Cykle Milankovitcha to jedna z teorii, za pomocą których naukowcy próbowali wyjaśnić istnienie zlodowaceń w historii Ziemi. Ta hipoteza jest również nazywana orbitalną lub astronomiczną. Swoją nazwę zawdzięcza jugosłowiańskiemu klimatologowi Milutinowi Milankovićowi. Pomimo dużej liczby sprzeczności w tej teorii, stworzyła ona podstawę współczesnej paleoklimatologii.
Ruch Ziemi
Jak wiesz, Ziemia krąży wokół Słońca po orbicie eliptycznej i wokół własnej osi. Ten ostatni również zmienia swoje położenie pod wpływem grawitacji księżyca. Oś Ziemi ma pewien kąt nachylenia, podobnie jak inne planety Układu Słonecznego. Opisuje stożek w przestrzeni. Ten efekt nazywamy precesją. Dobrym przykładem wizualizacji tej cechy ruchu planety jest obrót bączka.
Okres całkowitej rewolucji na obwodzie wynosi około 25 800 lat. Kąt pochylenia osi zmienia się również w zakresie 22,1-24,5° co 40 100 lat. Zjawisko to nazywa się nutacją.
Ekscentryczność lubstopień kompresji orbity Ziemi podczas obrotu Słońca zmienia się na przestrzeni 90 800 lat. Kiedy wzrasta, planeta oddala się od gwiazdy i otrzymuje mniej promieniowania słonecznego, a zatem ciepła. Są też okresy, w których największe nachylenie Ziemi pokrywa się z maksymalnym mimośrodem. Rezultatem jest globalne ochłodzenie.
Perihilion i Aphelion
Ponieważ planety Układu Słonecznego mają na siebie wzajemny wpływ, oś orbity Ziemi podczas poruszania się wokół Słońca stopniowo obraca się w tym samym kierunku, co ruch orbitalny. W rezultacie przesunięte zostaje peryhelium – punkt orbity najbliższy gwiazdce i aphelium – najbardziej odległy punkt. Parametry te wpływają na intensywność oddziaływania promieniowania słonecznego – termicznego, elektromagnetycznego, korpuskularnego. W ujęciu procentowym wahania te są niewielkie, ale wpływają na ogrzewanie powierzchni planety.
Astronomia, geofizyka i klimatologia to nauki, za pomocą których naukowcy starają się ustalić związek między aktywnością Słońca, świeckimi zmianami średniej rocznej temperatury i ogólnie klimatem, a także między innymi czynnikami. Ich zadaniem jest nie tylko określanie naturalnych wzorców, ale także przewidywanie przyszłych zmian, które mogą znacząco wpłynąć na ludzkie życie.
Czym są cykle Milankovitcha?
Klimat Ziemi zmienia się pod wpływem czynników antropogenicznych i nieantropogenicznych. Druga grupa obejmuje ruchy tektoniczne płyt litosfery,fluktuacje promieniowania słonecznego, aktywność wulkaniczna i cykle Milankovitcha. Opisują wpływ zmian w ruchach planety na jej klimat.
W 1939 roku Milankovitch po raz pierwszy wysunął hipotezę o cyklicznej zależności epok lodowcowych w ciągu ostatnich 500 tysięcy lat. Obliczył dynamikę zmian promieniowania słonecznego, na które składa się promieniowanie elektromagnetyczne i korpuskularne oraz wyjaśnił przyczynę zlodowacenia w epoce plejstocenu. Jego zdaniem polegało to na zmianie parametrów orbity planety – mimośrodu, kąta nachylenia osi i położenia peryhelium. Zgodnie z postulatami jego teorii, zlodowacenia wywołane tymi czynnikami powtarzają się w krótkich odstępach czasu i można je przewidzieć.
Jego hipoteza została zbudowana na założeniu, że atmosfera planety jest przezroczysta. Warianty promieniowania słonecznego (nasłonecznienie) zostały przez niego obliczone dla 65° szerokości geograficznej północnej. Przekroje uzyskane na wykresie nasłonecznienia, odpowiadające czterem zlodowaceniom, dobrze korelowały ze schematem zlodowacenia alpejskiego, zbudowanym przez niemieckich naukowców A. Penka i E. Brücknera.
Główne czynniki i epoki lodowcowe
Zgodnie z teorią Milankovitcha, trzy główne czynniki orbitalne wymienione powyżej powinny normalnie działać w różnych kierunkach, aby ich wpływ się nie sumował. Następna epoka lodowcowa nadchodzi, gdy sumują się i wzmacniają się nawzajem.
Każdy z nich określa wpływ Słońca na Ziemię, na ilość promieniowania słonecznego odbieranego przez różnestrefy planety. Jeśli zmniejsza się ona na półkuli północnej, gdzie koncentruje się większość lodowców, z roku na rok na powierzchni gromadzi się coraz więcej śniegu. Wzrost pokrywy śnieżnej zwiększa odbicie światła słonecznego, co z kolei przyczynia się do dalszego chłodzenia planety.
Ten proces stopniowo się nasila, zaczyna się globalne ochłodzenie, rozpoczyna się kolejna epoka lodowcowa. Pod koniec takiego cyklu obserwuje się zjawisko odwrotne. Według danych naukowych szczyt ochłodzenia podczas ostatniej epoki lodowcowej miał miejsce około 18 000 lat temu.
Wpływ precesji
Naukowcy uważają, że cykl precesyjny jest najbardziej wyraźny podczas zlodowaceń na półkuli północnej. Teraz jest w okresie interglacjalnym, który zakończy się za około 9-10 tysięcy lat. W nadchodzących tysiącleciach poziom morza może nadal się podnosić z powodu topnienia lodowców. A przede wszystkim dotyczy to lądolodu Grenlandii - drugiego co do wielkości po antarktycznym.
Wręcz przeciwnie, na półkuli południowej obserwuje się obecnie epokę „zlodowacenia”, ale ponieważ jest tu znacznie mniej lądu niż na północy, zjawisko to nie wygląda tak jasno.
Jeśli dzień przesilenia zimowego przypada na aphelium (czyli nachylenie osi obrotu planety w kierunku od Słońca jest maksymalne), zima będzie dłuższa i zimniejsza, a lato - gorące i krótkie. Przeciwnie, na przeciwnej półkuli jest długie chłodne lato i krótka ciepła zima. Różnice w długości tych pór roku są tym bardziej widoczne, tym bardziejmimośród orbity.
Nucja
Nutacja wiąże się z bardziej krótkoterminowymi wahaniami pozycji osi Ziemi. Największa amplituda amplitudy wynosi 18,6 lat.
Nutation prowadzi do zmiany sezonowych kontrastów promieniowania słonecznego, ale jego roczna ilość pozostaje stała. Wzrost nasłonecznienia latem (cieplejsza i bardziej sucha pogoda) jest równoważony jego spadkiem zimą.
Zmiana kształtu orbity
Odległość od Ziemi do Słońca zależy od wydłużenia orbity planety. Różnica między skrajnymi punktami wynosi 4,7 mln km. W erze małych ekscentryczności planeta otrzymuje więcej promieniowania słonecznego, górne granice atmosfery nagrzewają się bardziej i na odwrót.
Mimośrodowość zmienia całkowite roczne promieniowanie słoneczne, ale ta różnica jest niewielka. W ciągu ostatniego miliona lat nie przekroczyła 0,2%. Największy efekt występuje, gdy maksymalny mimośród pokrywa się z największym nachyleniem własnej osi Ziemi.
Historia zmian klimatycznych na Ziemi
Nowoczesne metody badań geofizycznych pozwalają nam poznać klimat na naszej planecie setki tysięcy lat temu. Temperaturę szacuje się pośrednio na podstawie liczby izotopów ciężkiego wodoru i tlenu. Tempo globalnego ocieplenia wynosi obecnie około 1° rocznie.
W ciągu ostatnich 400 000 lat zarejestrowano 4 epoki lodowcowe wZiemia. Gwałtowne ocieplenie, które rozpoczęło się około 12 tysięcy lat temu, doprowadziło do podniesienia się poziomu oceanu o 50-100 m. Być może zjawisko to zostało opisane w Biblii jako Potop.
Ociepleniu w epoce nowożytnej towarzyszą średnie roczne wahania temperatury o 2-3 stopnie. Na skonstruowanych zależnościach odnotowuje się skoki temperatury powierzchni planety, których czas trwania nie przekracza 1000 lat. Występują wahania w mniejszym cyklu - co 100-200 lat o 1-2°. Jak sugerują naukowcy, wynika to z wahań ilości metanu i dwutlenku węgla w atmosferze.
Wady teorii
W latach 60. i 70. W XX wieku naukowcy uzyskali nowe dane eksperymentalne i obliczeniowe, które odbiegały od koncepcji cykli Milankovitcha. Zawiera następujące sprzeczności:
- Atmosfera Ziemi nie zawsze była tak przejrzysta jak teraz. Potwierdzają to badania lodu na Grenlandii i Antarktydzie. Duża ilość pyłu, prawdopodobnie związana z aktywną aktywnością wulkaniczną, odbijała ciepło słoneczne. W rezultacie powierzchnia planety ochłodziła się.
- Zgodnie z teorią Milankovitcha, zlodowacenia na Grenlandii i Antarktydzie miały miejsce w różnych okresach, ale jest to sprzeczne z danymi paleontologicznymi.
- Globalne ochłodzenia powinny być powtarzane w przybliżeniu w równych odstępach czasu, ale w rzeczywistości nie były to okresy mezozoiczne i trzeciorzędowe, a w czwartorzędzie następowały jedno po drugim.
Główną wadą tej teorii jest to, żeopiera się tylko na czynnikach astronomicznych, a mianowicie na zmianie ruchu Ziemi. W rzeczywistości istnieje wiele innych przyczyn: zmiany pola geomagnetycznego, obecność licznych sprzężeń zwrotnych w systemie klimatycznym (mechanizm reakcji rezonansowej, który występuje w odpowiedzi na uderzenia orbitalne), aktywność tektoniczna (wulkanizm, aktywność sejsmiczna) i składnik antropogeniczny, czyli wpływ działalności gospodarczej człowieka na przyrodę.
