Орбиталните цикли на Земята активират вулкани

Ритъмът на климатичните промени, случили се през последните 1 милион години от историята на Земята, се определят от орбитални цикли (известни като цикли на Миланкович). В зависимост от количеството слънчева светлина ледниците ту нарастват, ту отстъпват. На промените реагира цялата планета – от циркулацията на атмосферата и океаните до екосистемите и дори ерозията и валежите.

Ново изследване сочи, че орбиталните цикли влияят дори на вулканизма. Учените и преди са забелязвали подобна зависимост в ограничени периоди от време и в регионални мащаби, но сегашната им работа дава по-широка картина, пише Ars Technica.

За да получат данни за продължителен период на изригванията на вулканите, изследователите са анализирали дънни отлагания от целия Тихоокеански огнен пръстен (регион с чести земетресения и изригвания на вулкани с дължина 40 000 км и формата на подкова). За разлика от сушата там няма ерозия, която да унищожава слоевете пепел. Датирането на слоевете учените направили чрез сравняване с вече датирани сухоземни слоеве и са оценили скоростта, с която те са се трупали на морското дъно.

Наклонът на земната ос

Геолозите са събрали данни за всичките изригвания през последните 1 милион години. Те са открили цикли със същата продължителност, каквато имат орбиталните. Най-забележимо се проявявал цикълът на наклона на земната ос с продължителност 41 000 години.

Причината вероятно е в промените на напрежението в земната кора, предизвикано от ледниковите и междуледниковите периоди. Ледените щитове силно натискат кората под тях, а намаляването на нивото на морето се отразява по подобен начин на океанската кора. И обратното.

Този процес може да се обясни с топка или балон. Когато се натиснат на едно място, повърхността набъбва в друга точка. Затова при повишаването на морското равнище и повишаването на налягането върху океанската кора се повдига и континенталната кора. Пример може да се даде с вулканично активните области в Централна и Южна Америка. Така налягането в магмените камери намалява и магмата по-лесно излиза на повърхността.

„Ледената епоха” в помощ на учените

За да проверят хипотезата, изследователите са използвали компютърен модел с напрежението на земната кора по време на последното заледяване (т.нар. ледена епоха) в Централна Америка. Съотношението на вулканичните изригвания към изчислените стресове в земята се оказало много точно.

Като цяло пикът на вулканичната дейност в продължение на няколко хиляди години изостава от промените в наклона на оста (и климата). Това е нормално за земната кора, която реагира много бавно на променящите се условия на повърхността. Компютърният модел също показал такова изоставане.

Изследването на учените не е глобално и пълно, но според тях е вероятно да са получили реална картина.

Циклите на Миланкович

През XIX век геолозите правят неочаквано откритие. Оказва се, че някога огромните арктически ледници са настъпили на сушата и са покрили почти цяла Европа и Северна Америка. Ледниковият период на Земята обаче е настъпвал неведнъж. Защо се случвало така, никой не могъл да обясни чак до началото на ХХ век, когато сръбският геофизик Милутин Миланкович решава загадката.

Неговото обяснение е свързано с промените на земната орбита, известни днес като „цикли на Миланкович”. В съответствие със закона на Нютон за всемирното привличане (гравитация) и с първия от законите на Кеплер, описващ траекторията на движението на планетите в Слънчевата система, всяка планета се върти около Слънцето по елиптична орбита. Освен това според закона за запазване на момента на импулса, ако Земята се върти около своята ос, то посоката на тази ос в пространството трябва да остава неизменна. Но докато Земята се върти около Слънцето, влияние й оказват привличането на Луната и на другите планети и това привличане оказва слабо, но важно влияние на земната орбита и на въртенето на Земята. Това влияние се изразява в три ефекта.

Wikimedia Commons

Първият е прецесията. Земната ос бавно променя наклона си за период около 25 800 години, описвайки конус. В резултат се променя сезонната амплитуда на интензивността на слънчевата светлина в Северното и Южното полукълбо на Земята. Сега Земята е наклонена така, че през януари Северното полукълбо е отвърнато от слънцето. След около 13 000 години ситуацията ще се промени и януари ще бъде средата на лятото за Северното полукълбо.

Вторият е нутацията. Като допълнение към бавната прецесия леко се колебае и ъгълът на наклона. Тези колебания се предизвикват от приливните сили от Луната и Слънцето и се наричат нутация. Тя е с период 18,6 години.

Третият е промяната на формата на орбитата. Заради привличането от другите планети с времето се променя и формата на земната орбита. От елипса тя се превръща в кръг, след това отново в елипса и т.н. Този цикъл е с продължителност около 93 000 години.

Миланкович е стигнал до извода, че всеки от тези фактори влияе на количеството слънчева светлина, получено от различни области на Земята. Тоест с течение на времето климатът се променя. Ако намалее количеството слънчева светлина, което получава Северното полукълбо, то снегът с всяка година ще се задържа все по-дълго на повърхността. А тъй като снегът добре отразява светлината, снежната повърхност ще отразява повече светлина и това ще доведе до по-нататъшно застудяване на Земята. Следващата година ще падне още повече сняг, още повече ще се увеличи снежната покривка и ще се отразява още повече светлина.

С времето ще се натрупа много сняг и ледниците ще се придвижат на юг. Земята ще встъпи в ледников период. В края на цикъла, когато в Северното полукълбо започне да постъпва повече слънчева енергия, Земята ще се нагрее и всичките тези три фактора ще доведат до това, че ледникът ще отстъпи.

Статията е публикувана във в. ПРЕСА