våra liv kretsar bokstavligen kring cykler: serie av händelser som upprepas regelbundet i samma ordning. Det finns hundratals olika typer av cykler i vår värld och i universum. Vissa är naturliga, såsom förändringen av årstiderna, årliga djurvandringar eller de cirkadiska rytmer som styr våra sömnmönster., Andra är människoproducerade, som odling och skörd av grödor, musikaliska rytmer eller ekonomiska cykler.
cykler spelar också nyckelroller i jordens kortsiktiga väder och långsiktiga klimat. För ett sekel sedan hypoteser serbiska forskare Milutin Milankovitch de långsiktiga, kollektiva effekterna av förändringar i jordens position i förhållande till solen är en stark drivkraft för jordens långsiktiga klimat, och är ansvariga för att utlösa början och slutet av glaciationsperioder (istid).,
specifikt undersökte han hur variationer i tre typer av jordens orbitalrörelser påverkar hur mycket solstrålning (känd som insolation) når toppen av jordens atmosfär såväl som där insolationen når. Dessa cykliska orbitalrörelser, som blev kända som Milankovitchcyklerna, orsakar variationer på upp till 25 procent i mängden inkommande insolation på jordens mitt breddgrader (områdena på vår planet ligger mellan ca 30 och 60 grader norr och söder om ekvatorn).,
Milankovitch cykler inkluderar:
- formen på jordens omloppsbana, känd som excentricitet;
- vinkeln jordens axel lutas med avseende på jordens omloppsplan, känd som obliquity; och
- riktningen jordens rotationsaxel är spetsig, känd som precession.
Låt oss ta en titt på varje (ytterligare läsning på varför Milankovitch cykler inte kan förklara jordens nuvarande uppvärmning här).,
Excentricity-jordens årliga pilgrimsfärd runt solen är inte helt cirkulär, men det är ganska cirkulärt.nära. Med tiden, dra gravitationen från vårt solsystem två största gas jätte planeter, Jupiter och Saturnus, orsakar formen av jordens omloppsbana att variera från nästan cirkulär till något elliptisk. Excentricitet mäter hur mycket formen av jordens omloppsbana avgår från en perfekt cirkel., Dessa variationer påverkar avståndet mellan jorden och solen.
excentricitet är anledningen till att våra årstider är lite olika längder, med somrar på norra halvklotet för närvarande cirka 4,5 dagar längre än vintrar och fjädrar ungefär tre dagar längre än höstar. När excentricitet minskar, jämnar längden på våra årstider gradvis ut.,
skillnaden i avståndet mellan jordens närmaste inställning till solen (känd som perihelion), som inträffar den eller ca 3 januari varje år, och dess längsta avvikelse från solen (känd som aphelion) den eller ca 4 juli, är för närvarande cirka 5,1 miljoner kilometer (ca 3,2 miljoner miles), en variation av 3,4 procent. Det betyder varje januari, cirka 6.8 procent mer inkommande solstrålning når jorden än den gör varje juli.,
När jordens omloppsbana är som mest elliptisk, når cirka 23 procent mer inkommande solstrålning jorden vid vår planets närmaste inställning till solen varje år än vid sin längsta avvikelse från solen. För närvarande är jordens excentricitet nära dess minst elliptiska (mest cirkulära) och minskar mycket långsamt, i en cykel som sträcker sig omkring 100 000 år.
den totala förändringen av global årlig insolation på grund av excentricitetscykeln är mycket liten. Eftersom variationer i jordens excentricitet är ganska små, är de en relativt liten faktor i årliga säsongsmässiga klimatvariationer.,
Obliquity – vinkeln jordens rotationsaxel lutas när den färdas runt solen är känd som ”div id = ”8ff46ca055” >
obliquity. Obliquity är varför jorden har årstider. Under de senaste miljon åren har det varierat mellan 22,1 och 24,5 grader vinkelrätt mot jordens orbitalplan., Ju större jordens axiella lutningsvinkel, desto mer extrema är våra årstider, eftersom varje halvklot får mer solstrålning under sommaren, när halvklotet lutas mot solen och mindre under vintern när det lutas bort. Större lutningsvinklar gynnar perioder av avlövning (smältning och reträtt av glaciärer och istäcken). Dessa effekter är inte enhetliga globalt-högre breddgrader får en större förändring av total solstrålning än områden närmare ekvatorn.
jordens axel lutas för närvarande 23.,4 grader, eller ungefär halvvägs mellan dess ytterligheter, och denna vinkel minskar mycket långsamt i en cykel som sträcker sig omkring 41 000 år. Det var senast vid sin maximala lutning ca 10 700 år sedan och kommer att nå sin minsta lutning om 9.800 år från och med nu. När obliquity minskar hjälper det gradvis till att göra våra årstider mildare, vilket resulterar i allt varmare vintrar och svalare somrar som gradvis över tiden tillåter snö och is på höga breddgrader att bygga upp i stora isark. När istäcket ökar reflekterar det mer av solens energi tillbaka till rymden, vilket främjar ännu ytterligare kylning.,
Precession – som jorden roterar, wobbles det något på sin axel, som en något off-center spinning toy top. Denna wobble beror på tidvattenkrafter som orsakas av solens och månens gravitationspåverkan som får jorden att bukta vid ekvatorn, vilket påverkar dess rotation. Trenden i riktning mot denna wobble i förhållande till stjärnornas fasta positioner kallas axiell precession., Cykeln av axiell precession sträcker sig över cirka 25,771, 5 år.
axiell precession gör säsongskontraster mer extrema på en halvklot och mindre extrema i den andra. För närvarande perihelion inträffar under vintern på norra halvklotet och på sommaren på södra halvklotet. Detta gör södra halvklotet somrar varmare och modererar norra halvklotet säsongsvariationer., Men på cirka 13 000 år kommer axial precession att få dessa förhållanden att vända, med norra halvklotet som ser fler ytterligheter i solstrålning och södra halvklotet upplever mer måttliga säsongsvariationer.
axiell precession ändrar också gradvis säsongens tidpunkt, vilket får dem att börja tidigare över tiden och ändrar gradvis vilken stjärna jordens axel pekar på vid Nordpolen (North Star). Idag är jordens Nordstjärnor Polaris och Polaris Australis, men för några tusen år sedan var de Kochab och Pherkad.
det finns också apsidal precession., Inte bara wobbles jordens axel, men jordens hela orbital ellips wobbles också oregelbundet, främst på grund av dess interaktioner med Jupiter och Saturnus. Cykeln av apsidal precession sträcker sig över cirka 112.000 år. Apsidal precession ändrar orienteringen av jordens bana i förhållande till det elliptiska Planet.
de kombinerade effekterna av axial och apsidal precession resulterar i en total precessionscykel som i genomsnitt spänner över cirka 23 000 år.,
en klimat tidsmaskin
de små förändringar som Milankovitch cykler sätter i rörelse fungerar separat och tillsammans för att påverka jordens klimat under mycket långa tidspannor, vilket leder till större förändringar i vårt klimat över tiotusentals till hundratusentals år. Milankovitch kombinerade cyklerna för att skapa en omfattande matematisk modell för beräkning av skillnader i solstrålning vid olika jord breddgrader tillsammans med motsvarande yttemperaturer., Modellen är ungefär som en klimat tidsmaskin: det kan köras bakåt och framåt för att undersöka tidigare och framtida klimatförhållanden.
Milankovitch antog förändringar i strålning på vissa breddgrader och under vissa årstider är viktigare än andra för tillväxt och reträtt av istäcken. Dessutom var det hans tro att obliquity var den viktigaste av de tre cyklerna för klimat, eftersom det påverkar mängden insolation i jordens nordliga hög latitudregioner under sommaren (precessionens relativa Roll kontra obliquity är fortfarande en fråga om vetenskaplig studie).,
han beräknade att istiden inträffar ungefär vart 41 000 år. Efterföljande forskning bekräftar att de inträffade vid 41,000-årsintervaller mellan en och tre miljoner år sedan. Men för ungefär 800 000 år sedan förlängdes Iscykeln till 100 000 år, vilket motsvarar jordens excentricitetscykel. Medan olika teorier har föreslagits för att förklara denna övergång, har forskare ännu inte ett tydligt svar.
Milankovitchs arbete stöddes av andra forskare i sin tid, och han författade många publikationer om hans hypotes., Men det var inte förrän om 10 år efter hans död 1958 att det globala vetenskapssamhället började ta allvarlig hänsyn till hans teori. 1976, en studie i tidskriften Science av Hays et al. med hjälp av djuphavs sedimentkärnor fann att Milankovitch cykler motsvarar perioder av stora klimatförändringar under de senaste 450,000 år, med istiden inträffar när jorden genomgår olika stadier av orbital variation.,
flera andra projekt och studier har också bekräftat giltigheten av Milankovitch arbete, inklusive forskning med hjälp av data från iskärnor i Grönland och Antarktis som har gett starka bevis på Milankovitch cykler går tillbaka många hundratusentals år. Dessutom har hans arbete omfamnats av National Research Council of US National Academy of Sciences.
vetenskaplig forskning för att bättre förstå de mekanismer som orsakar förändringar i jordens rotation och hur specifikt Milankovitch cykler kombineras för att påverka klimatet pågår., Men teorin att de driver tidpunkten för glacial-interglaciala cykler är väl accepterad.