Введение
Влияние на климат Земли от медленных изменений орбиты
Orbital forcing is the effect on climate of slow changes in the tilt of the Earth's axis and shape of the Earth's orbit around the Sun (see Milankovitch cycles). These orbital changes modify the total amount of sunlight reaching the Earth by up to 25% at mid latitudes (from 400 to 500 W/(m2) at latitudes of 60 degrees). In this context, the term "forcing" signifies a physical process that affects the Earth's climate. This mechanism is believed to be responsible for the timing of the ice age cycles. A strict application of the Milankovitch theory does not allow the prediction of a "sudden" ice age (sudden being anything under a century or two), since the fastest orbital period is about 20,000 years. The timing of past glacial periods coincides very well with the predictions of the Milankovitch theory, and these effects can be calculated into the future. Milankovitch cycles are also associated with environmental change during greenhouse periods of Earth's climatic history. Changes in lacustrine sediments corresponding to the timeframes of periodic orbital cycles have been interpreted as evidence of orbital forcing on climate during greenhouse periods like the Early Palaeogene. Notably, Milankovitch cycles have been theorised to be important modulators of biogeochemical cycles during oceanic anoxic events, including the Toarcian Oceanic Anoxic Event, the Mid Cenomanian Event, and the Cenomanian Turonian Oceanic Anoxic Event.
Орбитальное воздействие – это влияние на климат медленных изменений наклона оси Земли и формы орбиты Земли вокруг Солнца (см. циклы Миланковича). Эти изменения орбиты изменяют общее количество солнечного света, достигающего Земли, до 25% на средних широтах (от 400 до 500 Вт/м² на широтах 60 градусов). В данном контексте термин "воздействие" (или "принуждение") обозначает физический процесс, влияющий на климат Земли. Считается, что этот механизм определяет временную шкалу циклов оледенений. Строгое применение теории Миланковича не позволяет предсказать "резкое" наступление ледникового периода (под "резким" понимается период менее столетия или двух), поскольку самый быстрый орбитальный период составляет около 20 000 лет. Временные рамки прошлых ледниковых периодов очень хорошо согласуются с предсказаниями теории Миланковича, и эти эффекты можно рассчитать на будущее. Циклы Миланковича также связаны с изменениями окружающей среды в парниковые периоды климатической истории Земли. Изменения в озёрных отложениях, соответствующие временным рамкам периодических орбитальных циклов, интерпретируются как свидетельство орбитального воздействия на климат в тепличные периоды, такие как ранний палеоген. В частности, циклы Миланковича теоретически рассматриваются как важные модуляторы биогеохимических циклов во время океанических аноксических событий, включая тоарсийское океаническое аноксическое событие, среднеценоманское событие и ценоман-туронское океаническое аноксическое событие.
Orbital forcing is the effect on climate of slow changes in the tilt of the Earth's axis and shape of the Earth's orbit around the Sun (see Milankovitch cycles). These orbital changes modify the total amount of sunlight reaching the Earth by up to 25% at mid latitudes (from 400 to 500 W/(m2) at latitudes of 60 degrees). In this context, the term "forcing" signifies a physical process that affects the Earth's climate. This mechanism is believed to be responsible for the timing of the ice age cycles. A strict application of the Milankovitch theory does not allow the prediction of a "sudden" ice age (sudden being anything under a century or two), since the fastest orbital period is about 20,000 years. The timing of past glacial periods coincides very well with the predictions of the Milankovitch theory, and these effects can be calculated into the future. Milankovitch cycles are also associated with environmental change during greenhouse periods of Earth's climatic history. Changes in lacustrine sediments corresponding to the timeframes of periodic orbital cycles have been interpreted as evidence of orbital forcing on climate during greenhouse periods like the Early Palaeogene. Notably, Milankovitch cycles have been theorised to be important modulators of biogeochemical cycles during oceanic anoxic events, including the Toarcian Oceanic Anoxic Event, the Mid Cenomanian Event, and the Cenomanian Turonian Oceanic Anoxic Event.
Обзор
Иногда утверждается, что продолжительность нынешнего межледникового температурного пика будет сопоставима с продолжительностью предыдущего межледникового пика (Сангамоний/Эмский этап). Следовательно, мы можем приближаться к концу этого теплого периода. Однако этот вывод, вероятно, неверен: продолжительность предыдущих межледников не была особенно регулярной (см. график справа). Бергер и Лоутр (2002) утверждают, что «с антропогенными воздействиями или без них нынешний теплый климат может продлиться еще 50 000 лет. Причина – минимум эксцентриситета орбиты Земли вокруг Солнца». Кроме того, Арчер и Ганопольски (2005) сообщают, что вероятные будущие выбросы CO2 могут быть достаточными для подавления ледникового цикла в течение следующих 500 тысяч лет. Обратите внимание на графике на выраженную периодичность циклов в 100 000 лет и поразительную асимметрию кривых. Считается, что эта асимметрия является результатом сложных взаимодействий механизмов обратной связи. Наблюдается, что ледниковые периоды углубляются ступенчато. Однако восстановление до межледниковых условий происходит одним резким скачком. Орбитальная механика требует, чтобы продолжительность сезонов была пропорциональна площадям, описываемым сезонными квадрантами, поэтому, когда эксцентриситет максимален, сезоны на противоположной стороне орбиты могут длиться значительно дольше. Сегодня, когда осень и зима в Северном полушарии приходятся на момент наибольшего сближения с Солнцем, Земля движется с максимальной скоростью, и поэтому осень и зима немного короче весны и лета. В настоящее время в Северном полушарии лето на 4,66 дня длиннее зимы, а весна на 2,9 дня длиннее осени. По мере изменения осевой прецессии, меняется положение на орбите Земли, где происходят солнцестояния и равноденствия, зимы в Северном полушарии будут становиться длиннее, а лета короче, что в конечном итоге создаст условия, считающиеся благоприятными для начала следующего ледникового периода. Расположение суши на поверхности Земли, как полагают, усиливает орбитальные воздействия. Сравнение реконструкций тектонических плит континентов и палеоклиматических исследований показывает, что циклы Миланковича оказывают наибольшее влияние в геологические эпохи, когда суша сосредоточена в полярных регионах, как это происходит сегодня. Гренландия, Антарктида и северные части Европы, Азии и Северной Америки расположены таким образом, что даже незначительное изменение солнечной энергии может нарушить баланс в климате Арктики между сохранением снега и льда в течение всего года и полным летним таянием. Наличие или отсутствие снега и льда является хорошо изученным механизмом положительной обратной связи для климата.
ice ages deepen in progressive steps. However, the recovery to interglacial conditions occurs in a single large step. Orbital mechanics require that the length of the seasons be proportional to the swept areas of the seasonal quadrants, so when the eccentricity is extreme, the seasons on the far side of the orbit can last substantially longer. Today, when autumn and winter in the Northern Hemisphere occur at closest approach, the Earth is moving at its maximum velocity and therefore autumn and winter are slightly shorter than spring and summer. Today in the Northern Hemisphere, summer is 4.66 days longer than winter and spring is 2.9 days longer than autumn. As axial precession changes the place in the Earth's orbit where the solstices and equinoxes occur, Northern Hemisphere winters will get longer and summers will get shorter, eventually creating conditions believed to be favourable for triggering the next glacial period. The arrangements of land masses on the Earth's surface are believed to reinforce the orbital forcing effects. Comparisons of plate tectonic continent reconstructions and paleoclimatic studies show that the Milankovitch cycles have the greatest effect during geologic eras when landmasses have been concentrated in polar regions, as is the case today. Greenland, Antarctica, and the northern portions of Europe, Asia, and North America are situated such that a minor change in solar energy will tip the balance in the climate of the Arctic, between year round snow/ice preservation and complete summer melting. The presence or absence of snow and ice is a well understood positive feedback mechanism for climate.