Cykl milankovitcha. Globalna zmiana klimatu. Wpływ promieniowania słonecznego na klimat

Cykl Milankovitcha jest jedną z teorii, za pomocą której naukowcy próbowali wyjaśnić występowanie zlodowaceń w historii Ziemi. Zwana również hipotezą orbitalną lub hipotezą astronomiczną. Nazwa pochodzi od nazwiska jugosłowiańskiego klimatologa Milutina Milankovica. Mimo wielu sprzeczności w tej teorii, stała się ona podstawą współczesnej paleoklimatologii.

ruch Ziemi

Jak wiadomo, Ziemia krąży wokół Słońca po orbicie eliptycznej i obraca się wokół własnej osi. Ten ostatni również zmienia swoje położenie z powodu przyciągania przez Księżyc. Oś Ziemi ma określony kąt nachylenia, podobnie jak inne planety w układzie słonecznym. Opisuje stożek w przestrzeni. Efekt ten nazywany jest precesją. Żywym przykładem wizualizującym tą cechę ruchu planety jest obrót koła wirowego.

Okres pełnego obrotu po okręgu jest rzędu 25 800 lat. kąt osi również zmienia się między 22,1° a 24,5° co 40 100 lat. Zjawisko to nazywane jest nutacją.

Ekscentryczność, czyli stopień, w jakim orbita Ziemi ulega kompresji podczas obrotu Słońca, zmienia się w okresie 90 800 lat. W miarę wznoszenia się planeta oddala się od gwiazdy i otrzymuje mniej promieniowania słonecznego, a więc i mniej ciepła. Istnieją również okresy, w których największa inklinacja Ziemi zbiega się z największą ekscentrycznością. Efektem tego jest globalne ochłodzenie klimatu.

Perygeum i aphelium

Ponieważ planety Układu Słonecznego wywierają na siebie wzajemny wpływ, oś orbity Ziemi stopniowo obraca się w tym samym kierunku, co ruch orbitalny. Wynikiem tego jest przesunięcie peryhelium, czyli punktu na orbicie najbliższego lumenowi, oraz aphelium, czyli najdalszego punktu. Parametry te mają wpływ na na intensywność oddziaływania promieniowania słonecznego - termicznego, elektromagnetycznego, korpuskularnego. Procent tych wahań jest niewielki, ale mają one wpływ na ocieplenie powierzchni planety.

Astronomia, geofizyka i klimatologia to nauki, dzięki którym naukowcy starają się ustalić związek między aktywnością słoneczną, sekularnymi zmianami średniej rocznej temperatury i klimatu w ogóle, a innymi czynnikami. Ich celem jest nie tylko określenie prawidłowości przyrodniczych, ale także przewidywanie przyszłych zmian, które mogą znacząco wpłynąć na życie człowieka.

Czym są cykle Milankovitcha?

Klimat Ziemi zmienia się w wyniku działania czynników antropogenicznych i nieantropogenicznych. Do drugiej grupy należą ruchy tektoniczne płyt litosferycznych, fluktuacje promieniowania słonecznego, aktywność wulkaniczna i cykle Milankovitcha. Opisują one wpływ zmian w ruchach planety na jej klimat.

W 1939 r. Milankovic jako pierwszy wysunął hipotezę, że w ciągu ostatnich około 500 tysięcy lat istniał cykliczny związek między epokami lodowcowymi. lata. Obliczył dynamikę promieniowania słonecznego, które składa się z promieniowania elektromagnetycznego i korpuskularnego, oraz wyjaśnił przyczynę zlodowacenia w plejstocenie. Jego zdaniem była to zmiana parametrów orbity planety - ekscentryczności, kąta nachylenia osi i położenia peryhelium. Zgodnie z postulatami jego teorii, zlodowacenia spowodowane tymi czynnikami powtarzały się w krótkich odstępach czasu i można było je przewidzieć.

Jego hipoteza opierała się na założeniu, że atmosfera planety jest przezroczysta. Zmiany natężenia promieniowania słonecznego (insolacji) zostały przez niego obliczone dla 65° szerokości północnej. Obszary odpowiadające czterem zlodowaceniom uzyskane na diagramie insolacyjnym dobrze korelowały ze schematem zlodowacenia alpejskiego skonstruowanym przez niemieckich naukowców A. Penkom i E. Bruckner.

Główne czynniki i okresy lodowcowe

Zgodnie z teorią Milankovitcha trzy główne czynniki orbitalne wymienione powyżej powinny normalnie działać w różnych kierunkach, tak że ich efekty nie sumują się. Nowa epoka lodowcowa powstaje, gdy się sumują i wzmacniają.

Każdy z nich określa wpływ Słońca na Ziemię, na ilość promieniowania słonecznego odbieranego przez poszczególne obszary planety. Jeśli zmniejsza się na półkuli północnej, gdzie koncentruje się większość lodowców, to co roku na powierzchni gromadzi się więcej śniegu. Wzrost pokrywy śnieżnej zwiększa odbicie światła słonecznego, co z kolei przyczynia się do dalszego ochłodzenia planety.

Proces ten stopniowo nasila się, rozpoczyna się globalne ochłodzenie i następuje kolejna epoka lodowcowa. Na końcu tego cyklu występuje zjawisko odwrotne. Naukowcy szacują, że ostatnie ochłodzenie w epoce lodowcowej osiągnęło szczyt około 18 000 lat temu.

Wpływ precesji

Naukowcy uważają, że cykl precesyjny jest najbardziej wyraźny w zlodowaceniach na półkuli północnej. Półkula północna jest obecnie w okresie interglacjału, który zakończy się za około 9-10 tysięcy lat. Poziom mórz może nadal rosnąć w nadchodzących tysiącleciach z powodu topnienia lodowców. Dotyczy to zwłaszcza lądolodu grenlandzkiego, drugiego co do wielkości po antarktycznym.

Z kolei półkula południowa przeżywa obecnie epokę "zlodowacenia", ale ponieważ jest tam znacznie mniej ziemi niż na półkuli północnej, zjawisko to nie wydaje się być tak wyraźne.

Jeśli przesilenie zimowe nastąpi w aphelium (czyli pochylenie osi obrotu planety jest maksymalne w kierunku Słońca), to zima będzie dłuższa i chłodniejsza, a lato gorące i krótkie. Z kolei na przeciwległej półkuli występują długie, chłodne lata i krótkie, ciepłe zimy. Różnice w czasie trwania tych pór roku są tym bardziej zauważalne, im większa jest ekscentryczność orbity.

Nutation

Nutacja związana jest z krótkotrwałymi wahaniami położenia osi Ziemi. Maksymalna wielkość amplitudy wynosi 18,6 lat.

Nutacja prowadzi do zmiany sezonowych kontrastów promieniowania słonecznego, ale jego roczna suma pozostaje stała. Wzrost nasłonecznienia w lecie (gorętsza i bardziej sucha pogoda) jest kompensowany przez jego spadek w zimie.

Zmiana kształtu orbity

Odległość Ziemi od Słońca zależy od rozległości orbity naszej planety. Różnica między ekstrema wynosi 4,7 mln km. W czasie niskiej ekscentryczności planeta otrzymuje więcej promieniowania słonecznego i górna atmosfera bardziej się nagrzewa, i odwrotnie.

Mimośród zmienia całkowite roczne natężenie promieniowania słonecznego, ale różnica ta jest niewielka. W ciągu ostatniego miliona lat nie przekroczył on 0,2%. Maksymalny efekt występuje, gdy maksymalny mimośród pokrywa się z maksymalnym wychyleniem naturalnej osi Ziemi.

Historia klimatu na Ziemi

Współczesna geofizyka metody badawcze Dzisiejsza geofizyka oferuje zapis tego, jak wyglądał klimat naszej planety setki tysiącleci temu. Temperatura jest szacowana pośrednio z ilości ciężkich izotopów wodoru i tlenu. Tempo globalnego ocieplenia wynosi obecnie około 1° na rok.

W ciągu ostatnich 400 000 lat na Ziemi były cztery epoki lodowcowe. Gwałtowne ocieplenie, które rozpoczęło się około 12 000 lat temu. lat temu, doprowadziła do podniesienia poziomu morza o 50-100 m. Zjawisko to mogło być opisane w Biblii jako potop.

Ociepleniu w erze nowożytnej towarzyszą 2-3 stopniowe spadki średniej rocznej temperatury. Korelacje pokazują skoki temperatury na powierzchni planety trwające nie dłużej niż 1000 lat. Występują też wahania w mniejszym cyklu - co 100-200 lat o 1-2°. Naukowcy uważają, że może to być spowodowane zmianami w ilości metanu i dwutlenku węgla w atmosferze.

Wady teorii

W latach 60. i 70. ubiegłego wieku jako pierwsze zaczęły pojawiać się cykle Milankovitcha. W XX wieku naukowcy uzyskali nowe dane eksperymentalne i obliczeniowe, które zaprzeczały koncepcji Cykli Milankovitcha. Istnieją następujące niespójności:

• Atmosfera Ziemi nie zawsze była tak przejrzysta jak obecnie. Badania lodu grenlandzkiego i antarktycznego to potwierdzają. Duże ilości pyłu - przypuszczalnie związane z aktywną działalnością wulkaniczną - odbijają ciepło słoneczne. W wyniku tego powierzchnia planety ochładzała się.
• Według teorii Milankovitcha zlodowacenia na Grenlandii i Antarktydzie wystąpiły w różnym czasie, ale przeczy to dowodom paleontologicznym.
• Globalne ochłodzenie powinno następować w mniej więcej równych odstępach czasu, ale w rzeczywistości nie było go w mezozoiku i trzeciorzędzie, natomiast w czwartorzędzie następowało jedno po drugim.

Główną wadą tej teorii jest to, że opiera się ona wyłącznie na czynnikach astronomicznych, czyli zmianie ruchu Ziemi. W rzeczywistości istnieje wiele innych przyczyn: wahania pola geomagnetycznego, obecność licznych sprzężeń zwrotnych w systemie klimatycznym (mechanizm reakcji rezonansowej powstający w odpowiedzi na wpływy orbitalne), aktywność tektoniczna (wulkanizm, aktywność sejsmiczna), a w ostatnich stuleciach także komponent antropogeniczny, czyli wpływ działalności gospodarczej człowieka na przyrodę.