Orbitaalne mõjutamine (Milankovitši tsüklid): Maa kliima ja jääajad

Orbitaalne mõjutamine ja Milankovitši tsüklid: kuidas Maa orbiidi- ja teljekalde muutused juhivad kliima kõikumisi ja jääajatsükleid ning määravad nende ajastuse ja prognoosid.

Orbitaalne mõjutamine on Maa telje kallakuse ja orbiidi kuju aeglaste muutuste mõju kliimale (vt Milankovitši tsüklid). Need orbiidi muutused muudavad Maale jõudva päikesevalguse hulka hooajaliste ja piirkondlike tingimuste kontekstis — mõnel laiuskraadil ja mõnel aastaajal kuni ligikaudu 25% võrra. Selles kontekstis tähendab termin "forcing" füüsikalist protsessi, mis muudab Maa energiajääki ja seeläbi mõjutab keskmist kliimat ja kliimasüsteemi käitumist.

Põhilised orbitaalsed muutused

• Ekvants (ekstsentrilisus) — Maa orbiidi ringakujulisuse muutused: orbiit vaheldub rohkem või vähem elliptiliseks. Peamised tsüklid on ligikaudu 100 000- ja 400 000-aastased.
• Telje kallakus (obliquity) — Maa telje kalde muutus (praegu ~23,4°) mõjutab hooajalise kiirguse jaotust; selle tsükkel on umbes 41 000 aastat.
• Pretsessioon — Maa telje värelemine ja orbiidi orientatsiooni muutumine põhjustavad aastaaegade ja orbiidipositsiooni suhtluse muutusi; peamised perioodid on ligikaudu 19 000–23 000 aastat.

Kuidas orbitaalsed muutused kliimat mõjutavad

Orbitaalne muutus ei muuda Maa kaugust Päikesest sellisel määral, et sellega seletada kogu globaalse temperatuuri variatsiooni, kuid muudatused hooajalises ja laiuskraadide lõikes jõujoonduses võivad olla märkimisväärsed. Oluline on, et orbitaalsed muutused nii algatavad kui ka moduleerivad kliimamuutusi — nad ei ole iseenesest kõigi jää- ja sulaperioodide ainuke põhjus, vaid käivitavad ahelreaktsioone ja võimendusi.

Peamised võimendid on:

• Jää-albeedo tagasiside — liustike laienemisel suureneb pinnapealne peegeldus (albeedo), mis jahutab piirkonda ja soodustab veelgi jää tekkimist.
• Atmofääriline koostis (süsinikdioksiid) — jääaegade ja interglatsiaalide ajal muutuvad ookeanide ja biosfääri süsinikreservid; CO2 muutused tugevdavad initsiaalse orbitaalse signaali.
• Meri- ja atmosfääri ringlus — ookeanitegurid ja tektoonika võivad muuta kliimasüsteemi reaktsioone ja aja kestvust.

Tõendid ja ajalugu

Milankovitši teooria pakub kvantitatiivselt arvutatavaid muutusi sissetulevas kiirguses ning need arvutused kattuvad hästi paleokliimarekorditega. Usaldusväärsed tõendid pärinevad mereisotoopidest (Marine Isotope Stages), jääkärbestest (ice cores) ja muudest paleokliima arhiividest, mis näitavad korduvaid glatsiaalseid ja interglatsiaalseid faase.

Silmatorkav omadus on jääaegade tsüklite asümmeetria: jääde kehtib ja kasvab sageli pikka aega, samas kui sulamisperiood (interglatsiaal) võib tulla suhteliselt kiiresti — seda kirjeldatakse kui "järkjärgulist süvenemist ja kiiret taandumist". Samuti on tähelepanuväärne Pleistotseeni keskpaiga üleminek (mid-Pleistocene transition), mil ligi 1–1,2 miljonit aastat tagasi toimus süsteemimuutus: domineeriv periood pikenes ~41 000 aastatelt ~100 000 aastani (100 ka tsüklid), kuigi orbitaalsed forcingud ise ei muutunud selgelt sobivas mahus, mis viitab täiendavatele sisemistele kliimavõimendustele ja süsteemi mittelineaarsetele reaktsioonidele.

Orbitaalse mõjutamise roll tänapäeval ja tulevikus

Kuna orbitaalsed muutused on väga aeglased, saab nende mõju välja arvutada ka tulevikku. Kuid tänapäevased ja lühemaajalised kliimamuutused mõjutavad peamiselt teised tegurid: inimtekkelised kasvuhoonegaaside emissioonid, aerosoolid ja maakasutuse muutused. Paljud uuringud näitavad, et praegune antropogeenne soojenemine on piisavalt tugev, et viia kliima olukorda, mida orbitaalsed tingimused iseenesest ei ette näeks — see tähendab, et inimtegevus võib oluliselt edasi lükata järgmise loodusliku jääaja alguse.

Kokkuvõte

Orbitaalne mõjutamine (Milankovitši tsüklid) selgitab, kuidas Maa orbiidi- ja teljeparameetrite aeglased muutused mõjutavad päikeseenergia jaotumist Maa pinnal ning seeläbi aitavad ajastada jää- ja interglatsiaalseid tsükleid. Need muutused on suhteliselt väikesed, kuid koos klimatoloogiliste võimendustega (albeedo, CO2, ookeanid jmt) võivad nad põhjustada suurtes ulatuses kliimasiirdeid, mis paleorekordites ilmnevad kui korduvad jääaegade ja soojemate perioodide vaheldumised.

Otsing