nasze życie dosłownie krąży wokół cykli: serii wydarzeń, które są powtarzane regularnie w tej samej kolejności. Istnieją setki różnych rodzajów cykli w naszym świecie i we wszechświecie. Niektóre są naturalne, takie jak zmiana pór roku, coroczne migracje zwierząt lub rytmy dobowe, które regulują nasze wzorce snu., Inne są produkowane przez człowieka, jak uprawa i zbiór plonów, rytmy muzyczne lub cykle gospodarcze.
cykle odgrywają również kluczową rolę w krótkoterminowej pogodzie i długoterminowym klimacie Ziemi. Sto lat temu serbski Naukowiec Milutin Milankovitch postawił hipotezę, że długoterminowe, zbiorowe skutki zmian położenia Ziemi względem słońca są silnym motorem długoterminowego klimatu Ziemi i są odpowiedzialne za początek i koniec okresów zlodowacenia (epoki lodowcowe).,
szczegółowo zbadał, w jaki sposób różnice w trzech typach ruchów orbitalnych ziemi wpływają na to, ile promieniowania słonecznego (znanego jako nasłonecznienie) dociera do szczytu atmosfery ziemskiej, a także gdzie dociera nasłonecznienie. Te cykliczne ruchy orbitalne, które stały się znane jako cykle Milankovitcha, powodują wahania do 25 procent ilości nasłonecznienia przychodzącego na środkowych szerokościach geograficznych Ziemi (obszary naszej planety położone między około 30 a 60 stopni na północ i południe od równika).,
cykle Milankovitcha obejmują:
- kształt orbity Ziemi, znany jako ekscentryczność;
- kąt osi Ziemi jest nachylony względem płaszczyzny orbity Ziemi, znany jako skośność; i
- kierunek osi obrotu Ziemi jest skierowany, znany jako precesja.
przyjrzyjmy się każdemu (Czytaj dalej, Dlaczego cykle Milankowitcha nie mogą wyjaśnić obecnego ocieplenia Ziemi tutaj).,
ekscentryczność – coroczna pielgrzymka ziemi wokół Słońca nie jest idealnie okrągła, ale jest dość blisko. Z biegiem czasu przyciąganie grawitacji z dwóch największych gazowych olbrzymów naszego Układu Słonecznego, Jowisza i Saturna, powoduje, że kształt orbity Ziemi zmienia się od prawie kołowego do lekko eliptycznego. Ekscentryczność mierzy, jak bardzo kształt orbity Ziemi odbiega od idealnego okręgu., Zmiany te wpływają na odległość między Ziemią a Słońcem.
jest to powód, dla którego Pory roku mają nieco inną długość.lato na półkuli Północnej jest obecnie o 4,5 dnia dłuższe niż zima, a wiosna o 3 dni dłuższe niż jesień. Wraz ze zmniejszaniem się ekscentryczności, długość pór roku stopniowo się wyrównuje.,
różnica odległości między najbliższym zbliżeniem ziemi do Słońca (znanym jako Peryhelium), które występuje około 3 stycznia każdego roku, a najdalszym odchodzeniem od Słońca (znanym jako aphelion) około 4 lipca, wynosi obecnie około 5,1 miliona kilometrów (około 3,2 miliona mil), czyli 3,4 procent. Oznacza to, że każdego stycznia, około 6,8 procent więcej promieniowania słonecznego dociera do ziemi niż każdego lipca.,
Kiedy orbita Ziemi jest najbardziej eliptyczna, około 23 procent więcej promieniowania słonecznego dociera do ziemi przy najbliższym zbliżeniu naszej planety do słońca każdego roku niż przy jego najdalszym odlocie od Słońca. Obecnie ekscentryczność Ziemi jest zbliżona do najmniej eliptycznej (najbardziej kołowej) i bardzo powoli maleje, w cyklu trwającym około 100 000 lat.
całkowita zmiana globalnego nasłonecznienia rocznego spowodowana cyklem ekscentryczności jest bardzo mała. Ponieważ różnice w ekscentryczności Ziemi są dość małe, są stosunkowo niewielkim czynnikiem w rocznych sezonowych zmianach klimatu.,
skośność – kąt osi obrotu Ziemi jest przechylony, jak porusza się wokół Słońca jest znany jako ukośność. Skośność jest powodem, dla którego Ziemia ma Pory roku. W ciągu ostatnich milionów lat wahała się od 22,1 do 24,5 stopnia prostopadle do płaszczyzny orbity Ziemi., Im większy kąt nachylenia osi Ziemi, tym bardziej ekstremalne są nasze Pory roku, ponieważ każda półkula otrzymuje więcej promieniowania słonecznego w lecie, gdy półkula jest nachylona w kierunku słońca, a mniej w zimie,gdy jest odchylona. Większe kąty nachylenia sprzyjają okresom deglacjacji (topnienia i cofania się lodowców i pokryw lodowych). Te efekty nie są jednolite globalnie — wyższe szerokości geograficzne otrzymują większą zmianę w całkowitym promieniowaniu słonecznym niż obszary bliżej równika.
oś Ziemi jest obecnie pochylona o 23.,4 stopnie, czyli mniej więcej w połowie drogi między jego skrajnościami, a kąt ten bardzo powoli maleje w cyklu, który obejmuje około 41 000 lat. Był ostatni w swoim maksymalnym przechyleniu około 10,700 lat temu i osiągnie swój minimalny przechył około 9,800 lat od teraz. W miarę zmniejszania się skośności, stopniowo pomaga nam to w łagodniejszych porach roku, powodując coraz cieplejsze zimy i chłodniejsze lata, które stopniowo, z biegiem czasu, pozwalają na gromadzenie się śniegu i lodu na wysokich szerokościach geograficznych w duże pokrywy lodowe. Wraz ze wzrostem pokrywy lodowej odbija ona więcej energii słonecznej z powrotem w Przestrzeń Kosmiczną, sprzyjając jeszcze dalszemu ochłodzeniu.,
precesja – gdy ziemia się obraca, porusza się lekko po swojej osi, jak lekko obracający się wierzchołek zabawki. To wahanie jest spowodowane siłami pływowymi spowodowanymi grawitacyjnymi wpływami słońca i księżyca, które powodują wybrzuszenie Ziemi na równiku, wpływając na jej obrót. Trend w kierunku tego kołysania w stosunku do stałych pozycji gwiazd jest znany jako precesja osiowa., Cykl precesji osiowej obejmuje około 25 771,5 roku.
precesja osiowa sprawia, że kontrasty sezonowe są bardziej ekstremalne na jednej półkuli, a mniej ekstremalne na drugiej. Obecnie Peryhelium występuje zimą na półkuli północnej, a latem na półkuli południowej. To sprawia, że na półkuli południowej lata są gorętsze i umiarkowane sezonowe wahania półkuli północnej., Ale za około 13 000 lat precesja osiowa spowoduje odwrócenie tych warunków, przy czym półkula północna będzie widzieć więcej ekstremalnych zjawisk w promieniowaniu słonecznym, a półkula południowa będzie doświadczać bardziej umiarkowanych wahań sezonowych.
precesja osiowa również stopniowo zmienia czas pór roku, powodując, że zaczynają się one wcześniej w czasie, i stopniowo zmienia, która oś gwiazdy Ziemia wskazuje na Biegun Północny (Gwiazda Północna). Dziś Północne Gwiazdy Ziemi to Polaris i Polaris Australis, ale kilka tysięcy lat temu były to Kochab i Pherkad.
istnieje również precesja apsyd., Nie tylko oś Ziemi się chwieje, ale cała elipsa orbitalna ziemi również chwieje się nieregularnie, głównie z powodu jej interakcji z Jowiszem i Saturnem. Cykl precesji apsydów obejmuje około 112 000 lat. Precesja apsydyczna zmienia orientację orbity Ziemi względem płaszczyzny eliptycznej.
połączone efekty precesji osiowej i apsyd skutkują całkowitym cyklem precesji obejmującym średnio około 23 000 lat.,
klimat Wehikuł czasu
małe zmiany wprawione w ruch przez cykle Milankovitcha działają oddzielnie i razem, aby wpłynąć na klimat Ziemi w bardzo długich czasach, prowadząc do większych zmian w naszym klimacie w ciągu dziesiątek tysięcy do setek tysięcy lat. Milankovitch połączył te cykle, tworząc kompleksowy model matematyczny do obliczania różnic w promieniowaniu słonecznym na różnych szerokościach geograficznych ziemi wraz z odpowiednimi temperaturami powierzchni., Model ten jest jak wehikuł czasu klimatycznego: może być uruchamiany do tyłu i do przodu, aby zbadać przeszłe i przyszłe warunki klimatyczne.
milankovitch zakładał, że zmiany promieniowania na niektórych szerokościach geograficznych i w niektórych porach roku są ważniejsze niż inne dla wzrostu i odwrotu pokryw lodowych. Ponadto uważał, że skośność jest najważniejszym z trzech cykli dla klimatu, ponieważ wpływa na ilość nasłonecznienia w północnych regionach wysokiej szerokości geograficznej ziemi w okresie letnim (względna rola precesji w stosunku do skośności jest nadal kwestią badań naukowych).,
obliczył, że Epoka lodowcowa występuje w przybliżeniu co 41 000 lat. Późniejsze badania potwierdzają, że występowały one w odstępach 41 000 lat od jednego do trzech milionów lat temu. Jednak około 800 000 lat temu cykl epok lodowcowych wydłużył się do 100 000 lat, odpowiadając cyklowi ekscentryczności Ziemi. Chociaż zaproponowano różne teorie wyjaśniające tę przemianę, naukowcy nie mają jeszcze jasnej odpowiedzi.
praca Milankovitcha była wspierana przez innych badaczy jego czasów, był autorem licznych publikacji na temat jego hipotezy., Ale dopiero około 10 lat po jego śmierci w 1958 roku światowa społeczność naukowa zaczęła poważnie zwracać uwagę na jego teorię. W 1976 roku, badanie w czasopiśmie Science przez Hays et al. używając głębinowych rdzeni osadowych stwierdzono, że cykle Milankowitcha odpowiadają okresom poważnych zmian klimatu w ciągu ostatnich 450 000 lat, z epokami lodowcowymi występującymi, gdy ziemia była w różnych stadiach zmian orbitalnych.,
również kilka innych projektów i badań potwierdziło zasadność pracy Milankovitcha, w tym badania z wykorzystaniem danych z rdzeni lodowych na Grenlandii i Antarktydzie, które dostarczyły mocnych dowodów na cykle Milankovitcha sięgające setek tysięcy lat wstecz. Ponadto jego prace zostały przyjęte przez National Research Council amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk.
trwają badania naukowe mające na celu lepsze zrozumienie mechanizmów, które powodują zmiany w rotacji Ziemi oraz tego, w jaki sposób cykle Milankowitcha wpływają na klimat., Ale teoria, że napędzają czas cykli lodowcowo-interglacjalnych jest dobrze przyjęta.