地球軌道偏心率的變化
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地球軌道偏心率的變化,地球是我們賴以生存的家園,但對於地球其實我們的認識還具有一定的侷限性,例如很多人都不清楚地球軌道偏心率是什麼,也不知道它的變化會對氣候帶來哪些影響,下面一起來看一下地球軌道偏心率的變化。
地球軌道偏心率的變化1
地球公轉軌道的偏心率隨時間在緩慢地變化,有時非常接近於正圓,有時橢率比較大。1984年美國天文學家伯格計算給出,橢圓軌道偏心率變化的範圍爲0.0005~0.0607。我國天文學家張家祥1982年計算得的結果是0.0024—0.0571。這意味着在偏心率最大時(按0.0571計算)地球和太陽最遠的距離可達I.58140×108km,最近的距離爲1.41056×108km,相差達到1.7083×107km。
當偏心率變爲0.0005時,軌道接近爲圓。目前軌道的偏心率約爲0.016722,偏心率較小,地球的遠日點和近日點的距離之差約爲5.003×106km。地球公轉軌道偏心率變化的週期約爲9.5萬年,大約在4萬多年之前偏心率爲最小值,再過4萬多年後,偏心畢又達到最/J、值。那時地球公轉軌道幾乎接近正圓,地球的近日點和遠日點的距離幾乎相等。
地球公轉的軌道面(黃道)和地球赤道面的夾角———黃赤交角也存在緩慢的變化,這是由於黃道面位置的變化產生的。黃赤交角變化的範圍在22°00′到24°30′之間,變化的週期約爲4.1×104年。上次黃赤交角最小值約距今2.8萬年。近期計算黃赤道交角的公式爲
ε=23°27′8.26〃—0.4684〃t
式中t是1900年起算的儒略年數。目前黃赤交角正以每世紀約爲47〃的速度減小。目前黃赤交角的數值爲23°26′20〃。
地球繞太陽公轉的軌道是橢圓,橢圓軌道的長軸(稱爲拱線)方向逐漸旋轉,使地球的近日點和遠日點在黃道上做旋轉運動,稱爲近日點進動。目前,地球過近日點的時間是每年的1月3日或4日,過遠日點的時間爲每年的7月2日或3日。由於近日點在黃道上運動的方向和地球公轉方向一致,近日點和春點在黃道上會合一週是2.17×104年。
以上敘述的黃赤交角的變化,軌道偏心率的變化以及近日點的進動都與行星對地球的長期引力的影響有關,稱爲行星攝動。
地球軌道偏心率的變化2
什麼是軌道偏心率
中更新世氣候轉型是第四紀氣候變化中的最重要的特徵之一,它是指全球氣候的主導週期在中更新世時由41ka轉變爲100ka,且氣候波動的幅度也加大。對此,衆說紛紜。
本文對中更新世氣候轉型進行探討。地球氣候是由地球接受到的有效陽光輻射所決定的。青藏高原的隆起導致全球冰量的增加,減少了地球接受到的有效陽光輻射。
全球氣候的主導週期在中更新世時由41ka 向100ka的轉變是由於全球冰量的增加及其分佈對引起的地球近日點變化所作出的呼應。極地冰蓋對陽光的反射能力在極晝強,極夜弱。低緯度冰川對陽光的反射能力很強。何況低緯度冰川的出現就是全球冰量的增加。
青藏高原的隆起,增加了全球冰量、增強冰蓋對全球氣候的影響力,引起中更新世氣候轉型。因海陸分佈狀況,有利於北半球冰蓋擴張的地球軌道階段,是冰期週期的冷期(最甚者是盛冰期);不利於北半球冰蓋擴張的地球軌道階段,是冰期週期中的暖期。大的時與小的時相比地球的近日點離太陽較近;地球處其它地點時離太陽較遠。
低緯度冰川對近日點變化敏感。極地冰蓋對地球自轉軸傾斜度變化敏感。地球處於小的地球自轉軸傾斜度、大的、地球的近日點在北半球的冬至時,地球處於冷期。大的地球自轉軸傾斜度、大的、地球的近日點在北半球的夏至時,地球處於暖期。
“100ka” 週期是地球的近日點週期。
關鍵詞:中更新世氣候轉型、100ka 週期、、冰期、低緯度冰蓋 、近日點
青藏高原的隆起與中更新世氣候轉型
在近二百多萬年來地球屢次發生冰川的'大面積擴展及其消融事件,地球的一切當然也相應隨之變化,這就是通常所說的更新世大冰期。
如同許多事情一樣,人們的意見是不一致;對更新世的年代劃分也是如此,雖然大家都同意更新世大冰期的提法。長更新世240萬年,與黃土有關。短更新世約100萬年以至更短(相當於長更新世的中更新世到約1萬年前,作者所使用的是長更新世),當然也有其依據。
地球演化到中更新世,全球氣候的主導週期由早更新世的41ka轉變爲此後的100ka週期。與此氣候轉型相對應,全球冰量在這一時期增加了約15%。[1]中更新世,全球氣候纔可以名副其實稱爲大冰期,早更新世只是氣候波動而已!
何種原因導致了中更新世氣候轉型是第四紀氣候演變中一個根本性的問題。
現有許多解釋,但都不能令人滿意。
地球的一切變化都是有其現實基礎。在更新世地球的一個重大事件是青藏高原的快速上升。二疊紀後岡瓦納大陸解體,印度板塊北上。始新世中期(距今4000萬年左右)新特提斯洋消亡,印度次大陸與亞洲主大陸碰撞,把喜馬拉雅地體焊接到亞洲大陸上,統一的青藏高原才告完成。
此次運動一般稱爲第一期喜馬拉雅運動。此次運動不很強烈,但喜馬拉雅地區完全露出海面成陸。青藏高原的海拔還很低。新第三紀早期(距今2500~1000萬年),青藏高原地殼運動較爲活躍,開始緩慢擡升。此次運動一般稱爲第二期喜馬拉雅運動。第二期喜馬拉雅是一次十分強烈而又影響很廣的運動。
第二期喜馬拉雅運動以後,西藏地區保持相對穩定約達一千萬年之久。上新世時高原海拔高度在一千米左右。自上新世末開始青藏高原進入以大幅度分階段的強烈隆起的新時期。上新世以來近200萬年間,青藏高原強烈隆起的幅度達3000~4000米。晚更新世以來的十多萬年中上升量達1000多米,平均每年上升達10mm以上。
此次運動稱爲第三期喜馬拉雅運動。此次運動使青藏高原展現出真正的高原面目。[2][3]
中更新世氣候轉型是由於第三期喜馬拉雅運動使青藏高原在中更新世達到相當高度進入冰凍圈,展現高原冰蓋面目,使地球氣候表現出低緯度青藏高原冰蓋的影響。
高原氣候嚴寒不是由於陽光輻射的不足,相反高空的陽光輻射總是高於同地低地。
高原氣候嚴寒主要是由於高原空氣稀薄保存熱量的能力不高,加之地面植被情況不佳保存熱量的能力也不高。較強的高原風加速了熱量的散失,也是高原氣候嚴寒原因。青藏高原進入冰凍圈後,因冰的反射能力與冰熱容量很高而成爲負熱量的保存地。
低緯度的青藏高原冰蓋大大增強了地球的反射能力,減少了地球所接收的陽光輻射。
一方面是低緯度冰蓋的出現本身就是全球冰量的增加。更重要的是低緯度冰蓋的反射能力比極地冰蓋強。原因是由於極地冰蓋(極地圈內,地球自轉軸傾斜度較大時面積較大)在極夜期間無陽光照射,自然無反射。低緯度冰蓋常年反射且低緯度陽光輻射較強。而且至今還未停止的第三期喜馬拉雅運動使青藏高原更多的進入冰凍圈。
此外,低緯度青藏高原冰蓋的加入減少了地球所接收的陽光輻射,也促使極地冰蓋及其自身發展。北極冰蓋就是在中更新世時才達到目前規模。
在中更新世低緯度青藏高原冰蓋與極地冰蓋相促相成,共同發展使地球接受到的有效陽光輻射減少,地球溫度下降,地球名副其實的進入大冰期!
但只談青藏高原只能解決地球溫度波動幅度增大的問題,而不能解決中更新世全球氣候主導週期由早更新世的41ka轉變爲此後的“100ka”週期轉型的問題!而不解決週期轉型的問題則根本談不上解決中更新世氣候轉型問題!
而冰、負熱量間存在正反饋關係。
地球軌道偏心率的變化3
地球軌道三要素
衆所周知,地球繞太陽運動的軌道並不是“西方繪畫之父”喬託筆下的完美圓形,而更像是一個隨着時間音符不斷律動的橢圓形。而且這種繞行運動的方式有數十種之多,不過最廣爲人知的還是地球的公轉和自轉。
地球上萬物能量皆來源於太陽,當地球繞太陽運行軌道發生變化時,地球表面所接受到的太陽輻射能量也隨之改變,造成地球上氣候發生相應的冷暖波動和風雨變遷。所以,地球上的氣候變化與太陽絕對脫不了干係。
但要了解地球軌道變化對氣候的影響,首先要了解地球軌道的三要素:偏心率、地軸傾斜度、歲差。
偏心率是指地球繞太陽旋轉的橢圓形軌道並非一成不變,其變動範圍是0-0.07,變化週期爲40萬年和10萬年。偏心率的變化對地球表面接受的太陽能量影響很小,但它仍會通過調製歲差振幅進而影響地球表面太陽輻射量。
地軸傾斜度是指地球自轉軸(赤道面)與公轉軸(黃道面)的夾角,又稱地軸傾角,它也一直在21.5°-24.5°之間緩慢變化,週期約4萬年。這個傾角變化會影響着地球緯度之間太陽輻射入射量差異,較小的地軸傾斜度意味着高緯地區會接受更多太陽輻射。
歲差是氣候季節性變化的主要誘因,造成南北半球四季正好相反。它是指地球運轉時近日點和遠日點在公轉軌道上做的一種旋進運動,造成春(秋)分點在黃道面上位置產生變化。歲差的週期約爲2.6萬年和1.9萬年。
寒潮≠氣候突變
我們要明確一點:並不是偶爾幾次寒潮,就能被稱作“氣候突變”。
地球氣候除了經歷萬年尺度的冷、暖、幹、溼的波動外,也會發生一系列更短尺度的突變事件。但真正的氣候突變事件,都是指那種速度快、幅度大、影響廣的變化,通常會導致人類和自然生態難以適應。例如,尼羅河與印度河的古文明和瑪雅文明等的衰落,均與氣候突變有關。
一直以來,科學工作者們都在尋找千年或更短時間尺度氣候突變存在的證據,他們通過一些特殊的地質生物載體,如冰芯、樹輪、硨磲,石筍、湖沼、黃土和深海沉積物等中的蛛絲馬跡,找到了氣候突變過程中留下的有關元素含量、同位素比值等的信息,慢慢試圖揭開過去數萬年來氣候突變的神祕面紗。
人們發現,地球上經歷的氣候突變,表現不盡相同。有人認爲洋流變化是氣候突變的主要誘因,但也有人發現,地球軌道參數變化、冰川動力學、大氣CO_2濃度波動等因素都可能會觸發氣候突變。
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