Vad är Milankovitch-cyklerna?

Milankovitch-cyklerna beskriver hur relativt små förändringar i jordens rörelse påverkar planetens klimat. Cyklerna är uppkallad efter Milutin Milankovitch, en serbisk astrofysiker som började undersöka orsaken till jordens forntida istid i början av 1900-talet, enligt American Museum of Natural History (AMNH).

Jorden upplevde de senaste istiden under Pleistocene-epoken, som varade från 2,6 miljoner år sedan till 11 700 år sedan. Under tusentals år i taget var även de mer tempererade regionerna i världen täckta med glaciärer och islakor, enligt University of California Museum of Paleontology.

För att bestämma hur Jorden kunde uppleva så stora klimatförändringar över tid, införlivade Milankovitch data om variationerna i jordens position med tidslinjen för istiden under Pleistocen. Han studerade jordens variationer under de senaste 600 000 åren och beräknade de olika mängderna solstrålning på grund av jordens förändrade omloppsparametrar. På så sätt kunde han koppla lägre mängder solstrålning i de höga nordliga breddegraderna till tidigare europeiska istiden, enligt AMNH.

Milankovitchs beräkningar och diagram, som publicerades på 1920-talet och fortfarande används idag för att förstå tidigare och framtida klimat, ledde honom till att dra slutsatsen att det finns tre olika positionscykler, var och en med sin egen cykellängd, som påverkar klimatet på jorden: excentriciteten i jordens omloppsbana, planetens axiella lutning och sin vinkling.

Excentricitet

Jorden kretsar runt solen i en oval form som kallas en ellips, med solen vid en av de två fokuspunkterna (foci). Ellipticitet är ett mått på formen på den ovala och definieras av förhållandet mellan halveringsaxeln (längden på den korta axeln på ellipsen) och den halvmaxen (längden på den långa axeln på ellipsen), enligt Swinburne Universitet. En perfekt cirkel, där de två fokuserna möts i mitten, har en ellipticitet av 0 (låg excentricitet), och en ellipse som klibbar till nästan en rak linje har en excentricitet på nästan 1 (hög excentricitet).

Jordens omloppsbana ändrar något sin excentricitet under 100 000 år från nästan 0 till 0,07 och tillbaka igen, enligt NASAs jordobservatorium. När jordens omloppsbana har en högre excentricitet får planetens yta 20 till 30 procent mer solstrålning när det är på perihelion (det kortaste avståndet mellan jorden och solen i varje bana) än när det är på aphelion (det största avståndet mellan jorden och sol varje bana). När jordens omloppsbana har låg excentricitet är det mycket liten skillnad i mängden solstrålning som mottas mellan perihelion och aphelion.

Idag är excentriciteten för jordens bana 0,017. Vid perihelion, som inträffar på eller omkring 3 januari varje år, får jordens yta cirka 6 procent mer solstrålning än vid aphelion, som inträffar den 4 juli eller omkring 4 juli..

Axiell lutning

Lutningen av jordens axel relativt planet för dess bana är anledningen till att vi upplever säsonger. Lite förändringar i lutningen förändrar mängden solstrålning som faller på vissa platser på jorden, enligt Indiana University Bloomington. Under loppet av cirka 41 000 år varierar lutningen av jordens axel, även känd som sned, mellan 21,5 och 24,5 grader.

När axeln är på sin minimala lutning förändras mängden solstrålning inte mycket mellan sommar och vinter för mycket av jordens yta och därför är säsongerna mindre svåra. Detta innebär att sommaren vid polerna är svalare, vilket gör att snö och is kan fortsätta genom sommaren och in på vintern och så småningom byggas upp i enorma islakor.

Idag lutas jorden 23,5 grader och minskar långsamt, enligt EarthSky.

Precession

Jorden vinglar bara något när den snurrar på sin axel, på samma sätt som när en snurrande topp börjar sakta ner. Denna wobble, känd som precession, orsakas främst av solens och månens allvar som drar på jordens ekvatorialbuktningar. Wobble ändrar inte lutningen på jordens axel, men orienteringen ändras. Under cirka 26 000 år vinglar jorden runt i en komplett cirkel, enligt Washington State University.

Nu och under de senaste tusentals åren har jordens axel pekats norr mer eller mindre mot Polaris, även känd som North Star. Men jordens gradvis föregångande vingling innebär att Polaris inte alltid är Nordstjärnan. För cirka 5 000 år sedan riktades jorden mer mot en annan stjärna, kallad Thubin. Och på ungefär 12 000 år kommer axeln att ha färdats lite mer runt sin precessionscirkel och pekar mot Vega, som kommer att bli nästa North Star.

När jorden slutför en precessionscykel förändras planetens orientering med avseende på perihelion och aphelion. Om en halvkula är riktad mot solen under perihelion (kortaste avståndet mellan jorden och solen), kommer den att pekas bort under aphelion (största avståndet mellan jorden och solen), och det motsatta är sant för den andra halvklotet. Hemisfären som pekar mot solen under perihelion och bort under aphelion upplever mer extrema säsongskontraster än den andra halvklotet.

För närvarande förekommer den södra halvklotets sommar nära perihelion och vintern nära aphelion, vilket innebär att den södra halvklotet upplever mer extrema säsonger än den norra halvklotet.

Ytterligare Resurser:

• Se: Milankovitch Cycles förklaring på fem minuter från filosofiska undersökningar.
• Se den här videoförklararen för jordens prcession från University of Nebraska-Lincoln Astronomy Department.
• Läs mer om Milutin Milankovitch från NASAs jordobservatorium.