Ilmastonmuutoksen syiden ratkaisemiseksi, löytyy myös helpompia tapoja – ihmisen dominanssi!

Otetaan kerran vielä alusta

Milankovićin syklit ovat serbialaisen tiedemiehen Milutin Milankovićin kehittämä teoria, joka selittää maapallon ilmaston pitkän aikavälin vaihteluita. Teoria perustuu maapallon kiertoradan ja akselikulman muutoksiin, jotka vaikuttavat siihen, kuinka paljon auringon säteilyä maapallon eri osat saavat. Näillä sykleillä on tärkeä rooli jääkausien synnyssä ja loppumisessa. 

Milankovićin syklit koostuvat kolmesta pääkomponentista:

1. Eksentrisyys (kiertoradan soikeus): Maapallon kiertorata Auringon ympäri muuttuu hieman soikeaksi ja takaisin pyöreäksi noin 100 000 vuoden välein. Tämä vaikuttaa siihen, kuinka paljon auringonvaloa maapallo saa eri aikoina.

2. Akselin kallistuskulma (inklinaatio): Maapallon pyörimisakselin kallistuskulma vaihtelee noin 41 000 vuoden jaksoissa 22.1 asteen ja 24.5 asteen välillä. Mitä suurempi kallistuskulma, sitä suurempia ovat vuodenaikojen väliset erot lämpötilassa.

3. Prekessio (akselin keinahtelu): Maapallon pyörimisakseli keinahtaa noin 26 000 vuoden sykleissä. Tämä vaikuttaa siihen, missä vaiheessa kiertorataa eri vuodenajat esiintyvät, mikä voi voimistaa tai lieventää niiden vaikutusta.

Yhdessä nämä syklit vaikuttavat maapallon ilmastoon pitkällä aikavälillä ja voivat laukaista jääkausia ja lämpimiä jaksoja, kun auringonsäteilyn jakautuminen maapallon pinnalle muuttuu.

Mikä näistä sykleistä vaikuttaa eniten maapallon ilmastoon?

Milankovićin sykleistä eksentrisyys eli maapallon kiertoradan soikeus vaikuttaa eniten maapallon ilmastoon jääkausien ja interglasiaalikausien vaihtelujen kannalta. Tämä sykli, jonka jakso on noin 100 000 vuotta, säätelee auringonvalon määrää, jonka maapallo saa vuoden aikana. Kun kiertorata on soikeampi (suurempi eksentrisyys), maapallo on kauempana auringosta osan vuotta, mikä vähentää auringon säteilyä ja voi edistää jääkauden alkamista.

Vaikka eksentrisyys ei yksinään ratkaise jääkausien syntyä, se on voimakkaasti yhteydessä niihin ja nähdään merkittävimpänä syklinä pitkän aikavälin ilmastovaihteluissa. Eksentrisyys toimii yhdessä akselin kallistuskulman ja prekession kanssa, jotka taas vaikuttavat vuodenaikojen voimakkuuteen ja auringon säteilyn jakautumiseen. Näiden kolmen syklin yhteisvaikutukset johtavat jääkausien syntyyn ja loppumiseen.

1. Eksentrisyyden mallintaminen

  • Eksentrisyyden e (t) mallintaminen jaksollisena funktiona, joka vaihtelee 0.0050 ja 0.0058 välillä (voi tarkistaa asianmukaisista lähteistä) 100 000:n vuoden aikana. Eksentrisyys siis kuvaa Maan kiertoradan muotoa ja sen vaihtelut liittyvät kiertoradan parametrien, kuten eksentrisyyden muutoksiin.

2. Sinusoidinen approksimaatio

Koska eksentrisyys vaihtelee säännöllisesti ajan myötä, se voidaan hyvin approksimoida sinusoidisella funktiolla. Sinusoidinen funktio on tyypillinen malli säännöllisille ja jaksollisille ilmiöille, kuten kiertoradan muodon muutoksille.

Esimerkki sinusoidisesta funktiosta

e (t) = A sin (2π/T x t + φ) + D

  • A = 0.058 – 0.005/2 = 0.0265 on amplitudi.
  • T = 100 000 vuotta on jakson pituus.
  • D = 0.058 + 0.005/2 = 0.0315 on eksentrisyyden keskitaso.
  • φ = vaihekulma, jonka voimme asettaa nollaksi yksinkertaisuuden vuoksi (φ = 0).

Eksentrisyyden muutosnopeus

Eksentrisyyden muutosnopeus on funktion derivaatta ajan suhteen, eli:

de(t) / dt = A x 2π/T cos (2π/T x t + φ)

Koska φ = 0, tämä yksinkertaistuu muotoon:

de(t)/dt = A x 2π/T cos (2π/T x t)

Lasketaan arvoilla

Sijoitetaan arvot yhtälöön:

  • A = 0.0265
  • T = 100 000 vuotta
  • 2π/T = 2π/100 000 = 6.2832 x 10-5 radiaania/vuosi

Derivaatan yhtälöksi saadaan:

de(t)/dt = 0.0265 x 6.2832 x 10-5 cos (6.2832 x 10-5 x t)

de(t)/dt = 1.6643 x 10-6 cos (6.2832 x 10-5 x t)

Muutosnopeuden laskeminen

Muutosnopeus riippuu t -arvosta (ajasta syklin aikana). Kosinin arvo vaihtelee välillä -1 ja 1. Tämä tarkoittaa, että:

  • Suurin mahdollinen muutosnopeus tapahtuu, kun cos (6.2832 x 10-5 t) = ± 1, eli silloin:

de(t)/dt = ± 1.6643 x 10-6 vuodessa

  • Pienin muutosnopeus tapahtuu, kun cos (6.2832 x 10-5 t) = 0, jolloin muutosnopeus on nolla:

de(t)/dt = 0

Näiltä osin yhteenveto

Eksentrisyyden muutosnopeus ajan funktiona on erittäin hidas, korkeintaan n. ± 1.6643 x 10-6 eksentrisyyden yksikköä vuodessa. Tämä hidas vaihtelu tukee sitä, että 100 000 vuoden sykli ei vaikuta merkittävästi nykyilmastoon.

Ihmisen aiheuttama muutosnopeus (CO2 -pitoisuuden kasvuvauhti)

Voimme yksinkertaistaa ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen muutosnopeutta yksinkertaisella differentiaaliyhtälöllä, joka kuvaa esimerkiksi kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin (CO₂), pitoisuuden nopeaa kasvua. Tällöin voidaan tarkastella hiilidioksidipitoisuutta ajan funktiona.

Yksinkertainen differentiaaliyhtälö ihmisen aiheuttamalle hiilidioksidipitoisuuden muutokselle voisi olla muotoa:

dC(t)/dt = r C(t)

  • C (t) = hiilidioksidipitoisuus ajan hetkellä t.
  • r = kasvunopeuskerroin, joka kuvastaa ihmisen aiheuttamaa hiilidioksidin nopeaa kertymistä ilmakehään (esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden käytön vaikutus).
  • dC(t)/dt kuvaa hiilidioksidipitoisuuden muutosnopeutta ajan suhteen.

Tämä on eksponentiaalinen kasvu, jossa hiilidioksidipitoisuus kasvaa ajan myötä, ja mallinnus osoittaa ihmisen aiheuttaman nopean muutoksen ilmastossa verrattuna Milankovićin syklien luonnollisiin ja hitaisiin vaihteluihin.

Perustelut

  • Milankovićin syklien eksentrisyyden ja muiden tekijöiden vaikutus ilmastoon on erittäin hidas ja tapahtuu kymmenien tuhansien vuosien aikana. Esimerkiksi eksentrisyyden vaihtelu antaa muutosnopeudeksi vain ≈ 1.6643 x 10-6 yksikköä vuodessa.
  • Ihmisen aiheuttama hiilidioksidipitoisuuden nousu on huomattavasti nopeampi, sillä hiilidioksidin pitoisuus on kasvanut yli 50 % esiteollisesta ajasta vain ≈ 150–200 vuoden aikana.

Tämän teeman toistaminen ei ehkä miellytä kaikkia, mutta pyrin tässä selvittämään tätä perus ideaa luonnollisten ja ihmisen aiheuttamien muutosnopeuksien suhteella, missä ihmisen toiminta hyvin selkeästi nykyistä ilmastoa dominoi.

 

 

HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(FMI)

el. vanh. tut. ava.tek.elektr. ins. fys.

Teoriat ja mielipiteet ovat omiani, ne eivät edusta instituutteja tai organisaatioita. Ajalla ei ole partikkelia (toistaiseksi) valolla on.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu