Циклы Миланковича и ледниковые циклы

Как медленные, регулярные изменения орбиты Земли перераспределяют солнечный свет и определяют темпы наступления и отступления великих ледниковых покровов на протяжении десятков тысяч лет.

Definition

Циклы Миланковича — это периодические изменения эксцентриситета орбиты Земли, наклона оси и прецессии, которые изменяют распределение поступающего солнечного света и определяют темпы ледниковых циклов, то есть повторяющегося роста и таяния континентальных ледниковых щитов в течение четвертичного периода.

Scope

Эта тема охватывает астрономическую теорию ледниковых периодов и объясняемые ею ледниково-межледниковые циклы. В ней рассматриваются три орбитальных параметра — эксцентриситет, наклон оси и прецессия, — которые изменяются в характерных временных масштабах и меняют сезонное и широтное распределение солнечной радиации, спектральные данные из кернов морских отложений, подтверждающие их влияние на темпы ледниковых периодов, а также обратные связи, включающие лед, альбедо и парниковые газы, которые усиливают орбитальный сигнал до полноценных ледниковых циклов.

Core questions

• Какие орбитальные параметры изменяются и в каких временных масштабах?
• Как орбитальные изменения влияют на распределение солнечного света?
• Какие доказательства подтверждают, что орбиты определяют темпы ледниковых периодов?
• Какие обратные связи усиливают орбитальный сигнал до полноценных ледниковых циклов?

Key theories

Астрономическая теория ледниковых периодов

Изменения эксцентриситета, наклона и прецессии влияют на летнюю инсоляцию в высоких широтах, и когда северное лето достаточно прохладное, чтобы зимний снег сохранялся, ледниковые щиты растут, определяя темпы ледниковых циклов.

Усиление орбитального воздействия через обратную связь

Относительно небольшое орбитальное изменение солнечного света усиливается обратными связями лед-альбедо и парниковых газов, так что падение уровня углекислого газа и рост ледяного покрова усиливают похолодание до полноценного ледникового состояния.

Mechanisms

Гравитационные взаимодействия с другими планетами вызывают изменения эксцентриситета орбиты Земли, наклона оси и прецессии равноденствий с периодичностью примерно 100 000, 41 000 и 23 000 лет соответственно, что меняет количество солнечного света, достигающего каждой широты в каждый сезон. Прохладное северное лето позволяет снегу сохраняться и ледниковым щитам расти; более яркий лед отражает больше солнечного света, а океан и биосфера поглощают углекислый газ, усиливая похолодание, при этом обратные процессы приводят к дегляциации.

Clinical relevance

Орбитальная теория объясняет естественное время наступления ледниковых периодов и показывает, что нынешний межледниковый период, без влияния человека, продлился бы десятки тысяч лет, предоставляя базовую линию, относительно которой измеряются изменения, вызванные деятельностью человека.

History

Основываясь на идеях Адемара и Кролла XIX века, Миланкович рассчитал кривые орбитальной инсоляции в начале XX века; теория была в значительной степени подтверждена в 1976 году, когда Хейс, Имбри и Шеклтон обнаружили предсказанные орбитальные частоты в спектрах глубоководных осадочных отложений.

Debates

Проблема 100 000 лет

Почему в позднем четвертичном периоде ледниковые периоды доминируют в цикле примерно в 100 000 лет, хотя эксцентриситетное воздействие в этот период слабое, остается предметом дебатов и указывает на важность нелинейных обратных связей.

Key figures

• Milutin Milankovitch
• James Hays
• John Imbrie
• Nicholas Shackleton

Seminal works

• hays1976
• imbrie1979

Frequently asked questions

Что такое циклы Миланковича?

Это медленные, регулярные изменения формы орбиты Земли, наклона оси и прецессии, которые изменяют распределение солнечного света по сезонам и широтам, определяя темпы ледниковых периодов.

Если орбиты вызывают ледниковые периоды, то как насчет текущего потепления?

Орбитальные изменения действуют на протяжении десятков тысяч лет и в настоящее время способствуют лишь постепенным изменениям, поэтому они не могут объяснить быстрое недавнее потепление, которое вызвано парниковыми газами.