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| ミランコヴィッチメニューへ戻る FEATURES | February 27, 2020 Milankovitch (Orbital) Cycles and Their Role in Earth's Climate By Alan Buis, NASA's Jet Propulsion Laboratory 特集｜2020年2月27日 ミランコビッチ（軌道）サイクルとその地球気候への役割 アラン・ブイ、ＮＡＳＡのジェット推進研究所 私たちの生活は文字通りサイクルを中心に回っている：同じ順序で定期的に繰り返される一連のイベント。私たちの世界や宇宙には、何百もの異なるタイプのサイクルがあります。季節の変わり目や動物の移動、睡眠パターンを支配する概日リズムなどの自然なものもあります。また、作物の成長と収穫、音楽のリズム、経済のサイクルなど、人間が作り出したものもあります。 サイクルは、地球の短期的な天候や長期的な気候にも重要な役割を果たしています。100年前、セルビアの科学者ミルチン・ミランコビッチは、太陽に対する地球の位置の変化が長期的な集団的影響を与えていることが、地球の長期的な気候の強力な推進力となり、氷河期（氷河期）の始まりと終わりの引き金となっていると仮説を立てました。 具体的には、3種類の地球の公転運動の変化が、日射量（日射量）が地球の大気圏上部に到達する量と、その日射量が到達する場所にどのように影響するかを調べました。これらの周期的な軌道運動は、ミランコビッチサイクルと呼ばれるようになり、地球の中緯度（赤道の北緯30度から南緯60度の間に位置する地球の地域）では、日射量が最大25％も変化することになりました。 ミランコビッチ周期には次のようなものがあります。 1.偏心（離心率）として知られる地球の公転軌道の形状。 2.地球の軸が地球の軌道面に対して傾いている角度。 3.地球の自転軸が向いている方向のことを、偏位といいます。 それぞれを見てみましょう（ミランコビッチ周期で地球温暖化が説明できない理由については、こちらをご覧ください）。  偏心 - 地球の太陽の周りを一年に一度の巡礼は完全な円形ではありませんが、かなり近いです。時間の経過とともに、太陽系の2つの大きなガス惑星である木星と土星からの重力によって、地球の軌道の形はほぼ円形からわずかに楕円形に変化します。偏心とは、地球の軌道の形が真円からどれだけ離れているかを示すものです。この変化は、地球と太陽の距離に影響を与えます。 現在、北半球の夏は冬よりも約4.5日長く、春は秋よりも約3日長くなっています。偏心が少なくなると、季節の長さは徐々に変化していきます。 毎年1月3日頃に太陽に最も近づく近日点と、7月4日頃に太陽から最も遠くに離れる遠日点との距離の差は、現在約510万km（約320万マイル）で、その差は3.4％です。つまり、毎年1月には、毎年7月よりも約6.8％多くの太陽放射が地球に到達していることになります。 地球の軌道が最も楕円であるとき、太陽から最も遠いところから出発したときよりも、地球が太陽に最も接近したときの方が、毎年約23％多くの太陽放射が地球に到達する。現在、地球の偏心率は最も低い楕円形（最も円形）に近く、約10万年の周期で非常にゆっくりと減少している。 偏心サイクルによる全球の年間日射量の変化は非常に小さい。地球の偏心の変動はかなり小さいので、年間の季節的な気候変動の中では比較的小さな要因である。  斜位（地軸の傾き） - 地球の自転軸が太陽の周りを回るときに傾いている角度を斜位といいます。斜角があるからこそ、地球に季節があるのです。過去100万年の間に、地球の公転面に対して垂直に22.1度から24.5度の間で変化してきました。地球の軸方向の傾き角が大きいほど、季節は極端になります。傾斜角が大きいほど、脱氷期（氷河や氷床が溶けて後退すること）が有利になる。これらの影響は全地球的に一様ではなく、赤道に近い地域よりも緯度の高い地域の方が全日射量の変化が大きい。 現在、地球の軸は23.4度、つまり両極端の間の約半分の角度で傾いており、この角度は約41,000年のサイクルでゆっくりと減少しています。傾きが最大になったのは約10,700年前で、今から約9,800年後に最小になる。斜度が減少すると、それは徐々に私たちの季節を穏やかなものにし、その結果、冬はますます暖かくなり、夏は涼しくなり、時間の経過とともに徐々に高緯度の雪と氷が大きな氷床を形成することを可能にします。氷の覆いが増えると、太陽のエネルギーをより多く宇宙に反射し、さらに冷え込みを促進します。  プリセッション（地球の歳差運動） - 地球が回転しているとき、それはその軸にわずかにぐらつき、わずかに中心から外れて回転しているおもちゃの上のように。このぐらつきは、太陽と月の引力の影響で引き起こされる潮汐力によるもので、地球が赤道で膨らみ、地球の自転に影響を与えます。このぐらつきの方向が、星の固定位置に対してどのように変化するかを、軸方向の後退といいます。軸方向の後退の周期は約25,771.5年である。 軸方向の偏移によって、一方の半球では季節のコントラストが極端になり、他方の半球では極端にならない。現在、近日点は北半球では冬に、南半球では夏に発生しています。これにより、南半球の夏はより暑くなり、北半球の季節変動は緩和される。しかし、約13,000年後には、軸方向の偏移によって、これらの条件が逆転し、北半球では日射量がより極端になり、南半球では季節の変動がより緩やかになると考えられています。 また、軸ずれは季節のタイミングを徐々に変え、時間の経過とともに季節の始まりが早くなり、地球の軸が北極（北極星）のどの星を指しているかを徐々に変えていきます。現在の地球の北極星は北極星と南極星ですが、数千年前はコチャブ星とペルカド星でした。 また、遠近法的な後退もあります。地球の軸がぐらつくだけでなく、地球の軌道楕円体全体が不規則にぐらつくのは、主に木星や土星との相互作用によるものです。等速線後退の周期は約112,000年にもわたっています。楕円面に対する地球の軌道の向きが変化する。 軸方向の後退と等速線方向の後退の効果を合わせると、平均で約23,000年の全体的な後退の周期になる。 気候のタイムマシン ミランコビッチのサイクルによって引き起こされた小さな変化は、別々に、そして一緒に動作して、非常に長い期間にわたって地球の気候に影響を与え、数万年から数十万年の間に私たちの気候に大きな変化をもたらします。ミランコビッチは、これらのサイクルを組み合わせて、地球の様々な緯度での日射量の違いとそれに対応する地表面の温度を計算するための包括的な数学モデルを作成しました。このモデルは気候のタイムマシンのようなもので、過去と未来の気候条件を調べるために、過去と未来をさかのぼって実行することができる。 ミランコビッチは、ある緯度や季節の日射量の変化が、氷床の成長や後退に他のものよりも重要であると仮定していました。さらに、彼の考えでは、地球の北側高緯度地域の夏の日射量に影響を与えるため、気候には3つのサイクルのうち、斜行が最も重要であるとされていました（斜行と斜行の相対的な役割については、現在でも科学的な研究が行われています）。 彼は氷河期が約41,000年ごとに起こると計算しました。その後の研究では、100万年前から300万年前までの間に41,000年間隔で氷河期が発生したことが確認されています。しかし、約80万年前には氷河期の周期が10万年に延び、地球の偏心周期と一致していました。この変化を説明するために様々な説が提案されていますが、科学者たちはまだ明確な答えを持っていません。 ミランコビッチの研究は同時代の他の研究者にも支持され、彼は彼の仮説について多くの論文を発表した。しかし、世界の科学界が彼の仮説に真剣に注目し始めたのは、1958年の死後約10年後のことでした。1976年、深海堆積物のコアを用いたヘイズらの研究により、ミランコビッチ周期は過去45万年の大規模な気候変動の時期に対応しており、地球の軌道変動が異なる段階にあるときに氷河期が発生していることが明らかになりました。 他のいくつかのプロジェクトや研究でもミランコビッチの研究の妥当性が認められており、グリーンランドや南極のアイスコアのデータを用いた研究では、何十万年も前のミランコビッチ周期を示す強力な証拠が得られています。また、彼の研究は、アメリカの国立科学アカデミーの国立研究評議会にも受け入れられています。 地球の自転の変化を引き起こすメカニズムや、ミランコビッチサイクルが気候にどのように影響を与えるのかをよりよく理解するための科学的研究は現在進行中である。しかし、氷河-間氷期サイクルのタイミングを駆動しているという理論は十分に受け入れられています。 |