Jordens kredsløbsvariationer og havis synkroniserer glaciale perioder

Jorden befinder sig i øjeblikket i det, klimatologer kalder en interglacial periode, en varm puls mellem lange, kolde istider, når gletsjere dominerer vores planets højere breddegrader. I de sidste millioner år har disse glacial-interglaciale cyklusser har gentaget sig groft på en 100, 000-årig cyklus. Nu har et team af Brown University -forskere en ny forklaring på den timing, og hvorfor cyklussen var anderledes før for en million år siden.

Ved hjælp af et sæt computersimuleringer, forskerne viser, at to periodiske variationer i Jordens bane kombineres på en 100, 000-årig cyklus for at forårsage en ekspansion af havis på den sydlige halvkugle. Sammenlignet med åbent havvand, at is reflekterer flere af solens stråler tilbage i rummet, væsentligt reducere mængden af ​​solenergi, som planeten absorberer. Som resultat, den globale temperatur afkøles.

"De 100, 000-årige hastighed af is-interglaciale perioder har været svært at forklare, "sagde Jung-Eun Lee, en adjunkt i Browns Department of Earth, Miljø- og planetstudier og undersøgelsens hovedforfatter. "Det, vi var i stand til at vise, er vigtigheden af ​​havis på den sydlige halvkugle sammen med orbitale forcings for at sætte tempoet for den glacial-interglaciale cyklus."

Forskningen er offentliggjort i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve .

Bane og klima

I 1930'erne, Den serbiske videnskabsmand Milutin Milankovitch identificerede tre forskellige tilbagevendende ændringer i Jordens kredsløbsmønster. Hver af disse Milankovitch -cykler kan påvirke mængden af ​​sollys, planeten modtager, som igen kan påvirke klimaet. Ændringerne går igennem hver 100, 000, 41, 000 og 21, 000 år.

Problemet er, at de 100, 000-årig cyklus alene er den svageste af de tre i den grad, den påvirker solstråling. Så hvorfor den cyklus ville være den, der sætter tempoet i glacialcyklussen, er et mysterium. Men denne nye undersøgelse viser den mekanisme, hvorigennem de 100, 000-årige cyklus og 21, 000-årig cyklus arbejder sammen om at drive Jordens glacialcyklus.

Den 21, 000-årig cyklus omhandler præcession-ændringen i orienteringen af ​​Jordens vippede rotationsakse, som skaber Jordens skiftende årstider. Når den nordlige halvkugle vippes mod solen, det får mere sollys og oplever sommer. På samme tid, den sydlige halvkugle vippes væk, så det får mindre sollys og oplever vinter. Men retningen, som aksen peger langsomt, ændres - eller foregår - med hensyn til Jordens kredsløb. Som resultat, positionen i kredsløbet, hvor årstiderne skifter, vandrer en smule fra år til år. Jordens bane er elliptisk, hvilket betyder, at afstanden mellem planeten og solen ændres afhængigt af, hvor vi er i orbital -ellipsen. Så presession betyder dybest set, at årstiderne kan opstå, når planeten er tættest eller længst fra solen, eller et sted midt imellem, som ændrer sæsonernes intensitet.

Med andre ord, recession forårsager en periode i løbet af 21, 000-årig cyklus, når sommeren på den nordlige halvkugle sker omkring det tidspunkt, hvor Jorden er tættest på solen, hvilket ville gøre disse somre lidt varmere. Seks måneder senere, når den sydlige halvkugle har sin sommer, jorden ville være på det fjerneste punkt fra solen, gør den sydlige halvkugle somre lidt køligere. Hver 10, 500 år, scenariet er det modsatte.

Med hensyn til den gennemsnitlige globale temperatur, man kan ikke forvente, at precession betyder meget. Uanset hvilken halvkugle der er tættere på solen om sommeren, den anden halvkugle vil være længere væk i løbet af sin sommer, så virkningerne ville bare vaske sig ud. Imidlertid, denne undersøgelse viser, at der faktisk kan være en effekt på den globale temperatur, hvis der er en forskel i den måde, hvorpå de to halvkugler absorberer solenergi - hvilket der er.

Denne forskel har at gøre med hver halvkugles evne til at dyrke havis. På grund af kontinenternes indretning, der er meget mere plads til, at havis kan vokse på den sydlige halvkugle. Havene på den nordlige halvkugle afbrydes af kontinenter, hvilket begrænser i hvor høj grad is kan vokse. Så når precessionscyklussen forårsager en række køligere somre på den sydlige halvkugle, havis kan ekspandere dramatisk, fordi der er mindre sommersmeltning.

Lees klimamodeller er afhængige af den simple idé, at havis reflekterer en betydelig mængde solstråling tilbage i rummet, som normalt ville blive absorberet i havet. Denne refleksion af stråling kan sænke den globale temperatur.

"Det, vi viser, er, at selvom den samlede indgående energi er den samme i hele precessionscyklussen, mængden af ​​energi, Jorden faktisk absorberer, ændrer sig med presession, "Sagde Lee." Den store sydlige halvkuglehavis, der dannes, når somrene er køligere, reducerer den absorberede energi. "

Men det efterlader spørgsmålet om, hvorfor recessioncyklussen, som gentages hver 21. 000 år, ville forårsage 100, 000-års glacialcyklus. Svaret er, at de 100, 000-årig kredsløbscyklus modulerer virkningerne af recessioncyklussen.

De 100, 000-årig cyklus omhandler excentriciteten i Jordens kredsløb-hvilket betyder, i hvilken grad den afviger fra en cirkel. Over en periode på 100, 000 år, orbitalformen går fra næsten cirkulær til mere langstrakt og tilbage igen. Det er først, når excentriciteten er høj - hvilket betyder, at kredsløbet er mere elliptisk - at der er en betydelig forskel mellem Jordens længste punkt fra solen og dens nærmeste. Som resultat, der er kun en stor forskel i sæsonernes intensitet på grund af recession, når excentriciteten er stor.

"Når excentriciteten er lille, presession er ligegyldig, "Sagde Lee." Præcision er kun vigtig, når excentriciteten er stor. Derfor ser vi en stærkere 100, 000-årige tempo end 21, 000-årige tempo. "

Lees modeller viser, at hjulpet af høj excentricitet, kølige somre på den sydlige halvkugle kan falde med så meget som 17 procent mængden af ​​sommerens solstråling absorberet af planeten over breddegraden, hvor forskellen i havisfordeling er størst - nok til at forårsage betydelig global afkøling og potentielt skabe de rigtige betingelser for en is alder.

Bortset fra strålingsrefleksion, der kan være yderligere køletilbagemeldinger startet af en stigning i den sydlige havis, Siger Lee og hendes kolleger. Meget af kuldioxiden - en vigtig drivhusgas - udåndet i atmosfæren fra havene kommer fra det sydlige polarområde. Hvis denne region stort set er dækket af is, det kan holde den kuldioxid som en hætte på en sodavandsflaske. Ud over, energi strømmer normalt fra havet for også at varme atmosfæren om vinteren, men havis isolerer og reducerer denne udveksling. Så at have mindre kulstof og mindre energi overført mellem atmosfæren og havet øger den kølende effekt.

Forklarer et skift

Resultaterne kan også hjælpe med at forklare et forvirrende skift i Jordens glacialcyklus. I de sidste millioner år eller deromkring, de 100, 000-års glacialcyklus har været den mest fremtrædende. Men før en million år siden, paleoklimatdata tyder på, at tempoet i glacialcyklussen var tættere på omkring 40, 000 år. Det tyder på, at den tredje Milankovitch -cyklus, som gentages hver 41, 000 år, var dominerende dengang.

Mens recessioncyklussen omhandler hvilken retning Jordens akse peger, de 41, 000-årig cyklus omhandler, hvor meget aksen er vippet. Hældningen - eller skråstanden - ændres fra et minimum på cirka 22 grader til et maksimum på omkring 25 grader. (Det er 23 grader i øjeblikket.) Når skråstanden er højere, hver af polerne får mere sollys, som har en tendens til at varme planeten.

Så hvorfor ville skråstedscyklussen være den vigtigste før for en million år siden, men blevet mindre vigtig for nylig?

Ifølge Lees modeller, det har at gøre med, at planeten generelt har været køligere i løbet af de sidste millioner år, end den var før det. Modellerne viser, at da Jorden generelt var varmere end i dag, det er mindre sandsynligt, at der sker en presession-relateret udvidelse af havis på den sydlige halvkugle. Det gør det muligt for skråstedscyklussen at dominere den globale temperatursignatur. Efter en million år siden, da Jorden i gennemsnit blev en smule køligere, skrå signalet begynder at tage et bagsæde til precessions-/excentricitetssignalet.

Lee og hendes kolleger mener, at deres modeller præsenterer en stærk ny forklaring på historien om Jordens glacialcyklus - forklarer både det nyere tempo og den forvirrende overgang for en million år siden.

Hvad angår fremtiden for glacialcyklussen, det er stadig uklart, Siger Lee. Det er på nuværende tidspunkt svært at forudsige, hvordan menneskelige bidrag til Jordens drivhusgaskoncentrationer kan ændre fremtiden for Jordens istider.