A hosszú késleltetési idő mindig is zavarba hozta a tudósokat:

A 65 millió évvel ezelőtti, rendkívül meleg, dinoszauruszok uralta kréta korszak vége óta a légkörben a hőcsapdázó üvegházhatású gázok mennyisége folyamatosan csökkent (a múlt század rendhagyó kivételével), és a bolygó egésze folyamatosan lehűlt. Miért nem fagyott meg tehát mindkét pólus egyszerre?

A paradoxonra a válasz a kontinensek, az óceánok és a légkör összetett kölcsönhatásában rejlik. Mint egy kirakós játék darabjai, a Föld mozgó tektonikus lemezei átrendeződtek a földgolyó felszínén – eltolva a közbeeső óceánok konfigurációját, megváltoztatva az óceáni keringést, és változásokat okozva az éghajlatban.

A jégtakarók kialakulása a déli féltekén 34 millió évvel ezelőtt meglehetősen egyszerűnek tűnik. A Gondwana szuperkontinens szétszakadt, és részekre vált szét, amelyekből Afrika, India, Ausztrália, Dél-Amerika és az Antarktisz lett. Ezen új kontinensek között átjárók nyíltak, lehetővé téve az óceánok áramlását közöttük.

Amikor az Antarktisz végül elvált Dél-Amerika déli csücskétől, és létrejött a Drake-átjáró, az Antarktiszt teljesen körülvette a Déli-óceán. Az erőteljes antarktiszi cirkumpoláris áramlat elkezdett végigsöpörni a kontinensen, hatékonyan elszigetelve az Antarktiszt a globális óceánok melegének nagy részétől, és nagymértékű lehűlést idézve elő.

Az északi félteke problémásabb. Üledékmagokból és más adatokból tudjuk, hogy körülbelül 5 millió évvel ezelőttig Észak- és Dél-Amerika nem állt kapcsolatban egymással. Egy hatalmas rés – a Közép-amerikai tengeri út – lehetővé tette a trópusi víz áramlását az Atlanti- és a Csendes-óceán között.

Egyre több bizonyíték utal arra, hogy a Panama-öböl kialakulása felosztotta az Atlanti- és a Csendes-óceánt, és alapvetően megváltoztatta a globális óceáni keringést. A Közép-amerikai tengeri út lezárása kezdetben felmelegíthette a Föld éghajlatát, de aztán 2,7 millió évvel ezelőtt megteremtette a feltételeket az északi félteke eljegesedéséhez.

Az óceáni szállítószalag

A mai éghajlati rendszer alapvető eleme a szállítószalagszerű óceáni keringési minta, amely hatalmas mennyiségű hőt és nedvességet oszt szét a bolygónkon. Ezt a globális keringést a hideg, sós – és ezért sűrű – óceáni vizek süllyedése hajtja.

A mai óceánban a Karib-tenger, a Mexikói-öböl és az egyenlítői Atlanti-óceán meleg, sós felszíni vize a Golf-áramlatban észak felé áramlik. Ahogy a meleg víz eléri a magas észak-atlanti szélességeket, hőt és nedvességet ad le a légkörnek, hideg, sós, sűrű vizet hagyva maga után, amely lesüllyed az óceán fenekére. Ez a víz a mélyben, dél felé és a Golf-áramlat alatt áramlik a Déli-óceánba, majd az Indiai- és a Csendes-óceánon keresztül. Végül a víz melegebb vízzel keveredik, és visszatér az Atlanti-óceánba, hogy befejezze a keringést.

Ez a globális keringés, amelyet gyakran óceánszállítónak neveznek, fő motorja az Atlanti- és a Csendes-óceán sótartalma közötti különbség. A Panama-szoros létezése előtt a csendes-óceáni felszíni vizek az Atlanti-óceánba áramlottak. Vizeik keveredtek, nagyjából kiegyenlítve a két óceán sótartalmát.

Körülbelül 5 millió évvel ezelőtt az észak-amerikai, a dél-amerikai és a karibi lemezek közeledni kezdtek egymáshoz. A Közép-amerikai tengerszoros fokozatos elapadása elkezdte korlátozni a Csendes-óceán és az Atlanti-óceán közötti vízcserét, és sótartalmuk szétvált.

A trópusi Atlanti-óceán és a Karib-tenger párolgása miatt az ottani óceánok vize sósabbá vált, és friss vízgőz került a légkörbe. A passzátszelek keletről nyugatra szállították a vízgőzt az alacsonyan fekvő Panamai földszoroson keresztül, és az esőzések révén édesvizet juttattak a Csendes-óceánba. Ennek eredményeként a Csendes-óceán viszonylag frissebbé vált, míg az Atlanti-óceánban a sótartalom lassan és folyamatosan nőtt.

A tengerszoros lezárása következtében a Golf-áramlat felerősödött. Több meleg, sós víztömeget szállított a magas északi szélességekre, ahol a sarkvidéki szelek lehűtötték őket, amíg elég sűrűvé nem váltak ahhoz, hogy lesüllyedjenek az óceán fenekére. Az óceánszállító gördült, még több Golf-áramlat-vizet húzott észak felé.

A Golf-áramlat felpörgése

Hogyan lesz ebből jég északon?

Peter Weyl 1968-ban azt feltételezte, hogy a Közép-amerikai tengeri út lezárása és a Golf-áramlat felerősödése a jégtakaró növekedéséhez kritikus fontosságú összetevőt hozott az északi féltekére – a nedvességet. Weyl elmélete feltételezte, hogy a Közép-amerikai tengeri út lezárása és a só felhalmozódása az Atlanti-óceánban egybeesett az északi jégtakarók növekedésével 3,1 és 2,7 millió évvel ezelőtt.

De 1982-ben kétségek merültek fel ezzel a feltevéssel kapcsolatban, amikor Lloyd Keigwin bizonyítékot talált az óceáni üledékekben arra, hogy a Panama-öböl lezárása több mint egy millió évvel korábban befolyásolta az óceáni keringést. Kimutatta, hogy az Atlanti-óceán és a Csendes-óceán közötti sótartalom-kontraszt már 4,2 millió évvel ezelőtt elkezdett kialakulni.

1998-ban Gerald Haug és Ralf Tiedemann üledékmagokból származó, nagyobb felbontású adatokkal megerősítette Keigwin kutatásait. Ha a sótartalom már 4,2 millió évvel ezelőtt megváltozott, miért nem kezdődött meg az eljegesedés 2,7 millió évvel ezelőttig? Éppen ellenkezőleg, a Földön 4,5 millió és 2,7 millió évvel ezelőtt egy meleg időszakot éltek át.

Ez a középső-pliocén meleg időszaknak nevezett globális meleg időszak a közép-amerikai tengeri út lezárásával és a globális óceáni keringés ebből következő átrendeződésével is összefügghetett. Egy megélénkült óceáni szállítófolyosó erősebb mélyvizek áramlását indíthatta el az Atlanti-óceánból a Csendes-óceán északi részébe, amely a mélytengeri cirkuláció végpontja.

A Csendes-óceán északi részébe vezető útjuk során ezek a mélyvizek tápanyagokban és szén-dioxidban gazdagodtak. A szubarktikus Csendes-óceánban ezek a mélyvizek feláramolhattak, felemelkedhettek a napfényes felszínre, hogy biztosítsák az összetevőket a hatalmas fitoplanktonvirágzások elindításához. A tengerfenéki üledékekben található szilícium-dioxid és opál (a fitoplanktonhéjak tartósított anyaga) nagy mennyiségű előfordulása mind a virágzást, mind az erős feláramlást bizonyítja.

A feláramlás azonban olyan erős lehetett, hogy a fitoplankton nem tudott lépést tartani a feláramlással – vagyis több szén-dioxid áramlott fel, mint amennyit a fitoplankton felhasznált. Következésképpen a felesleges szén-dioxid “visszaszivárgott” a légkörbe, és olyan üvegházhatású gázzal gazdagodott, amely felmelegítette a bolygót.

A szállítószalag rövidre zárása

Mi zárta le a középső-pliocén meleg időszakot körülbelül 2,7 millió évvel ezelőtt? És mi okozta végül az északi félteke eljegesedését nagyjából ugyanebben az időben – de csaknem 2 millió évvel a Panama-öböl kialakulása után?

Weyl eredeti elmélete az erősebb, nedvességgel teli Golf-áramlatról egy másik kellemetlen kérdést is felvetett:

Neal Driscoll és Gerald Haug egy megoldást javasolt. Feltételezték, hogy a Golf-áramlat által észak felé szállított nedvességet az uralkodó nyugati szelek Eurázsiába szállították. Ez eső vagy hó formájában hullott, és végül több édesvizet juttatott a Jeges-tengerbe – vagy közvetlenül, vagy a Jeges-tengerbe ömlő nagy szibériai folyókon keresztül.

A hozzáadott édesvíz elősegítette volna a tengeri jég kialakulását, amely visszaverte volna a napfényt és a hőt az űrbe. Emellett gátként is működne, amely megakadályozná, hogy az óceánban tárolt hő az Északi-sarkvidék feletti légkörbe távozzon. Mindkét jelenség tovább hűtené a magas szélességeket. Ráadásul az Észak-Atlanti-óceánba visszaáramló sarkvidéki víz kevésbé lett volna hideg és sós – rövidre zárva az óceáni szállítószalag mint globális hőszivattyú hatékonyságát az észak-atlanti régiók felé.

A jégkorszak felé való hajlás

Ezek az előfeltételek – a nedvesség és egy sarkvidéki mag a hűtésért – nagyon érzékennyé tették volna az éghajlati rendszert a jégtakaró növekedésére. A globális környezetben bekövetkező szerény változások is elegendőek lettek volna ahhoz, hogy a mérleg nyelve felboruljon, és az északi félteke jelentős eljegesedéséhez vezessen.

Egy ilyen változás 3,1 és 2,5 millió évvel ezelőtt történt, amikor a Föld tengelye úgy ingadozott, hogy a bolygó Naphoz való dőlése kisebb volt, mint a mai 23,45 fokos szög. A Földhöz való kisebb dőlés csökkentette az északi féltekét érő napsugárzás mennyiségét és intenzitását, ami hidegebb nyarakhoz és a téli havazás kisebb mértékű olvadásához vezetett.

Az északi félteke jegesedésének kezdete a szubarktikus Csendes-óceánt is érintette. Körülbelül 2,7 millió évvel ezelőtt az óceán felszínén egy édesvízi fedél, az úgynevezett haloklin kialakulásához vezetett. Ez a sarkvidéki halokline akadályozta volna a feláramlást, ami megakadályozta, hogy a mély, szén-dioxidban gazdag mélyvizek a felszínre emelkedjenek. A hőt megkötő szén-dioxid “szivárgása” a légkörbe megállt, ami tovább hűtötte a bolygót.

Az óceáni kapuk megnyitásából és bezáródásából eredő sok más óceán-légkör visszacsatolási mechanizmus még tökéletlenül érthető. És a tudósok más óceáni átjárók következményeit is vizsgálják.

Mark Cane és Peter Molnar például felvetette, hogy az Indonéz-szigetek 5 és 3 millió évvel ezelőtti kiemelkedése és mozgása alapvetően kevesebb meleg dél-csendes-óceáni és több hűvösebb észak-csendes-óceáni vizet irányított át az Indonéz-tengeren. Ennek az lehetett a következménye, hogy a Csendes-óceán a tartósabb El Niño-szerű állapotokból (amelyek a trópusokról a magas szélességekre szállítják a hőt) egy La Niña-szerű állapotra váltott (amely visszafogta volna a hőátadást, és lehűtötte volna az északi féltekét).

Ezeknek a hatalmas geológiai és földrajzi változásoknak a tanulsága egyszerre elegánsan egyszerű és gyötrelmesen bonyolult. A tengerszorosok nyitása és záródása nagymértékben befolyásolja az édesvíz, a tápanyagok és az energia eloszlását a globális óceánban. Ezeknek a változó óceánoknak a változó légkörrel való összekapcsolódása elkerülhetetlenül változó éghajlatot jelent.