bir de yörünge elipsinin yattığı düzlemin, Güneş sisteminin toplam açısal momentumunun korunduğu ‘sabit düzlem’le yaptığı açının salınımları var. Bu salınımların da, Dünyamızın aldığı ‘güneşlenme’ miktarını etkilediği sanılıyor. Bu etkiyi betimleyen modeller geliştirildi.

Yukarıdaki şekil, önceki üç faktör kapsamında gerçekleşen ‘Milankoviç döngüleri’ni açıklar nitelikte. Şeklin altındaki sarı renkli grafik, 65° kuzey enlemi için, yaz mevsiminde atmosferin hemen dışına ulaşan Güneş gücünün, geçmiş 750 bin  yıl için hesaplanmış olan değerlerinin grafiği. Mavi renkli olanı ise, aynı zaman aralığına ait buz hacimlerini veren ölçüm değerlerini sergiliyor. Zirveleri arasındaki uyum dikkat çekici. İkinci şekildeki ilk üç grafik, sözkonusu üç yörünge parametresinin, geçmişte 1 milyon yıldaki salınımlarını gösteriyor. Dördüncü grafik, keza 65 ° kuzey enlemi için yaz mevsiminde atmosferin hemen dışına ulaşan Güneş gücünün, milyon yıllık zaman aralığında bu faktörlere bağlı olarak değişiminin grafiği. En altta, geçmişe ait sıcaklık verilerinin grafiği var. Salınımların tepeleri civarına yerleştirilmiş olan dikey gri şeritler, ‘buzul arası’ ılıman dönemler. Sarı renkle çizilmiş olan bir üstteki ‘güneşlenme’ grafiğiyle aradaki uyum çarpıcı...

Tabii, Dünya’nın üzerine düşen Güneş gücünün ne kadarını geri yansıttığı da iklim açısından önemli. Bunu belirleyen faktörler, Dünyamızın iç meselesi olmakla beraber, çok daha karmaşık. Bir kere, su buharı en etkin ‘sera gazı’. Fakat, atmosferdeki nem oranının etkileri çok yönlü. Örneğin bulutlar hem Güneş’ten gelen görünür ışınları geri yansıtıyor, hem de yerkürenin sıcaklığı dolayısıyla yaydığı kızılaltı ışınları yakalıyor. Bunlar zıt yönlerde çalışan etkiler. Öte yandan, atmosferdeki nem oranı, dolayısıyla da bulutlar, iklim ısındıkça,  buharlaşmayla birlikte artmakta.

Dolayısıyla, bulutların varlığı, hangi yöndeki etkenin ağır bastığına bağlı olarak, negatif veya pozitif geribeslemelere yol açabiliyor. Modellenmeleri zor. Atmosferdeki toz yoğunluğu, iriliklerinin dağılımına bağlı olarak, gelen Güneş ışınlarının spektrumunun farklı bölgeleri üzerinde çalışan yansıtıcı bir etken. Yeryüzüne ulaşan ışınların ne kadarının geri yansıtıldığı ayrıca, o coğrafyaya hakim olan dokunun türüne bağlı. Değişik malzemelerin yansıtma oranları birbirinden çok farklı. Örneğin kar ve buzullar, gelen ışınların %95 kadarını geri yansıtabiliyor. Buzun bu yüksek yansıtıcılığı, buzullar genişledikçe daha fazla ışının geri yansıtılarak, iklimin daha da soğumasına yol açıyor. Tam tersine, iklimin ılımanlaştığı dönemlerde eriyerek geri çekilmeleri de, yerlerini alan malzemelerin daha yüksek soğuruculuğu nedeniyle, iklimin daha da fazla ısınmasına... Buzulların bu güçlü etkisi açısından, kıtaların yeryüzünün nerelerinde bulunduğu da önemli. Çünkü örneğin, Güneş ışınlarının eğik gelmesi nedeniyle az güç alan ve dolayısıyla soğuk olup daha bol kar yağışı alabilen kutuplardan, halen olduğu gibi birinde veya geçmişte bazen olduğu gibi ikisinde birden kıtalar varsa, bu kıta veya kıtaların üzerinde buzullar daha kolay oluşuyor ve yansıtma etkileriyle iklimi soğutup büyüyerek, güney enlemlere doğru da iniyorlar. Halbuki, kutuplarda karaların olmadığı dönemlerde, denize düşen kar daha kolay eridiğinden, buzulların oluşması güçleşiyor. Güney kutbundaki Antarktika’nın, kuzey kutbundaki Arktik Okyanus bölgesinden daha soğuk olmasının bir nedeni de bu.

Öte yandan, Dünya’nın yakaladığı ısının, okyanuslar, karalar ve atmosfer arasındaki seyri de, iklimi etkileyen önemli faktörlerden birisi. Çünkü bu üç yapı bileşeninin, kendi içlerindeki ve aralarındaki ısıl taşınım süreçlerinin kolay ya da zor olması, birinin kazandığı ısı miktarını diğerleriyle hızlı veya yavaş paylaşabilmesi, sonuç olarak bu ısının boşluğa geri yansıtılmadan önce ne kadar uzun süreyle bünyede tutulabildiğini belirliyor. Örneğin, kuzey ve güney Amerika kıtalarının birbirine yaklaşması ve ardından gerçekleşen yanardağ etkinlikleri, Panama kıstağının oluşmasına yol açtı ve bu durum, Pasifik ve Atlantik okyanusları arasındaki ısı alışverişini zorlaştırdı. Bu nedenle iki okyanus arasındaki ısıl taşınım süreçleri halen; yüzeyden rüzgarların zorlamasına, dipten ise tuzluluk oranına bağlı kütlesel yoğunluk farklılıkların su kütlelerinde yol açtığı ‘dalma’ ve ‘kabarma’ olgularına sırt vererek, gizli ve derinden çalışmak zorunda. Bunların da iklim üzerinde önemli etkileri var. Örneğin ekvatorun ılık suları; ekvatorla kutuplar arasındaki sıcaklık farkları ile, Dünya’nın kendi ekseni etrafında dönmesinden kaynaklanan Coriolis kuvvetlerinin birlikte yol açtığı rüzgarların zorlamasıyla Atlantik’in kuzeyine taşınıyor. Bu taşınım süreciyle ayakta duran ‘Gulf Stream’, İngiltere’yi ve Avrupa’nın kuzeyini kolay yaşanabilir kılmakta.

Yandaki şekilde Dünya’nın iki yarımküresindeki atmosfer hareketlerinin temel bileşenleri görülüyor.

Akıntının kuzeye tırmandıkça rüzgar faktörüyle de soğuyarak yoğunluğu artan suları, buradaki, buzul erimelerinin katkısıyla tuzluluk oranı azalmış ve dolayısıyla yoğunluğu görece düşmüş olan suların arasından dibe dalıyor. Sonra dipten güneye inip, Antarktika’nın kuzeyindeki Drake Geçidi’nden geçerek, Pasifik’in kuzeydoğusunda tekrar yüzeye çıkıyor. Her iki okyanusun da derin dip çukurları arasındaki yegane taşınım süreçleri, tuzluluk oranı farklılıklarıyla çalışan yavaş süreçler olduğundan; yavaşça, ancak 1200 yıl sonra... Özellikle Kuzey Amerika’da belirgin bir şekilde yaşanmış olan Erken Dryas buzul dönemi sona ererken eriyen buzulların Atlantik sularına büyük kütlelerle aktardığı tatlı suların bu akıntıyı geçici olarak kesintiye uğrattığı ve bu yüzden, yeni başlamış olan bir ılıman dönemin geri kaçıp, yerini ikinci bir Geç Dryas buzul genişlemesine bıraktığı sanılmakta. Kıtaların plaka tektoniği kapsamındaki hareketliliği ve konumlarındaki değişimler, aynı derecede ağır bir etken. Aşağıdaki şekilde ‘Thermohaline’ dolaşımı; yüzey akıntıları açık, dip akıntıları koyu renkli olarak görülmekte...

Isı - Tuzluluk Kaynaklı Okyanus Akıntıları ('Thermohaline') Döngüsü

Nihayet, çevre ile yaşam, karşılıklı olarak birbirlerinin üzerinde çalışan iki heykeltraş gibiler.  Biri diğerini şekillendiriyor, diğeri birini. Bunun en çarpıcı örneklerinden birisi, okyanusun yüzey sularında fotosentez yaparak yaşayan tek hücreli kabuklular (‘fitoplankton’). Kalsit kabuklarını oluşturmak için kalsiyuma ihtiyaçları var. Metabolizmaları sırasında atmosfere saldıkları ‘dimetilsülfid’ parçacıkları, havada oksitlenerek sülfürik asite, bu da bulut nüvelenmelerine yol açıyor. Bulutlarla gelen yağmur, havadaki karbondioksiti kısmen eritip karbonik asit çözeltisi haline geldikten sonra karalara indiğinde, silikatlıların yanında kalsitli kayaları da aşındırıyor. Sonuçta nehirlere karışan yağmur sularının okyanuslara taşıdığı kalsiyum iyonları, tam da bu organizmaların ihtiyacı olan şey. Bu arada silikatlı kayaların da aşındırılıyor olması, karbondioksit döngüsünün önemli bileşenlerinden biri. Bu sera gazını atmosferden çekerek, ısınmayı frenleyen...

Sonuç olarak, iklimin dengede olduğu bir dönemde, Dünyamız Güneş’ten aldığı güç payını, aynıyla boşluğa geri yansıtmak zorunda. Halbuki atmosfer oldukça opak bir sistem. Troposferin ancak en dışındaki, görece ince bir katmanın kızılaltı ışımasının dışa doğru olan bileşeni boşluğa kaçabiliyor. O halde bu katman, Dünya’ya düşen ışıma gücünün tümünü geri yansıtabilecek kadar yüksek sıcaklıkta olmak zorunda. Atmosferin bileşiminin özellikleri bilindiğinden, bu hesaplanabilir. Öte yandan troposferin sıcaklığı her km yükseldikçe 5-6 °C azaldığına göre, en üstteki sıcaklıkla başlayıp aşağıya doğru inerek, atmosferin yere yakın konumlardaki sıcaklığını hesaplamak da mümkün. Sonra da, atmosfer ile okyanuslar ve karalar arasındaki ısı alışveriş süreçlerini inceleyip, iklimin hem geçmişteki davranışlarını açıklamaya, hem de gelecekteki olası seyrini öngörmeye çalışmak vb. İklimbilimciler böyle modeller üzerinde çalışıyor, Milankoviç döngülerinin sağladığı ışıma gücünü girdi olarak alıp... Fakat, atmosfer henüz tam olarak anlaşılamamış olan, karmaşık bir sistem. Opaklığını arttıran ana unsurlardan birisi sera gazları. Bu sisteme, geçici olmaya mahkum görünen bir fosil yakıtlar ziyafetine dayalı olarak sürdürdüğümüz enerji üretim etkinliklerimiz sırasında karbondioksit ve metan gibi sera gazları salıyor olmamız, endişe konusu.

Çünkü, yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi, atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu halen, milyonda 390 değeriyle geçmiş 450 bin yılın en yüksek değerlerine ulaşmış halde. Daha eskilere, 650 bin yıl geriye kadar ulaşan daha yeni veriler (EPICA) de aynı duruma işaret etmekte. Soldaki, ani bir sıçrama gibi görünen son 2000 yıllık dönem, üstteki sarı zeminli grafikte ayrıntılandırılmış. İklimbilimcilerin büyük çoğunluğu, yaşamakta olduğumuz küresel ısınma sürecinin bu nedenden kaynaklandığı kanaatinde. Bu doğruysa eğer, ne olacak halimiz?

Hazırlayan Prof. Dr. Vural Altın
BTD Yayın Kurulu Üyesi     

   Kaynakça:
   Bilim ve Teknik Dergisi Şubat-2007 Ek

Prof. Dr. Vural Altın'a teşekkürlerimizle

Denizce

24.10.2007