Co to są cykle Milankovitcha?

admin

Cykle Milankovitcha opisują, jak stosunkowo niewielkie zmiany w ruchu Ziemi wpływają na klimat planety. Cykle zostały nazwane na cześć Milutina Milankovitcha, serbskiego astrofizyka, który zaczął badać przyczyny starożytnych epok lodowcowych na Ziemi we wczesnych latach 1900, według Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej (AMNH).

Ziemia doświadczyła ostatnich epok lodowcowych podczas epoki plejstocenu, która trwała od 2,6 miliona lat temu do 11 700 lat temu. Przez tysiące lat nawet bardziej umiarkowane regiony kuli ziemskiej były pokryte lodowcami i pokrywami lodowymi, według Muzeum Paleontologii Uniwersytetu Kalifornijskiego.

Aby ustalić, jak Ziemia mogła doświadczyć tak ogromnych zmian w klimacie w czasie, Milankovitch włączył dane o zmianach położenia Ziemi do osi czasu epok lodowcowych w plejstocenie. Przestudiował zmiany położenia Ziemi przez ostatnie 600 000 lat i obliczył zmienne ilości promieniowania słonecznego wynikające ze zmieniających się parametrów orbitalnych Ziemi. W ten sposób udało mu się powiązać niższe ilości promieniowania słonecznego w wysokich północnych szerokościach geograficznych z poprzednimi europejskimi epokami lodowcowymi, jak podaje AMNH.

Obliczenia i wykresy Milankovitcha, które zostały opublikowane w latach 20. i do dziś są wykorzystywane do zrozumienia przeszłego i przyszłego klimatu, doprowadziły go do wniosku, że istnieją trzy różne cykle pozycyjne, każdy o innej długości cyklu, które wpływają na klimat na Ziemi: mimośród orbity Ziemi, nachylenie osiowe planety i chybotliwość jej osi.

Ekscentryczność

Ziemia krąży wokół Słońca w owalnym kształcie zwanym elipsą, ze Słońcem w jednym z dwóch punktów centralnych (ognisk). Eliptyczność jest miarą kształtu owalu i jest definiowana przez stosunek osi semiminor (długość krótkiej osi elipsy) do osi semimajor (długość długiej osi elipsy), zgodnie z Uniwersytetem Swinburne. Doskonałe koło, gdzie dwa ogniska spotykają się w centrum, ma eliptyczność 0 (niska mimośrodowość), a elipsa, która jest zgnieciona do prawie linii prostej ma mimośrodowość prawie 1 (wysoka mimośrodowość).

Orbita Ziemi nieznacznie zmienia swoją mimośrodowość w ciągu 100,000 lat od prawie 0 do 0.07 i z powrotem, według Obserwatorium Ziemi NASA. Kiedy orbita Ziemi ma wyższy mimośród, powierzchnia planety otrzymuje 20 do 30 procent więcej promieniowania słonecznego, kiedy jest na peryhelium (najkrótsza odległość między Ziemią a Słońcem na każdej orbicie) niż kiedy jest na aphelium (największa odległość między Ziemią a Słońcem na każdej orbicie). Kiedy orbita Ziemi ma niski mimośród, jest bardzo mała różnica w ilości promieniowania słonecznego, które jest odbierane między peryhelium a aphelium.

Dzisiaj mimośród orbity Ziemi wynosi 0,017. W peryhelium, które występuje 3 stycznia lub około tego dnia każdego roku, powierzchnia Ziemi otrzymuje około 6 procent więcej promieniowania słonecznego niż w aphelium, które występuje 4 lipca lub około tego dnia.

Pochylenie osi

Pochylenie osi Ziemi w stosunku do płaszczyzny jej orbity jest powodem, dla którego doświadczamy pór roku. Niewielkie zmiany w nachyleniu zmieniają ilość promieniowania słonecznego padającego na pewne miejsca na Ziemi, według Indiana University Bloomington. W ciągu około 41 000 lat, nachylenie osi Ziemi, znane również jako skośność, waha się pomiędzy 21,5 a 24,5 stopnia.

Niewielkie zmiany w nachyleniu osiowym Ziemi zmieniają ilość promieniowania słonecznego padającego na niektóre miejsca na Ziemi. (Image credit: NASA)

Gdy oś jest minimalnie nachylona, ilość promieniowania słonecznego nie zmienia się zbytnio między latem a zimą dla znacznej części powierzchni Ziemi i dlatego pory roku są mniej surowe. Oznacza to, że lato na biegunach jest chłodniejsze, co pozwala śniegowi i lodowi utrzymywać się przez lato i zimę, ostatecznie tworząc ogromne pokrywy lodowe.

Dziś Ziemia jest nachylona o 23,5 stopnia i powoli maleje, według EarthSky.

Precesja

Ziemia chwieje się nieznacznie, gdy obraca się wokół własnej osi, podobnie jak wtedy, gdy kręcący się czubek zaczyna zwalniać. To chybotanie, znane jako precesja, jest spowodowane głównie przez grawitację Słońca i Księżyca ciągnących na wybrzuszenia równikowe Ziemi. Chybotanie nie zmienia nachylenia osi Ziemi, ale zmienia się jej orientacja. Over about 26,000 years, Earth wobbles around in a complete circle, according to Washington State University.

Now, and for the past several thousands of years, Earth’s axis has been pointed north more or less towards Polaris, also known as the North Star. Ale stopniowe precesyjne chybotanie Ziemi oznacza, że Polaris nie zawsze jest Gwiazdą Północną. Około 5 000 lat temu Ziemia była skierowana bardziej w stronę innej gwiazdy, zwanej Thubin. A za około 12 000 lat, oś będzie podróżować trochę więcej wokół swojego koła precesji i będzie wskazywać w kierunku Wegi, która stanie się następną Gwiazdą Północną.

Jak Ziemia obraca się na swojej osi, chwieje się nieznacznie, podobnie jak w przypadku, gdy obracający się czubek zwalnia. To chybotanie nazywane jest precesją i ma wpływ na sezonowe ekstrema. (Image credit: NASA)

Jak Ziemia kończy cykl precesji, orientacja planety jest zmieniana w odniesieniu do peryhelium i aphelium. Jeśli półkula jest skierowana w stronę Słońca podczas peryhelium (najmniejsza odległość między Ziemią a Słońcem), będzie skierowana w dal podczas aphelium (największa odległość między Ziemią a Słońcem), a odwrotnie jest w przypadku drugiej półkuli. Półkula, która jest skierowana w stronę Słońca podczas peryhelium i oddalona podczas aphelium doświadcza bardziej ekstremalnych kontrastów sezonowych niż druga półkula.

Obecnie, lato na południowej półkuli występuje w pobliżu peryhelium, a zima w pobliżu aphelium, co oznacza, że południowa półkula doświadcza bardziej ekstremalnych pór roku niż północna.

Południowa półkula doświadcza bardziej ekstremalnych pór roku niż północna półkula.