Прецессия Земли: вот почему нашу планету бросает то в жар, то в холод

Когда-то в местах, , где мы сегодня живем, росли тропические леса, в которых бродили ящеры, а потом эти земли скрылись под толстым слоем льда… Отчего же менялся климат на нашей планете?

Еще в середине XIX века геологи сделали неожиданное открытие: оказалось, что когда-то, десятки и сотни тысяч лет назад, гигантские ледники, вроде тех, которые сегодня занимают Антарктиду и Гренландию, покрывали огромные пространства в Европе и Северной Америке. Причем такие периоды очень холодного климата – мы именуем их оледенениями – повторялись несколько раз. Но почему это происходило, долгое время оставалось загадкой.

Ответить на этот вопрос смог выдающийся сербский ученый Милутин Миланкович. Он пришел к выводу, что колебания климата связаны с изменениями параметров земной орбиты, которые называются умными словами прецессия, нутация и колебания эксцентриситета. Что значат эти термины, спросишь ты?

ВЫКРУТАСЫ НА ОРБИТЕ

Прецессия – это явление, при котором ось вращения тела изменяет свою ориентацию в пространстве. Наблюдать его очень просто – достаточно запустить волчок. Пока он крутится быстро, ось его вращения направлена вертикально. Но как только волчок начнет замедляться, она начнет описывать конус. Это и есть прецессия. То же самое происходит и с земной осью, правда, очень медленно – один оборот совершается примерно за 26 тысяч лет. Для климата это явление не имело бы никакого значения, если бы Земля всё время находилась на одинаковом расстоянии от Солнца.

Но орбита Земли немного вытянута, и в результате прецессии получается, что перигелий, то есть точка, в которой наша планета ближе всего к Солнцу, потихоньку смещается с одного сезона на другой. Сейчас, например перигелий приходится на январь, когда Северное полушарие отвернуто от Солнца, а Южное, наоборот, освещается солнцем сильнее. Но через 13 тысяч лет ситуация изменится на противоположную, и перигелий будет приходиться на разгар лета в Северном полушарии. В результате в Северном полушарии лето станет немного более жарким, а зима – чуть холоднее, то есть увеличится контраст между сезонами.

Нутацией называются периодические колебания угла наклона земной оси. Сейчас он составляет примерно 23,5°, однако под воздействием притяжения Луны и Юпитера угол то уменьшается до 22°, то возрастает до 24°. Длина этого цикла составляет около 41 тысячи лет. Понятно, что чем больше наклон земной оси, тем больше контраст между сезонами – жарче лето и холоднее зима.

Эксцентриситет – это степень вытянутости орбиты. Из-за притяжения других планет земная орбита становится то более, то менее вытянутой. Длится этот цикл около 93 тысяч лет. Чем более вытянута орбита, тем теплее тот сезон, в который Земля ближе всего к Солнцу, и холоднее тот, в котором она максимально удалена от светила.

Каждый из этих трех видов колебаний изменяет количество солнечного света, получаемого разными областями Земли. Изменения эти небольшие, всего несколько процентов, поэтому ни один из циклов не может сам по себе вызвать значительных изменений климата. Однако, когда все три эти астрономических фактора начинают действовать в одном направлении, их эффекты складываются, и тогда климат меняется.

КАК СНЕЖНЫЙ КОМ…

Впрочем, совместное действие астрономических колебаний служит своего рода спусковым крючком для грядущего изменения климата. Чтобы началось значительное похолодание, необходимо, чтобы лето в Северном полушарии стало более прохладным. Это происходит, когда летом Земля находится максимально далеко от Солнца (то есть перигелий приходится на зимнее время, а орбита имеет относительно большой эксцентриситет). Тогда снег в приполярных районах с каждым годом начинает таять всё позже. А поскольку снег хорошо отражает свет, Земля в целом получает чуть меньше солнечной энергии. Что опять же сказывается на еще большем запаздывании таяния снегов. С течением времени в каких-то местах снег уже не успевает растаять за лето и начинает накапливаться годами, что ведет к росту имеющихся ледников и к появлению новых.Словом, начинается оледенение.

Распространившись на огромные территории, ледники отражают так много солнечного света, что оледенение не заканчивается даже тогда, когда астрономические факторы перестают действовать сообща. К счастью, рано или поздно происходит обратный процесс: астрономические циклы также совместно оказываются в фазе, способствующей тому, чтобы лето в Северном полушарии становилось более теплым. Ледники тают, обнажаются участки почвы, которая хорошо поглощает свет, и общее количество солнечной энергии, поступающей на Землю, увеличивается. Постепенно наша планета нагревается, и ледники отступают.

Ты, возможно, спросишь: а почему именно ситуация в Северном полушарии влияет на климат Земли? Ведь те же самые циклы могут совпасть так, что похолодает в южной половине Земли. Почему же в этом случае не происходит оледенения? Дело в том, что в Южном полушарии ледникам некуда распространяться. Антарктида (которая и так уже покрыта льдом) окружена океаном, а вода обладает большой теплоемкостью, то есть способна запасать много тепла, и ее так просто не заморозишь. Кроме того, морские течения постоянно поставляют к берегам Антарктиды теплые воды.

НЕ ВСЁ ПОНЯТНО

Когда Миланкович выдвинул свою гипотезу, а было это почти сто лет назад ученые еще не знали точно, когда именно происходили крупные оледенения. Поэтому проверить ее правильность было невозможно. Сейчас мы гораздо лучше представляем себе историю климата Земли, и можно сказать, что в целом гипотеза Миланковича подтвердилась – периоды холодного климата действительно обычно начинались, когда параметры земной орбиты способствовали прохладному лету в Северном полушарии, и заканчивались, когда они благоприятствовали летней жаре. Однако некоторые климатические события прошлого эта гипотеза объяснить не может. По-видимому, у них были какие-то другие причины, о которых мы пока точно не знаем.

Кроме того, выяснилось, что изменения климата происходят и через более длительные периоды, чем десятки и сотни тысяч лет. Оказалось, что на протяжении большей части истории Земли климат был значительно теплее, чем сейчас, а холодные эпохи с обширными покровными ледниками – вроде той, которая началась около трех миллионов лет назад и продолжается по сей день, случались, похоже, не так уж часто. В то же время около 700-800 млн лет назад Земля, возможно, была полностью покрыта снегом и льдом. На вопрос о причинах такой длительной периодичности, с интервалами в десятки миллионов лет, гипотеза Миланковича ответить не может.

ДРУГИЕ ФАКТОРЫ

Циклы Миланковича – далеко не единственный фактор влияющий на климат Земли. Изменения могут быть вызваны уменьшением или увеличением солнечной активности, дрейфом континентов, глобальными катастрофами (столкновением с крупными небесными телами или извержением гипервулканов), составом атмосферы и ее прозрачностью, а в наше время – деятельностью человека.