歷史地質學/米蘭科維奇迴圈
在本文中,我們將討論米蘭科維奇迴圈是什麼,它們對氣候的影響,以及我們如何知道這種影響的存在。
讀者應該從高中記得地球有季節的原因是,它的自轉軸相對於其軌道平面有一個傾斜角。當北半球向太陽傾斜時,北半球是夏季,南半球是冬季;當南半球向太陽傾斜時,情況正好相反。
這種影響的大小取決於地球軸線的傾斜程度,而這個角度在一個 41,000 年的週期內在 22.1° 和 24.5° 之間變化。
讀者也應該記得地球的軌道不是完美的圓形:它是一個橢圓,太陽位於一個焦點,這意味著地球在一年中的某些月份比其他月份更靠近太陽。這種影響比你想象的要小:地球在 1 月份比 7 月份更靠近太陽 500 萬公里,但這並沒有阻止北半球經歷冬季。
這種影響的大小取決於地球軌道偏離圓形的程度,影響這一數值的許多因素加起來形成了大約 100,000 年的週期。
最後,還有地球軸線的進動。目前,正如我們所見,北極在地球最靠近太陽的點時,遠離太陽傾斜。然而,這也發生變化,在這種情況下,在一個 21,000 年的週期內。
這些,就是三個米蘭科維奇迴圈;由於它們的長度不同,當它們彼此進出相位時,它們的相互作用會產生相當複雜的模式。它們共同影響著地球表面的總年輻射量(到達地球表面的太陽輻射量)以及輻射量的季節變化。
雖然氣候科學家最初對米蘭科維奇迴圈作為地球氣候因素的想法持懷疑態度,但現在普遍認為,米蘭科維奇迴圈約佔過去氣候變化的 60%。
首先,我們如何知道米蘭科維奇迴圈的存在?簡短的答案是,太陽系的物理學要求它們存在;更長的答案需要介紹天體動力學,這在篇幅上過於冗長,而且不適合作為歷史地質學入門介紹。

從地質學角度來看,我們可以尋找迴圈對沉積物和替代指標的影響,這些沉積物和替代指標在古氣候學中使用。由於米蘭科維奇迴圈不可能是影響氣候的唯一因素,因此這並不像證明氣候完美同步地隨著迴圈波動那樣簡單;相反,需要進行統計分析才能從(例如)火山活動變化產生的“噪聲”中分離出迴圈的“訊號”。這種方法證實了迴圈對氣候有真實的影響。
迴圈的一個有趣影響是,在沉積性質對氣候敏感的地方,我們可以看到韻律層,其週期由米蘭科維奇迴圈的長度決定,如右圖所示。
還有一個尚未解決的謎題。原則上,100,000 年的迴圈應該比 41,000 年的迴圈影響更小。但在過去的百萬年左右的時間裡,100,000 年的迴圈占主導地位;而在之前,41,000 年的迴圈確實更為重要,這與理論一致。這就是所謂的100,000 年問題,它提醒我們,我們對長期氣候變化的理解仍然不完善。