Cycles de Milankovitch

Cycles de Milankovitch sont l'effet collectif des changements dans la Terre mouvements s 'sur son climat, nomm?? d'apr??s serbe ing??nieur civil et math??maticien Milutin Milankovic. Le excentricit??, inclinaison de l'axe, et pr??cession de l'orbite de la Terre varient en plusieurs mod??les, entra??nant 100 000 ann??es- ??ge de glace cycles de la Glaciation quaternaire au cours des derniers millions d'ann??es. L'axe de la Terre effectue un cycle complet de la pr??cession environ tous les 26.000 ans. Dans le m??me temps, l'orbite elliptique tourne, plus lentement, ce qui conduit ?? un cycle 21 000 ans entre les saisons et l'orbite. En outre, l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et la normale au plan de ses mouvements orbitaux de 21,5 degr??s ?? 24,5 degr??s et retour sur un cycle de 41 000 ans. Actuellement, cet angle est de 23,44 degr??s et est en baisse.

La th??orie de Milankovitch du changement climatique ne est pas parfaitement ??labor??; en particulier, la plus grande r??ponse observ??e est ?? l'??chelle de temps 100 000 ans, mais le for??age est apparemment petite ?? cette ??chelle, en ce qui concerne les p??riodes glaciaires . Diverses ??valuations (de dioxyde de carbone , ou de la dynamique des nappes de glace) sont invoqu??es pour expliquer cet ??cart.

Th??ories Milankovitch-comme ont ??t?? avanc??es par Joseph Adh??mar, James Croll, Milutin Milankovic et d'autres, mais la v??rification a ??t?? difficile en raison de l'absence de preuves et des doutes quant ?? fiable dat?? exactement quelles p??riodes ??taient importantes. Pas jusqu'?? l'av??nement de noyaux oc??an profond et un papier s??minal par Hays, Imbrie et Shackleton, "variations de l'orbite de la Terre: Pacemaker des p??riodes glaciaires", dans Science, 1976, ne la th??orie atteindre son ??tat actuel.

Les mouvements de la Terre

Comme la Terre tourne autour de son axe et des orbites autour du Soleil, plusieurs variations quasi-p??riodiques se produisent. Bien que les courbes ont un grand nombre de composantes sinuso??dales, quelques composants sont dominants. Milankovitch a ??tudi?? les changements dans l'excentricit??, obliquit?? et la pr??cession des mouvements de la Terre. Ces changements dans le mouvement et l'orientation changent la quantit?? et l'emplacement de rayonnement solaire atteignant la Terre. Ceci est connu comme le for??age solaire (un exemple de for??age radiatif). Changements pr??s de la zone polaire nord sont consid??r??s comme importants en raison de la grande quantit?? de terres, qui r??agit ?? ces changements plus rapidement que les oc??ans font.

Forme orbitale (excentricit??)

Orbite circulaire, aucune excentricit??.

Orbit avec 0,5 excentricit??.

L'orbite de la Terre est une ellipse. Le l'excentricit?? est une mesure de l'??cart de circularit?? de cette ellipse. La forme de l'orbite de la Terre varie d'??tre presque circulaire (faible excentricit?? de 0,005) ?? ??tre l??g??rement elliptique (haute excentricit?? de 0,058) et a une excentricit?? moyenne de 0,028. Le composant majeur de ces variations se produit sur une p??riode de 413.000 ann??es (excentricit?? variation de ?? 0,012). Un certain nombre d'autres conditions varient entre 95000 et 136000 ann??es, et de combiner de mani??re l??che dans un cycle 100 000 ans (variation de -0,03 ?? 0,02). La pr??sente excentricit?? est 0,017.

Si la Terre ??tait la seule plan??te en orbite autour de notre Soleil, l'excentricit?? de son orbite ne varient dans le temps. L'excentricit?? de la Terre varie principalement due aux interactions avec les champs gravitationnels de Jupiter et de Saturne. Comme l'excentricit?? de l'orbite ??volue, le demi-grand axe de l'ellipse orbitale demeure inchang??e. Du point de vue de la th??orie des perturbations utilis?? en m??canique c??leste pour calculer l'??volution de l'orbite, le demi-grand axe est un invariant adiabatique. Selon la troisi??me loi de Kepler de la p??riode de l'orbite est d??termin?? par le demi-grand axe. Il se ensuit que la p??riode orbitale de la Terre, la longueur d'un ann??e sid??rale, reste ??galement inchang?? l'orbite ??volue.

Actuellement la diff??rence entre l'approche plus proche du Soleil ( p??rih??lie) et plus grande distance ( aph??lie) ne est que de 3,4% (5,1 millions km). Cette diff??rence correspond ?? un changement de 6,8% dans le rayonnement solaire incident. P??rih??lie se produit actuellement autour 3 janvier, tandis que l'aph??lie est d'environ Juillet 4. Lorsque l'orbite est ?? son plus elliptique, la quantit?? de rayonnement solaire au p??rih??lie est d'environ 23% sup??rieure ?? l'aph??lie. Cette diff??rence est d'environ quatre fois la valeur de l'excentricit??.

M??canique orbitale exigent que la longueur des saisons ??tre proportionnelles aux surfaces des quadrants saisonniers, alors quand l'excentricit?? est extr??me, les saisons de l'autre c??t?? de l'orbite peut ??tre sensiblement plus longue dur??e. Quand l'automne et l'hiver se approche au plus pr??s, comme ce est le cas actuellement dans l'h??misph??re nord, la terre se d??place ?? sa vitesse maximale et donc automne et l'hiver sont l??g??rement plus courte que le printemps et l'??t??. Ainsi, l'??t?? dans l'h??misph??re nord est 4,66 jours plus que l'hiver et le printemps est de 2,9 jours de plus que l'automne.

Inclinaison axiale (obliquit??)

De 22,1 ?? 24,5 ?? gamme de l'obliquit?? de la Terre.

L'angle de l'inclinaison de l'axe de la Terre ( obliquit??) varie par rapport au plan de l'orbite de la Terre. Ces lentes 2,4 ?? variations de obliquit?? sont ?? peu pr??s p??riodique, prenant environ 41000 ann??es pour basculer entre une inclinaison de 22,1 ?? et 24,5 ?? et retour. Lorsque l'obliquit?? augmente, l'amplitude du cycle saisonnier de l'ensoleillement augmente, avec des ??t??s dans les deux h??misph??res recevant flux radiatif plus du soleil, et les hivers moins flux radiatif. Par cons??quent, on suppose que les hivers deviennent plus froid et plus chaud ??t??s.

Mais ces changements de signe oppos?? ?? l'??t?? et l'hiver ne sont pas du m??me ordre de grandeur. La moyenne annuelle d'ensoleillement augmente dans les hautes latitudes avec l'augmentation de l'obliquit??, tandis que les basses latitudes subissent une r??duction de l'insolation. Des ??t??s plus frais sont soup??onn??s de favoriser le d??but d'une ??re glaciaire par fusion de moins de glace et de neige de l'hiver pr??c??dent. Ainsi, il peut ??tre soutenu que l'obliquit?? inf??rieure favorise ??ges de glace ?? la fois en raison de la r??duction d'insolation moyenne dans les hautes latitudes ainsi que la r??duction suppl??mentaire des insolation estivale.

Actuellement la Terre est inclin?? ?? 23,44 degr??s de son plan orbital, ?? peu pr??s ?? mi-chemin entre ses valeurs extr??mes. L'inclinaison est dans la phase descendante de son cycle, et atteindra sa valeur minimale autour de l'an 10 000 AD .

Pr??cession (oscillation)

Mouvement de pr??cession.

La pr??cession est le changement dans la direction de l'axe de rotation de la Terre par rapport aux ??toiles fixes, avec une p??riode d'environ 26.000 ann??es. Ce mouvement gyroscopique est d?? aux forces de mar??e exerc??es par le soleil et la lune sur la Terre solide, associ??e au fait que la Terre ne est pas une sph??re parfaite, mais a un renflement ??quatorial. Le soleil et la lune contribuent ?? peu pr??s ??galement ?? cet effet. En outre, l'ellipse orbitale se pr??cession dans l'espace (de pr??cession anomalistique), principalement en raison des interactions avec Jupiter et Saturne. Cette pr??cession orbitale est dans le sens oppos?? au mouvement gyroscopique de l'axe de rotation, ce qui raccourcit la p??riode de la pr??cession des ??quinoxes par rapport au p??rih??lie de 26.000 ?? 21.000 ans.

Lorsque l'axe est align?? afin qu'il pointe vers le Soleil pendant p??rih??lie, un h??misph??re polaire aura une plus grande diff??rence entre les saisons tandis que l'autre h??misph??re aura saisons plus douces. L'h??misph??re qui est en ??t?? au p??rih??lie recevra une grande partie de l'augmentation correspondante du rayonnement solaire, mais ce m??me h??misph??re sera ?? l'aph??lie en hiver et avoir un hiver plus froid. L'autre h??misph??re aura un hiver relativement chaud et l'??t?? plus frais.

Lorsque l'axe de la Terre est align??e telle que l'aph??lie et p??rih??lie se produisent pr??s des ??quinoxes, les h??misph??res nord et sud aura contrastes similaires dans les saisons.

?? l'heure actuelle p??rih??lie se produit pendant l'??t?? de l'h??misph??re Sud, et l'aph??lie est atteint pendant l'hiver austral. Ainsi, les saisons de l'h??misph??re sud sont un peu plus extr??me que les saisons de l'h??misph??re Nord, lorsque d'autres facteurs sont ??gaux.

Inclinaison orbitale

Le inclinaison de l'orbite terrestre d??rive vers le haut et vers le bas par rapport ?? son orbite pr??sente avec un cycle ayant une p??riode d'environ 70.000 ans. Milankovitch n'a pas ??tudi?? ce mouvement en trois dimensions.

Plus r??cents chercheurs ont not?? cette d??rive et que l'orbite se d??place ??galement par rapport aux orbites des autres plan??tes. Le plan invariable, le plan qui repr??sente le moment cin??tique du syst??me solaire, est d'environ le plan de l'orbite de Jupiter . L'inclinaison de l'orbite de la Terre a un cycle de 100 000 par rapport ann??es au plan invariable. Ce cycle 100 000 ans correspond ??troitement ?? la configuration 100 000 ans de l'??ge de glace.

Il a ??t?? propos?? qu'un disque de poussi??re et d'autres d??bris dans le plan est invariable, ce qui affecte le climat de la Terre ?? travers plusieurs moyens possibles. La Terre se d??place actuellement ?? travers ce plan autour 9 janvier et 9 juillet, quand il ya une augmentation de radar d??tect?? m??t??ores et connexes Meteor- nuages nocturnes lumineux.

Une ??tude de la chronologie des carottes de glace de l'Antarctique ?? l'aide de l'oxyg??ne ?? des taux d'azote dans les bulles d'air emprisonn??es dans la glace, qui semblent r??pondre directement ?? l'insolation locale, a conclu que la r??ponse climatique document??e dans les carottes de glace a ??t?? tir??e par l'h??misph??re Nord ensoleillement comme l'a propos?? par l'hypoth??se de Milankovitch (Kawamura et al, Nature, le 23 Ao??t 2007, vol 448, p912-917). Ce est une validation suppl??mentaire de l'hypoth??se de Milankovitch par une m??thode relativement nouvelle, et est incompatible avec la "inclinaison" la th??orie du cycle 100 000 ans.

Probl??mes

Parce que les p??riodicit??s observ??es d'ajustement climatique si bien avec les p??riodes orbitales, la th??orie orbitale a un soutien massif. N??anmoins, il ya plusieurs difficult??s ?? concilier la th??orie avec les observations.

Probl??me 100000 ans

Le probl??me 100 000 ans, ce est que les variations d'excentricit?? ont un impact significativement plus faible sur le for??age solaire que la pr??cession ou obliquit?? et donc pourrait se attendre ?? produire les effets les plus faibles. Cependant, les observations montrent que, pendant les derni??res ann??es de 1 million, le signal de temp??rature le plus fort est le cycle 100 000 ans. En outre, malgr?? le nombre relativement important cycle de 100 000 ans, certains ont fait valoir que la longueur de l'enregistrement climatique est insuffisante pour ??tablir une relation statistiquement significative entre les variations climatiques et de l'excentricit??. Certains mod??les peuvent toutefois reproduire les cycles de 100 000 ann??es en raison des interactions non lin??aires entre de petits changements dans l'orbite de la Terre et des oscillations internes du syst??me climatique.

Probl??me 400000 ans

Le probl??me 400 000 ans, ce est que les variations d'excentricit?? ont un cycle forte 400000 ans. Ce cycle ne est clairement pr??sente dans les donn??es climatiques de plus de un million d'ann??es. Si le 100 ka variations ont un tel effet, les variations de 400 ka pourraient ??galement se attendre ?? ??tre apparente. Ceci est ??galement connu comme le probl??me ??tape 11, apr??s la interglaciaire dans stade isotopique marin 11 qui serait inattendue si le cycle 400 000 ans a un impact sur le climat. L'absence relative de cette p??riodicit?? dans l'enregistrement isotopique marin peut ??tre d??, au moins en partie, aux temps de r??ponse des composants du syst??me climatique concern??s - en particulier, la cycle du carbone.

Etape 5 probl??me

Le probl??me stade 5 se r??f??re ?? la date de l'avant-dernier interglaciaire (en stade isotopique marin 5) qui semble avoir commenc?? 10000 ann??es ?? l'avance du for??age solaire ??mis l'hypoth??se d'avoir ??t?? la cause. Ce est ce qu'on appelle aussi le probl??me de la causalit??.

Effet d??passe la cause

420000 ann??es de carotte de glace de donn??es Vostok, station de recherche en Antarctique.

Les effets de ces variations sont cens??es ??tre principalement dues aux variations de l'intensit?? du rayonnement solaire sur diverses parties du monde. Les observations montrent comportement du climat est beaucoup plus intense que les variations calcul??es. Diverses caract??ristiques internes des syst??mes climatiques sont soup??onn??s d'??tre sensible aux changements d'ensoleillement, ce qui provoque une amplification ( r??troaction positive) et les r??ponses d'amortissement ( r??troaction n??gative).

Le probl??me pic unsplit

Le probl??me de cr??te non fendue se r??f??re au fait que l'excentricit?? est ?? proprement variations des deux fr??quences 95 et 125 ka r??solu. Un dossier suffisamment longue, bien dat?? du changement climatique devrait ??tre en mesure de r??soudre les deux fr??quences, mais certains chercheurs interpr??ter les donn??es climatiques des derniers millions d'ann??es que ne montrant qu'une seule pic spectral ?? 100 ka p??riodicit??. On peut se demander si la qualit?? des donn??es existantes devraient ??tre suffisantes pour r??soudre les deux fr??quences au cours des derniers millions d'ann??es.

Le probl??me de la transition

Le probl??me de la transition se r??f??re ?? la variation de la fr??quence des variations climatiques ya 1 million d'ann??es. De 1 ?? 3.000.000 ann??es, le climat avait un mode dominant correspondant du cycle 41 de ka obliquit??. Apr??s il ya 1.000.000 ann??es, cela a chang?? ?? une excentricit?? correspondant ?? 100 de variation de ka. Aucune raison de ce changement a ??t?? ??tabli.

Les conditions actuelles

La quantit?? de rayonnement solaire ( insolation) dans l'h??misph??re nord ?? 65 ?? N semble ??tre li??e ?? l'apparition d'un ??ge glaciaire. Calculs astronomiques montrent que 65 ?? N insolation estivale devrait augmenter progressivement au cours des prochaines 25000 ann??es, et qu'aucune baisse de 65 ?? N insolation estivale suffisante pour provoquer un ??ge de glace sont attendus dans les 50.000 ?? 100.000 prochaines ann??es.

Comme mentionn?? ci-dessus, ?? l'heure actuelle p??rih??lie se produit pendant l'??t??, et l'aph??lie de l'h??misph??re sud pendant l'hiver austral. Ainsi, les saisons de l'h??misph??re sud devraient tendance ?? ??tre un peu plus extr??me que les saisons de l'h??misph??re Nord. La relativement faible excentricit?? des r??sultats actuels de l'orbite ?? une diff??rence de 6,8% dans la quantit?? de rayonnement solaire pendant l'??t?? dans les deux h??misph??res.

Le futur

Depuis variations orbitales sont pr??visibles, si on a un mod??le qui concerne variations orbitales au climat, il est possible de faire fonctionner un tel mod??le avant de ??pr??dire?? le climat futur. Deux mises en garde sont n??cessaires: que effets anthropiques et que le m??canisme par lequel influences for??ant orbitale climatique ne est pas bien comprise.

Une ??tude 1980 souvent cit??e par Imbrie et Imbrie d??termin?? que, ??Ignorer sources anthropiques et d'autres possibles de variation agissant ?? des fr??quences sup??rieures ?? un cycle par 19000 ann??es, ce mod??le pr??dit que la tendance ?? long terme de refroidissement qui a d??but?? il ya quelques 6000 ann??es se poursuivra pendant les 23.000 prochaines ann??es. "

Des travaux plus r??cents par Berger et Loutre sugg??re que le climat chaud actuelle peut durer encore 50000 ann??es.