Ciclurile lui Milutin Milanković (orbitale) și cum influențează ele clima Pământului

Viața noastră se învârte literalmente în jurul ciclurilor, sunt sute, mii de serii de evenimente care se repetă în mod regulat în aceeași ordine în lumea noastră și în Univers. Unele se produc natural, cum ar fi schimbarea anotimpurilor, migrațiile anuale ale animalelor sau ritmurile circadiene care ne guvernează tiparele de somn. Altele sunt realizate de om, cum ar fi cultivarea și recoltarea culturilor, ritmurile muzicale sau ciclurile economice.

Unele cicluri joacă un rol cheie asupra climatului Terrei. În urmă cu un secol, omul de știință sârb Milutin Milanković a emis ipoteza care susține că efectele colective pe termen lung ale schimbărilor poziției Pământului în raport cu Soarele sunt un factor ce influențează puternic clima planetei noastre și sunt responsabile pentru declanșarea începutului și sfârșitului perioadelor de glaciațiune, a epocilor glaciare. În prezent trăim în ceea ce se numeşte Epoca de gheață cenozoică târzie, care a început în urmă cu 34 de milioane de ani. Ultima fază a acestei ere glaciare a avut loc în perioada quaternară, în timpul căreia Pământul a trecut printr-o serie de stări glaciare și interglaciare, în care straturile continentale de gheață au avansat ori s-au retras de câteva ori.

Mai exact, Milanković a examinat modul în care variațiile a trei tipuri de mișcări orbitale ale Terrei afectează cantitatea de radiație solară (insolație) care ajunge în partea superioară a atmosferei, dar și la nivelul Pământului. Aceste mișcări orbitale ciclice, care au devenit cunoscute sub numele de cicluri Milanković, provoacă variații de până la 25% în cantitatea de insolație primită la latitudinile mijlocii ale Pământului (zonele situate între aproximativ 30 și 60 de grade nord și sud de ecuator).

Ciclurile lui Milanković sunt centrate pe trei parametri legați de mișcarea Terrei: excentricitatea, oblicitatea axei de rotaţie și precesia axei planetare. Cei trei termeni descriu forma orbitei Pământului (dacă ea este mai circulară sau mai eliptică), înclinarea axială a planetei noastre în raport cu orbita sa, dar și clătinarea axei de rotație planetare.

Excentricitatea ne arată cît de eliptică (alungită) este orbita Pământului (o valoare de ”0” însemnând că e circulară) și este motivul pentru care anotimpurile au durată ușor diferită. Pe măsură ce excentricitatea scade, durata anotimpurilor noastre se uniformizează treptat. Diferențele în excentricitate au loc în timp ce Pământul se rotește în jurul axei sale și în timp ce se mișcă de-a lungul orbitei până când face o revoluție completă în jurul Soarelui (aproximativ 365 zile). În timpul acestei deplasări, planeta noastră trece prin două puncte cheie, periheliul și afeliul, care sunt responsabile pentru stabilirea unui echilibru în regimul temperaturilor și permite inversarea acestora pe tot parcursul anului. Acest echilibru este esențial pentru menținerea funcționalității ecosistemelor și a dinamicii acestora.

La afeliu (152,100 milioane kilometri), vara în emisfera nordică, Pământul se află la cea mai mare distanță față de Soare și are o viteză de deplasare mai lentă, razele stelei din centrul Sistemului nostru având un unghi de incidență mai mare pe suprafața sa, iar la periheliu (147,095 milioane kilometri), iarna în emisfera nordică, planeta noastră se află la cea mai mică distanță față de Soare și are o viteză de deplasare mai crescută. În acest moment, al solstițiului de iarnă, temperaturile sunt mai scăzute, unghiul de incidenţă format de radiaţia solară cu suparafaţa terestră fiind mai mic.

În prezent, excentricitatea Pământului are formă aproape circulară și poate varia spre o formă ușor eliptică, având un ciclu mai scurt, de aproximativ 100.000 de ani, și unul mai lung de 413.000 de ani. Excentricitatea orbitală a Terrei este acum de 0,0167 și poate varia între 0,0034 și 0,0580.

Oblicitatea – înclinarea axială, este motivul pentru care Pământul are anotimpuri. În ultimul milion de ani, a variat între 22,1 și 24,5 grade față de perpendiculara cu planul orbital al Pământului. Cu cât unghiul de înclinare axial al Pământului este mai mare, cu atât anotimpurile noastre sunt mai extreme, deoarece fiecare emisferă primește mai multă radiație solară în timpul verii, când emisfera este înclinată spre Soare și mai puțin în timpul iernii, când este înclinată spre exterior. Unghiurile de înclinare mai mari favorizează perioadele de dezgheț (topirea și retragerea ghețarilor și a straturilor de gheață). Aceste efecte nu sunt uniforme la nivel global – la latitudini mai înalte cantitatea de radiație solară totală suferă o modificare mai mare decât zonele mai apropiate de ecuator.

Înclinarea axei Pământului variază între 22° și 25° (înclinare față de perpendiculara pe planul său orbital) pe o perioadă de aproximativ 41.000 de ani. Asemenea modificări afectează cantitatea de radiații solare care lovește diferite regiuni ale Pământului, influențând astfel formarea straturilor de gheață. În urmă cu 10.700 ani s-a atins ultima dată maximul de înclinare axială, iar minimul se va întâmpla peste 9.800 ani.

Pe măsură ce oblicitatea scade, anotimpurile devin mai blânde, cu ierni tot mai calde și veri răcoroase care treptat, în timp, permit zăpezii și gheții de la latitudini mari să se dezvolte în straturi mai extinse. Pe măsură ce proporțiile acoperirii cu gheață devin mai mari, se reflectă mai mult din energia Soarelui înapoi în spațiu, promovând o răcire și mai intensă.

Precesia are loc atunci când axa de rotaţia a Pământului se clatină, descriind un cerc complet într-o perioadă de aproximativ 26.000 de ani. Această clătinare se datorează forțelor mareice cauzate de influențele gravitaționale ale Soarelui și ale Lunii, care determină bombarea acestuia la ecuator, afectându-i rotația. Precesia echinocțiilor duce la contraste sezoniere mai evidențiate într-o emisferă și unele mai slabe în cealaltă emisferă. De asemenea, se schimbă treptat ”calendarul” anotimpurilor (făcându-le să înceapă mai devreme în timp) și steaua care arată Polul Nord (Steaua Nordului). În prezent, Steaua Nordului este reprezentată de Polaris (α Ursae Minoris), dar cu câteva mii de ani în urmă era repezentată de β Ursae Minoris (Kochab) și γ Ursae Minoris (Pherkad). În aproximativ 12.000 de ani, axa va fi îndreptată către Vega, aceasta devenind noua Stea Nordică. Trebuie adăugat că există și o precesie a planului orbital al Pământului, care are un ciclu de 112.000 ani. Efectul combinat al celor două precesii are o ciclicitate de 23.000 de ani.

 

Micile schimbări produse de ciclurile Milanković operează separat și împreună pentru a influența clima Pământului pe perioade de timp foarte lungi, ducând la schimbări mai mari ale acesteia de-a lungul a zeci de mii până la sute de mii de ani. Milanković a combinat aceste cicluri pentru a crea un model matematic cuprinzător ce calculează diferențele de radiație solară la diferite latitudini ale Pământului, împreună cu temperaturile de la suprafață. Modelul este un fel de mașină a timpului climatic – poate fi rulat înapoi și înainte pentru a examina condițiile climatice trecute și viitoare.

Credit foto: NASA, Researchgate