ОЧАКВА ЛИ НИ ЛЕДЕНА ЕПОХА - ЦИКЛИТЕ НА МИЛАНКОВИЧ

Циклите на Миланкович описват ефекта от относително малки промени в движението на Земята върху климата на планетата. Те са кръстени на Милутин Миланович, сръбски астрофизик, който започва да изследва причините за ледниковите периоди на Земята в началото на 20 век.

Земята е преживяла няколко ледникови епохи по време на епохата на плейстоцена (период от 2,6 милиона до преди 11 700 години). В продължение на хиляди години по същото време дори по-умерените региони на земното кълбо са били покрити с ледници и ледени покривки. Заледяването може да достигне 40-ия паралел, а ледниците заемат до 30% от повърхността на Земята.

За да определи защо Земята преживява такива огромни климатични промени, Миланкович сравнява данните за промените в положението на Земята с хронологията на ледниковите епохи през плейстоцена. Той изучава техните вариации през последните 600 000 години и изчислява как се променя слънчевата радиация поради промените в параметрите на земната орбита. Така той успя да свърже по-ниските количества слънчева светлина и топлина във високите северни ширини с предишни европейски ледникови епохи.

Миланкович твърди, че поради намалената слънчева радиация зимният сняг не се топи през лятото в някои региони. Този останал сняг подобрява отразяващата способност на повърхността, отскачайки слънчевите лъчи обратно в космоса, което води до допълнително охлаждане, създавайки положителна обратна връзка.

Изчисленията и графиките на Миланкович, публикувани през 20-те години на миналия век, все още се използват за изучаване на миналото и прогнозиране на бъдещия климат.

Има три различни позиционни цикъла с различна продължителност, които влияят на климата на Земята: ексцентричността на орбитата на Земята, промяната в аксиалния наклон на планетата и кръговите колебания на нейната ос.

Ексцентричност

Земята се върти около слънцето по елиптична орбита. Елиптичността е мярка за формата на овал и се определя от съотношението на малката ос (дължината на късата ос на елипсата) към голямата ос (дължината на дългата ос на елипсата). Перфектен кръг, в който два фокуса се събират в центъра, има елиптичност 0 (нисък ексцентричност), докато силно продълговата елипса, която изглежда почти като права линия, има ексцентричност около 1 (висок ексцентричност).

Орбитата на Земята леко променя своя ексцентрицитет за 96 000 години от почти 0 до 0,07 и обратно. Когато орбитата на Земята има по-висок ексцентрицитет, повърхността на планетата получава 20 до 30 процента повече слънчева радиация в перихелий (най-късото разстояние между Земята и Слънцето), отколкото в афелий (най-далечното разстояние). Когато орбитата на Земята има нисък ексцентрицитет, разликата в количеството слънчева радиация в перихелия и афелия е много малка.

Днес ексцентрицитетът на орбитата на Земята е 0,017. В перихелий (около 3 януари) земната повърхност получава 6% повече слънчева радиация, отколкото в афелий, който настъпва на или около 4 юли.

Промяна в наклона на земната ос

Почти постоянният наклон на земната ос спрямо равнината на еклиптиката и въртенето на земята около слънцето са причината за сезоните. Леките промени в аксиалния наклон влияят върху количеството слънчева радиация, достигаща до определени места на Земята. Въпреки това приблизително на всеки 41 000 години наклонът на земната ос варира между 21,5 и 24,5 градуса.

Когато земната ос е леко наклонена, количеството слънчева радиация не се променя много между лятото и зимата за по-голямата част от земната повърхност, така че сезоните се променят и са по-меки, увеличаването на аксиалния наклон създава по-екстремни сезони (по-горещи лета и по-студени зими).

Днес наклонът на Земята е 23,5 градуса и е в низходяща тенденция, което може да постави началото на по-умерени сезони (по-студени лета и по-топли зими).Земята се колебае леко, когато се върти около оста си. Това колебание, известно като прецесия, се дължи главно на гравитацията на слънцето и луната.

Аксиалната прецесия в астрономията е предизвикана от гравитацията, бавна и непрекъсната промяна в ориентацията на оста на въртене. Подобно е на прецесията на въртящия се връх, когато върхът му описва кръг (което е особено забележимо, когато въртящият се връх се забави). Земната ос също прави подобни кръгове, за около 26 000 години тя прави пълен кръг.

През последните няколко хиляди години оста на Земята сочи към Полярната звезда, което ни улеснява да намираме Севера през нощта. Но постепенното прецесионно колебание на Земята ще накара Полярната звезда да не сочи точно на север. Преди около 5000 години земната ос беше насочена повече към друга звезда, наречена Тубин. И след около 12 000 години оста ще отиде малко по-далеч около своя прецесионен кръг и ще сочи към Вега, която ще стане следващата Полярна звезда.

Какво предсказват циклите на Миланкович?

Вече разбрахме, че:

Формата на орбитата на Земята около Слънцето се променя от по-малка към по-елипсовидна и обратно на всеки 96 000 години

Оста на въртене на Земята е наклонена по отношение на равнината на еклиптиката и този наклон се променя от 21,5° на 24,5° и обратно за около 41 000 години

И накрая, оста на въртене на Земята описва пълен кръг (прецесия) с период от 26 000 години.

Предизвикателството на Миланкович беше да разбере какво се случва, когато трите цикъла съвпаднат и как работят заедно, за да повлияят на количеството слънчева радиация, получено от Земята. Въз основа на своите изчисления Миланкович създава теория, че тези цикли причиняват колебания в количеството получена слънчева светлина, достигайки повече от двадесет процента за северните ширини. В своята статия от 1941 г. „Канонът на слънчевата светлина и проблемът на ледниковия период“ той предполага, че това е причината за издигането и падането на големи континентални ледени покривки.

Технологичният напредък позволи на геолозите да изследват дълбоководни седиментни ядра, които съдържат климатични данни за милиони години. Тези климатични данни показват невероятни периодични промени, които корелират с графиките, известни сега като цикли на Миланкович.

Ако вземем предвид само астрономически фактори, тогава охлаждането и затоплянето през ледниковия и междуледниковия период е много по-силно, отколкото може да се очаква. Промените в температурата в една или друга посока се усилват и от други фактори. Това най-вероятно се дължи на увеличаването на ледените покривки, които отразяват повече слънчева радиация обратно в космоса, както и на нагряването на световните океани и абсорбирането на въглероден диоксид от тях.

Съществува ясна връзка между формата на земната орбита и естественото изменение на климата, но текущата тенденция на затопляне на Земята възниква по време на относително хладна орбитална фаза.

Вероятно човешката дейност е достатъчно голяма, за да противодейства на тази студена фаза и Земята не я очаква рязко заледяване в някой от следващите векове.