Согласно теории циклов Миланковича, ледниковые периоды зависят от положения Земли и оси ее вращения в пространстве, что, в свою очередь, влияет на поток солнечной радиации. Из-за небольших колебаний в ориентации земной оси проявляются климатические циклы длительностью 41 и 21 тысяча лет. А циклы в 100 и 400 тысячу лет связаны с геометрией орбиты вокруг Солнца — эксцентриситетом.
Несмотря на подтверждение этой теории геологическими данными четвертичного периода, разграничить роли наклона оси, прецессии и эксцентриситета сложно, главным образом, из-за необходимости получения абсолютных датировок палеоклиматических записей. В новой работе ученые подошли к проблеме иначе — проанализировав кривые наступления и отступления оледенений.
Наиболая загадочная часть проблемы связана со 100-тысячелетними ледниковыми циклами, к которым тяготеет климат за последний миллион лет. Специалисты пока не смогли определить, что служит причиной смены ледникового режима — прецессия, наклонение оси или оба фактора.
Ученые из разных стран во главе с Стивеном Баркером из Университета Кардифф (Великобритания) применили для решения «проблемы 100000 лет» другой метод. Они исходили из того, что прецессия и наклон земной оси играют разные роли в отступлении ледников. В таком случае смещение фаз относительно друг друга отразятся на графиках оледенений и межледниковий. Статья об этом опубликована в журнале Science.
Информацию о температуре океана в доисторические периоды ученые черпают из раковин мелких животных — фораминифер. В них накапливается и хранится миллионы лет тяжелый изотоп кислорода — 18O. Чем теплее окан, тем больше изотопа в раковинах. Авторы проследили колебания кислорода-18 по трем независимым датасетам за последние 800 тысяч лет. На построенные графики они наложили графики фаз наклона земной оси и прецессии.
Пики на графиках 18O показали переломные моменты в ледниковых периодах — когда ледники уверенно отступали. Это совпадало с пиками фаз прецессий (минимумами) и наклона оси. Причем, первый фактор — главный для начала отступления ледника, а второй имеет большее значения для климата межледниковья и запуска нового оледенения. Также выяснилось, что окончание ледникового периода наступает вслед за уменьшением эксцентриситета земной орбиты.
Таким образом исследователи показали, что наступление и окончание ледниковых периодов в плейстоцене не случайны, а зависят от трех орбитальных факторов. Вклад каждого фактора им удалось разделить.
Новая модель позволила исследователям рассчитать начало следующего ледникового периода. Анализ динамики уровня изотопа 18O показал, что он продолжает снижаться. Но достигнут ли минимум, неизвестно. Если же не учитывать рост антропогенных выбросов, то, согласно прогнозу, следующее обледенение (вслед за фазой убывания наклона оси до минимума) наступит в течение ближайших 11 тысяч лет.