Milankoviča cikli ir nelielas, lēnas, bet regulāras izmaiņas Zemes orbītā ap Sauli un Zemes ass slīpumā.

Dinamika ir sarežģīta. Izmaiņas ietekmē "insolāciju" (saules gaismu, kas krīt uz Zemes daļām). Tā rezultātā uz Zemes veidojas aptuveni 21 000, 41 000, 100 000 un 400 000 gadu ilgas klimata maiņas. Visa šī joma joprojām tiek aktīvi pētīta.

Izmantojot lietišķo matemātiku, Milankovičs prognozēja, ka Zemes orbītas ekscentricitātes, aksiālā slīpuma un precesijas svārstības nosaka Zemes klimata modeļus.

Līdzīgas astronomiskās teorijas 19. gadsimtā bija attīstījuši Džozefs Adhemārs, Džeimss Krolls un citi. Tomēr sākotnēji nebija ticamu datētu pierādījumu. Jautājums tika atrisināts tikai pēc tam, kad 1976. gadā zinātniskajā žurnālā Science tika iegūti dziļūdens kodoli un publicēts raksts.

Kā Milankoviča cikli ietekmē klimatu

Trīs galvenie orbitalie parametri un to būtiskākā ietekme:

  • Ekscentricitāte — orbītas izstieptība ap Sauli. Mainoties ekscentricitātei, mainās attāluma variācijas starp Zemi un Sauli gada gaitā. Ekscentricitātes svārstības notiek ar periodiem aptuveni 100 000 un 400 000 gadu. Pašas par sevi šīs izmaiņas ir salīdzinoši nelielas, bet tās modulē precesijas iedarbību.
  • Aksiālais slīpums (obliquitāte) — Zemes ass slīpuma leņķis pret orbītas plakni. Tas nosaka sezonu asumu (cik spēcīgas ir vasaras un ziemas). Aksiālais slīpums mainās aptuveni ik pēc ~41 000 gadiem un būtiski ietekmē sezonālo insolāciju, īpaši vidējās un augstās platuma joslās.
  • Precesija — Zemes ass griešanās ass lēna "griešanās" (sviras kustība), kas maina to, kad gada laikā notiek tuvums vai attālums no Saules attiecībā pret sezonām. Tas rada apmēram 19 000–23 000 gadu ilgus periodus un, kopā ar ekscentricitāti, ietekmē sezonālo un diennakts sadalījumu saules enerģijai.

Svarīgi saprast, ka Milankoviča cikli nemaina kopējo Zemes saules starojuma daudzumu ļoti strauji, bet maina, kur un kad tā nonāk — īpaši cik daudz saules enerģijas saņem augstās platuma joslas vasarās. Tieši vasaras insolācijas izmaiņas augstajās platuma joslās ir svarīgas, jo tām ir tieša ietekme uz ledus sega izveidi un izzušanu: aukstas vasaras veicina ledāju izplešanos, siltas vasaras veicina to sarukumu.

Pierādījumi un metodes

Pierādījumi, ka orbītas svārstības saistītas ar klimata cikliem, radās, analizējot paleoklimatiskos ierakstus, piemēram, dziļūdens sedimentu kodus, ledus kodolus un stalaktītu/stalagmītu ierakstus. Tipisks klimata "proxies" ir skābekļa izotopu attiecības (δ18O), kas atspoguļo globālo ledāju apjomu un ūdens temperatūru. 1976. gada rakstā (Hays, Imbrie un Shackleton) spektrālā analīzē tika atrasta skaidra orbītu periodu klātbūtne dziļūdens kodolos, kas deva spēcīgu atbalstu Milankoviča teorijai.

Pētījumi izmanto arī precīzas astronomiskas prognozes, kuras aprēķina Zemes un citu planētu gravitācijas mijiedarbības ietekmē, lai rekonstruētu insolasiju (sezonālo, diennakts un platumiskas sadalījuma) vēsturi un prognozētu tās nākotnē.

Ierobežojumi un papildu faktori

Milankoviča cikli skaidro ritmiku un laika mērogu glacālajiem–interglaciālajiem cikliem, taču tie nav vienīgie klimata noteicēji. Lai orbitalās izmaiņas pārvērstos par lielām ledāju svārstībām un globālām temperatūras pārmaiņām, nepieciešami pastiprinoši un nomācoši faktori (feedbacks):

  • atgriezeniskā saite ar oglekļa dioksīdu un citiem siltumnīcefekta gāzēm (CO2 līmeņa izmaiņas pastiprina vai vājinās temperatūras reakciju)
  • ledus–albedo atgriezeniskā saite (vairāk ledus → lielāks atstarošanās koeficients → vēsāks klimats)
  • okeānu cirkulācijas izmaiņas un bioloģiskie procesi, kas maina siltumnīcefekta gāzu uzkrāšanos
  • ne-linearitātes un iekšējās dinamiskas īpašības ledus gleznām un klimata sistēmai (piemēram, 100 000 gadu problēma — spēcīgs 100 kildžu signāls paleoklimata ierakstos, kuru tīri orbītu piespiedu spēki grūti paskaidrot)

Turklāt mūsdienu globālā sasilšana galvenokārt ir saistīta ar antropogēnu siltumnīcefekta gāzu emisijām. Orbītu cikli darbojas uz daudz ilgākiem laika mērogos un pašlaik nespēj izskaidrot pēdējo gadsimtu straujo temperatūras pieaugumu.

Kopsavilkums

Milankoviča cikli ir droša un svarīga daļa no skaidrojuma par ilgtermiņa klimata svārstībām uz Zemes. Tie maina, kad un cik daudz saules enerģijas nokļūst dažādās platuma joslās un sezonās, kas, mijiedarbojoties ar klimatiskajām atgriezeniskajām saitēm, var radīt ledāju izplešanos vai sarukumu. Tomēr precīzu klimata rezultātu nosaka orbītas piespiedu spēku kombinācija ar iekšējām klimata sistēmas atsaucēm, un mūsdienu ātro klimata izmaiņu skaidrošanā Milankoviča cikli nav galvenais faktors.