Як відносини Землі з Сонцем впливають на клімат нашої планети?

У 1645 році сонце згасло.  Не буквально, звичайно; воно все ще сяяло. Але той рік ознаменував початок мінімуму Маундера, періоду надзвичайно низької активності сонячних плям. Ця подія збіглася з так званим Малим льодовиковим періодом, періодом надзвичайно низьких температур по всій Північній Атлантиці, що призвело до більш суворої зими та коротшого літа на більшій частині Європи. Хоча те, що дві події відбулися разом, може бути простим збігом, астрономи та геологи дійшли висновку, що зв’язок між Сонцем і Землею відіграє важливу роль у кліматі нашої планети.

Протягом типового 22-річного періоду, який складається з кількох суцільних циклів сонячних плям, ми, ймовірно, нарахуємо від 30 000 до 40 000 сонячних плям. Однак під час частини мінімуму Маундера, прямо наприкінці 17 століття, сонячних плям не було. Вчені досі не впевнені, що стало причиною мінімуму Маундера, який зрештою зменшився до 1715 року. Але вони знають, що він збігався з малим льодовиковим періодом. Перекриття може бути просто випадковим; зрештою, малий льодовиковий період розпочався задовго до мінімуму Маундера і тривав довго після нього, а решта планети, здавалося, не постраждала. 

Однак кількість сонячних плям пов’язана із загальною яскравістю сонця. Отже, під час мінімуму Маундера сонце було трохи менш інтенсивним, і північні широти Землі більш сприйнятливі навіть до незначних змін сонячного випромінювання. Площа суші там набагато більша, ніж у відповідних південних широтах, і земля змінює температуру набагато швидше, ніж вода. А оскільки у вищих широтах сильніші пори року, невеликі зміни на сонці можуть спричинити значні хвильові ефекти, яких не буде відчутно в інших частинах земної кулі.

Досі немає єдиної думки щодо зв’язку між мінімумом Маундера та Малим льодовиковим періодом. Але коли ми зменшуємо масштаб геологічної шкали часу, ми виявляємо дуже сильний — і дуже несподіваний — зв’язок.

Першим, хто вказав на вплив системи Земля-Сонце на клімат нашої планети, був сербський фізик і астроном Мілутін Міланкович, який у 1920-х роках виявив кілька природних циклів на орбіті Землі, які могли бути причиною великих кліматичних змін.

Перший природний цикл полягає в тому, що орбіта Землі повільно змінюється з еліптичної на кругову і назад приблизно кожні 100 000 років. Ці зміни викликані легкими гравітаційними поштовхами Юпітера та Сатурна. Зараз ексцентриситет Землі (міра еліптичності орбіти) становить 0,0167 і зменшується. Ці зміни орбіти нашої планети впливають на тривалість і величину пір року, тому що коли Земля знаходиться далі від Сонця, вона рухається повільніше, ніж коли вона ближче до Сонця. Отже, якщо Земля має максимальний ексцентриситет — і якщо найдальша точка Землі збігається з літом у Північній півкулі — цього року літо триватиме довше, ніж зазвичай.

Інший цикл змінює нахил осі нашої планети на 22,1-24,5 градуса приблизно кожні 41 000 років. Поточний нахил Землі становить 23,44 градуса і зменшується. Цей цикл також впливає на величину пір року: більший нахил означає більше часу під прямим сонячним світлом або більше часу прихованого від сонця, що робить сезон більш екстремальним.

Третій цикл відомий як осьова прецесія. Наша планета обертається як вершина кожні 25 700 років, а вісь обертання Землі малює в небі ліниве коло. Це змінює півкулю, яка отримує більше сонця. Зараз найближче наближення Землі до сонця збігається з літом у південній півкулі, що робить ці пори року особливо жаркими.

Ці цикли переплітаються один з одним і виходять з нього — іноді посилюючи один одного, а іноді скасовуючи один одного. Іноді кілька циклів додають, щоб створити великий ефект; в інший час вони цього не роблять. Але незважаючи ні на що, положення Землі відносно Сонця має великий вплив на клімат нашої планети.

Порівняння циклів Міланковича з записами температури, взятими зі зразків керна льоду, показує дуже тісний зв’язок. Періоди зледеніння, які в просторіччі називають «льодовиковими періодами», збігаються з періодами циклів Міланковича, коли Земля, особливо північні широти, отримує менше сонячного світла, ніж зазвичай, а теплі періоди збігаються з більшою кількістю сонячного світла на півночі.

Останній раз льодовики відступали приблизно 12 000 років тому, що збіглося з невеликим збільшенням загального сонячного світла через цикли Міланковича. Усе, що спричинило цей зсув — від вимирання багатьох видів, наприклад шерстистих мамонтів, до поширення людства по всій Америці — безпосередньо випливало з невеликої зміни орбітальної конфігурації нашої планети. Джерело