Le nostre vite ruotano letteralmente attorno ai cicli: serie di eventi che si ripetono regolarmente nello stesso ordine. Ci sono centinaia di diversi tipi di cicli nel nostro mondo e nell’universo. Alcuni sono naturali, come il cambiamento delle stagioni, le migrazioni animali annuali o i ritmi circadiani che governano i nostri modelli di sonno., Altri sono prodotti dall’uomo, come la coltivazione e la raccolta di colture, ritmi musicali o cicli economici.
I cicli svolgono anche un ruolo chiave nel tempo a breve termine e nel clima a lungo termine della Terra. Un secolo fa, lo scienziato serbo Milutin Milankovitch ha ipotizzato che gli effetti collettivi a lungo termine dei cambiamenti nella posizione della Terra rispetto al Sole siano un forte motore del clima a lungo termine della Terra e siano responsabili dell’inizio e della fine dei periodi di glaciazione (Ages glaciali).,
In particolare, ha esaminato come le variazioni in tre tipi di movimenti orbitali della Terra influenzano la quantità di radiazione solare (nota come insolazione) raggiunge la cima dell’atmosfera terrestre e dove raggiunge l’insolazione. Questi movimenti orbitali ciclici, che divennero noti come cicli di Milankovitch, causano variazioni fino al 25% nella quantità di insolazione in entrata alle medie latitudini della Terra (le aree del nostro pianeta situate tra circa 30 e 60 gradi a nord ea sud dell’equatore).,
I cicli di Milankovitch includono:
- La forma dell’orbita terrestre, nota come eccentricità;
- L’angolo dell’asse terrestre è inclinato rispetto al piano orbitale terrestre, noto come obliquità; e
- La direzione L’asse di rotazione terrestre è puntato, noto come precessione.
Diamo un’occhiata a ciascuno (ulteriori letture sul perché i cicli di Milankovitch non possono spiegare l’attuale riscaldamento della Terra qui).,
Eccentricità – Terra pellegrinaggio annuale intorno al Sole non è perfettamente circolare, ma è abbastanza vicino. Nel corso del tempo, l’attrazione della gravità dai due più grandi pianeti giganti gassosi del nostro sistema solare, Giove e Saturno, fa sì che la forma dell’orbita terrestre vari da quasi circolare a leggermente ellittica. L’eccentricità misura quanto la forma dell’orbita terrestre si discosta da un cerchio perfetto., Queste variazioni influenzano la distanza tra la Terra e il Sole.
L’eccentricità è la ragione per cui le nostre stagioni sono leggermente diverse, con le estati nell’emisfero settentrionale attualmente circa 4,5 giorni in più rispetto agli inverni e le primavere circa tre giorni in più rispetto agli autunni. Man mano che l’eccentricità diminuisce, la lunghezza delle nostre stagioni si uniforma gradualmente.,
La differenza nella distanza tra l’avvicinamento della Terra al Sole (noto come perielio), che si verifica il 3 gennaio o circa ogni anno, e la sua partenza più lontana dal Sole (noto come afelio) il 4 luglio o circa, è attualmente di circa 5,1 milioni di chilometri (circa 3,2 milioni di miglia), una variazione del 3,4%. Ciò significa che ogni gennaio, circa il 6,8% in più di radiazione solare in entrata raggiunge la Terra di quanto non faccia ogni luglio.,
Quando l’orbita terrestre è al suo massimo ellittico, circa il 23% in più di radiazione solare in entrata raggiunge la Terra all’avvicinamento più vicino al Sole del nostro pianeta ogni anno rispetto alla sua partenza più lontana dal Sole. Attualmente, l’eccentricità della Terra è vicina alla sua meno ellittica (più circolare) e sta diminuendo molto lentamente, in un ciclo che si estende per circa 100.000 anni.
La variazione totale dell’insolazione annuale globale dovuta al ciclo di eccentricità è molto piccola. Poiché le variazioni dell’eccentricità terrestre sono piuttosto piccole, sono un fattore relativamente minore nelle variazioni climatiche stagionali annuali.,
Obliquità – L’angolo asse di rotazione della Terra è inclinato, come si viaggia intorno al Sole è noto come aberrazione. L’obliquità è il motivo per cui la Terra ha le stagioni. Negli ultimi milioni di anni, ha variato tra 22,1 e 24,5 gradi perpendicolari al piano orbitale terrestre., Maggiore è l’angolo di inclinazione assiale della Terra, più estreme sono le nostre stagioni, poiché ogni emisfero riceve più radiazione solare durante l’estate, quando l’emisfero è inclinato verso il Sole, e meno durante l’inverno, quando è inclinato. Angoli di inclinazione maggiori favoriscono i periodi di deglaciazione (lo scioglimento e il ritiro dei ghiacciai e delle calotte glaciali). Questi effetti non sono uniformi a livello globale-latitudini più elevate ricevono un cambiamento maggiore nella radiazione solare totale rispetto alle aree più vicine all’equatore.
L’asse terrestre è attualmente inclinato 23.,4 gradi, o circa a metà strada tra i suoi estremi, e questo angolo sta diminuendo molto lentamente in un ciclo che si estende per circa 41.000 anni. E ‘ stato l’ultimo alla sua inclinazione massima circa 10.700 anni fa e raggiungerà la sua inclinazione minima circa 9.800 anni da oggi. Man mano che l’obliquità diminuisce, contribuisce gradualmente a rendere le nostre stagioni più miti, con conseguente inverni sempre più caldi ed estati più fresche che gradualmente, nel tempo, permettono alla neve e al ghiaccio alle alte latitudini di accumularsi in grandi lastre di ghiaccio. Con l’aumentare della copertura di ghiaccio, riflette più energia del Sole nello spazio, promuovendo un ulteriore raffreddamento.,
Precessione – Mentre la Terra ruota, oscilla leggermente sul suo asse, come un giocattolo rotante leggermente decentrato. Questa oscillazione è dovuta alle forze di marea causate dalle influenze gravitazionali del Sole e della Luna che causano il rigonfiamento della Terra all’equatore, influenzando la sua rotazione. La tendenza nella direzione di questa oscillazione rispetto alle posizioni fisse delle stelle è nota come precessione assiale., Il ciclo di precessione assiale si estende per circa 25.771, 5 anni.
La precessione assiale rende i contrasti stagionali più estremi in un emisfero e meno estremi nell’altro. Attualmente il perielio si verifica durante l’inverno nell’emisfero settentrionale e in estate nell’emisfero meridionale. Ciò rende le estati dell’emisfero australe più calde e modera le variazioni stagionali dell’emisfero settentrionale., Ma in circa 13.000 anni, la precessione assiale farà capovolgere queste condizioni, con l’emisfero settentrionale che vede più estremi nella radiazione solare e l’emisfero meridionale che sperimenta variazioni stagionali più moderate.
Anche la precessione assiale cambia gradualmente i tempi delle stagioni, facendole iniziare prima nel tempo, e cambia gradualmente quale stella l’asse terrestre punta al Polo Nord (la Stella Polare). Oggi le Stelle del Nord della Terra sono Polaris e Polaris Australis, ma un paio di migliaia di anni fa erano Kochab e Pherkad.
C’è anche la precessione apsidale., Non solo l’asse terrestre oscilla, ma anche l’intera ellisse orbitale della Terra oscilla irregolarmente, principalmente a causa delle sue interazioni con Giove e Saturno. Il ciclo di precessione absidale si estende per circa 112.000 anni. La precessione apsidale cambia l’orientamento dell’orbita terrestre rispetto al piano ellittico.
Gli effetti combinati della precessione assiale e apsidale si traducono in un ciclo complessivo di precessione che dura in media circa 23.000 anni.,
Una macchina del tempo climatico
I piccoli cambiamenti messi in moto dai cicli di Milankovitch operano separatamente e insieme per influenzare il clima della Terra su tempi molto lunghi, portando a cambiamenti più grandi nel nostro clima da decine di migliaia a centinaia di migliaia di anni. Milankovitch ha combinato i cicli per creare un modello matematico completo per calcolare le differenze nella radiazione solare a varie latitudini terrestri insieme alle corrispondenti temperature superficiali., Il modello è un po ‘ come una macchina del tempo climatico: può essere eseguito avanti e indietro per esaminare le condizioni climatiche passate e future.
Milankovitch ha assunto cambiamenti nelle radiazioni ad alcune latitudini e in alcune stagioni sono più importanti di altri per la crescita e il ritiro delle calotte glaciali. Inoltre, era sua convinzione che l’obliquità fosse il più importante dei tre cicli per il clima, perché influenza la quantità di insolazione nelle regioni settentrionali ad alta latitudine della Terra durante l’estate (il ruolo relativo della precessione rispetto all’obliquità è ancora una questione di studio scientifico).,
Ha calcolato che le Ages glaciali si verificano approssimativamente ogni 41.000 anni. Ricerche successive confermano che si sono verificati a intervalli di 41.000 anni tra uno e tre milioni di anni fa. Ma circa 800.000 anni fa, il ciclo delle Ages glaciali si allungò a 100.000 anni, corrispondendo al ciclo di eccentricità della Terra. Mentre varie teorie sono state proposte per spiegare questa transizione, gli scienziati non hanno ancora una risposta chiara.
Il lavoro di Milankovitch è stato supportato da altri ricercatori del suo tempo, e ha scritto numerose pubblicazioni sulla sua ipotesi., Ma non è stato fino a circa 10 anni dopo la sua morte nel 1958 che la comunità scientifica globale ha iniziato a prendere sul serio la sua teoria. Nel 1976, uno studio sulla rivista Science di Hays et al. utilizzando nuclei di sedimenti di acque profonde ha scoperto che i cicli di Milankovitch corrispondono a periodi di grandi cambiamenti climatici negli ultimi 450.000 anni, con Ages glaciali che si verificano quando la Terra stava subendo diversi stadi di variazione orbitale.,
Diversi altri progetti e studi hanno anche confermato la validità del lavoro di Milankovitch, inclusa la ricerca utilizzando i dati delle carote di ghiaccio in Groenlandia e Antartide che ha fornito una forte evidenza dei cicli di Milankovitch risalenti a molte centinaia di migliaia di anni fa. Inoltre, il suo lavoro è stato abbracciato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche dell’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti.
La ricerca scientifica per comprendere meglio i meccanismi che causano cambiamenti nella rotazione della Terra e come specificamente i cicli di Milankovitch si combinano per influenzare il clima è in corso., Ma la teoria che guidano i tempi dei cicli glaciali-interglaciali è ben accettata.