Wat zijn de Milankovitch-cycli?

De Milankovitch-cycli beschrijven hoe relatief kleine veranderingen in de beweging van de aarde het klimaat van de planeet beïnvloeden. De cycli zijn genoemd naar Milutin Milankovitch, een Servische astrofysicus die begin 1900 begon met het onderzoeken van de oorzaak van de oude ijstijden op aarde, volgens het American Museum of Natural History (AMNH).

De aarde beleefde haar meest recente ijstijden tijdens het Pleistoceen, dat duurde van 2,6 miljoen jaar geleden tot 11.700 jaar geleden. Volgens het University of California Museum of Paleontology waren zelfs de meer gematigde streken van de wereld duizenden jaren lang bedekt met gletsjers en ijskappen..

Om te bepalen hoe de aarde zulke enorme klimaatveranderingen in de loop van de tijd zou kunnen ervaren, heeft Milankovitch gegevens over de variaties van de positie van de aarde opgenomen in de tijdlijn van de ijstijden tijdens het Pleistoceen. Hij bestudeerde de variaties van de aarde in de afgelopen 600.000 jaar en berekende de variërende hoeveelheden zonnestraling als gevolg van de veranderende baanparameters van de aarde. Door dit te doen, was hij in staat om kleinere hoeveelheden zonnestraling op de hoge noordelijke breedtegraden te koppelen aan eerdere Europese ijstijden, aldus AMNH..

Milankovitch's berekeningen en grafieken, die in de jaren 1920 werden gepubliceerd en nog steeds worden gebruikt om het klimaat in het verleden en de toekomst te begrijpen, brachten hem tot de conclusie dat er drie verschillende positionele cycli zijn, elk met hun eigen cycluslengte, die het klimaat op aarde beïnvloeden: de excentriciteit van de baan van de aarde, de axiale helling van de planeet en het wiebelen van zijn as.

Excentriciteit

De aarde draait om de zon in een ovale vorm die een ellips wordt genoemd, met de zon op een van de twee brandpunten (foci). Ellipticiteit is een maat voor de vorm van het ovaal en wordt bepaald door de verhouding van de halve kleine as (de lengte van de korte as van de ellips) tot de halve lange as (de lengte van de lange as van de ellips), aldus Swinburne Universiteit. Een perfecte cirkel, waar de twee brandpunten in het midden samenkomen, heeft een ellipticiteit van 0 (lage excentriciteit), en een ellips die tot bijna een rechte lijn wordt geperst heeft een excentriciteit van bijna 1 (hoge excentriciteit).

De baan van de aarde verandert zijn excentriciteit in de loop van 100.000 jaar enigszins van bijna 0 naar 0,07 en weer terug, volgens NASA's Earth Observatory. Wanneer de baan van de aarde een hogere excentriciteit heeft, ontvangt het oppervlak van de planeet 20 tot 30 procent meer zonnestraling in perihelium (de kortste afstand tussen de aarde en de zon in elke baan) dan wanneer het zich in een aphelium bevindt (de grootste afstand tussen de aarde en zon elke baan). Wanneer de baan van de aarde een lage excentriciteit heeft, is er weinig verschil in de hoeveelheid zonnestraling die wordt ontvangen tussen perihelium en aphelium.

Tegenwoordig is de excentriciteit van de baan om de aarde 0,017. Bij het perihelium, dat elk jaar op of rond 3 januari plaatsvindt, ontvangt het aardoppervlak ongeveer 6 procent meer zonnestraling dan bij aphelium, dat plaatsvindt op of rond 4 juli..

Axiale kanteling

De kanteling van de aardas ten opzichte van het vlak van zijn baan is de reden dat we seizoenen ervaren. Kleine veranderingen in de kanteling veranderen de hoeveelheid zonnestraling die op bepaalde locaties van de aarde valt, aldus Indiana University Bloomington. In de loop van ongeveer 41.000 jaar varieert de helling van de aardas, ook bekend als obliquity, tussen 21,5 en 24,5 graden.

Als de as minimaal gekanteld is, verandert de hoeveelheid zonnestraling voor een groot deel van het aardoppervlak niet veel tussen zomer en winter en daarom zijn de seizoenen minder streng. Dit betekent dat de zomer aan de polen koeler is, waardoor sneeuw en ijs de hele zomer en de winter aan kunnen blijven en uiteindelijk kunnen uitgroeien tot enorme ijskappen..

Tegenwoordig is de aarde 23,5 graden gekanteld en neemt hij langzaam af, volgens EarthSky.

Precessie

De aarde wiebelt slechts een klein beetje terwijl deze om zijn as draait, vergelijkbaar met wanneer een tol begint te vertragen. Deze wiebeling, ook wel precessie genoemd, wordt voornamelijk veroorzaakt door de zwaartekracht van de zon en de maan die aan de equatoriale uitstulpingen van de aarde trekken. Het wiebelen verandert de kanteling van de aardas niet, maar de oriëntatie verandert. Volgens de Washington State University schommelt de aarde in ongeveer 26.000 jaar rond in een volledige cirkel.

Nu, en de afgelopen duizenden jaren, is de aardas min of meer naar het noorden gericht in de richting van Polaris, ook wel bekend als de Poolster. Maar de geleidelijke precessiebeweging van de aarde betekent dat Polaris niet altijd de Poolster is. Ongeveer 5000 jaar geleden was de aarde meer naar een andere ster gericht, genaamd Thubin. En over ongeveer 12.000 jaar zal de as iets meer rond zijn precessiecirkel hebben afgelegd en naar Vega wijzen, dat de volgende Poolster zal worden..

Als de aarde een precessiecyclus voltooit, verandert de oriëntatie van de planeet ten opzichte van perihelium en aphelium. Als een halfrond tijdens het perihelium naar de zon is gericht (kortste afstand tussen aarde en zon), zal het tijdens het aphelium (grootste afstand tussen aarde en zon) worden weggestuurd, en het tegenovergestelde geldt voor het andere halfrond. Het halfrond dat tijdens het perihelium naar de zon is gericht en tijdens het aphelium weg, ervaart extremere seizoenscontrasten dan het andere halfrond.

Momenteel vindt de zomer op het zuidelijk halfrond plaats in de buurt van het perihelium en in de winter nabij het aphelium, wat betekent dat het zuidelijk halfrond meer extreme seizoenen kent dan het noordelijk halfrond..

Extra middelen:

• Bekijk: de uitleg van de Milankovitch-cycli in 5 minuten, van filosofische onderzoeken.
• Bekijk deze video-uitleg over de precessie van de aarde, van de afdeling Astronomie van de Universiteit van Nebraska-Lincoln.
• Lees meer over Milutin Milankovitch, van NASA's Earth Observatory.