Цикл міланковича. Глобальна зміна клімату. Вплив сонячної радіації на клімат

Цикли Міланковича-одна з теорій, за допомогою якої вчені намагалися пояснити існування зледенінь в історії Землі. Цю гіпотезу також називають орбітальною або астрономічною. Свою назву вона отримала по імені югославського вченого-кліматолога Мілутіна Міланковича. Незважаючи на велику кількість протиріч, наявних в даній теорії, вона лягла в основу сучасної палеокліматології.

Рух Землі

Як відомо, Земля обертається навколо Сонця по еліптичній орбіті і навколо своєї осі. Остання також змінює своє положення через вплив тяжіння Місяця. Земна вісь має певний кут нахилу, як і інші планети Сонячної системи. Вона описує в просторі конус. Цей ефект називається прецесією. Наочним прикладом, візуалізують цю особливість руху планети, є обертання Вовчка.

Період повного обороту по колу становить близько 25 800 років. Кут нахилу осі також змінюється в діапазоні 22,1-24,5° через кожні 40 100 років. Це явище називають нутацією.

Ексцентриситет, або ступінь стислості орбіти Землі при обертанні Сонця, змінюється за період 90 800 років. Коли він зростає, планета віддаляється від зірки і отримує меншу кількість сонячної радіації, а відповідно, і тепла. Існують також періоди, коли найбільший ухил Землі збігається з максимальним ексцентриситетом. В результаті відбувається глобальне похолодання клімату.

Перигилий і афелій

Оскільки планети Сонячної системи надають взаємний вплив один на одного, то вісь орбіти Землі при русі навколо Сонця поступово повертається в ту ж сторону, що і орбітальний рух. В результаті зміщується перигілій-найближча до світила точка орбіти і афелій - найбільш віддалена точка. Ці параметри впливають на інтенсивність впливу сонячної радіації-теплового, електромагнітного, корпускулярного випромінювання. У процентному співвідношенні ці коливання невеликі, але вони впливають на нагрівання поверхні планети.

Астрономія, геофізика і кліматологія-це науки, за допомогою яких вчені прагнуть встановити взаємозв`язок між активністю Сонця, віковими змінами середньорічної температури і клімату в цілому, а також між іншими факторами. Їх завданнями є не тільки визначення природних закономірностей, а й передбачення майбутніх змін, які можуть істотно вплинути на життя людини.

Що таке цикли Міланковича?

Клімат Землі змінюється під впливом антропогенних і неантропогенних факторів. До другої групи відносять тектонічні рухи літосферних плит, коливання сонячного випромінювання, вулканічна діяльність, а також цикли Міланковича. Вони описують вплив змін у рухах планети на її клімат.

У 1939 р. Міланкович вперше висунув гіпотезу про циклічну залежність льодовикових періодів за останні 500 тис. лет. Він обчислив динаміку зміни сонячної радіації, яка складається з електромагнітного і корпускулярного випромінювання, і пояснив причину заледеніння в епоху плейстоцену. На його думку, вона полягала в зміні параметрів орбіти планети-ексцентриситету, кута нахилу осі і положення перигелію. Згідно з постулатами його теорії, зледеніння, викликані цими факторами, повторюються через невеликі проміжки часу, і їх можна спрогнозувати.

Його гіпотеза була побудована з урахуванням припущення, що атмосфера планети була прозорою. Варіанти сонячного випромінювання (інсоляції) були обчислені їм для 65° північної широти. Отримані на інсоляційній діаграмі ділянки, що відповідають чотирьом заледенінням, добре співвідносилися з альпійською схемою заледенінь, побудованою німецькими вченими А. Пенком і Е. Брюкнером.

Основні фактори та льодовикові періоди

Відповідно до теорії Міланковича, три основних орбітальних фактора, перераховані вище, в нормі повинні діяти в різних напрямках так, щоб їх ефект не підсумовувався. Черговий Льодовиковий період настає тоді, коли вони складаються і підсилюють один одного.

Кожен з них визначає вплив сонця на Землю, на кількість сонячного випромінювання, одержуваного різними зонами планети. Якщо воно зменшується в Північній півкулі, де сконцентрована основна маса льодовиків, то сніг на поверхні з кожним роком накопичується все більше. Збільшення площі снігового покриву призводить до посилення відбиття сонячного світла, що, в свою чергу, сприяє подальшому охолодженню планети.

Цей процес поступово наростає, починається глобальне похолодання, настає черговий Льодовиковий період. В кінці такого циклу спостерігається зворотне явище. Згідно з науковими даними, пік похолодання під час останнього льодовикового періоду був приблизно 18 000 років тому.

Вплив прецесії

Вчені вважають, що прецесійний цикл найбільш яскраво виражається в заледеніннях в Північній півкулі. Зараз воно знаходиться в міжльодовиковому періоді, який закінчиться приблизно через 9-10 тисяч років. У найближчі тисячоліття тут можливе продовження підйому рівня моря внаслідок танення льодовиків. І в першу чергу це стосується Гренландського крижаного щита-другого за величиною після Антарктичного.

У Південній півкулі, навпаки, в даний час спостерігається епоха "заледеніння"» але так як тут значно менше суші, ніж в Північному, то це явище виглядає не настільки яскраво.

Якщо день зимового сонцестояння припадає на афелій (тобто нахил осі обертання планети у напрямку від сонця максимальний), зима буде більш довгою і холодною, а літо-спекотним і коротким. У протилежній півкулі, навпаки, відзначається тривале прохолодне літо і коротка тепла зима. Відмінності в тривалості цих сезонів тим помітніше, чим більше ексцентриситет орбіти.

Нутація

Нутація пов`язана з більш короткочасними коливаннями положення земної осі. Найбільша величина амплітуди становить 18,6 років.

Нутація призводить до зміни сезонних контрастів сонячного випромінювання, але його річна сума залишається постійною. Збільшення інсоляції влітку (більш спекотна і суха погода) компенсується її зменшенням взимку.

Зміна орбітальної форми

Від величини витягнутості орбіти планети залежить відстань від Землі до Сонця. Різниця між крайніми точками становить 4,7 млн км. В епоху малого ексцентриситету планета отримує більше сонячної радіації, сильніше нагріваються верхні межі атмосфери, і навпаки.

Ексцентриситет змінює сумарне річне сонячне випромінювання, але ця різниця невелика. Протягом останнього мільйона років вона не перевищила 0,2%. Найбільший ефект виникає тоді, коли максимум ексцентриситету збігається з найбільшим нахилом власної осі Землі.

Історія зміни клімату Землі

Сучасні геофізичні методи досліджень дозволяють дізнатися, яким був Клімат на нашій планеті сотні тисячоліть тому. Температуру побічно оцінюють за кількістю ізотопів важкого водню і кисню. Швидкість глобального потепління в даний час становить близько 1° на рік.

За останні 400 000 років відзначено 4 льодовикових періоду на Землі. Різке потепління, що почалося близько 12 тис. років тому, призвело до підняття рівня океану на 50-100 м. Можливо, це явище було описано в Біблії як Всесвітній потоп.

Потепління в сучасну епоху супроводжується перепадами середньорічної температури на 2-3 градуси. На побудованих залежностях відзначаються скачки температури поверхні планети, тривалість яких становить не більше 1000 років. Існують коливання і в меншому циклі-через кожні 100-200 років на 1-2°. Як припускають вчені, це пов`язано з коливаннями кількості метану і вуглекислого газу в атмосфері.

Недоліки теорії

У 60-70-ті рр. XX століття вченими були отримані нові дослідні і розрахункові дані, які розходилися з концепцією циклів Міланковича. У ній існують наступні протиріччя:

• Атмосфера Землі не завжди була такою прозорою, як зараз. Це підтверджують дослідження льодів Гренландії і Антарктики. Велика кількість пилу, пов`язана, імовірно, з активною вулканічною діяльністю, відбивала сонячне тепло. В результаті поверхня планети охолоджувалася.
• Згідно з теорією Міланковича, зледеніння в Гренландії і Антарктиді відбувалися в різні періоди часу, проте це розходиться з палеонтологічними даними.
• Глобальні похолодання повинні повторюватися через приблизно рівні проміжки часу, але фактично їх не було в мезозойському і третинному періоді, а в четвертинному вони слідували один за іншим.

Головним недоліком цієї теорії є те, що вона базується лише на астрономічних факторах, а саме на зміні руху Землі. Насправді ж існують багато інших причин: варіації геомагнітного поля, наявність численних зворотних зв`язків в кліматичній системі (механізм резонансного відгуку, що виникає у відповідь на орбітальні впливу), тектонічна діяльність (вулканізм, сейсмічна активність), а в останні століття-і антропогенна складова, тобто вплив господарської діяльності людини на природу.