Vad är Milankovitchcyklerna?

Milankovitchcyklerna beskriver hur relativt små förändringar i jordens rörelse påverkar planetens klimat. Cyklarna är uppkallade efter Milutin Milankovitch, en serbisk astrofysiker som började undersöka orsaken till jordens gamla istider i början av 1900-talet, enligt American Museum of Natural History (AMNH).

Jorden upplevde sina senaste istider under den pleistocena epoken, som varade från 2,6 miljoner år sedan till 11 700 år sedan. Under tusentals år i taget var till och med de mer tempererade områdena på jorden täckta av glaciärer och istäcken, enligt University of California Museum of Paleontology.

För att avgöra hur jorden kunde uppleva så stora förändringar i klimatet över tid, införlivade Milankovitch data om variationerna i jordens position med tidslinjen för istiderna under pleistocen. Han studerade jordens variationer under de senaste 600 000 åren och beräknade de varierande mängderna solstrålning på grund av jordens förändrade omloppsparametrar. På så sätt kunde han koppla lägre mängder solstrålning på de höga nordliga breddgraderna till tidigare europeiska istider, enligt AMNH.

Milankovitchs beräkningar och diagram, som publicerades på 1920-talet och som fortfarande används i dag för att förstå tidigare och framtida klimat, fick honom att dra slutsatsen att det finns tre olika positionscykler, var och en med sin egen cykellängd, som påverkar klimatet på jorden: excentriciteten i jordens omloppsbana, planetens axiella lutning och axelns vinglighet.

Excentricitet

Jorden kretsar kring solen i en oval form som kallas ellips, med solen i en av de två brännpunkterna (foci). Ellipticitet är ett mått på ovalens form och definieras av förhållandet mellan semiminoraxeln (längden på ellipsens korta axel) och semimajoraxeln (längden på ellipsens långa axel), enligt Swinburne University. En perfekt cirkel, där de två brännpunkterna möts i centrum, har en ellipticitet på 0 (låg excentricitet), och en ellips som håller på att pressas ihop till nästan en rak linje har en excentricitet på nästan 1 (hög excentricitet).

Den jordiska omloppsbanan ändrar sin excentricitet något under loppet av 100 000 år från nästan 0 till 0,07 och tillbaka igen, enligt NASA:s jordobservatorium. När jordens bana har en högre excentricitet får planetens yta 20 till 30 procent mer solstrålning när den befinner sig vid perihelion (det kortaste avståndet mellan jorden och solen varje bana) än när den befinner sig vid afelion (det största avståndet mellan jorden och solen varje bana). När jordens bana har en låg excentricitet är det mycket liten skillnad i mängden solstrålning som tas emot mellan perihelium och afelium.

I dag är excentriciteten för jordens bana 0,017. Vid perihelium, som inträffar omkring den 3 januari varje år, får jordens yta cirka 6 procent mer solstrålning än vid afelium, som inträffar omkring den 4 juli.

Axial lutning

Lutningen av jordens axel i förhållande till planet för dess bana är anledningen till att vi upplever årstider. Små förändringar i lutningen ändrar mängden solstrålning som faller på vissa platser på jorden, enligt Indiana University Bloomington. Under loppet av cirka 41 000 år varierar lutningen av jordens axel, även kallad oblikvitet, mellan 21,5 och 24,5 grader.

När axeln har sin minimala lutning ändras inte mängden solstrålning särskilt mycket mellan sommar och vinter för en stor del av jordens yta och därför är årstiderna mindre stränga. Detta innebär att sommaren vid polerna är svalare, vilket gör att snö och is kan bestå under sommaren och in på vintern och så småningom byggas upp till enorma istäcken.

I dag lutar jorden 23,5 grader och minskar långsamt, enligt EarthSky.

Precession

Jorden vacklar bara en aning när den snurrar runt sin axel, på samma sätt som när en snurrande topp börjar sakta ner. Denna vinglighet, som kallas precession, orsakas främst av solens och månens gravitation som drar på jordens ekvatoriella utbuktningar. Vobblingen ändrar inte lutningen på jordens axel, men orienteringen förändras. Under cirka 26 000 år vinglar jorden runt i en fullständig cirkel, enligt Washington State University.

Nu, och under de senaste tusentals åren, har jordens axel pekat norrut mer eller mindre mot Polaris, även känd som Nordstjärnan. Men jordens gradvisa precessionella vinglighet innebär att Polaris inte alltid är nordstjärnan. För ungefär 5 000 år sedan pekade jorden mer mot en annan stjärna, kallad Thubin. Och om ungefär 12 000 år kommer axeln att ha färdats lite mer runt sin precessionscirkel och peka mot Vega, som blir nästa nordstjärna.

När jorden fullbordar en precessionscykel ändras planetens orientering i förhållande till perihelion och afelion. Om en hemisfär är riktad mot solen under perihelion (kortaste avståndet mellan jorden och solen) kommer den att vara riktad bort under afelion (största avståndet mellan jorden och solen), och det motsatta gäller för den andra hemisfären. Den halvklot som pekar mot solen under perihelion och bort under afelion upplever mer extrema säsongskontraster än det andra halvklotet.

För närvarande inträffar den södra halvklotets sommar nära perihelion och vintern nära afelion, vilket innebär att den södra halvklotet upplever mer extrema säsonger än den norra halvklotet.