Vores liv bogstaveligt talt centreret omkring cykler: serie af begivenheder, der gentages regelmæssigt i samme rækkefølge. Der er hundredvis af forskellige typer cykler i vores verden og i universet. Nogle er naturlige, såsom årstidsskiftet, årlige dyrevandringer eller de cirkadiske rytmer, der styrer vores søvnmønstre., Andre er menneskeskabte, Som dyrkning og høst af afgrøder, musikalske rytmer eller økonomiske cyklusser.
cyklusser spiller også nøgleroller i Jordens kortvarige vejr og langsigtede klima. For et århundrede siden, serbisk videnskabsmand Milutin Milankovitch fremsat den hypotese, at på lang sigt, kollektive effekter af ændringer i Jordens position i forhold til Solen er en stærk drivkraft for Jordens langsigtede klima-og er ansvarlig for at udløse begyndelsen og slutningen af istiden perioder (istider).,
specifikt undersøgte han, hvordan variationer i tre typer Jordbanebevægelser påvirker, hvor meget solstråling (kendt som insolation) når toppen af Jordens atmosfære såvel som hvor insolationen når. Disse cykliske orbitale bevægelser, der blev kendt som Milankovitch-cykler, forårsage variationer på op til 25 procent i mængden af indgående solindstråling på Jorden midt-breddegrader (de områder på vores planet beliggende mellem omkring 30 og 60 grader nord og syd for ækvator).,
Milankovitch-cykler er:
- form af Jordens bane, der er kendt som excentricitet;
- vinklen Jordens akse hælder med hensyn til Jordens baneplan, der er kendt som skævhed; og
- retningen af Jordens rotationsakse peger, kendt som præcession.
lad os tage et kig på hver (yderligere læsning om hvorfor Milankovitch cykler ikke kan forklare Jordens nuværende opvarmning her).,
Excentricitet – Jordens årlige pilgrimsfærd rundt om Solen, er det ikke perfekt runde, men det er temmelig tæt. Over tid får tyngdekraften fra vores solsystems to største gasgigantplaneter, Jupiter og Saturn, formen på Jordens bane til at variere fra næsten cirkulær til lidt elliptisk. E .centricitet måler, hvor meget formen på Jordens bane afviger fra en perfekt cirkel., Disse variationer påvirker afstanden mellem Jorden og solen.
Excentricitet er grunden til, at vores sæsoner er lidt forskellige længder, med somre på den Nordlige Halvkugle i øjeblikket omkring 4,5 dage længere end vintre, og kilder om tre dage længere end efterår. Efterhånden som e .centriciteten falder, kommer længden af vores årstider gradvist ud.,
forskellen i afstanden mellem Jorden nærmeste tilgang til Solen (kendt som perihelium), som opstår på eller omkring 3 januar hvert år, og dens fjerneste afgang fra Solen (kendt som aphelium) på eller omkring juli 4, er i øjeblikket omkring 5,1 millioner kilometer (cirka 3,2 millioner km), en variation på 3,4 procent. Det betyder, at hver Januar når omkring 6.8 procent mere indkommende solstråling jorden, end den gør hver juli.,23 procent mere indkommende solstråling jorden ved vores planets nærmeste tilgang til Solen hvert år end ved dens fjerneste afgang fra solen. I øjeblikket er Jordens e .centricitet nær sin mindst elliptiske (mest cirkulære) og falder meget langsomt i en cyklus, der spænder over 100.000 år.
den samlede ændring i global årlig insolation på grund af e .centricitetscyklussen er meget lille. Fordi variationer i Jordens e .centricitet er ret små, er de en relativt mindre faktor i årlige sæsonbestemte klimavariationer.,
Skævhed – vinkel Jordens rotationsakse hælder i, når det bevæger sig rundt om Solen, er kendt som en skævhed. Skævhed er grunden til, at Jorden har årstider. I løbet af de sidste millioner år har det varieret mellem 22, 1 og 24, 5 grader vinkelret på jordens orbitalplan., Jo større Jordens aksiale hældningsvinkel er, jo mere ekstreme er vores årstider, da hver halvkugle modtager mere solstråling i løbet af sommeren, når halvkuglen vippes mod solen og mindre om vinteren, når den vippes væk. Større hældningsvinkler favoriserer perioder med nedbrydning (smeltning og tilbagetrækning af gletsjere og iskapper). Disse effekter er ikke ensartede globalt-højere breddegrader modtager en større ændring i den samlede solstråling end områder tættere på ækvator.
jordens akse er i øjeblikket vippet 23.,4 grader, eller omkring halvvejs mellem dens ekstremer, og denne vinkel falder meget langsomt i en cyklus, der spænder over 41.000 år. Det var sidst på sin maksimale tilt om 10,700 år siden, og vil nå sit minimum tilt om 9,800 år fra nu. Efterhånden som skråheden falder, hjælper det gradvist med at gøre vores sæsoner mildere, hvilket resulterer i stadig varmere vintre, og køligere somre, der gradvist, over tid, tillader sne og is på høje breddegrader at bygge op til store iskapper. Efterhånden som isdækket øges, reflekterer det mere af solens energi tilbage i rummet, hvilket fremmer endnu mere afkøling.,
Præcession – Som Jorden roterer, er det rokker lidt frem og tilbage på sin akse, som en lidt off-center spinning top toy. Denne wobble skyldes tidevandskræfter forårsaget af tyngdekraften fra Solen og månen, der får Jorden til at bøje sig ved ækvator, hvilket påvirker dens rotation. Tendensen i retning af denne wobble i forhold til stjernernes faste positioner er kendt som aksial præcession., Cyklusen af aksial præcession spænder over 25.771, 5 år.
aksial præcession gør sæsonbestemte kontraster mere ekstreme i den ene halvkugle og mindre ekstreme i den anden. I øjeblikket forekommer perihelion om vinteren på den nordlige halvkugle og om sommeren på den sydlige halvkugle. Dette gør sydlige halvkugle somre varmere og moderate nordlige halvkugle sæsonmæssige variationer., Men om cirka 13.000 år vil aksial præcession få disse forhold til at vende, hvor den nordlige halvkugle ser flere ekstremer i solstråling og den sydlige halvkugle oplever mere moderate sæsonvariationer.
aksial præcession ændrer også gradvist årstidernes timing, hvilket får dem til at begynde tidligere over tid og ændrer gradvist, hvilken stjerne jordens akse peger på ved Nordpolen (Nordstjernen). I dag er Jordens Nordstjerner Polaris og Polaris Australis, men for et par tusinde år siden var de Kochab og Pherkad.
Der er også apsidal præcession., Ikke kun vingler jordens akse, men hele jordens orbital ellipse vingler også uregelmæssigt, primært på grund af dets interaktioner med Jupiter og Saturn. Cyklusen af apsidal præcession spænder over 112.000 år. Apsidal præcession ændrer orienteringen af Jordens bane i forhold til det elliptiske plan.
de kombinerede effekter af aksial og apsidal præcession resulterer i en samlet præcessionscyklus, der spænder over omkring 23.000 år i gennemsnit.,
en Klimatidsmaskine
de små ændringer, der er sat i gang af Milankovitch-cyklusser, fungerer separat og sammen for at påvirke jordens klima over meget lange tidsperioder, hvilket fører til større ændringer i vores klima over titusinder til hundreder af tusinder af år. Milankovitch kombinerede cyklusserne for at skabe en omfattende matematisk model til beregning af forskelle i solstråling på forskellige Jordbreddegrader sammen med tilsvarende overfladetemperaturer., Modellen er lidt ligesom en Klima tidsmaskine: det kan køres frem og tilbage for at undersøge tidligere og fremtidige klimaforhold.
Milankovitch antog ændringer i stråling på nogle breddegrader og i nogle årstider er vigtigere end andre til vækst og tilbagetrækning af iskapper. Hertil kommer, at det var hans overbevisning, at skævhed var den vigtigste af de tre cykler for klimaet, fordi det påvirker mængden af isolering i Jordens nordlige høj-bredde-regioner i løbet af sommeren (den relative rolle præcession versus skævhed er det stadig et spørgsmål om videnskabelig undersøgelse).,
han beregnet, at istider forekommer cirka hvert 41.000 år. Efterfølgende forskning bekræfter, at de fandt sted med 41,000-års intervaller mellem en og tre millioner år siden. Men for omkring 800.000 år siden blev istidens cyklus forlænget til 100.000 år, hvilket matchede Jordens e .centricitetscyklus. Mens forskellige teorier er blevet foreslået for at forklare denne overgang, har forskere endnu ikke et klart svar.
Milankovitch ‘ s arbejde blev støttet af andre forskere i hans tid, og han skrev adskillige publikationer om sin hypotese., Men det var først omkring 10 år efter hans død i 1958, at den globale videnskab samfund begyndte at tage alvorligt varsel af hans teori. I 1976 blev en undersøgelse i tidsskriftet Science af Hays et al. brug af dybhavssedimentkerner fandt, at Milankovitch-cyklusser svarer til perioder med store klimaændringer i de sidste 450,000 år, hvor istider forekom, da jorden gennemgik forskellige stadier af orbital variation.,
Flere andre projekter og undersøgelser har også opretholdes gyldigheden af Milankovitch ‘ s arbejde, herunder forskning ved hjælp af data fra iskerner i Grønland og Antarktis, der har givet et stærkt bevis for Milankovitch-cykler går tilbage mange hundreder af tusinder af år. Derudover er hans arbejde blevet omfavnet af National Research Council of the US National Academy of Sciences.
videnskabelig forskning for bedre at forstå de mekanismer, der forårsager ændringer i Jordens rotation, og hvordan Milankovitch-cyklusser kombineres for at påvirke klimaet pågår., Men teorien om, at de driver timingen af is-interglaciale cyklusser, er godt accepteret.