Циклы Миланковича.

Циклы Миланковича - это явления, которые связаны с различными периодическими колебаниями в движение Земли по орбите вокруг Солнца, на которые оказывают влияние объекты солнечной системы, в результате этих явлений изменяется количество  солнечного света и солнечной радиации достигающее Земли, на протяжении больших промежутков времени.

Циклы Миланковича - это астрофизические явления, и связанные с ними климатические явления, которые названы так в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича (1879-1958).

В значительной мере циклы Миланковича объясняют происходящие на Земле естественные изменения климата и играют большую роль в климатологии и палеоклиматологии.

Явления, описанные в циклах Миланковича, являются основными циклическими факторами долгосрочных изменений климата на Земле.

Циклы Миланковича.

Циклы Миланковича описывают периодически возникающие отклонения инсоляции полушарий Земли от средних значений за большой период времени в пределах от 5 до 10 процентов. Причиной этих отклонений от средней интенсивности солнечного излучения на Земле являются следующие эффекты:

- Лунно-солнечная прецессия: поворот земной оси с периодом около 25 765 лет, в результате которого меняется сезонная амплитуда интенсивности солнечного потока на северном и южном полушариях Земли;

- Долгопериодические (так называемые вековые) колебания угла наклона земной оси к плоскости её орбиты с периодом около 41 000 лет, вызванные возмущающим действием других планет;

- Долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты Земли с периодом около 93 000 лет.

- Перемещение перигелия орбиты Земли и восходящего узла орбиты с периодом соответственно 10 и 26 тысяч лет.

Поскольку описанные эффекты являются периодическими с некратным периодом, регулярно возникают достаточно продолжительные эпохи, когда они оказывают кумулятивное влияние, усиливая друг друга.

Циклы Миланковича обычно используются для объяснения климатического оптимума голоцена (самый тёплый интервал времени в каждой тёплой фазе четвертичного периода).

Циклы Миланковича.

Что такое циклы Миланковича? И как они влияют на Земной климат? Рассмотрим эти механизмы подробнее.

Эксцентриситет и изменение формы орбиты Земли.

Одним из циклов Миланковича является долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты Земли, связанные с притяжением других планет Солнечной системы. Эксцентриситет показывает насколько форма орбиты отличается от идеального круга.

Сила притяжения газовых гигантов: Юпитера и Сатурна, со временем заставляет меняться форму орбиты Земли от эллипса, вытянутого в одном направлении к эллипсу, вытянутому в другом направлении, то есть она меняет эксцентриситет орбиты Земли. Подобное изменения повторяются каждые 93 000 лет.

Несмотря на то, что данные изменения в орбите Земли незначительны, и эффект от них невелик, но, в сочетании с другими циклами Миланковича, они играют существенную роль в долгопереодических естественных изменениях земного климата.

Лунно-солнечная прецессия.

Другим циклом Миланковича является прецессия оси вращения Земли. Прецессия - это процесс, при котором ось вращения Земли медленно движется по круговому конусу. Земля как огромный гироскоп, когда он начинает вращаться, его ось описывает конус. Полный оборот земной оси длится около 25 750 лет.

Осевая прецессия постепенно смещает времена года, заставляя их начаться раньше. Сейчас Земля наклонена так, что в январе северное полушарие Земли отклонено от Солнца (и у нас зима), а южная - обращена к Солнцу (там лето). Через 13000 лет ситуация изменится на противоположную: в январе в северном полушарии будет лето, а в южном полушарии - зима. Примечание. Это будет так, если не будет введено новое календарное исчисление.

Нутация.

Ещё один цикл Миланковича связан с нутацией. В настоящее время экватор Земли наклонён на 23,4 градуса к плоскости орбиты, но этот угол не является постоянным, он очень медленно меняется с периодом, который составляет около 41 000 лет. Эти периодические изменения угла наклона земной оси называются нутации.

На этот цикл в большинстве влияет Луна и планеты солнечной системы. Максимальный наклон у земной оси в последний раз был примерно 10 700 лет назад, тогда угол наклона составлял около 24,5 градусов. А минимального наклона Земля достигнет примерно через 9800, тогда угол наклона составит 22,1 градус.

Поскольку сейчас угол наклона оси уменьшается, это постепенно приводит к всё более тёплой зиме и холодному лету в северном полушарии, что, со временем, позволит снегу и льду в высоких широтах накапливаться в большие ледяные шапки. С увеличением площади ледяного покрова в космос будет отражаться всё большая часть энергии, поступающей от Солнца. Это будет способствовать большему охлаждению планеты.

Перемещение перигелия орбиты Земли.

Изменения перегилия и афелия так же приводят к изменениям в инсоляции полушарий Земли.

Циклы Миланковича и изменения климата.

При совпадении циклов Миланковича таким образом, что все факторы только снижают количество тепла, получаемого планетой от Солнца, Земля существенно охлаждается, что приводит к ледниковым периодам.

А когда все факторы только увеличивают, получаемое Землёй тепло, наступает эпоха потепления, во время которой происходят масштабные таяния ледников и уменьшение полярных ледяных шапок.

В данный момент Земля переживает очередной пик роста температуры, причём самый тёплый за последний миллион лет.

Циклы Миланковича. История открытия.

В XIX веке ученые-геологи сделали очень интересное и неожиданное открытие: оказалось, что когда-то огромные арктические ледники наступили на сушу и накрыли почти всю Европу и Северную Америку.

В частности, на оледенение этих зон указывают следующие два геологических признака. Представьте, что продвигающийся ледник действует наподобие бульдозера: он толкает перед собой грунт и обломки горных пород. Когда ледник достигает своего максимума и начинает отступать, груда оставшейся горной породы превращается в цепь холмов - это так называемые ледниковые морены. Вдобавок, при передвижении ледника, движущийся (хотя и медленно) лед несет с собой куски горной породы. Если взглянуть на поверхность горной долины, образованной ледником, можно обнаружить на ней глубокие параллельные борозды. Происхождение этих царапин легко объяснить, если представить себе, что ледник с утопленной нижней частью передвигается по горной породе, действуя как напильник или наждачная бумага. Морены и царапины - яркие доказательства того, что когда-то здесь были ледники.

Вскоре после этого открытия стало ясно, что ледниковый период на Земле наступал не один раз. По-видимому, ледниковые периоды повторялись в прошлом через определенные промежутки времени. Почему так происходило, никто не мог объяснить вплоть до начала ХХ века, когда разрешить эту загадку взялся один выдающийся ученый.

В своих воспоминаниях Милутин Миланкович (1879-1958) с юмором описал о том, как он пришел к мысли о причинах ледниковых периодов.

«Однажды друг Миланковича опубликовал сборник своих патриотических стихов, и они вместе отмечали это событие в кафе (молодые преподаватели Белградского университета могли себе позволить только кофе). Сидящему рядом богатому коммерсанту так понравились стихи, что он тут же купил десять экземпляров книги. Друзья заказали вина и стали праздновать по-настоящему. После первой бутылки Миланкович «вспомнил свои прежние достижения, которые теперь казались узкими и ограниченными». К концу третьей бутылки поэт уже собирался написать эпическую поэму, а Миланкович решил «постичь всю Вселенную и донести луч света до ее отдаленных уголков».

Милутин Миланкович родился в селе Даль, которое находится на территории Хорватии.

Милутин Миланкович получил образование в Вене в Высшей технической школе (нынешний Венский технический университет), где в 1904 году защитил докторскую диссертацию и стал работать инженером-строителем.

В том же, 1904 году, Миланкович поступил в Белградский университет, где прошла вся его научная жизнь (окончил естественно-математическое отделение философского факультета). 

Во время Первой мировой войны Миланкович служил в генеральном штабе сербской армии. Он был захвачен в плен австро-венгерскими войсками и отбывал заключение в Будапеште. К счастью для Миланковича (и для науки), его коллеги из Венгерской академии наук создали ему условия для работы - под честное слово, что он не попытается сбежать. Он согласился и большую часть войны разрабатывал теорию периодичности ледниковых периодов.

В результате размышлений по данному вопросу, Миланкович увязал периодичность ледниковых периодов с изменениями в земной орбите (теперь они называются «циклы Миланковича»).

В соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона (а также первым из законов Кеплера, описывающим траектории движения планет Солнечной системы), каждая планета вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Кроме того, согласно закону сохранения момента импульса, если Земля вращается вокруг своей оси, то направление этой оси в пространстве должно оставаться неизменным. Но в реальной Солнечной системе Земля вращается вокруг Солнца не в гордом одиночестве. На нее действует притяжение Луны и других планет, и это притяжение оказывает хоть и слабое, но очень важное влияние и на земную орбиту, и на вращение Земли. Это влияние выражается трояко:

Прецессия. На самом деле земная ось не повернута всегда в одном и том же направлении - она медленно движется по круговому конусу. Этот эффект называется «прецессия». На нем основано действие гироскопа. Когда гироскоп приходит в движение, он быстро вращается вокруг своей оси, при этом сама ось описывает конус. С земной осью происходит то же самое, причем период полного оборота составляет приблизительно 26 тысяч лет.

Нутация. В дополнение к медленной прецессии Земли незначительно колеблется и угол наклона земной оси (эти колебания и называются «нутацией»). Сейчас ось наклонена на 23° к плоскости земной орбиты. Каждую 41 тысячу лет под влиянием не только Луны, но и Юпитера (далекой, но массивной планеты) угол наклона уменьшается до 22° и затем вновь возрастает до 23°.

Изменение формы орбиты. Из-за притяжения других планет с течением времени меняется и форма земной орбиты. От эллипса, вытянутого в одном направлении, она превращается в круг, затем - в эллипс, вытянутый в направлении, перпендикулярном исходному, затем - снова в круг и т. д. Этот цикл длится примерно 93 тысячи лет.

Милутин Миланкович пришел к выводу, что каждый из этих факторов влияет на количество солнечного света, полученного разными областями Земли. Например, прецессия земной оси влияет на характер зим и лет в северном полушарии (я обращаю особое внимание на северное полушарие, так как там расположена основная часть суши, и, следовательно, там находится основная часть ледников).

Миланкович понял, что с течением времени климат Земли меняется, и в этих изменениях прослеживаются определенные циклические закономерности. Если количество солнечного света, которое получает северное полушарие, уменьшается, то снег с каждым годом будет все дольше оставаться на поверхности. А поскольку снег хорошо отражает свет, увеличившаяся снежная поверхность будет отражать больше солнечного света, и это приведет к дальнейшему охлаждению Земли. Значит, следующей зимой выпадет еще больше снега, еще больше увеличится площадь снежного покрова, будет отражаться еще больше солнечного света и т. д. С течением времени накопится много снега, и ледники двинутся на юг. Земля вступит в ледниковый период. В конце этого цикла, когда в северное полушарие начнет поступать больше солнечной энергии, произойдут обратные изменения - в некоторых местах лед растает, обнажатся участки почвы, хорошо поглощающей свет, Земля нагреется, и всё те же три фактора изменчивости вращения Земли приведут к тому, что ледник отступит.

Миланкович считал, что на климат на Земле оказывают влияние эти три цикла, каждый из которых связан с определенным астрономическим эффектом. Когда они усиливают друг друга, можно ожидать похолодания и наступления ледникового периода. Однако в норме эти три фактора действуют в разных направлениях и их влияние не суммируется, так что климат быстро возвращается в обычное состояние. Итак, ледниковые периоды возникают, когда три орбитальных фактора действуют в одном направлении, их эффекты складываются и подталкивают климат Земли к похолоданию. Это явление не раз повторялось в истории планеты.

За последние 3 миллиона лет было по крайней мере четыре периода масштабного оледенения, а до этого были и еще.

Последний ледниковый период достиг своего максимума примерно 18 тысяч лет назад, а время, в которое мы живем, ученые определяют как межледниковое. 

Циклы Миланковича и климатология. Что такое циклы Миланковича. История открытия циклов Миланковича.

Женский сайт: Я-самая-красивая.рф (www.i-kiss.ru)