Циклы Миланковича: как орбита Земли вызывает ледниковые периоды
В XIX веке геологи сделали неожиданное открытие. Оказалось, что когда-то огромные арктические ледники наступали на сушу и накрывали почти всю Европу и Северную Америку. Два геологических признака указывали на это.
Первый — ледниковые морены. Представьте, что продвигающийся ледник действует как бульдозер. Он толкает перед собой грунт и обломки горных пород. Когда ледник достигает максимума и начинает отступать, груда оставшейся породы превращается в цепь холмов.
Второй — глубокие параллельные борозды на поверхности горных долин. Движущийся ледник несёт с собой куски породы и царапает поверхность, действуя как напильник или наждачная бумага. Морены и царапины — яркие доказательства того, что когда-то здесь были ледники.
Вскоре стало ясно, что ледниковый период наступал не один раз. Они повторялись через определённые промежутки времени. Почему — никто не мог объяснить вплоть до начала XX века [1]. За разрешение этой загадки взялся выдающийся учёный Милутин Миланкович.
Как Миланкович нашёл ответ
В своих мемуарах Миланкович рассказывает, как пришёл к мысли о причинах ледниковых периодов. Приятель опубликовал сборник стихов, и они отмечали это событие в кафе. Сидящий рядом коммерсант купил десять экземпляров книги. Друзья заказали вина. После первой бутылки Миланкович «вспомнил свои прежние достижения, которые теперь казались узкими и ограниченными». К концу третьей бутылки он решил «постичь всю Вселенную и донести луч света до её отдалённых уголков» [1].
Во время Первой мировой войны Миланкович служил в генеральном штабе сербской армии. Он был захвачен в плен и отбывал заключение в Будапеште. 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 [8].
Его объяснение связано с изменениями в земной орбите. Теперь они называются «циклы Миланковича» [3].
Три цикла, меняющих климат
Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, каждая планета вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Согласно закону сохранения момента импульса, направление оси вращения Земли должно оставаться неизменным. Однако в реальной Солнечной системе на Землю действует притяжение Луны и других планет. Это влияние выражается трояко [6].
Прецессия. Земная ось медленно движется по круговому конусу, подобно гироскопу. Период полного оборота составляет примерно 26 тысяч лет. Сейчас в январе (когда Земля ближе всего к Солнцу) северное полушарие отвернуто от Солнца. Через 13 тысяч лет ситуация изменится на противоположную [7].
Нутация. Угол наклона земной оси незначительно колеблется. Каждые 41 тысячу лет под влиянием Луны и Юпитера угол наклона уменьшается до 22° и затем вновь возрастает до 23° [7].
Изменение формы орбиты. Из-за притяжения других планет форма земной орбиты меняется от эллипса к кругу и обратно. Этот цикл длится примерно 93–100 тысяч лет [7].
Миланкович пришёл к выводу, что каждый из этих факторов влияет на количество солнечного света, получаемого разными областями Земли. Если солнечного света в северном полушарии становится меньше, снег с каждым годом задерживается дольше. Снег хорошо отражает свет, что приводит к дальнейшему охлаждению. Снега становится всё больше, ледники движутся на юг — наступает ледниковый период [3].
Ледниковые периоды возникают, когда три орбитальных фактора действуют в одном направлении, их эффекты складываются и подталкивают климат к похолоданию. За последние 3 миллиона лет было по крайней мере четыре периода масштабного оледенения. Последний ледниковый период достиг максимума примерно 18 тысяч лет назад. Сейчас мы живём в межледниковое время [1].
Как теорию подтвердили
Миланкович рассчитал изменения инсоляции для 600 тысяч лет в прошлое. Однако его теорию игнорировали почти 50 лет. В 1976 году исследование в журнале Science показало, что теория соответствует периодам изменения климата. Учёные проанализировали керны глубоководных отложений и нашли связь между изменениями климата и орбитальными циклами [3].
Почему цикл изменился
Около миллиона лет назад произошёл серьёзный сдвиг. До этого климатические циклы длились 41 тысячу лет. После — 100 тысяч лет. Этот сдвиг называют переходом среднего плейстоцена [4].
Учёные долго не могли понять причину. Оказалось, что циклы Миланковича не менялись. Однако система океанских течений AMOC испытала серьёзное ослабление. Исследователи обнаружили, что ледяные щиты в Северном полушарии стали толще. Это привело к более сильному похолоданию и нарушило океанскую «конвейерную ленту» [4].
Данное исследование поддерживает гипотезу о том, что удаление скользких континентальных почв во время предыдущих ледниковых периодов позволило ледяным покровам плотнее прилегать к более твёрдой породе. Ледники становились толще и стабильнее [4].
Что это значит для нас
Циклы Миланковича помогают понять прошлое и будущее климата. Учёные из Института океанологии РАН изучают симметрию ледниковых циклов позднего плейстоцена. Они смогли определить конфигурацию и продолжительность будущего ледникового цикла [5].
Новое исследование 2026 года показало, что на орбитальные циклы Земли влияет даже Марс. Его гравитация стабилизирует ось вращения Земли. Без Марса продолжительность сезонных изменений менялась бы намного быстрее [11]. Получается, что климат потенциально обитаемых планет в других системах тоже может зависеть от их соседей.
Читайте также:
«Холодное пятно» в Атлантике: предвестник коллапса океанского «конвейера»?
Загадочная тройная симметрия Земли: как она влияет на климат
Список источников:
- Элементы большой науки. Циклы Миланковича
- Springer. Climate Cycles
- NASA Science. Milankovitch (Orbital) Cycles and Their Role in Earth’s Climate
- Новости «Русского переплета». Ученые выяснили, почему миллион лет назад могли усилиться ледниковые циклы
- Лёд и Снег. Будущий ледниковый цикл и его отражение в ледниковых циклах позднего плейстоцена
- ScienceDirect. Gravitational Pull
- Википедия. Циклы Миланковича
- NASA Earth Observatory. Milutin Milankovitch
- Вестник ОНЗ РАН. Что происходит на самом деле – глобальное потепление или похолодание
- NASA Science. Milutin Milankovitch
- Naked Science. Марс назвали причиной регулярных оледенений на Земле
- BGS Earthwise. Milankovitch Cycles
