Orbītālā ietekme (Milankoviča cikli): kā orbīta nosaka ledus laikmetus

Atklāj, kā Milankoviča orbītas cikli (Zemes ass slīpums, ekscentricitāte, precesija) nosaka ledus laikmetu ritmu un veido ilgtermiņa klimata svārstības.

Orbitāla ietekme ir Zemes ass slīpuma un orbītas formas lēno izmaiņu ietekme uz klimatu (sk. Milankoviča cikli). Šīs orbītas izmaiņas maina saules starojuma sadalījumu pa sezonām un platuma grādiem — lokāli un sezonāli izmaiņas var sasniegt pat līdz aptuveni 25 % no saules gaismas, kas sasniedz Zemi vidējos platuma grādos. Šajā kontekstā termins "ietekmēšana" nozīmē fizikālu procesu, kas maina Zemes enerģijas bilanci un tādējādi ietekmē klimatu.

Kādi ir galvenie Milankoviča cikli?

• Ekscentricitāte — orbītas formas maiņa no vairāk apliskas uz vairāk eliptisku. Galvenais periods ir aptuveni 100 000 gadu (ir arī ilgāki un īsāki komponenti). Ekscentricitāte maina gada kopējo saules starojuma sezonālo sadalījumu, galvenokārt modulējot precesijas ietekmi.
• Ass slīpums (obliquitāte) — Zemes ass slīpuma leņķa izmaiņas (aptuveni 22,1°–24,5°) ar ~41 000 gadu periodu. Lielāks slīpums pastiprina sezonālo kontrastu (stāsta par spēcīgākām vasarām un bargākām ziemām vidējos un augstajos platumos).
• Precesija — ass virziena lēna mainīšanās (kustība ziemeļu polā pretēji), kas ietekmē to, kurā gada laikā Zeme atrodas tuvāk vai tālāk no Saules; precesijas kombinētie periodi ir aptuveni 19 000–23 000 gadi. Precesija maina sezonu intensitātes attiecību starp ziemeļu un dienvidu puslodēm.

Kāpēc orbīta ietekmē ledus laikmetus?

Orbītālas izmaiņas pašas par sevi nemaina globālo vidējo saules gaismas daudzumu būtiski, taču tās būtiski maina saules starojuma sadalījumu pa sezonām un platumiem. Kritiski svarīga ir vasaras saules gaismas intensitāte augstajos platumos — ja vasaru ir barnāks (mazāka insolation), tad sniegs un ledus ziemā var nepietiekami nokust, uzkrāties un izveidot ledus segas. Kad ledus virsmas laukums palielinās, palielinās zemes albeda (atstarotspējas) efekts, tādējādi notiek atgriezeniskā saite, kas pastiprina dzesēšanos. Šīs iekļaujošās atgriezeniskās saites (albedo, ledus plāksnes dinamika, okeāna cirkulācijas izmaiņas un ogļskābās gāzes koncentrācijas svārstības) padara orbitalo signālu spēcīgāku un ļauj to pārvērst par pilnīgu ledus laikmetu vai atiltumu.

Ledus laikmetu ritms un asimetrija

Tiek uzskatīts, ka orbītāla mehānisma raksturs nosaka ledus laikmeta ciklu laiku. Paleoklimatiskie dati (ledus serdes, jūras sedimentu ieraksti) rāda spožu sakritību ar Milankoviča periodiem. Grafikos un datu rindās bieži redzams izteikts ~100 000 gadu periodiskums un līkņu asimetrija: ledus laikmeti parasti padziļinās lēnām un pakāpeniski, bet pāreja uz siltāku starpleduslaikmeta stāvokli notiek relatīvi ātri — vienā lielā solī. Šī asimetrija ir rezultāts kombinētajām orbitalajām ietekmēm un klimata iekšējām ne-linearitātēm (piem., sniega/ledus akumulācija, albeda pārtraukums, ātras ogļskābās gāzes atbrīvošanās no okeāna).

Kā zinātnieki to aprēķina un prognozē?

Orbītālās pozīcijas un parametri ir pakļauti precīziem astronomiskiem aprēķiniem, tāpēc Milankoviča signālu var prognozēt gan atpakaļ pagātnē (palaeoklimatoloģija), gan daļēji uz priekšu. Savukārt klimata atbilde uz šiem signāliem ir sarežģīta un atkarīga no daudziem iekšējiem faktoriem, tādēļ, lai pilnībā prognozētu ledus laikmetu attīstību, nepieciešami modeļi, kas uzrāda arī atmosfēras sastāva, okeāna cirkulācijas un ledus plākšņu dinamiku mijiedarbību.

Mūsdienu kontekstā

Lai gan Milankoviča cikli turpina darboties un nākamo gadu desmitu tūkstošu gaitā tie ietekmēs sezonālo un ģeogrāfisko starojumu sadalījumu, šobrīd ātrā un spēcīgā antropogēnā siltumnīcefekta gāzu pieauguma ietekme pārspēj orbītālo signālu. Tas nozīmē, ka orbītālās "dabiskās" svārstības vairs nav galvenais klimata vadmotīvs cilvēces ietekmētā klimata īstermiņā un vidējā ilgtermiņā.

Īss kopsavilkums

• Milankoviča cikli — ekscentricitāte, ass slīpums un precesija — maina saules starojuma sezonālo un vietējo sadalījumu.
• Šīs izmaiņas var ietekmēt ledus plākšņu augšanu un kušanu, īpaši caur vasaras insolation augstajos platumos.
• Orbītālā ietekme vienmēr darbojas kopā ar klimata iekšējām atgriezeniskajām saitēm; tāpēc ledus laikmetu sākums un beigas var būt asimetriski — lēna akumulācija, strauja atjaunošanās.
• Mūsdienu klimata pārmaiņas tomēr galvenokārt nosaka cilvēka radītās siltumnīcefekta gāzes, nevis orbītālās izmaiņas.

Meklēt pēc burta