100 000-letni problem - 100,000-year problem
Problemem 100,000 rok ( „100 ky Problem”, „100 ka problem”) z Milankovicia teorii na orbitalnej wymuszanie odnosi się do różnicy między zrekonstruowanym geologicznej zapisu temperatury i odtworzonej ilości dostarczanego promieniowania słonecznego, albo promieniowania słonecznego w ciągu ostatniego 800.000 lat. Ze względu na zmiany orbity Ziemi, wielkość nasłonecznienia zmienia się w okresach około 21 000, 40 000, 100 000 i 400 000 lat. Różnice w ilości padającej energii słonecznej wpływają na zmiany klimatu Ziemi i są uznawane za kluczowy czynnik w momencie rozpoczęcia i zakończenia zlodowaceń .
Chociaż istnieje cykl Milankovitcha w zakresie 100 000 lat, związany z ekscentrycznością orbity Ziemi , jego wkład w zmiany nasłonecznienia jest znacznie mniejszy niż precesji i nachylenia . Problem 100 000 lat odnosi się do braku oczywistego wyjaśnienia okresowości epok lodowcowych na około 100 000 lat w ciągu ostatniego miliona lat, ale nie wcześniej, kiedy dominująca okresowość odpowiadała 41 000 lat. Niewyjaśnione przejście między dwoma reżimami okresowości znane jest jako przejście śródplejstoceńskie , datowane na około 800 000 lat temu.
Powiązany „problem 400 000 lat” odnosi się do braku okresowości 400 000 lat z powodu ekscentryczności orbity w geologicznym zapisie temperatury w ciągu ostatnich 1,2 miliona lat.
Przejście w okresowości od 41 000 lat do 100 000 lat można teraz odtworzyć w symulacjach numerycznych, które obejmują tendencję spadkową dwutlenku węgla i glacjalne usuwanie regolitu , jak wyjaśniono bardziej szczegółowo w artykule Przejście w połowie plejstocenu .
Uznanie cyklu 100 000 lat
Zapis temperatury geologicznej można zrekonstruować na podstawie dowodów osadowych. Być może najbardziej użytecznym wskaźnikiem przeszłej klimatu jest frakcjonowanie z izotopów tlenu , oznaczone δ 18 O . To frakcjonowanie jest kontrolowane głównie przez ilość wody zamkniętej w lodzie i bezwzględną temperaturę planety, co pozwoliło na skonstruowanie skali czasowej etapów izotopów morskich .
Pod koniec lat 1990, hemibursztynianu 18 Odostępne były zapisy dotyczące powietrza (w rdzeniu lodowym Wostok ) i osadów morskich , które porównano z oszacowanymi wartościami nasłonecznienia , które powinny mieć wpływ zarówno na temperaturę, jak i objętość lodu. Jak opisał Shackleton (2000), zapis osadów głębinowych δ 18 O„jest zdominowany przez 100 000-letnią cykliczność, która jest powszechnie interpretowana jako główny rytm epoki lodowcowej”. Shackleton (2000) skorygował skalę czasową rdzenia lodowego Wostoka δ 18 Orekord, aby dopasować założone wymuszenie orbitalne i wykorzystano analizę spektralną do zidentyfikowania i odjęcia składnika rekordu, który w tej interpretacji można przypisać liniowej (wprost proporcjonalnej) odpowiedzi na wymuszenie orbitalne. Sygnał resztkowy (reszta), w porównaniu z resztą z podobnie dostrojonego rekordu izotopu rdzenia morskiego, wykorzystano do oszacowania proporcji sygnału, który można przypisać objętości lodu, z resztą (po próbie uwzględnienia efektu Dole'a). ) przypisuje się zmianom temperatury w głębokiej wodzie.
Stwierdzono, że 100-tysięczny składnik zmienności objętości lodu odpowiada zapisom poziomu morza na podstawie określeń wieku koralowców i opóźnia ekscentryczność orbity o kilka tysięcy lat, jak można by się spodziewać, gdyby ekscentryczność orbitalna była mechanizmem stymulacji. Silne nieliniowe „skoki” w rekordzie pojawiają się przy deglacjacjach , chociaż 100-tysięczna okresowość nie była najmocniejszą w tym „czystym” rekordzie objętości lodu.
Stwierdzono, że osobny zapis temperatury głębin morskich zmieniał się bezpośrednio w fazie z mimośrodowością orbity, podobnie jak temperatura Antarktydy i CO 2 ; tak więc ekscentryczność wydaje się wywierać geologicznie natychmiastowy wpływ na temperaturę powietrza, temperaturę głębin morskich i stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. Shackleton (2000) stwierdził: „Efekt ekscentryczności orbity prawdopodobnie wchodzi do zapisu paleoklimatycznego poprzez wpływ na stężenie atmosferycznego CO 2 ”.
Elkibbi i Rial (2001) zidentyfikowali cykl 100 ka jako jedno z pięciu głównych wyzwań, jakie napotkał model wymuszania orbitalnego epok lodowcowych Milankovitcha .
Hipotezy wyjaśniające problem
Ponieważ okresowość 100 000 lat dominuje tylko w klimacie minionego miliona lat, nie ma wystarczających informacji, aby oddzielić częstotliwości składowych mimośrodu za pomocą analizy spektralnej, co utrudnia wiarygodne wykrywanie znaczących trendów długoterminowych, chociaż analiza spektralna wielu dłuższe zapisy paleoklimatyczne, takie jak stos rdzeni morskich Lisieckiego i Raymo oraz złożony zapis izotopowy Jamesa Zachosa, pomagają umieścić miniony milion lat w kontekście długoterminowym. Stąd wciąż nie ma jednoznacznego dowodu mechanizmu odpowiedzialnego za okresowość 100 ka – ale istnieje kilka wiarygodnych hipotez.
Rezonans klimatyczny
Mechanizm może być wewnętrzny w systemie Ziemi. System klimatyczny Ziemi może mieć naturalną częstotliwość rezonansową 100 ka; to znaczy, procesy sprzężenia zwrotnego w klimacie automatycznie wytwarzają efekt 100 ka, podobnie jak dzwonek naturalnie dzwoni w określonym tonie. Przeciwnicy tego twierdzenia wskazują, że rezonans musiałby rozwinąć się 1 milion lat temu, ponieważ okresowość 100 ka była słaba lub nie istniała przez poprzednie 2 miliony lat. Jest to wykonalne — jako możliwe przyczyny takiej zmiany postuluje się zmianę tempa dryfu kontynentów i dna morskiego . Swobodne oscylacje komponentów systemu Ziemi zostały uznane za przyczynę, ale zbyt mało systemów Ziemi ma bezwładność termiczną w skali tysiąca lat, aby mogły się kumulować jakiekolwiek długoterminowe zmiany. Najpopularniejsza hipoteza dotyczy lądolodów na półkuli północnej, które mogą rozszerzać się w kilku krótszych cyklach, aż będą wystarczająco duże, by ulec nagłemu zapadnięciu. Problem 100 000 lat został przeanalizowany przez José A. Rial, Jeseung Oh i Elizabeth Reischmann, którzy odkryli, że synchronizacja pan-niewolnik między częstotliwościami naturalnymi systemów klimatycznych a wymuszaniem ekscentryczności zapoczątkowała 100-tysięczne epoki lodowcowe późnego plejstocenu i wyjaśniają ich duże rozmiary. amplituda.
Nachylenie orbity
Nachylenie orbity ma okresowość 100 ka, podczas gdy okresy ekscentryczności 95 i 125 ka mogą wzajemnie oddziaływać, dając efekt 108 ka. Chociaż możliwe jest, że mniej znacząca i pierwotnie przeoczona zmienność nachylenia ma głęboki wpływ na klimat, ekscentryczność modyfikuje nasłonecznienie tylko w niewielkim stopniu: 1-2% zmiany spowodowanej 21-tysięczną precesją i 41-tysięczną precesją. cykle nachylenia. Tak duży wpływ nachylenia byłby zatem nieproporcjonalny w porównaniu z innymi cyklami. Jednym z możliwych mechanizmów sugerowanych, aby to wyjaśnić, było przejście Ziemi przez regiony pyłu kosmicznego. Nasza ekscentryczna orbita prowadziłaby nas przez zakurzone chmury w kosmosie, które blokowałyby część nadchodzącego promieniowania, zacieniając Ziemię.
W takim scenariuszu, obfitości izotopu 3 He , produkowany przez słoneczne promienie gazów rozdzielających w górnych warstwach atmosfery, można oczekiwać, aby zmniejszyć-i badania wstępne rzeczywiście znaleźć taki spadek 3 He obfitości. Inni argumentowali za możliwymi skutkami przedostawania się pyłu do samej atmosfery, na przykład poprzez zwiększenie zachmurzenia (9 lipca i 9 stycznia, kiedy Ziemia przechodzi przez niezmienną płaszczyznę, zwiększa się chmura mezosferyczna ). Dlatego cykl ekscentryczności 100 ka może działać jako „rozrusznik” systemu, wzmacniając efekt cykli precesji i pochylenia w kluczowych momentach, z jego perturbacją.
Cykle precesji
Podobna sugestia pociąga za sobą wyłączną odpowiedzialność za 21 636-letnie cykle precesji . Epoki lodowcowe charakteryzują się powolnym przyrostem objętości lodu, po którym następują stosunkowo szybkie fazy topnienia. Możliwe, że lód narastał w ciągu kilku cykli precesji, topniejąc dopiero po czterech lub pięciu takich cyklach.
Wahania jasności słonecznej
Jako wyjaśnienie zaproponowano również mechanizm, który może wyjaśniać okresowe wahania jasności Słońca. Fale dyfuzyjne zachodzące w słońcu można modelować w taki sposób, aby wyjaśniały obserwowane zmiany klimatyczne na Ziemi.
Fotosynteza lądowa a oceaniczna
Efekt Dole'a opisuje trendy w δ 18 Owynikające z trendów względnego znaczenia fotosyntezatorów lądowych i oceanicznych . Taka zmienność jest prawdopodobną przyczyną tego zjawiska.
Trwają badania
Odzyskiwanie rdzeni lodowych o wyższej rozdzielczości obejmujących więcej z ostatnich 1 000 000 lat w ramach trwającego projektu EPICA może pomóc rzucić więcej światła na tę sprawę. Nowa, wysoce precyzyjna metoda datowania opracowana przez zespół umożliwia lepszą korelację różnych zaangażowanych czynników i stawia chronologię rdzeni lodowych na silniejszej podstawie czasowej, potwierdzając tradycyjną hipotezę Milankovitcha , że zmiany klimatu są kontrolowane przez nasłonecznienie na półkuli północnej. Nowa chronologia jest niezgodna z teorią „inklinacji” cyklu 100 000 lat. Ustalenie wyprzedzeń i opóźnień w stosunku do różnych składowych wymuszeń orbitalnych za pomocą tej metody — która wykorzystuje bezpośrednią kontrolę nasłonecznienia nad stosunkiem azot-tlen w pęcherzykach rdzenia lodowego — jest w zasadzie wielkim ulepszeniem rozdzielczości czasowej tych zapisów i kolejnym znaczącym potwierdzeniem Hipoteza Milankovitcha. Międzynarodowe ćwiczenie modelowania klimatu (Abe-ouchi i in. , Nature, 2013) wykazało, że modele klimatyczne mogą odtworzyć cykliczność 100 000 lat, biorąc pod uwagę wymuszanie orbity i poziomy dwutlenku węgla w późnym plejstocenie. Izostatyczna historia pokryw lodowych była zaangażowana w pośredniczenie 100 000 lat reakcji na wymuszenie orbitalne. Większe pokrywy lodowe znajdują się niżej, ponieważ obniżają skorupę kontynentalną, na której osiadają, i dlatego są bardziej podatne na topnienie.
Zobacz też
- Odwrócenie Brunhes-Matuyama
- Środkowy plejstocen
- Cykle Milankovitch
- Paleoklimatologia
- Kalendarium zlodowacenia