Цикълът на миланкович. Глобално изменение на климата. Влияние на слънчевата радиация върху климата

Циклите на Миланкович е една от теориите, с които учените се опитват да обяснят съществуването на заледявания в историята на Земята. Тази хипотеза се нарича още орбитална или астрономическа хипотеза. Името му идва от югославския климатолог Милутин Миланкович. Въпреки многото противоречия в тази теория, тя се превърна в основа на съвременната палеоклиматология.

Движението на Земята

Както е известно, Земята обикаля около Слънцето по елиптична орбита и се върти около оста си. Последната също променя позицията си поради влиянието на гравитационното привличане на Луната. Земната ос има определен ъгъл на наклона планети в Слънчевата система. Описва конус в пространството. Този ефект се нарича прецесия. Перфектен пример за визуализиране на тази особеност на планетарното движение е въртенето на въртележка.

Периодът на едно пълно завъртане на кръга е от порядъка на 25 800 години. Ъгълът на наклона на оста също се променя между 22,1° и 24,5° на всеки 40 100 години. Това явление се нарича нутация.

Ексцентрицитетът, или степента на свиване на земната орбита при въртенето на Слънцето, се променя за период от 90 800 години. С издигането си планетата се отдалечава от звездата и получава по-малко слънчева радиация, а следователно и по-малко топлина. Съществуват и периоди, в които най-голямото наклонение на Земята съвпада с най-големия ексцентрицитет. Резултатът е глобално застудяване на климата.

Перихилус и афелий

Тъй като планетите от Слънчевата система си оказват взаимно влияние, оста на земната орбита при движението ѝ около Слънцето постепенно се завърта в същата посока като орбиталното движение. Това води до изместване на перихилуса, точката на орбитата, която е най-близо до светилото, и афелия, най-отдалечената точка. Тези параметри влияят на интензивността на въздействието на слънчевата радиация - топлинна, електромагнитна, корпускулярна радиация. Процентът на тези колебания е малък, но те оказват влияние върху затоплянето на повърхността на планетата.

Астрономията, геофизиката и климатологията са науки, чрез които учените се опитват да установят връзката между активността на Слънцето, светските промени в средната годишна температура и климата като цяло, както и други фактори. Тяхната цел е не само да идентифицират природните закономерности, но и да предвидят бъдещи промени, които могат да окажат значително влияние върху човешкия живот.

Какво представляват циклите на Миланкович?

Климатът на Земята се променя под влиянието на антропогенни и неантропогенни фактори. Втората група включва тектоничните движения на литосферните плочи, колебанията в слънчевата радиация, вулканичната активност и циклите на Миланкович. Те описват влиянието на промените в движението на планетата върху нейния климат.

През 1939 г. той е първият, който изказва хипотеза за циклична връзка между ледниковите периоди. Миланкович е първият, който изказва хипотеза за циклична връзка между ледниковите периоди през последните 500 000 години. години. Той изчислява динамиката на слънчевата радиация, съставена от електромагнитно и корпускулярно излъчване, и обяснява причината за заледяванията през епохата на плейстоцена. Според него това се дължи на промени в параметрите на орбитата на планетата - ексцентрицитет, ъгъл на наклона на оста и положение на перихелия. Според постулатите на теорията му заледяванията, причинени от тези фактори, се повтарят на кратки интервали и могат да бъдат предсказани.

Хипотезата му се основава на предположението, че атмосферата на планетата е прозрачна. Вариантите на слънчевата радиация (инсолация) са изчислени от него за 65° северна ширина. Площите, съответстващи на четирите заледявания на диаграмата на слънчевото греене, съответстват добре на диаграмата на алпийските заледявания, построена от германските учени А. Шмидт. Pencom и E. Брукнер.

Основни фактори и ледникови периоди

Според теорията на Миланкович трите основни орбитални фактора, изброени по-горе, обикновено трябва да действат в различни посоки, така че ефектите им да не се сумират. Друга ледникова епоха настъпва, когато те се натрупват и подсилват взаимно.

Всяко от тях определя влиянието на Слънцето върху Земята, количеството слънчева радиация, получавано от различните части на планетата. Ако тя намалява в северното полукълбо, където са съсредоточени повечето ледници, всяка година на повърхността се натрупва все повече сняг. Увеличаването на снежната покривка увеличава отразяването на слънчевата светлина, което от своя страна спомага за по-нататъшното охлаждане на планетата.

Този процес постепенно се засилва, започва глобално застудяване и нов ледников период. В края на този цикъл се наблюдава обратното явление. Учените смятат, че последното застудяване през ледниковия период е достигнало своя връх преди около 18 000 години.

Въздействието на прецесията

Учените смятат, че прецесионният цикъл е най-силно изразен при заледяванията в северното полукълбо. Сега тя е в междуледников период, който ще приключи след около 9-10 хиляди години. Възможно е през следващите няколко хилядолетия морското равнище да продължи да се покачва поради топенето на ледниците. Това важи особено за Гренландския леден щит, който е вторият по големина след Антарктическия леден щит.

За разлика от тях, в Южното полукълбо понастоящем се наблюдава епоха на "заледяване", но тъй като тук има значително по-малко земя, отколкото в Северното полукълбо, явлението не е толкова силно изразено.

Ако зимното слънцестоене настъпи в афелия (т.е. когато оста на въртене на планетата, наклонена към Слънцето, е максимално отдалечена), зимата ще бъде по-дълга и по-студена, а лятото - по-горещо и по-кратко. За разлика от тях в противоположното полукълбо има дълги хладни лета и кратки топли зими. Колкото по-голям е ексцентрицитетът на орбитата, толкова по-голяма е разликата в продължителността на тези сезони.

Нутация

Нутацията е свързана с по-краткотрайни колебания в положението на земната ос. Най-голямата амплитуда е 18,6 години.

Нутацията води до промяна на сезонните контрасти на слънчевата радиация, но нейната годишна сума остава постоянна. Увеличаването на слънчевото греене през лятото (по-топло и сухо време) се компенсира от намаляването му през зимата.

Промяна във формата на орбитата

Разстоянието между Земята и Слънцето зависи от степента на удължаване на орбитата на планетата. Разликата между двете крайни стойности е 4,7 милиона км. Планетата получава повече слънчева радиация при нисък ексцентрицитет и горните слоеве на атмосферата се затоплят, и обратно.

Ексцентрицитетът променя общата годишна слънчева радиация, но разликата е малка. През последните милиони години тя не е надвишавала 0,2%. Най-големият ефект се проявява, когато максималният ексцентрицитет съвпада с най-големия наклон на естествената ос на Земята.

История на климатичните промени на Земята

Съвременни геофизични изследователски методи ни позволяват да разберем какъв е бил климатът на нашата планета преди стотици хиляди години. Температурата се измерва косвено чрез количеството тежки изотопи на водорода и кислорода. Понастоящем темпът на глобално затопляне е около 1° годишно.

През последните 400 000 години на Земята е имало 4 ледникови периода. Рязкото затопляне, започнало преди около 12 000 години, е довело до повишаване на глобалното затопляне. От началото на затоплянето преди около 12 000 години климатът на Земята се е повишил с 50-100 м. Това явление може да е описано в Библията като световен потоп.

Затоплянето в съвременната епоха е съпроводено с годишни температурни колебания от 2-3 градуса. Изведените зависимости показват скокове в температурата на планетарната повърхност за не повече от 1000 години. Съществуват и колебания в по-малък цикъл - на всеки 100-200 години с 1-2°. Учените предполагат, че това се дължи на колебанията в количеството на метана и въглеродния диоксид в атмосферата.

Недостатъци на теорията

Смята се, че през 60-те и 70-те години на миналия век количеството на праха в атмосферата е било функция на слънчевата топлина, навлизаща в атмосферата. През XX век учените получават нови експериментални и изчислителни данни, които опровергават концепцията за циклите на Миланкович. В него има следните противоречия:

• Земната атмосфера не винаги е била толкова прозрачна, колкото е днес. Това се потвърждава от изследванията на леда в Гренландия и Антарктида. Големи количества прах, вероятно свързани с активна вулканична дейност, отразяват слънчевата топлина. В резултат на това повърхността на планетата се охлажда.
• Според теорията на Миланкович Гренландия и Антарктида са се заледявали по различно време, но това противоречи на палеонтологичните данни.
• Глобалните застудявания би трябвало да се случват на приблизително равни интервали, но в действителност те не се случват през мезозоя и терциера, а през кватернера следват едно след друго.

Основният недостатък на тази теория е, че тя се основава само на астрономически фактори, а именно на промяната в движението на Земята. В действителност има много други причини: вариации в геомагнитното поле, наличие на многобройни обратни връзки в климатичната система (резонансен механизъм, възникващ в отговор на орбитални влияния), тектонична активност (вулканизъм, сеизмична активност), а през последните векове - антропогенният компонент, т.е. въздействието на човешката икономическа дейност върху природата.