Jakie są cykle Milankovitcha?

Cykle Milankovitcha opisują, jak stosunkowo niewielkie zmiany ruchu Ziemi wpływają na klimat planety. Cykle zostały nazwane na cześć Milutina Milankovitcha, serbskiego astrofizyka, który rozpoczął badanie przyczyn starożytnych epok lodowcowych na Ziemi na początku XX wieku, według American Museum of Natural History (AMNH).

Ziemia doświadczyła swoich ostatnich epok lodowcowych w okresie plejstocenu, który trwał od 2,6 miliona lat temu do 11700 lat temu. Według Muzeum Paleontologii Uniwersytetu Kalifornijskiego przez tysiące lat nawet bardziej umiarkowane regiony kuli ziemskiej były pokryte lodowcami i pokrywami lodowymi..

Aby określić, w jaki sposób Ziemia może doświadczać tak ogromnych zmian klimatu w czasie, Milankovitch połączył dane dotyczące zmian położenia Ziemi z osią czasu zlodowacenia w plejstocenie. Badał zmiany Ziemi w ciągu ostatnich 600 000 lat i obliczył różne ilości promieniowania słonecznego spowodowane zmieniającymi się parametrami orbitalnymi Ziemi. W ten sposób był w stanie powiązać mniejsze ilości promieniowania słonecznego na wysokich północnych szerokościach geograficznych z poprzednimi europejskimi epokami lodowcowymi, według AMNH.

Obliczenia i wykresy Milankovitcha, które zostały opublikowane w latach dwudziestych XX wieku i są nadal używane do zrozumienia przeszłego i przyszłego klimatu, doprowadziły go do wniosku, że istnieją trzy różne cykle pozycyjne, każdy z własną długością cyklu, które mają wpływ na klimat na Ziemi: ekscentryczność orbity Ziemi, osiowe nachylenie planety i chybotanie jej osi.

Ekscentryczność

Ziemia krąży wokół Słońca w owalnym kształcie zwanym elipsą, ze Słońcem w jednym z dwóch ognisk (ognisk). Eliptyczność jest miarą kształtu owalu i jest definiowana przez stosunek półosi krótszej (długość krótszej osi elipsy) do półosi wielkiej (długość długiej osi elipsy), zgodnie z Swinburne Uniwersytet. Idealny okrąg, w którym dwa ogniska spotykają się w środku, ma eliptyczność 0 (niski mimośrodowość), a elipsa, która jest zgniatana do prawie prostej, ma mimośrodowość prawie 1 (wysoki mimośrodowość).

Według Earth Observatory NASA orbita Ziemi nieznacznie zmienia swoją ekscentryczność w ciągu 100 000 lat z prawie 0 do 0,07 iz powrotem. Kiedy orbita Ziemi ma większą ekscentryczność, powierzchnia planety otrzymuje od 20 do 30 procent więcej promieniowania słonecznego, gdy znajduje się w peryhelium (najkrótsza odległość między Ziemią a słońcem na każdej orbicie), niż gdy znajduje się na aphelium (największa odległość między Ziemią a słońce na każdej orbicie). Kiedy orbita Ziemi ma niski mimośrodowość, różnica w ilości promieniowania słonecznego, które jest odbierane między peryhelium i aphelium jest bardzo mała.

Dziś ekscentryczność orbity Ziemi wynosi 0,017. W peryhelium, które ma miejsce 3 stycznia lub około roku każdego roku, powierzchnia Ziemi otrzymuje około 6 procent więcej promieniowania słonecznego niż w aphelium, które ma miejsce 4 lipca lub około tego roku..

Pochylenie osiowe

Pochylenie osi Ziemi w stosunku do płaszczyzny jej orbity jest powodem, dla którego doświadczamy pór roku. Niewielkie zmiany nachylenia zmieniają ilość promieniowania słonecznego padającego na określone miejsca na Ziemi, według Indiana University Bloomington. Na przestrzeni około 41 000 lat nachylenie osi Ziemi, zwane również ukośnym, waha się od 21,5 do 24,5 stopnia.

Kiedy oś znajduje się przy minimalnym nachyleniu, ilość promieniowania słonecznego między latem a zimą nie zmienia się znacznie między latem a zimą na większości powierzchni Ziemi, a zatem pory roku są mniej dotkliwe. Oznacza to, że lato na biegunach jest chłodniejsze, co pozwala na przetrwanie śniegu i lodu przez całe lato i zimę, ostatecznie przekształcając się w ogromne pokrywy lodowe.

Obecnie Ziemia jest nachylona pod kątem 23,5 stopnia i według EarthSky powoli się zmniejsza.

Precesja

Ziemia chwieje się tylko nieznacznie, gdy obraca się wokół własnej osi, podobnie jak wtedy, gdy bączek zaczyna zwalniać. To chybotanie, znane jako precesja, jest głównie spowodowane grawitacją Słońca i Księżyca, które ciągną wybrzuszenia równikowe Ziemi. Wobble nie zmieniają nachylenia osi Ziemi, ale zmienia się orientacja. Według Washington State University przez około 26 000 lat Ziemia zatacza się wokół.

Teraz i przez ostatnie kilka tysięcy lat oś Ziemi była skierowana mniej więcej na północ w kierunku gwiazdy polarnej, znanej również jako Gwiazda Północna. Ale stopniowe, precesyjne chybotanie Ziemi oznacza, że ​​Gwiazda Polarna nie zawsze jest Gwiazdą Północną. Około 5000 lat temu Ziemia była skierowana bardziej w stronę innej gwiazdy, zwanej Thubin. Za około 12 000 lat oś przemieści się nieco bardziej wokół swojego kręgu precesyjnego i będzie wskazywać na Vegę, która stanie się następną gwiazdą północną.

Gdy Ziemia kończy cykl precesji, orientacja planety ulega zmianie w odniesieniu do peryhelium i aphelium. Jeśli półkula jest skierowana w stronę Słońca podczas peryhelium (najkrótsza odległość między Ziemią a Słońcem), zostanie skierowana w dal podczas aphelium (największa odległość między Ziemią a Słońcem), a na drugiej półkuli jest odwrotnie. Półkula skierowana w stronę Słońca podczas peryhelium i oddalona podczas aphelium doświadcza bardziej ekstremalnych sezonowych kontrastów niż druga półkula.

Obecnie lato na półkuli południowej występuje w pobliżu peryhelium, a zima w pobliżu aphelium, co oznacza, że ​​na półkuli południowej występują bardziej ekstremalne pory roku niż na półkuli północnej.

Dodatkowy zasoby:

• Obejrzyj: Wyjaśnienie cykli Milankovitcha w 5 minut, z badań filozoficznych.
• Obejrzyj ten film wyjaśniający precesję Ziemi z wydziału astronomii University of Nebraska-Lincoln.
• Dowiedz się więcej o Milutinie Milankovitchu z Earth Observatory NASA.