Циклы Миланковича: глобальное потепление или ледниковый период

Циклы Миланковича описывают влияние относительно небольших изменений в движении Земли на климат планеты. Они названы в честь Милутина Милановича, сербского астрофизика, который в начале 20-го века начал исследовать причины ледниковых периодов на Земле.

Земля пережила несколько ледниковых периодов в эпоху плейстоцена (период от 2,6 млн до 11 700 лет назад). В течение тысячелетий в одно и то же время даже более умеренные регионы земного шара были покрыты ледниками и ледяными щитами. Оледенение могло доходить до 40 параллели, а ледники занимали до 30% поверхности Земли.

Чтобы определить, почему Земля переживает такие огромные изменения климата, Миланкович сравнивает данные об изменениях положения Земли с хронологией ледниковых периодов во время плейстоцена. Он изучил их вариации за последние 600 000 лет и вычислил, как изменяется солнечное излучение из-за изменения параметров орбиты Земли. Таким образом, он смог связать меньшее количество солнечного света и тепла в высоких северных широтах с предыдущими европейскими ледниковыми периодами.

Миланкович утверждал, что из-за уменьшения солнечного излучения, зимний снег не тает летом в некоторых регионах. Этот оставшийся снег усиливает отражательную способность поверхности, возвращая солнечные лучи обратно в космос, что приводит к дальнейшему охлаждению, создавая положительную обратную связь.

Расчеты и графики Миланковича, опубликованные в 1920-х годах, до сих пор используются для изучения прошлого и прогнозирования будущего климата.

Существует три различных позиционных цикла с различной продолжительностью, которые влияют на климат Земли: эксцентриситет орбиты Земли, изменение осевого наклона планеты и круговые колебания ее оси.

Эксцентричность

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Эллиптичность является мерой формы овала и определяется отношением малой оси (длина короткой оси эллипса) к большой оси (длина длинной оси эллипса). Идеальный круг, в котором два фокуса сходятся в центре, имеет эллиптичность 0 (низкий эксцентриситет), а сильно продолговатый эллипс, выглядящий почти как прямая линия, имеет эксцентриситет около 1 (высокий эксцентриситет).

Максимальная эксцентричность орбиты Земли Минимальная эксцентричность орбиты Земли

Земная орбита слегка меняет свой эксцентриситет за 96 000 лет с почти 0 до 0,07 и обратно. Когда у орбиты Земли более высокий эксцентриситет, поверхность планеты получает на 20–30 процентов больше солнечного излучения в перигелий (самое короткое расстояние между Землей и Солнцем), чем в афелий (самое дальнее расстояние). Когда же у орбиты Земли низкий эксцентриситет, разница в количестве солнечного излучения в перигелий и афелий, очень мала.

Сегодня эксцентриситет орбиты Земли составляет 0,017. В перигелий (около 3 января) земная поверхность получает на 6% больше солнечного излучения, чем в афелий, который происходит 4 июля или около этой даты.

Изменение наклона оси Земли

Почти неизменный наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики и вращение Земли вокруг Солнца являются причиной наличия времен года. Незначительные изменения наклона оси влияют на количество солнечного излучения, попадающего в определенные места на Земле. Однако приблизительно каждые 41 000 лет наклон земной оси колеблется между 21,5 и 24,5 градусами.

Небольшие изменения в аксиальном наклоне Земли влияют на количество солнечного излучения, падающего в определенные места на Земле

Когда ось Земли слегка наклонена, количество солнечной излучения не сильно меняется между летом и зимой для большей части земной поверхности, поэтому времена года сменяются и проходят мягче, увеличение наклона оси создает более экстремальные сезоны (более жаркое лето и более холодные зимы).

Сегодня наклон Земли составляет 23,5 градуса и имеет тенденцию к уменьшению, что может заложить основу для более умеренных сезонов (более холодное лето и более теплая зима).

Прецессия

Земля слегка колеблется при вращении вокруг своей оси. Это колебание, известное как прецессия, происходит главным образом из-за гравитации Солнца и Луны.

Осевая прецессия в астрономии — это гравитационно-индуцированное, медленное и непрерывное изменение ориентации оси вращения. Она похожа на прецессию крутящегося волчка, когда его вершина описывает круг (что особенно заметно при замедлении вращения волчка). Земная ось также совершает похожие круги, приблизительно за 26000 лет она описывает полный круг.

Полярная звезда не всегда будет указывать точно на Север

В течение последних нескольких тысяч лет, ось Земли была направлена на Полярную звезду, что позволяло нам легко отыскать ночью Север. Но постепенное прецессионное колебание Земли приведет к тому, что Полярная звезда перестанет точно указывать на Север. Около 5000 лет назад ось Земли была направлена ​​больше на другую звезду, называемую Тубин. И примерно через 12 000 лет ось пойдет немного дальше вокруг своего прецессионного круга и укажет на Вегу, которая станет следующей Северной звездой.

Что прогнозируют циклы Миланковича

Мы уже выяснили, что:

• Форма орбиты Земли вокруг Солнца меняется с меньшей на более эллиптическую и обратно каждые 96 000 лет
• Ось вращения Земли наклонена по отношению к плоскости эклиптики, и этот наклон меняется от 21,5 ° до 24,5 ° и обратно примерно за 41 000 лет
• Наконец, ось вращения Земли описывает полный круг (прецессия) с периодом 26 000 лет

Задача Миланковича состояла в том, чтобы понять, что происходит, когда три цикла совпадают и как они работают вместе, влияя на количество солнечного излучения, полученного Землей. Основываясь на своих расчетах, Миланкович создает теорию, согласно которой эти циклы вызывают колебания в количестве полученного солнечного света, достигающие более чем двадцать процентов для северных широт. В своем докладе 1941 года «Канон инсоляции и проблема ледникового периода» он предположил, что это стало причиной подъема и падения больших континентальных ледниковых щитов.

Технический прогресс позволил геологам изучать керны глубоководных отложений, которые содержали климатические данные за миллионы лет. Эти климатические данные показывают удивительные периодические изменения, которые коррелируют с графиками, известными сейчас как циклы Миланковича.

Если рассматривать только астрономические факторы, то охлаждение и потепление во время ледникового и межледникового периодов намного сильнее, чем можно ожидать. Изменение температуры в ту или иную сторону, также усиливаются за счет других факторов. Это, скорее всего, связано с увеличением ледяных щитов, которые отражают больше солнечного излучения обратно в космос, а также нагревом мирового океана и поглощения им углекислого газа.

Существует четкая связь между формой орбиты Земли и естественным изменением климата, однако нынешняя тенденция потепления на Земле происходит во время относительно прохладной орбитальной фазы.

Вероятно, человеческая деятельность достаточно велика, чтобы противодействовать этой холодной фазе и Землю не ожидает резкое оледенение в одно из ближайших столетий.

Источники:

https://earthsky.org/earth/can-you-explain-why-earth-has-four-seasons
https://earthobservatory.nasa.gov/features/Milankovitch/milankovitch_2
https://www.livescience.com/64813-milankovitch-cycles.html https://theecologist.org/2019/jun/05/understanding-milankovitch-cycles

Холестерин. Все, что нужно знать

Организм человека содержит около 250 граммов холестерина. Он является важным элементом наших клеток, но его избыток может привести к серьезным проблемам со здоровьем.

Коронавирус теперь можно услышать

Любой, кто захочет, может услышать коронавирус. Американские ученые перевели естественные колебания самого важного белка вируса в слышимые звуки.