Циклы миланковича кратко и понятно

Обновлено: 05.07.2024

Хорошее и понятное объяснение причин климатических изменений.
Скорее всего, нам надо радоваться, что мы живём в эпоху потепления, а не похолодания. Во времена ледниковых периодов Европа переставала быть пригодной для жизни.

Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

Мы привыкли, что зима, какой бы снежной и холодной она ни была, обязательно сменяется теплым летом. Но так бывает не всегда. В истории нашей планеты имелись периоды, когда зима наступала на долгие тысячи лет.

То, что когда-то наша планета была покрыта ледниками, ученые обнаружили в XIX веке. Остатки деятельности арктических ледников — глубокие борозды и цепи холмов, состоящие из горной породы, — были найдены в Европе и Северной Америке. Что же явилось причиной грандиозного похолодания и изменения ландшафта? Ответ на этот вопрос был найден только в ХХ веке сербским геофизиком Милутином Миланковичем.

Ученый доказал, что на климат нашей планеты влияют изменения земной орбиты. Как известно, Земля вращается вокруг Солнца и поворачивается вокруг своей оси. При этом траектория движения и угол наклона оси подвергаются влиянию различных факторов: притяжение других планет, влияние Луны и т. п. Медведи, о которых поется в песне, здесь совершенно ни при чем. Из-за этих влияний возникают три важных эффекта.

Первый эффект — прецессия . Смена времен года происходит потому, что земная ось расположена не строго вертикально, а под наклоном. Поэтому Земля подставляет Солнцу то один, то другой бок. Например, в июле в Северном полушарии лето, потому что на эту половину планеты попадает максимальное количество солнечных лучей. Если бы земная ось постоянно находилась в одном положении, то так было бы всегда. Но на деле ось медленно движется, описывая конус. Через 13 тысяч лет она повернется настолько, что в июле в нашем полушарии будет зима, а в январе — лето.

Второй эффект— нутация . Это изменение угла наклона земной оси. Оно небольшое, всего 1°, и возникает под воздействием гравитации близкой к нам Луны и далекого, но очень массивного Юпитера.

Третий эффект — изменение формы орбиты . Оно происходит циклично, в течение 93 тысяч лет. Из вытянутого эллипса орбита постепенно превращается в круг, потом снова в эллипс, но вытянутый в перпендикулярном направлении.

Во время Первой мировой войны Миланкович много месяцев провел в плену. Именно в это время он и занимался разработкой своей знаменитой теории

От зимы до зимы

Как ни трудно в это поверить, но такие незначительные перемены в движении планеты приводят к тому, что ледники, которые обычно должны находиться только в Арктике и Антарктиде, расползаются и по другим континентам. Происходит это в первую очередь из-за того, что меняется распределение солнечного света и тепла на поверхности Земли.

Когда планета располагается так, что уменьшается количество тепла, поступающего в Северное полушарие, снег дольше не тает. Причем с каждым годом зима будет все более долгой, потому что снежный покров обладает способностью отражать солнечные лучи и тем самым препятствовать таянию. Чем больше снега, тем дольше он не тает и тем холоднее становится. Постепенно количество льда и снега станет критическим, и ледники медленно двинутся на юг. Это станет началом ледникового периода.

Этот период закончится, когда положение Земли изменится и на обледеневшую область начнет поступать больше света и тепла. Постепенно льды растают, появятся темные участки земной поверхности, которые будут притягивать свет и тем самым увеличивать температуру.

Через 50–80 тысяч лет, когда на Земле наступит новый ледниковый период, подобные ландшафты будут повсюду

Сейчас на Земле, к счастью для нас, царит период межледниковья, самое теплое время. Предыдущий ледниковый период закончился около 14 тысяч лет назад, а новый начнется примерно через 20 тысяч лет, когда все три фактора, влияющие на положение земной орбиты, сойдутся воедино.

Доказано, что за последние 3 миллиона лет на Земле 4 раза наступал ледниковый период. До этого подобные периоды, несомненно, тоже случались, но отследить их частоту ученым пока не удалось

Циклы Миланковича (названы в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича) — колебания достигающего Земли количества солнечного света и солнечной радиации на протяжении больших периодов времени. В значительной мере циклы Миланковича объясняют происходящие на Земле естественные изменения климата и играют большую роль в климатологии и палеоклиматологии, главным образом в изучении проблематики глобального потепления и парникового эффекта. Тем не менее, из-за сложных процессов взаимодействия разных факторов, а также обратной связи, полное отождествление перемен климата с колебаниями получаемого Землёй количества солнечной энергии неоправданно и не может служить достаточно точной моделью для реконструкции климатических процессов прошлого и будущего.

Циклы Миланковича описывают периодически возникающие отклонения инсоляции полушарий от средней за большой период времени в пределах от 5 до 10 процентов. Причиной этих отклонений от средней интенсивности солнечного излучения на Земле являются три эффекта:

Прецессия: поворот земной оси с периодом около 25 750 лет, в результате которого меняется сезонная амплитуда интенсивности солнечного потока на северном и южном полушариях Земли;
Нутация: долгопериодические (так называемые вековые) колебания угла наклона земной оси к плоскости её орбиты с периодом около 41 000 лет;
долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты Земли с периодом около 93 000 лет.

Поскольку три описанные эффекта являются периодическими с некратным периодом, регулярно возникают достаточно продолжительные эпохи, когда они оказывают кумулятивное влияние, усиливая друг друга. Циклы Миланковича обычно используются для объяснения климатического оптимума голоцена.

Циклы Миланковича описывают влияние относительно небольших изменений в движении Земли на климат планеты. Они названы в честь Милутина Милановича, сербского астрофизика, который в начале 20-го века начал исследовать причины ледниковых периодов на Земле.

Земля пережила несколько ледниковых периодов в эпоху плейстоцена (период от 2,6 млн до 11 700 лет назад). В течение тысячелетий в одно и то же время даже более умеренные регионы земного шара были покрыты ледниками и ледяными щитами. Оледенение могло доходить до 40 параллели, а ледники занимали до 30% поверхности Земли.

Чтобы определить, почему Земля переживает такие огромные изменения климата, Миланкович сравнивает данные об изменениях положения Земли с хронологией ледниковых периодов во время плейстоцена. Он изучил их вариации за последние 600 000 лет и вычислил, как изменяется солнечное излучение из-за изменения параметров орбиты Земли. Таким образом, он смог связать меньшее количество солнечного света и тепла в высоких северных широтах с предыдущими европейскими ледниковыми периодами.

Миланкович утверждал, что из-за уменьшения солнечного излучения, зимний снег не тает летом в некоторых регионах. Этот оставшийся снег усиливает отражательную способность поверхности, возвращая солнечные лучи обратно в космос, что приводит к дальнейшему охлаждению, создавая положительную обратную связь.

Расчеты и графики Миланковича, опубликованные в 1920-х годах, до сих пор используются для изучения прошлого и прогнозирования будущего климата.

Существует три различных позиционных цикла с различной продолжительностью, которые влияют на климат Земли: эксцентриситет орбиты Земли, изменение осевого наклона планеты и круговые колебания ее оси.

Эксцентричность

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Эллиптичность является мерой формы овала и определяется отношением малой оси (длина короткой оси эллипса) к большой оси (длина длинной оси эллипса). Идеальный круг, в котором два фокуса сходятся в центре, имеет эллиптичность 0 (низкий эксцентриситет), а сильно продолговатый эллипс, выглядящий почти как прямая линия, имеет эксцентриситет около 1 (высокий эксцентриситет).

Максимальная эксцентричность орбиты Земли

Минимальная эксцентричность орбиты Земли

Земная орбита слегка меняет свой эксцентриситет за 96 000 лет с почти 0 до 0,07 и обратно. Когда у орбиты Земли более высокий эксцентриситет, поверхность планеты получает на 20–30 процентов больше солнечного излучения в перигелий (самое короткое расстояние между Землей и Солнцем), чем в афелий (самое дальнее расстояние). Когда же у орбиты Земли низкий эксцентриситет, разница в количестве солнечного излучения в перигелий и афелий, очень мала.

Сегодня эксцентриситет орбиты Земли составляет 0,017. В перигелий (около 3 января) земная поверхность получает на 6% больше солнечного излучения, чем в афелий, который происходит 4 июля или около этой даты.

Изменение наклона оси Земли

Почти неизменный наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики и вращение Земли вокруг Солнца являются причиной наличия времен года. Незначительные изменения наклона оси влияют на количество солнечного излучения, попадающего в определенные места на Земле. Однако приблизительно каждые 41 000 лет наклон земной оси колеблется между 21,5 и 24,5 градусами.

Небольшие изменения в аксиальном наклоне Земли влияют на количество солнечного излучения, падающего в определенные места на Земле

Когда ось Земли слегка наклонена, количество солнечной излучения не сильно меняется между летом и зимой для большей части земной поверхности, поэтому времена года сменяются и проходят мягче, увеличение наклона оси создает более экстремальные сезоны (более жаркое лето и более холодные зимы).

Сегодня наклон Земли составляет 23,5 градуса и имеет тенденцию к уменьшению, что может заложить основу для более умеренных сезонов (более холодное лето и более теплая зима).

Прецессия

Земля слегка колеблется при вращении вокруг своей оси. Это колебание, известное как прецессия, происходит главным образом из-за гравитации Солнца и Луны.

Осевая прецессия в астрономии — это гравитационно-индуцированное, медленное и непрерывное изменение ориентации оси вращения. Она похожа на прецессию крутящегося волчка, когда его вершина описывает круг (что особенно заметно при замедлении вращения волчка). Земная ось также совершает похожие круги, приблизительно за 26000 лет она описывает полный круг.

Полярная звезда не всегда будет указывать точно на Север

В течение последних нескольких тысяч лет, ось Земли была направлена на Полярную звезду, что позволяло нам легко отыскать ночью Север. Но постепенное прецессионное колебание Земли приведет к тому, что Полярная звезда перестанет точно указывать на Север. Около 5000 лет назад ось Земли была направлена больше на другую звезду, называемую Тубин. И примерно через 12 000 лет ось пойдет немного дальше вокруг своего прецессионного круга и укажет на Вегу, которая станет следующей Северной звездой.

Что прогнозируют циклы Миланковича

Мы уже выяснили, что:

Форма орбиты Земли вокруг Солнца меняется с меньшей на более эллиптическую и обратно каждые 96 000 лет
Ось вращения Земли наклонена по отношению к плоскости эклиптики, и этот наклон меняется от 21,5 ° до 24,5 ° и обратно примерно за 41 000 лет
Наконец, ось вращения Земли описывает полный круг (прецессия) с периодом 26 000 лет

Технический прогресс позволил геологам изучать керны глубоководных отложений, которые содержали климатические данные за миллионы лет. Эти климатические данные показывают удивительные периодические изменения, которые коррелируют с графиками, известными сейчас как циклы Миланковича.

Если рассматривать только астрономические факторы, то охлаждение и потепление во время ледникового и межледникового периодов намного сильнее, чем можно ожидать. Изменение температуры в ту или иную сторону, также усиливаются за счет других факторов. Это, скорее всего, связано с увеличением ледяных щитов, которые отражают больше солнечного излучения обратно в космос, а также нагревом мирового океана и поглощения им углекислого газа.

Существует четкая связь между формой орбиты Земли и естественным изменением климата, однако нынешняя тенденция потепления на Земле происходит во время относительно прохладной орбитальной фазы.

Вероятно, человеческая деятельность достаточно велика, чтобы противодействовать этой холодной фазе и Землю не ожидает резкое оледенение в одно из ближайших столетий.

Россия продолжит испытания новой ракеты и, возможно, расширит свой сегмент на МКС, а Китай и Индия будут покорять Луну.

После публикации этой истории в научном журнале Frontiers in Psychiatry, выяснилось, что это далеко не единственный подобный случай.

Новое исследование, недавно опубликованное в журнале Science, проливает больше света на механизм действия кетамина в устранении симптомов депрессии.

Считается, что гены являются ключевым фактором развития аутизма, но некоторые исследователи подозревают, что в игру вступает и другой фактор - бактерии, которые населяют кишечник.

Ученые говорят, что в среднем мы переоцениваем коэффициент интеллекта (IQ) нашего романтического партнера на 37 пунктов.

Содержание

Факторы, приводящие к возникновению циклов Миланковича

Прецессия: поворот земной оси с периодом около 25 750 лет, в результате которого меняется сезонная амплитуда интенсивности солнечного потока на северном и южном полушариях Земли;
Нутация: долгопериодические (так называемые вековые) колебания угла наклона земной оси к плоскости её орбиты с периодом около 41 000 лет;
долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты Земли с периодом около 93 000 лет.
Перемещение перигелия орбиты Земли и восходящего узла орбиты с периодом соответственно 10 и 26 тысяч лет.

Поскольку описанные эффекты являются периодическими с некратным периодом, регулярно возникают достаточно продолжительные эпохи, когда они оказывают кумулятивное влияние, усиливая друг друга. Циклы Миланковича обычно используются для объяснения климатического оптимума голоцена.

Эпохи, способствующие возникновению оледенения

Это эпохи, когда происходит сочетание следующих факторов:

Дата прохождения Земли перигелия близка к дате зимнего солнцестояния в северном полушарии.

При таком сочетании, Земля движется по удалённой части своей орбиты тогда, когда в северном полушарии лето. В результате лето северного полушария становится более длительным (интервал между датами весеннего и осеннего равноденствия становится больше полугода, так как орбитальная скорость Земли при движении по удалённой части эллиптической орбиты становится меньше средней) и прохладным (расстояние от Земли до Солнца больше среднего), что является фактором, способствующим росту ледников.

Эпохи, способствующие потеплению

Спустя примерно 11 тысяч лет, с перигелием совпадает момент летнего солнцестояния, а эксцентриситет не успевает существенно измениться. Теперь лето в северном полушарии становится коротким и жарким, что ведёт к уменьшению ледникового покрова. При этом в южном полушарии устанавливаются условия, способствующие оледенению. Но там почти нет суши в умеренных и субантарктических широтах, где могли бы увеличиваться ледники. В целом по Земле, площадь ледников сокращается, альбедо планеты сокращается, среднегодовая температура растёт.

Ситуация в настоящее время

В нынешнюю эпоху разница между зимним солнцестоянием (21 декабря) и прохождением перигелия (3 января) составляет всего 13 дней, но эксцентриситет сейчас равен 0,0167, что существенно меньше среднего (максимальное значение 0,0658), и продолжает уменьшаться. В связи с этим, сезонные колебания орбитальной скорости Земли и расстояния до Солнца невелики, и вносимые ими сезонные изменения приходящей к Земле солнечной энергии незначительны.

Читайте также: