Wat zijn de Milankovitch-cycli?

De Milankovitch-cycli beschrijven hoe relatief kleine veranderingen in de bewegingen van de aarde het klimaat van de planeet beïnvloeden. De cycli zijn genoemd naar Milutin Milankovitch, een Servische astrofysicus die volgens het American Museum of Natural History (AMNH) begin 1900 onderzoek begon te doen naar de oorzaak van de oude ijstijden op aarde.

De meest recente ijstijden beleefde de aarde tijdens het Pleistoceen tijdperk, dat duurde van 2,6 miljoen jaar geleden tot 11.700 jaar geleden. Duizenden jaren lang waren zelfs de meer gematigde streken van de aarde bedekt met gletsjers en ijskappen, aldus het University of California Museum of Paleontology.

Om te bepalen hoe de aarde in de loop van de tijd zulke grote klimaatveranderingen kon ondergaan, nam Milankovitch gegevens over de variaties in de stand van de aarde op in de tijdlijn van de ijstijden tijdens het Pleistoceen. Hij bestudeerde de variaties van de aarde gedurende de laatste 600.000 jaar en berekende de variërende hoeveelheden zonnestraling als gevolg van de veranderende baanparameters van de aarde. Zo kon hij een verband leggen tussen lagere hoeveelheden zonnestraling in de hoge noordelijke breedtegraden en eerdere Europese ijstijden, aldus AMNH.

Milankovitch’ berekeningen en grafieken, die in de jaren twintig van de vorige eeuw werden gepubliceerd en nog steeds worden gebruikt om het klimaat in het verleden en de toekomst te begrijpen, leidden hem tot de conclusie dat er drie verschillende positiecycli zijn, elk met een eigen cycluslengte, die het klimaat op aarde beïnvloeden: de excentriciteit van de aardbaan, de axiale kanteling van de planeet en het wiebelen van haar as.

Excentriciteit

De aarde draait om de zon in een ovale vorm, ellips genaamd, met de zon in een van de twee brandpunten (foci). Ellipticiteit is een maat voor de vorm van het ovaal en wordt gedefinieerd door de verhouding tussen de halve lange as (de lengte van de korte as van de ellips) en de halve lange as (de lengte van de lange as van de ellips), volgens de Swinburne University. Een perfecte cirkel, waar de twee brandpunten elkaar in het centrum ontmoeten, heeft een ellipticiteit van 0 (lage excentriciteit), en een ellips die wordt samengedrukt tot bijna een rechte lijn heeft een excentriciteit van bijna 1 (hoge excentriciteit).

De baan van de aarde verandert in de loop van 100.000 jaar lichtjes van excentriciteit van bijna 0 tot 0,07 en weer terug, volgens NASA’s Earth Observatory. Wanneer de aardbaan een hogere excentriciteit heeft, ontvangt het planeetoppervlak 20 tot 30 procent meer zonnestraling wanneer het op perihelium is (de kortste afstand tussen de aarde en de zon per omloopbaan) dan wanneer het op aphelium is (de grootste afstand tussen de aarde en de zon per omloopbaan). Wanneer de aardbaan een lage excentriciteit heeft, is er zeer weinig verschil in de hoeveelheid zonnestraling die wordt ontvangen tussen perihelium en aphelium.

Tegenwoordige is de excentriciteit van de aardbaan 0,017. Bij perihelium, dat elk jaar op of rond 3 januari valt, ontvangt het aardoppervlak ongeveer 6 procent meer zonnestraling dan bij aphelium, dat op of rond 4 juli valt.

Ashellingshoek

De helling van de aardas ten opzichte van het vlak van zijn baan is de reden dat wij seizoenen kennen. Kleine veranderingen in de schuine stand veranderen de hoeveelheid zonnestraling die op bepaalde plaatsen op aarde valt, aldus de Indiana University Bloomington. In de loop van ongeveer 41.000 jaar varieert de schuine stand van de aardas, ook wel obliquiteit genoemd, tussen 21,5 en 24,5 graden

Wanneer de as de minimale kanteling heeft, verandert de hoeveelheid zonnestraling voor een groot deel van het aardoppervlak niet veel tussen zomer en winter en zijn de seizoenen dus minder streng. Dit betekent dat de zomer aan de polen koeler is, waardoor sneeuw en ijs in de zomer en winter kunnen blijven liggen en uiteindelijk enorme ijskappen kunnen vormen.

De aarde staat nu 23,5 graden gekanteld, en neemt volgens EarthSky langzaam af.

Precessie

De aarde wiebelt een beetje als hij om zijn as draait, net zoals een tol langzamer begint te draaien. Dit wiebelen, bekend als precessie, wordt voornamelijk veroorzaakt door de zwaartekracht van de zon en de maan die aan de equatoriale uitstulpingen van de aarde trekt. Het wiebelen verandert de helling van de aardas niet, maar de oriëntatie verandert. Volgens de Washington State University wiebelt de aarde in ongeveer 26.000 jaar een volledige cirkel rond.

Nu, en gedurende de afgelopen duizenden jaren, is de aardas min of meer naar het noorden gericht, in de richting van Polaris, ook wel bekend als de Poolster. Maar de geleidelijke precessie van de aarde betekent dat Polaris niet altijd de Poolster is. Zo’n 5000 jaar geleden stond de aarde meer naar een andere ster gericht, Thubin genaamd. En over ongeveer 12.000 jaar zal de as een beetje meer rond zijn precessiecirkel zijn gegaan en naar Vega wijzen, die de volgende Poolster zal worden.

Als de aarde een precessiecyclus voltooit, verandert de oriëntatie van de planeet ten opzichte van perihelium en aphelium. Als een halfrond tijdens het perihelium (kortste afstand tussen de aarde en de zon) naar de zon is gericht, zal het tijdens het aphelium (grootste afstand tussen de aarde en de zon) naar de andere kant zijn gericht, en het omgekeerde geldt voor het andere halfrond. Het halfrond dat tijdens het perihelium naar de zon is gericht en tijdens het aphelium van de zon is afgekeerd, ervaart extremere seizoenscontrasten dan het andere halfrond.

De zomer van het zuidelijk halfrond valt momenteel rond het perihelium en de winter rond het aphelium, wat betekent dat het zuidelijk halfrond extremere seizoenen ervaart dan het noordelijk halfrond.