米兰科维奇循环与冰期循环

地球轨道缓慢而规律的变化如何重新分配太阳光，并在数万年间推动巨大冰盖的进退。

Definition

米兰科维奇循环是指地球轨道偏心率、轴向倾斜和岁差的周期性变化，这些变化改变了入射太阳光的分布，并控制了冰期循环，即第四纪大陆冰盖的周期性生长和衰退。

Scope

本主题涵盖冰河时代的天文理论及其解释的冰期-间冰期循环。它探讨了三个轨道参数：偏心率、轴向倾斜和岁差，这些参数以特征时间尺度变化，并改变太阳辐射的季节和纬度分布；来自海洋沉积物岩心的光谱证据证实了它们对冰河时代的节律控制；以及涉及冰、反照率和温室气体的反馈，这些反馈将轨道信号放大为完整的冰期循环。

Core questions

• 哪些轨道参数会发生变化，变化的时间尺度是多久？
• 轨道变化如何改变太阳光的分布？
• 什么证据证实了轨道控制着冰河时代？
• 哪些反馈将轨道信号放大为完整的冰期循环？

Key theories

冰河时代的天文理论

偏心率、倾斜度和岁差的变化会改变高纬度地区的夏季日照量，当北半球夏季足够凉爽以致冬季积雪得以保留时，冰盖就会生长，从而控制冰期循环。

轨道强迫的反馈放大

太阳光中相对较小的轨道变化通过冰-反照率和温室气体反馈被放大，因此二氧化碳的下降和冰的增长会加强降温，从而进入完全的冰期状态。

Mechanisms

与其他行星的引力相互作用导致地球轨道偏心率、轴向倾斜和春分点岁差分别在大约10万年、4.1万年和2.3万年的时间尺度上变化，从而改变了每个季节到达每个纬度的太阳光量。凉爽的北半球夏季使得积雪得以保留，冰盖得以生长；更亮的冰反射更多太阳光，海洋和生物圈吸收二氧化碳，从而放大降温效应，而反向过程则导致冰消期。

Clinical relevance

轨道理论解释了冰河时代的自然时间，并表明在没有人为影响的情况下，目前的间冰期将持续数万年，这提供了一个衡量人为变化的基础。

History

在19世纪阿德马尔和克罗尔思想的基础上，米兰科维奇在20世纪早期计算了轨道日照曲线；该理论在1976年得到了很大程度的证实，当时海斯、因布里和沙克尔顿在深海沉积物记录的光谱中发现了预测的轨道频率。

Debates

10万年问题

晚第四纪冰期为何以大约10万年的周期为主导，尽管该时期的偏心率强迫较弱，这仍然存在争议，并指出非线性反馈的重要性。

Key figures

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

Seminal works

• hays1976
• imbrie1979

Frequently asked questions

什么是米兰科维奇循环？

它们是地球轨道形状、轴向倾斜和岁差的缓慢、规律变化，这些变化改变了太阳光在不同季节和纬度上的分布，从而控制着冰河时代。

如果轨道驱动冰河时代，那么当前的变暖情况如何？

轨道变化作用于数万年的时间尺度，目前仅有利于逐渐变化，因此它们无法解释近期快速的变暖，后者是由温室气体驱动的。