Цикли Міланковіча – одна з теорій, за допомогою якої вчені намагалися пояснити існування зледенінь в історії Землі. Цю гіпотезу також називають орбітальної або астрономічної. Своя назва вона одержала по імені югославського вченого-кліматолога Мілутіна Міланковіча. Незважаючи на велику кількість суперечностей, наявних у даній теорії, вона лягла в основу сучасної палеокліматології.

Рух Землі

Як відомо, Земля обертається навколо Сонця по еліптичній орбіті навколо своєї осі. Остання також змінює своє положення з-за впливу 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, визуализирующим цю особливість руху планети, є обертання дзиги. Період повного обороту по колу складає близько 25800 років. Кут нахилу осі змінюється в діапазоні 221-245° через кожні 40100 років. Це явище називають нутацией. Ексцентриситет, або ступінь стислості орбіти Землі при обертанні Сонця, змінюється за період 90800 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 роблять взаємний вплив один на одного, то вісь орбіти Землі при русі навколо Сонця поступово повертається в ту ж сторону, що і орбітальне рух. В результаті зміщується перигилий – 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, але і передбачення майбутніх змін, які можуть істотно вплинути на життя людини.

Що таке цикли Міланковіча?

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

В 1939 р. Миланкович вперше висунув гіпотезу про циклічної залежності льодовикових періодів за останні 500 тис. років. Він обчислив динаміку зміни сонячної радіації, яка складається з електромагнітного і корпускулярного випромінювання, і пояснив причину зледеніння в епоху плейстоцену. На його думку, вона полягала в зміні параметрів орбіти планети – ексцентриситет, 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 інсоляційної діаграмі ділянки, відповідні чотирьом оледенениям, добре співвідносилися з альпійською схемою зледенінь, побудованої німецькими вченими А. Пенком і Е. Брюкнером.

Основні фактори і льодовикові періоди

Згідно теорії Міланковіча, три основних орбітальних фактори, 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 відображення сонячного світла, що, у свою чергу, сприяє подальшому охолодженню планети. Цей процес поступово наростає, починається глобальне похолодання, наступає черговий льодовиковий період. У кінці такого циклу спостерігається зворотне явище. Згідно з науковими даними, пік похолодання під час останнього льодовикового періоду був приблизно 18000 років тому.

Вплив прецесії

Вчені вважають, що прецессионный цикл найбільш яскраво виражається в заледеніннях в Північній півкулі. Зараз воно знаходиться в межледниковом періоді, який закінчиться приблизно через 9-10 тисяч років. В 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. В Південній півкулі, навпаки, в даний час спостерігається епоха «закостеніння», але так як тут значно менше суші, ніж у Північному, то це явище виглядає не настільки яскраво. Якщо день зимового сонцестояння припадає на афелій (тобто нахил осі обертання планети по напрямку від Сонця максимальний), зима буде довгою і холодною, а літо жарким і коротким. В протилежному півкулі, навпаки, відзначається тривалий 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 186 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 47 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 02%. 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 400000 років відзначено 4 льодовикових періоду на Землі. Різке потепління, яке 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 спостерігаються 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 учені, це пов'язано з коливаннями кількості метану і вуглекислого газу в атмосфері.

Недоліки теорії

У 60-70-х роках XX століття вченими були отримані нові досвідчені і розрахункові дані, які розходилися з концепцією циклів Міланковіча. 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'язане, ймовірно, з активною вулканічною діяльністю, відбивало сонячне тепло. В результаті поверхня планети охолоджувалася.

Згідно теорії Міланковіча, 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 мезозойском і третинному періоді, а в четвертинному вони слідували один за іншим.

Головним недоліком цієї теорії є те, що вона заснована тільки на астрономічних факторах, а саме на зміну руху Землі. Насправді ж існують багато інші причини: варіації геомагнітного поля, наявність численних зворотних зв'язків у 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.