Циклы миланковича что это
Циклы Миланковича. Нас ждет 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).
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.
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.
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:
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.
Циклы Миланковича
Циклы Миланковича (названы в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича) — колебания достигающего Земли количества солнечного света и солнечной радиации на протяжении больших периодов времени. В значительной мере циклы Миланковича объясняют происходящие на Земле естественные изменения климата и играют большую роль в климатологии и палеоклиматологии, главным образом в изучении проблематики глобального потепления и парникового эффекта. Тем не менее, из-за сложных процессов взаимодействия разных факторов, а также обратной связи, полное отождествление перемен климата с колебаниями получаемого Землёй количества солнечной энергии неоправданно и не может служить достаточно точной моделью для реконструкции климатических процессов прошлого и будущего.
Содержание
Факторы, приводящие к возникновению циклов Миланковича
Циклы Миланковича описывают периодически возникающие отклонения инсоляции полушарий от средней за большой период времени в пределах от 5 до 10 процентов. Причиной этих отклонений от средней интенсивности солнечного излучения на Земле являются следующие эффекты:
Поскольку описанные эффекты являются периодическими с некратным периодом, регулярно возникают достаточно продолжительные эпохи, когда они оказывают кумулятивное влияние, усиливая друг друга. Циклы Миланковича обычно используются для объяснения климатического оптимума голоцена.
Эпохи, способствующие возникновению оледенения
Это эпохи, когда происходит сочетание следующих факторов:
При таком сочетании, Земля движется по удалённой части своей орбиты тогда, когда в северном полушарии лето. В результате лето северного полушария становится более длительным (интервал между датами весеннего и осеннего равноденствия становится больше полугода, так как орбитальная скорость Земли при движении по удалённой части эллиптической орбиты становится меньше средней) и прохладным (расстояние от Земли до Солнца больше среднего), что является фактором, способствующим росту ледников.
Эпохи, способствующие потеплению
Спустя примерно 11 тысяч лет, с перигелием совпадает момент летнего солнцестояния, а эксцентриситет не успевает существенно измениться. Теперь лето в северном полушарии становится коротким и жарким, что ведёт к уменьшению ледникового покрова. При этом в южном полушарии устанавливаются условия, способствующие оледенению. Но там почти нет суши в умеренных и субантарктических широтах, где могли бы увеличиваться ледники. В целом по Земле, площадь ледников сокращается, альбедо планеты сокращается, среднегодовая температура растёт.
Ситуация в настоящее время
В нынешнюю эпоху разница между зимним солнцестоянием (21 декабря) и прохождением перигелия (3 января) составляет всего 13 дней, но эксцентриситет сейчас равен 0,0167, что существенно меньше среднего (максимальное значение 0,0658), и продолжает уменьшаться. В связи с этим, сезонные колебания орбитальной скорости Земли и расстояния до Солнца невелики, и вносимые ими сезонные изменения приходящей к Земле солнечной энергии незначительны.