ΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΙ ΓΗΙΝΕΣ ΤΡΟΧΙΑΚΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ
ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ
Λόξωση
Εκκεντρότητα
Μετάπτωση
Εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία
Τροχιακές αλλαγές και λίμνες στην Αφρική
Λόξωση
Η λόξωση αναφέρεται στην κλίση του άξονα της Γης. Με τον χρόνο, η γωνία της κλίσης της Γης μεταβάλλεται από 22.2 έως 24.5 μοίρες (τώρα η κλίση είναι 23.5 και ελαττώνεται). Αυτές οι μεταβαλές, που ανακαλύφθηκαν από τον Γάλλο αστρονόμο Urbain Leverrier στα 1840, οφείλονται στην βαρυτική έλξη των μεγάλων πλανητών, συμπεριλαμβανομένου του Δία, Η λόξωση της Γης μεταβάλλεται κυκλικά με μια περίοδο 41.000 ετών.
Δείτε τον κύκλο της λόξωσης σε κίνηση! . Η κλίση είναι υπερμεγενθυμένη κατα 10 φορές σε αυτή την κίνηση.
Ποιά είναι η επίδραση των μεταβολών στη λόξωση: Αλαγές στη λόξωση ενισχύουν ή ελαττώνουν τις εποχές. Μια μεγαλύτερη κλίση σημαίνει ότι το καλοκαιρινό ημοσφαίριο θα λάβει περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία, ενώ το χειμερινό ημισφαίριο λιγότερη.
Εκκεντρότητα
Η τροχιά της Γης γύρω από τον ¨Ηλιο περιγράφφεται από την εκκεντρότητα της. Η εκκεντρότητα εκφράζεται μαθηματικά από :
e = (a2 - b2)1/2 / a
όπου a και b είναι ο μεγάλος και ο μικρός άξονας της έλλειψης, αντίστοιχα. Τι είναι η εκκεντρότητα μιας κυκλικής τροχιάς; Η εκκεντρότητα της Γης έχει μεταβληθεί με τον χρόνο από τιμές 0,005 έως 0.0607 ( τώρα η εκκεντρότητα είναι 0.0167). Η εκκεντρότητα έχει μια περίοδο περίπου 100.000 ετών.
Αλλαγές στην εισερχόμενη ακτινοβολία του Ήλιου εξ αιτίας του κύκλου εκκεντρότητας είναι μηδαμινές, το πολύ 0.2%. Η εκκεντρότητα είναι σημαντική γιατί διαμορφώνει το πλάτος του κύκλου μετάπτωσης. (δείτε παρακάτω)
Δείτε τον κύκλο εκκεντρότητας σε κίνηση! Η εκκεντρότητα είναι υπερβολικά παρουσιασμένη. Χωρίς αυτή την υπερβολή, οι αλλαγές θα ήταν σχεδόν ασύλληπτες.
Μετάπτωση των ισημεριών
Η θέση των ηλιοστασίων και των ισημεριών δεν είναι σταθερή. Αντίθετα, μετατοπίζονται σε σχέση με την ελλειπτική τροχιά της Γης και σε σχέση με το Αφήλιο ( το σημείο της τροχιάς της Γης που βρίσκεται μακρύτερα από τον Ήλιο) και το Περιήλιο (το σημείο που βρίσκεται πλησιέστερα στον Ήλιο).
Ο καλύτερος τρόπος να φανταστούμε την αξονική μετάπτωση είναι να σκεφτούμε τη Γη σαν μια σβούρα. Καθώς η σβούρα γίνεται περισσότερο αργή, αρχίζει να τρέμει. Παρόμοια, η Γη έχει μια αργή τρεμουλιαστή κίνηση, που ονομάζεται αξονική μετάπτωση. Αυτή η κίνηση δεν επηρεάζει την κλίση του άξονα της Γης, αλλά την διεύθυνση προς την οποία η Γη είναι κεκλιμένη ( δείτε το διάγραμμα παραπάνω). Η αξονική μετάπτωση δημιουργείται από την βαρυτική έλξη του Ήλιου και της Σελήνης πάνω στο ισημερινό κύρτωμα της Γης.
Η αξονική μετάπτωση έχει σαν αποτέλεσμα να μετακινούνται τα ηλιοστάσια και οι ισημερίες γύρω από την τροχιά της Γης, ολοκληρώνοντας μια πλήρη τροχιά γύρω από τον Ήλιο κάθε 25700 έτη.
Μια δεύτερη κίνηση επίσης επηρεάζει την θέση των ισημεριών και των ηλιοστασίων και είναι γνωστή ως η μετάπτωση της έλλειψης. Αυτή η κίνηση περιγράφει την περιστροφή της ελλειπτικής τροχιάς της Γης. ( δείτε παρακάτω). Η κίνηση αυτή είναι ακόμη πιο αργή από την αξονική μετάπτωση.
Η συνδυασμένη δράση της αξονικής μετάπτωσης και της μετάπτωσης της έλλειψης αναφέρεται σαν κύκλος μετάπτωσης με μια περιοδικότητα 23000 και 19000 ετών ( κατά μέσο όρο 21700 έτη). Δείτε τον κύκλο μετάπτωσης σε κίνηση!. Εδώ φαίνεται η αλλαγή της θέσης της Γης κατά την χειμερινή περίοδο, στην τροχιά της γύρω από τον Ήλιο.
Η πλήρης δράση της μετάπτωσης στην ηλιακή ακτινοβολία πρέπει να λάβει υπόψη τόσο την εκκεντρότητα της τροχιάς της Γης, όσο και την μετάπτωση. Συγκρίνετε την αδιαμόρφωτους (επάνω) και τους διαμορφωμένους (κάτω) κύκλους μετάπτωσης.
Ποια είναι η δράση του κύκλου μετάπτωσης; Ο κύκλος μετάπτωσης καθορίζει που οι ισημερίες και τα ηλιοστάσια λαμβάνουν χώρα στη Γη, επηρεάζοντας τον εποχιακό κύκλο. Στην εποχή μας, ο άξονας της Γης δείχνει προς τον Πολικό Αστέρα. Σε 12000 έτη, ο άξονας θα έχει κλίση προς τον Vega, και οι τροχιακές θέσεις όπου θα συμβαίνουν τα χειμερινά και θερινά ηλιοστάσια θα αντιστραφούν. Κατά συνέπεια, το Βόρειο Ημισφαίριο θα έχει χειμώνα κοντά στο Αφήλιο και καλοκαίρι κοντά στο Περιήλιο. Επομένως, οι εποχιακές διαφορές θα είναι μεγαλύτερες από ότι είναι σήμερα.
Η εισερχόμενη ακτινοβολία του Ήλιου αλλάζει
Το διάγραμμα παρακάτω δείχνει τις μακροπρόθεσμες μεταβολές ηλιακής ακτινοβολίας για τον Ιούνιο και Δεκέμβριο. Αλλαγές στην ακτινοβολία στα μικρά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη είναι αποτέλεσμα της μετάπτωσης. Οι αλλαγές στην εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία σε μεγάλα-μεσαία γεωγραφικά πλάτη οφείλονται κύρια στον κύκλο της λόξωσης.
Εικόνα. Ακτινοβολία Ιουνίου-Δεκεμβρίου σε διάφορα γεωγραφικά πλάτη (από Earth's Climate Past and Future by W.F. Ruddiman).
Επίσης σημειώστε ότι οι φάσεις των μεγίστων και ελαχίστων της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας διαφέρουν για τους κύκλους της λόξωσης και της μετάπτωσης. Η κλίση του άξονα προξενεί φασικές αλλαγές στην ακτινοβολία. Αν η κλίση αυξάνεται, και τα δύο ημισφαίρια προσλαμβάνουν περισσότερη ακτινοβολία κατά το καλοκαίρι και λιγότερη το χειμώνα (δείτε αμέσως επάνω το πρώτο διάγραμμα). Σε αντίθεση, η μετάπτωση προξενεί αλλαγές της ακτινοβολίας εκτός φάσης. Όταν το καλοκαιρινό ηλιοστάσιο του Βόρειου Ημισφαιρίου είναι στο αφήλιο (όπως στην εποχή μας), η καλοκαιρινή ακτινοβολία είναι στο ελάχιστο. από την άλλη , το καλοκαιρινό ηλιοστάσιο του Νοτίου Ημισφαιρίου είναι στο περιήλιο και η καλοκαιρινή εισερχόμενη ακτινοβολία είναι στο μέγιστο (δείτε στη εικόνα το δεύτερο διάγραμμα).
Τροχιακή υπόθεση των Μουσσώνων
Η ιδέα προτάθηκε από τον John Kutzbach, ότι η αλλαγή στην εισερχόμενη ακτινοβολία θα μπορούσε να επηρεάσει τις μουσσώνες. Πως συμβαίνει αυτό; Θυμηθείτε ότι οι μουσσώνες οφείλονται στη διαφορική θέρμανση ξηράς και θάλασσας. Στην περίπτωση των καλοκαιρινών μουσσώνων, η ισχυρή καλοκαιρινή ακτινοβολία δημιουργεί πολύ χαμηλή πίεση πάνω από την ξηρά. Υψηλή πίεση δημιουργείται πάνω από τον ωκεανό, γιατί δεν θερμαίνεται τόσο γρήγορα όσο η ξηρά. Κατά συνέπεια, υγροί άνεμοι πνέουν προς την ηπειρωτική χώρα. Οι χειμερινοί μουσσώνες είναι ακριβώς το αντίθετο. Υψηλή πίεση δημιουργείται πάνω από την ξηρά λόγω της ασθενέστερης χειμερινή ακτινοβολίας. Χαμηλή πίεση εμφανίζεται πάνω από τον ωκεανό. Σαν αποτέλεσμα ξηροί άνεμοι πνέουν από την ηπειρωτική χώρα προς τη θάλασσα.
Η αλλαγή της εποχιακής ακτινοβολίας θα αλλάξει την ένταση των μουσσώνων. Ισχυρότερη καλοκαιρινή ακτινοβολία θα ενισχύσει τους θερινούς μουσσώνες. Η ασθενέστερη χειμερινή ακτινοβολία θα ενισχύσει τους χειμερινούς μουσσώνες. Έτσι προκύπτει ότι οι αφρικανικοί μουσσώνες είναι πολύ ευαίσθητοι στις αλλαγές της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Ποιοι από τους τροχιακούς κύκλους θα επηρεάζουν ισχυρότερα τις αφρικανικές μουσσώνες; Ο κύκλος μετάπτωσης ή ο κύκλος λόξωσης;
Εικόνα. Σχέση ανάμεσα σε θερινή ακτινοβολία και αφρικανικό μουσσώνα (από Earth's Climate Past and Future by W.F. Ruddiman).
Οι αφρικανοί μουσσώνες είναι υπεύθυνοι για την βροχόπτωση πάνω από την Βόρειο Αφρική. Σήμερα. το καλοκαιρινό ηλιοστάσιο συμβαίνει στο αφήλιο. Έτσι, η καλοκαιρινή εισερχόμενη ακτινοβολία είναι κοντά στο ελάχιστο. Σαν αποτέλεσμα αυτού, η Βόρεια Αφρική είναι πολύ ξηρή. Πριν 10000 χρόνια περίπου, υπήρχαν λίμνες στην Βόρεια Αφρική. Αν και η ένταση των χειμερινών μουσσώνων επίσης διαφέρει, έχει μικρότερη επίδραση στο αφρικανικό περιβάλλον επειδή οι χειμερινοί μουσσώνες έχουν μικρή επίδραση στην βροχόπτωση πάνω στην Αφρική.
Στοιχεία των τροχιακά-ελεγχόμενων Αφρικανικών μουσσώνων :
1. Επίπεδα λιμνών στη Βόρεια Αφρική.
2. Μεσογειακή κυκλοφορία και απόθεση θαλάσσιων σταθμών.
3. Διατομές φρέσκου νερού πλαγκτόν μικρών φυτών) στον τροπικό Ατλαντικό.
4. Άνοδος πηγαδιών στον ισημερινό Ατλαντικό.
