पिछले कई लाख वर्षों में पृथ्वी कई बार अत्यंत ठंडे हिमानी काल और अपेक्षाकृत गर्म अंतरहिमानी काल के बीच आती-जाती रही है। लगभग 2 × दस हज़ार वर्ष पहले, जब अंतिम हिमानी काल अपने चरम पर था, उत्तरी अमेरिका और उत्तरी यूरोप के विशाल भूभाग मोटी बर्फ से ढके थे। समुद्र का पानी बर्फ में बँध जाने के कारण समुद्र का स्तर भी आज की तुलना में 100 मीटर से अधिक नीचे था।
जलवायु में इतने बड़े बदलाव बार-बार क्यों होते हैं, यह लंबे समय तक एक अनसुलझी पहेली थी। आज सबसे व्यापक रूप से स्वीकार की जाने वाली व्याख्या यह है कि सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा और उसका घूर्णन अक्ष बहुत धीरे, लेकिन नियमित रूप से बदलते हैं। इन नियमित बदलावों को व्यवस्थित रूप देने वाले वैज्ञानिक के नाम पर इन्हें ‘मिलानकोविच चक्र (Milankovitch Cycles)’ कहा जाता है।
इस सामग्री में हम मिलानकोविच चक्र की पृष्ठभूमि, इसे बनाने वाले तीन बदलावों, इस सिद्धांत का समर्थन करने वाले समुद्र तल के साक्ष्यों, और इसकी सीमाओं तथा आज की जलवायु को समझने में इसके महत्त्व को क्रम से समझेंगे।
मिलानकोविच चक्र के सिद्धांत और महत्त्व
सिद्धांत का जन्म और गर्मियों की धूप की निर्णायक भूमिका
मिलुटिन मिलानकोविच (Milutin Milanković) सर्बिया के गणितज्ञ और भूभौतिकीविद् थे। 20वीं सदी की शुरुआत में उन्होंने कई दशकों तक बिना कैलकुलेटर के हाथ से गणनाएँ कीं कि पृथ्वी की कक्षा और घूर्णन अक्ष बदलने पर अलग-अलग अक्षांशों को मिलने वाली धूप की मात्रा कैसे बदलती है।
कक्षा में बदलाव से हिमयुग आने का विचार उनसे पहले भी मौजूद था। 19वीं सदी में फ्रांस के जोज़ेफ अदेमार (Joseph Adhémar) और स्कॉटलैंड के जेम्स क्रॉल (James Croll) ने इसी तरह के तर्क प्रस्तुत किए थे। मिलानकोविच ने सटीक गणनाओं के माध्यम से इस विचार को परिष्कृत किया और अपने निष्कर्षों को 1941 में ‘सौर विकिरण के नियम और हिमयुग की समस्या’ नामक पुस्तक में संकलित किया।
उन्होंने जिस निर्णायक कारक को पहचाना, वह सर्दियों की ठंड नहीं, बल्कि उत्तरी गोलार्ध के उच्च अक्षांश वाले क्षेत्रों में गर्मियों की धूप थी। लगभग 65 डिग्री उत्तरी अक्षांश जैसे विस्तृत स्थलीय क्षेत्रों में गर्मियों की धूप कमज़ोर पड़ने पर सर्दियों में जमा हिम पूरी तरह पिघल नहीं पाता और बचा रहता है। ऐसे वर्ष लगातार आते रहें तो हिम हर साल जमा होकर विशाल हिमचादरों में बदल जाता है। इसके विपरीत, गर्मियों की धूप तेज़ होने पर हिमचादरें पिघलकर पीछे हटती हैं।
कक्षा और घूर्णन अक्ष से उत्पन्न तीन बदलाव
मिलानकोविच चक्र अलग-अलग लयों में होने वाले तीन बदलावों के एक साथ जुड़ने से बनते हैं।
(1) उत्केंद्रता (Eccentricity)
पृथ्वी की परिक्रमण कक्षा पूर्ण वृत्त नहीं, बल्कि थोड़ा चपटा दीर्घवृत्त है। इसके चपटेपन की मात्रा लगभग 10 × दस हज़ार और लगभग 40 × दस हज़ार वर्षों के चक्र में बदलती है। कक्षा जितनी अधिक लंबी होती है, सूर्य के सबसे निकट और सबसे दूर होने पर मिलने वाली धूप की मात्रा में अंतर उतना ही बढ़ जाता है।
(2) घूर्णन अक्ष का झुकाव (Obliquity)
पृथ्वी का घूर्णन अक्ष कक्षीय तल के सापेक्ष झुका हुआ है। यह कोण लगभग 4 × दस हज़ार और 1 हज़ार वर्षों के चक्र में 22.1 डिग्री से 24.5 डिग्री के बीच बदलता रहता है। अभी यह लगभग 23.4 डिग्री है और धीरे-धीरे घट रहा है। झुकाव जितना अधिक होता है, गर्मियाँ उतनी अधिक गर्म और सर्दियाँ उतनी अधिक ठंडी होती हैं।
(3) अयनचलन (Precession)
घूर्णन अक्ष लट्टू की तरह धीरे-धीरे वृत्त बनाते हुए अपनी दिशा बदलता है। इस कारण पृथ्वी के सूर्य के सबसे निकट पहुँचने का समय किस ऋतु में पड़ता है, यह लगभग 2 × दस हज़ार और 3 हज़ार वर्षों के चक्र में बदलता है। अभी पृथ्वी 1वें महीने की शुरुआत में सूर्य के सबसे निकट होती है, जब उत्तरी गोलार्ध में सर्दियाँ होती हैं।
ये तीनों बदलाव पूरी पृथ्वी को 1 वर्ष में मिलने वाली धूप की कुल मात्रा से अधिक इस बात को बदलते हैं कि वह धूप ऋतुओं और अक्षांशों के बीच कैसे बँटती है। वितरण में यही बदलाव तय करता है कि हिमचादरें बढ़ेंगी या घटेंगी।
समुद्र तल की मिट्टी से मिले साक्ष्य
मिलानकोविच की गणनाएँ लंबे समय तक ऐसी परिकल्पना बनी रहीं जिसे सिद्ध करना कठिन था। इसका कारण यह था कि कई लाख वर्ष पहले की जलवायु को सटीक रूप से मापने का कोई तरीका नहीं था। गहरे समुद्र के तल पर जमा मिट्टी ने इस स्थिति को बदल दिया।
समुद्र तल के अवसादों में फोरामिनिफेरा नामक छोटे प्लवकों के खोल परत-दर-परत जमा होते हैं। इन खोलों में मौजूद ऑक्सीजन समस्थानिकों का अनुपात उस समय भूमि पर बर्फ की मात्रा का अभिलेख बन जाता है। 1976 में जेम्स हेज़ (James Hays), जॉन इम्ब्री (John Imbrie) और निकोलस शैकलटन (Nicholas Shackleton) ने इन अभिलेखों का विश्लेषण किया और अपने निष्कर्ष ‘साइंस’ पत्रिका में प्रकाशित किए।
- लगभग 10 × दस हज़ार वर्षों का चक्र (100,000 वर्ष): यह उत्केंद्रता की लय से मेल खाता था।
- लगभग 4 × दस हज़ार और 1 हज़ार वर्षों का चक्र (41,000 वर्ष): यह घूर्णन अक्ष के झुकाव की लय से मेल खाता था।
- लगभग 2 × दस हज़ार और 3 हज़ार वर्षों तथा 1 × दस हज़ार और 9 हज़ार वर्षों के चक्र (23,000 और 19,000 वर्ष): ये अयनचलन की लय से मेल खाते थे।
इस शोधपत्र ने पृथ्वी की कक्षा में होने वाले बदलावों को ‘हिमयुगों की लय निर्धारित करने वाला संचालक (Pacemaker of the Ice Ages)’ कहा। इसके बाद मिलानकोविच चक्र जलवायु परिवर्तन की व्याख्या करने वाले एक प्रमुख सिद्धांत के रूप में स्थापित हो गए। अंटार्कटिका के हिमनदों से निकाले गए बेलनाकार बर्फ के नमूनों के अभिलेखों में भी यही लय दिखाई दी।
सिद्धांत की सीमाएँ और आज की जलवायु
मिलानकोविच चक्र हर बात की व्याख्या नहीं कर सकते। इसकी एक प्रमुख पहेली तथाकथित ‘10 × दस हज़ार वर्षों की समस्या’ है। पिछले लगभग 80 × दस हज़ार वर्षों में हिमानी और अंतरहिमानी काल मुख्यतः 10 × दस हज़ार वर्षों की लय में आते-जाते रहे हैं, लेकिन इन तीन बदलावों में उत्केंद्रता से धूप की मात्रा में होने वाला बदलाव सबसे कम है। इससे पहले के समय में 4 × दस हज़ार और 1 हज़ार वर्षों की लय अधिक स्पष्ट थी। यह लय क्यों बदली, इस पर अब भी बहस जारी है।
वैज्ञानिकों का मानना है कि कक्षा में बदलाव शुरुआत करने वाले कारक की भूमिका निभाते हैं और पृथ्वी की आंतरिक प्रतिपुष्टि उनके प्रभाव को बढ़ाती है।
- बर्फ और परावर्तनशीलता (Ice-Albedo Feedback): सफ़ेद बर्फ का क्षेत्र जितना फैलता है, उतनी अधिक धूप परावर्तित होती है और पृथ्वी अधिक ठंडी होती जाती है।
- ग्रीनहाउस गैसें (Greenhouse Gases): हिमनदों के अभिलेख बताते हैं कि हिमानी काल में वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड कम और अंतरहिमानी काल में अधिक थी।
- महासागरीय परिसंचरण (Ocean Circulation): समुद्री जल की धाराएँ बदलने पर पृथ्वी के अलग-अलग हिस्सों में ऊष्मा के वितरण का तरीका भी बदल जाता है।
मिलानकोविच चक्र हज़ारों से लेकर दसियों हज़ार वर्षों में धीरे-धीरे काम करते हैं। इसलिए पिछले लगभग 100 से कुछ अधिक वर्षों में तापमान में हुई तेज़ वृद्धि की व्याख्या इन चक्रों से नहीं की जा सकती। मनुष्यों द्वारा उत्सर्जित ग्रीनहाउस गैसों को इसका मुख्य कारण माना जाता है। कक्षा की धीमी लय को समझने से यह और स्पष्ट होता है कि आज के बदलाव कितने तेज़ और असाधारण हैं।
अंततः मिलानकोविच चक्र हमें याद दिलाते हैं कि पृथ्वी की जलवायु का ब्रह्मांड में उसकी स्थिति से गहरा संबंध है। आकाश की धीमी लय और पृथ्वी की आंतरिक प्रतिपुष्टि को एक साथ समझना ही जलवायु के लंबे इतिहास को समझने की पहली सीढ़ी है।
