Orbitální forcing (Milankovičovy cykly): jak ovlivňují klima a doby ledové

Orbitální forcing (Milankovičovy cykly): jak změny oběžné dráhy a sklonu osy formují klima, načasování a průběh dob ledových.

Orbitální síla je vliv pomalých změn sklonu zemské osy a tvaru oběžné dráhy na klima (viz Milankovičovy cykly). Tyto orbitální změny mění množství slunečního světla dopadajícího na Zemi až o 25 % ve středních zeměpisných šířkách. V tomto kontextu se pod pojmem "forcing" rozumí fyzikální proces, který ovlivňuje zemské klima.

Předpokládá se, že tento mechanismus je zodpovědný za načasování cyklů doby ledové. Načasování minulých dob ledových se velmi dobře shoduje s předpověďmi Milankovičovy teorie a tyto vlivy lze vypočítat do budoucnosti.

V grafu si všimněte výrazné 100 000leté periodicity cyklů a nápadné asymetrie křivek. Doby ledové se prohlubují postupnými kroky, ale k návratu do interglaciálních podmínek dochází jedním velkým krokem.

Co přesně zahrnuje orbitální forcing

Orbitální forcing zahrnuje tři hlavní složky, které se mění v různých časových škálách a vzájemně se ovlivňují:

• Eccentricita (excentricita oběžné dráhy) — mění elipticitu dráhy Země kolem Slunce v cyklech přibližně 100 000 a 400 000 let. Sama o sobě nemění celkové roční množství přicházejícího záření výrazně, ale moduluje vliv předcesních změn na roční a sezónní rozložení záření.
• Naklonění osy (obliquita) — kolísá přibližně v 41 000letém cyklu. Vlivem změny sklonu se mění rozdíl mezi ročními obdobími, zejména v vysokých zeměpisných šířkách: větší náklon znamená silnější léta i zimy.
• Předcesní pohyb (precesie) — otáčení osy a změna orientace eliptické dráhy v cyklech přibližně 19–23 000 let. Precesie mění, kdy v roce (v jaké fázi oběhu kolem Slunce) připadají léto a zima na dané polokouli, a tím ovlivňuje intenzitu sezón.

Jak orbitalní změny ovlivňují klima a doby ledové

Orbitální forcování přímo mění rozložení slunečního záření (insolace) podle zeměpisné šířky a roční doby. Nejsilnější efekt pro nástup a ústup rozsáhlých ledovců má změna letní insolace v arktických (vysokých) zeměpisných šířkách — slabší léta znamenají, že se sníh a led v létě nerozpustí a může se akumulovat.

Ale orbitální forcing sám o sobě nestačí k vysvětlení plného rozsahu glaciací a interglaciací. Potřebné jsou zesilující zpětné vazby, mezi které patří:

• změny albeda (rozšíření ledovců zvyšuje odrazivost Země, čímž chladnutí posiluje),
• kolísání atmosférických skleníkových plynů (CO2 a CH4 klesají nebo rostou spolu s teplotou a ovlivňují globální energetickou bilanci),
• změny oceánského proudění a cirkulace, které redistribuují teplo a ovlivňují zásoby CO2 v oceánech,
• vnitřní dynamika ledovců a jejich interakce s pevninským reliéfem.

Proč je v záznamech Pleistocénu silný 100 000letý signál?

Přestože excentricita vygeneruje relativně malou změnu v příjmu slunečního záření, v posledních ~800 000 letech dominuje záznamu glaciálních cyklů periodika kolem 100 000 let. Vysvětlení spočívá v nelineárních procesech a zpětných vazbách: malé orbitalní změny mohou spouštět posun v bilanci sněhu/ledu, který je následně zesílen albedem, změnami CO2 a dynamikou ledovců. To vede k tzv. „pilařitému“ průběhu: pomalé postupné zhoršování klimatu (prohlubování doby ledové), po němž následuje relativně rychlé odeznění do interglaciálu.

Důkazy z paleoklimatických záznamů

Význam orbitálního forcingu potvrzují různé geologické a biologické záznamy:

• ledovcové vrty (např. z Vostoku a Grónska) ukazují spojitost mezi teplotou, CO2 a dobami ledovými,
• údaje z hlubokomořských sedimentů a izotopové poměry kyslíku (marine isotope stages) odrážejí střídání chladných a teplých období v rytmu Milankovičových cyklů,
• paleoekologické záznamy (pyl, fosilie) rekonstruují změny krajinného pokryvu a klimatu související s orbitalními cykly.

Co to znamená pro budoucnost

Orbitalní výpočty lze zpětně i dopředu přesně vypočítat — podle nich by při absenci dalších vlivů mohla být následující významná glaciace až za desetitisíce let. Nicméně současné zvýšení koncentrací oxidu uhličitého způsobené lidskou činností výrazně mění energetickou bilanci planety a pravděpodobně oddaluje nebo ruší očekávaný nástup další doby ledové. Jinými slovy: orbitální forcing řídí načasování a rytmus dlouhodobých klimatických změn, ale v konkrétním průběhu mají rozhodující roli i atmosférické složení a vnitřní klimatem řízené zpětné vazby.

Stručné shrnutí

• Orbitální forcing (Milankovičovy cykly) zahrnuje změny excentricity, obliquity a precesie Země a mění distribuci slunečního záření.
• Tento mechanismus dobře vysvětluje načasování pleistocénních glaciací, ale plnou velikost změn vysvětlují i klimatické zpětné vazby (albedo, CO2, oceány, ledovce).
• V záznamech je patrná 100 000letá periodicita a asymetrie cyklů (pomalé ochlazování, rychlé oteplení), která vzniká kombinací orbitalních změn a nelineárních procesů v klimatu.

Hledání podle dopisu