Chu kỳ Milankovitch và Chu kỳ Băng hà

Những thay đổi chậm rãi, đều đặn trong quỹ đạo của Trái Đất phân bổ lại ánh sáng mặt trời và điều hòa sự tiến và lùi của các dải băng lớn trong hàng chục nghìn năm như thế nào.

Definition

Chu kỳ Milankovitch là những biến đổi định kỳ trong độ lệch tâm quỹ đạo, độ nghiêng trục và tuế sai của Trái Đất, làm thay đổi sự phân bố ánh sáng mặt trời đến và điều hòa các chu kỳ băng hà, tức là sự tăng trưởng và suy giảm lặp đi lặp lại của các dải băng lục địa trong kỷ Đệ Tứ.

Scope

Chủ đề này bao gồm lý thuyết thiên văn về các kỷ băng hà và các chu kỳ băng hà-gian băng mà nó giải thích. Nó đề cập đến ba thông số quỹ đạo: độ lệch tâm, độ nghiêng trục và tuế sai, những yếu tố thay đổi theo các thang thời gian đặc trưng và làm thay đổi sự phân bố bức xạ mặt trời theo mùa và vĩ độ; bằng chứng phổ từ các lõi trầm tích biển xác nhận nhịp điệu của chúng đối với các kỷ băng hà; và các phản hồi liên quan đến băng, suất phản chiếu (albedo) và khí nhà kính khuếch đại tín hiệu quỹ đạo thành các chu kỳ băng hà hoàn chỉnh.

Core questions

• Những thông số quỹ đạo nào thay đổi và theo thang thời gian nào?
• Những thay đổi quỹ đạo làm thay đổi sự phân bố ánh sáng mặt trời như thế nào?
• Bằng chứng nào xác nhận rằng quỹ đạo điều hòa các kỷ băng hà?
• Những phản hồi nào khuếch đại tín hiệu quỹ đạo thành các chu kỳ băng hà hoàn chỉnh?

Key theories

Lý thuyết thiên văn về các kỷ băng hà

Các biến đổi về độ lệch tâm, độ nghiêng và tuế sai làm thay đổi bức xạ mặt trời mùa hè ở vĩ độ cao, và khi mùa hè ở phía bắc đủ mát để tuyết mùa đông tồn tại, các dải băng sẽ phát triển, điều hòa các chu kỳ băng hà.

Khuếch đại phản hồi của tác động quỹ đạo

Sự thay đổi tương đối nhỏ của ánh sáng mặt trời do quỹ đạo được khuếch đại bởi các phản hồi băng-suất phản chiếu (ice-albedo) và khí nhà kính, do đó carbon dioxide giảm và băng tăng cường củng cố sự lạnh đi thành trạng thái băng hà hoàn chỉnh.

Mechanisms

Tương tác hấp dẫn với các hành tinh khác khiến độ lệch tâm quỹ đạo của Trái Đất, độ nghiêng trục và tuế sai của điểm phân thay đổi trong khoảng 100.000, 41.000 và 23.000 năm, làm thay đổi lượng ánh sáng mặt trời đến từng vĩ độ trong mỗi mùa. Mùa hè mát mẻ ở phía bắc cho phép tuyết tồn tại và các dải băng phát triển; băng sáng hơn phản xạ nhiều ánh sáng mặt trời hơn và đại dương cùng sinh quyển hấp thụ carbon dioxide, khuếch đại sự lạnh đi, với quá trình ngược lại thúc đẩy sự tan băng.

Clinical relevance

Lý thuyết quỹ đạo giải thích thời điểm tự nhiên của các kỷ băng hà và cho thấy rằng kỷ gian băng hiện tại, nếu không có ảnh hưởng của con người, sẽ kéo dài hàng chục nghìn năm, cung cấp một đường cơ sở để đo lường sự thay đổi do con người gây ra.

History

Dựa trên các ý tưởng của Adhemar và Croll từ thế kỷ XIX, Milankovitch đã tính toán các đường cong bức xạ mặt trời quỹ đạo vào đầu thế kỷ XX; lý thuyết này phần lớn đã được xác nhận vào năm 1976 khi Hays, Imbrie và Shackleton tìm thấy các tần số quỹ đạo dự đoán trong phổ của các hồ sơ trầm tích biển sâu.

Debates

Vấn đề 100.000 năm

Việc tại sao các kỷ băng hà cuối kỷ Đệ Tứ lại bị chi phối bởi một chu kỳ khoảng 100.000 năm, mặc dù tác động lệch tâm ở giai đoạn đó yếu, vẫn còn đang được tranh luận và chỉ ra tầm quan trọng của các phản hồi phi tuyến tính.

Key figures

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

Seminal works

• hays1976
• imbrie1979

Frequently asked questions

Chu kỳ Milankovitch là gì?

Chúng là những thay đổi chậm rãi, đều đặn trong hình dạng quỹ đạo, độ nghiêng trục và tuế sai của Trái Đất, làm thay đổi cách ánh sáng mặt trời được phân bố theo mùa và vĩ độ, điều hòa các kỷ băng hà.

Nếu quỹ đạo thúc đẩy các kỷ băng hà, vậy còn sự nóng lên hiện tại thì sao?

Những thay đổi quỹ đạo diễn ra trong hàng chục nghìn năm và hiện tại chỉ ủng hộ sự thay đổi dần dần, vì vậy chúng không thể giải thích sự nóng lên nhanh chóng gần đây, vốn được thúc đẩy bởi khí nhà kính.