Det är tre olika periodiska förändringar av jordens omloppsbana som utgör Milanković-cyklerna. Dessa påverkar solinstrålningens fördelning under olika årstider och olika delar av jordklotet. Milanković-cyklerna har olika lång periodicitet vilket gör att de ibland motverkar varandra och ibland samverkar.
Milanković-cyklerna brukar anses vara den dominerande faktorn för uppkomsten av istider med lite drygt 100 000 års mellanrum. Men till detta kommer flera mycket viktiga återkopplingsmekanismer. Koldioxidhalten uppvisar stor samvariation med temperaturen. På dessa långa tidsskalor åtföljs en fallande global medeltemperatur av lägre koldioxidhalt, vilket förstärker avkylningen. På liknande sätt åtföljs en stigande global medeltemperatur av stigande koldioxidhalt. När snö- och istäcken växer reflekteras större andel av den inkommande solstrålningen. Det omvända gäller när snö- och istäcken krymper.
Under de senaste 1-2 miljoner åren (kvartärtiden) har istider omväxlande med kortare värmeperioder dominerat det globala klimatet. Om vi går ännu längre tillbaka i tiden tillkommer andra mycket viktiga klimatfaktorer som kontinentalförskjutningar, bergskedjeveckningar med mera. Under perioderna som föregick kvartär (miocen och pliocen) var dessutom koldioxidhalten högre än under kvartär, vilket förmodligen förklarar varför istider inte förekom då.
Jordbanans excentricitet
Jordens bana kring solen är nästan cirkelformad, men på grund av påverkan från gravitation från främst planeterna Jupiter och Saturnus antar jordbanan en svagt elliptisk form.
Variationen från jordbanans mest cirkulära form till den mest elliptiska formen och tillbaka till den mest cirkulära sker med en periodicitet på cirka 100 000 år.
Den svagt elliptiska banan medför att jorden under sin årliga gång har ett närmaste avstånd till solen (perihelium) och ett längsta avstånd till solen (aphelium).
För närvarande infaller perihelium omkring den 3 januari (norra halvklotets vinter) och aphelium inträffar omkring den 5 juli (norra halvklotets sommar). Det innebär att den inkommande solstrålningen är cirka 7 % större i januari än i juli.
När jordbanan är som mest elliptisk är den solinstrålning som når jorden vid perihelium omkring 23% större än den solinstrålning som når jorden vid aphelium.
Framtida trend
Trenden för närvarande i denna 100 000-åriga cykel är att jordbanan blir mindre elliptisk och närmar sig sin mest cirkulära form.
Förändring av jordaxelns lutning
Med en periodicitet av 41 000 år varierar jordaxelns lutning mellan 22,1° och 24,5°. För närvarande lutar jordaxeln 23,4° mot horisontalplanet.
När lutningen är som minst ligger norra polcirkeln omkring 145 kilometer längre norrut än i dag, det vill säga ungefär i höjd med Kiruna.
När lutningen är som störst ligger norra polcirkeln omkring 120 kilometer längre söderut än i dag, det vill säga ungefär i höjd med Luleå.
När norra polcirkeln förskjuts norrut så förskjuts i samma grad Kräftans vändkrets söderut och vice versa. Ekvatorns position påverkas dock inte av den här variationen i jordaxelns lutning.
Ju större lutning desto mer solstrålning under respektive halvklots sommar och och mindre solenergi under vintern. Med andra ord varmare somrar och kallare vintrar.
Kraftig lutning på jordaxeln ger isavsmältning
En svag lutning av jordaxeln, det vill säga mindre skillnad mellan årstiderna, har en positiv inverkan på tillväxt av glaciärer och inlandsisar.
En stor lutning av jordaxeln och hög solinstrålning sommartid bidrar däremot till avsmältning av inlandsisar. Detta trots att det samtidigt är kallare vintrar, men kalla vintrar är inte nödvändigtvis snörika.
Framtida trend
Jordaxelns lutning är för närvarande 23,4° och trenden under kommande årtusenden är att lutningen kommer att minska.
Precession - Jordbanans wobbling
Den tredje periodiska variationen kan vara den som är svårast att visualisera och förstå intuitivt. Det är egentligen två olika processer. Dels en wobbling hos jordaxeln med en periodicitet av cirka 25 700 år och dels en wobbling hos jordbanans orbitalplan med en periodicitet av cirka 112 000 år.
Dessa processer får en kombinerad periodicitet av cirka 23 000 år resulterar i att den punkt av omloppsbanan där jorden befinner sig som närmast solen ömsom inträffar under norra halvklotets sommar och ömsom under södra halvklotets sommar. Däremellan ligger den nära höstdagjämning eller vårdagjämning.
Framtida trend
För närvarande är jorden som närmast solen (perihelium) i början av januari. Det vill säga under norra halvklotets vinter. Under de kommande 13 000 åren kommer denna tidpunkt att via vårdagjämningspunkten förskjutas till norra halvklotets sommarsolstånd.
Detta ska inte förväxlas med den så kallade skottårscykeln som handlar om att vi måste stoppa in en extra skottdag vart fjärde år för att hålla årstiderna i fas med solen. Men detta är ett kalendariskt fenomen som orsakas av att ett astronomiskt år inte är exakt 365 dygn. Utan skottdagar skulle julen i slutet av det här årtusendet infalla under norra halvklotets sommar.
Jordbanans wobbling är ett rent astronomiskt fenomen som är helt oberoende av mänskliga kalendrar och tideräkning.
Istid är det vanligaste tillståndet
Den sammanlagda effekten av Milanković-cyklerna är i typfallet ett tillstånd som är neutralt eller gynnsamt för tillväxt av inlandsisar och glaciärer. Detta gäller för en period av ungefär lite drygt 100 000 år.
Däremellan inträffar mellanistider (värmetider) på ungefär 10 000–15 000 år med isavsmältning av hela eller stora delar av inlandsisarna. Eftersom det är på norra halvklotet som de stora kontinenterna och bergskedjorna finns så är det förhållandena för detta halvklot som är styrande.
Man brukar betrakta solinstrålningens styrka sommartid på ungefär 65 grader nordlig bredd som den viktigaste faktorn för istillväxt respektive isavsmältning. Förutsättningen för isavsmältning skulle då vara som störst när jordaxeln har maximal lutning och norra halvklotets sommarsolstånd inträffar då jorden befinner sig som allra närmast solen.
Variationer mellan olika mellanistider
Eftersom de tre Milanković-cyklerna har olika periodicitet, 23 000, 41 000 och 100 000 år, så blir förhållandena inte exakt lika från den ena mellanistiden (värmetiden) till den andra.
Enligt den senaste IPCC-rapporten uppskattas att den globala medeltemperaturen under den näst senaste mellanistiden (interglacialen), den så kallade eem-tiden, låg 0,5-1,5 grader över den globala medeltemperaturen för perioden 1850-1900.
Istidskronologi
Med en periodicitet på lite drygt 100 000 år har istider och mellanisider omväxlande uppträtt på jorden. Det vill säga en periodicitet som ligger nära periodiciteten hos jordbanans excentricitet. Mellanistiderna (interglacialerna) har varit betydligt kortare än istiderna (glacialerna).
Periodernas namn har ofta fått namn efter fyndplatser och vissa perioder har alternativa namn.
Tidpunkterna för de olika perioderna kan variera något mellan olika källor och de kan också komma att modifieras något genom ny forskning.
| Antal år sedan | Alternativa namn | ||
|---|---|---|---|
| Mellanistid | Holocen | 11 500 - nutid | Postglaciala värmetiden |
| Istid | Weichsel | 115 000 - 11 500 | Kallas Würm i Alperna |
| Mellanistid | Eem | 130 000 - 115 000 | |
| Istid | Saale | 240 000 - 130 000 | Kallas Riss i Alperna |
| Mellanistid | Holstein | Ca 250 000 | |
| Istid | Elster | Ca 400 000 |
Under kvartärperioden, det vill säga de senaste 2,6 miljoner åren, har det förekommit omkring 50 olika istider. Fram till för omkring 800 000 år sedan var periodiciteten cirka 40 000 år, det vill säga nära periodiciteten för jordaxelns lutning. Det är än så länge inte känt varför periodiciteten ändrades.
Nästa istid ?
Eftersom jordbanan långsamt närmar sig sin mest cirkulära form förväntas den innevarande mellanistiden bli ovanligt lång jämfört med de tidigare mellanistiderna. Till detta kommer de svåröverblickbara långsiktiga konsekvenserna av de antropogena utsläppen av växthusgaser.