Milanković revisited

 

Bron: Sime et al 2009

Kort geleden hebben Tzedakis et al met hun publicatie in Nature een waardevolle  toevoeging gedaan aan de theorie van de Milanković uit 1941. Die astronomische theorie geeft een verklaring voor de afwisseling van glacialen en interglacialen gedurende het Pleistoceen. In bovenstaande grafiek is een reconstructie te zien die Sime et al gemaakt hebben van de temperatuur op basis van de proxies Deuterium en 18O in 3 ijskernen. Het heden (0 jaar BP) is links in de grafiek. Te zien is dat glacialen ongeveer 100.000 jaar duren en afgewisseld worden door kortstondige warme periodes, interglacialen. Die 100.000  jaar is de lengte van de glacialen gedurende de afgelopen 1 miljoen jaar; in de eerste 1,6 miljoen jaar van het Pleistoceen duurden de glacialen aanmerkelijk korter, ongeveer 41.000 jaar. Die laatste periodiciteit komt overeen met de theorie van Milanković.

 

 

 

 

Milanković bepaalde aan de hand van excentriciteit, obliquiteit en precessie de invloed van elk van deze parameters met betrekking tot de instraling van de zon (solar forcing) op 65° NB en 21 juni. De excentriciteit van de baan van de aarde rond de zon kent periodiciteitscycli van 95, 125 en 400 kyr (=duizend jaar). Obliquiteit, de variatie in de hoek die de aardas maakt ten opzichte van het vlak waarin de aarde rond de zon draait, ken een periodiciteit  van 41kyr, terwijl de precessie (tolbeweging van de aardas) cycli van 19, 22 en 24 kyr kent. De laatste 2 parameters hebben invloed op de solar forcing vanwege de ongelijke verdeling van landmassa’s op aarde.

Optelsom van deze 3 vormt de totale solar forcing in onderstaande grafiek:

Bron:  Wikipedia

Gedurende de eerste 1,6 miljoen jaar van het Kwartair volgden de interglacialen elkaar op met een frequentie van 41.000 jaar, het gevolg van de dominantie van obliquiteit en precessie. Gedurende de laatste 1 miljoen jaar van het Kwartair  wordt de gemiddelde afstand tussen interglacialen ongeveer 100.000 jaar, en heeft niet elke piek in de zomerinstraling een interglaciaal meer tot gevolg. 12 van de 25 instralingspieken waren ‘skipped’, d.w.z. hadden geen interglaciaal tot gevolg. Tzedakis et al vinden in hun publicatie een mogelijk antwoord op de vraag hoe dat komt.

In onderstaande grafiek is weergegeven het voorkomen van interglacialen en de dagelijkse gemiddelde instraling op 21 juni. Te zien is dat niet elke piek in zomerinstraling een interglaciaal tot gevolg heeft.

Precessie is de belangrijkste factor voor de zomerinstraling. Een probleem is dat wanneer de aarde het dichtst bij de zon staat (perihelion) de zomers korter zijn, wat smelt van ijs vermindert. Bovendien zorgt een toename van de obliquiteit voor een toename in de zomerinstraling van de zon. Milanković gebruikte daarom  de ‘caloric summer half-year insolation’, de som van de totale instraling gedurende  het zomerhalfjaar. Voor 65° NB betekent dat een mij of meer gelijk effect van precessie en obliquiteit.

Bron: www.britannica.com/science/Cordilleran-Ice-Sheet

Interglacialen worden in de studie van Tzedakis gedefinieerd als periodes met afwezigheid van landijsmassa’s op het NH, met uitzondering van die op Groenland. Tijdens glacialen bevinden zich ook landijsmassa’s in het O van Canada ( De Hudsonbaai is de deuk in de aardkorst als gevolg van die ijsmassa) en op Scandinavië ( met de Oostzee als overblijfsel). In onderstaande grafiek hebben de onderzoekers de interglacialen, interstadialen (kortstondige opwarming zonder complete deglaciatie)  en verlengde interglacialen afgezet tegen de pieken in zomerinstraling gedurende het Kwartair. Duidelijk is te zien dat de interglacialen van de eerste 1,6 miljoen jaar zich boven de lijn van 5.945 GJ/m2 bevinden.  Blijkbaar is die totale zomerinstraling de drempelwaarde om een interglaciaal te doen ontstaan.

Each insolation peak is plotted according to the classification as the onset of an interglacial (red circles), a continued interglacial (black diamonds) or an interstadial (light blue triangles)

Onduidelijker wordt het gedurende de laatste 1 miljoen jaar.  Blijkbaar ligt de energiedrempel daar hoger dan in het verleden. Om op deze discrepantie grip te krijgen introduceren de onderzoekers een eenvoudige extra factor: de tijd.  Men gaat er van uit dat naarmate een glaciaal langer duurt, de onstabiliteit toeneemt en de energie die nodig is om een interglaciaal te triggeren lager wordt. Die relatief eenvoudige aanname is raak zoals onderstaande grafiek aantoont:

De zogenaamde effectieve energie waarboven een interglaciaal ontstaat is dus afhankelijk van de hoogte van de piek van de zomerinstraling plus de tijd die is verstreken vanaf het laatste interglaciaal:

Met deze relatief eenvoudige introductie van de tijd is een robuust  model gecreëerd. Om te achterhalen hoe robuust voeren de onderzoekers simulaties uit waarbij men het model laat voorspellen wanneer er een interglaciaal zou moeten ontstaan gedurende de afgelopen 1 miljoen jaar.  Het model voorspelt correct de interglacialen van de afgelopen 1 miljoen jaar.

Blijft natuurlijk de vraag welk proces/processen de achterliggende oorzaken vormen van het feit dat de tijd een verklarende factor vormt. Genoeg vraagtekens voor vervolgonderzoek!