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大冰期10万年周期为什么特别显著？

已有 1697 次阅读 2024-1-30 05:37 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

大冰期10万年周期为什么特别显著？

杨学祥

关键提示

惊人的发现：冰川周期二氧化碳驱动和轨道驱动合二为一

美国明尼苏达大学的一个科学家小组研究发现：两百多万年前，地球开始变得寒冷，南极洲出现了冰封并形成了存在至今的冰盖。冰盖与冰川时而生长，时而退缩，覆盖的面积处在不断的变化之中。地球北半球冰盖的增长和退缩周期为10万年。

用于解释地球冰期10万年周期的假说主要有两个，一个是二氧化碳驱动，即地球大气中二氧化碳浓度的变化影响了全球气候。另一个是轨道驱动，指的是地球轨道的变化造成太阳辐射的变化，阳光更温暖了便会造成冰期的终结。后者又叫做米兰柯维奇循环。

其实，冰川周期二氧化碳驱动和轨道驱动是合二为一的，我们在2006年就提出了两种驱动机制之间的联系。

我们在2006年发现，水星、金星、地球、火星的轨道偏心率分别为0.206、0.007、0.017、0.093，大气浓度分别为极其稀薄、浓密、标准、稀薄。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。

这就是说，地球轨道偏心率是不断变化的，周期为10万年。地球的轨道偏心率目前为0.017，地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607。按照米兰柯维奇循环，由于接收太阳能量的变化，地球轨道偏心率小时为间冰期，轨道偏心率大时为冰期。与此同时，由于较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。

这一科学观点被忽视了12年之久。

但米兰柯维奇循环中仍然有一个大问题尚未得到解释，即冰期的终结时间为什么会从41000年突然转变为10万年。

黄赤交角变化周期为41000年，地球轨道偏心率变化周期为10万年。冰期的终结时间从41000年突然转变为10万年，表明地球轨道偏心率变大造成的大气丢失和温室效应减弱逐渐成为主要因素，地球轨道偏心率最大值在不断变大。例如，地球和火星的轨道偏心率分别为0.017和0.093，大气浓度分别为标准和稀薄。如果地球轨道偏心率最大值增大为0.093，与火星相同，气温变冷和缺少足够大气，人类生存的条件都难以维持。

参考文献

杨冬红, 杨学祥, 刘财. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温.地球物理学进展.2006,21（3）：1023-1027

相关博文

网址链接：http://www.infzm.com/content/47274

http://www.360doc.com/content/15/0814/23/16043777_491698241.shtml

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1098180.html

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杨正瓴

[讨论] 引力会怎样？假定米兰科维奇理论 Milankovitch theory 足够精确

已有 276 次阅读 2024-1-29 22:52 |个人分类:天气与全球变化|系统分类:科研笔记

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[讨论] 引力会怎样？假定米兰科维奇理论 Milankovitch theory 足够精确

地球空间运动： motion of the Earth in space

牛顿引力常数： Newtonian constant of gravitation

宇宙的未来： future of the universe

统一场论： unified field theories

修改的引力理论： modified gravitationed theory；alternative gravitationed theory

其他相对论性引力理论： other relativistic gravitational theories

本文的要点：

寻找修改万有引力定律的实验证据，

特别是过去百万年以上时间的地球运动客观证据。

去年（2023年）暑假期间，学习了“2023年暑期教师研修”里“科学素养提升”里的《理解宇宙02》。对我们的大宇宙的结局有点好奇。

目前主流观点：宇宙的终极命运处于“大冻结”和“大撕裂”的边缘。差不多就是《三体3：死神永生》。

此外，目前“统一场”中引力一直没有得到良好的处理。会不会与“对引力的认识尚不完善”有关？

一、起因

（1）目前主流结果：牛顿引力常数的精度在万分之 0.22 。

G = ( 6.6743 ± 0.00015 ) × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻².

当进行 10万以上的地球公转轨道等计算时，牛顿引力常数的不确定度会引起多大的误差？且不讨论广义相对论的精度。

（2）仅依据近几百年的天文观测，怎么保证对过去（或未来）数十万年、数百万年以上的地球轨道精确计算？

二、[资料] 地球古气候重构

图1 近三百万年来的重大跨冰期长期变化

黄色阴影表示由δ13Cmax到北极冰盖事件的转折期，虚线表示与偏心率最低值对应的δ13Cmax，红色曲线为偏心率（据Wang et al.，2014改）

Fig. 1. Major transglacial long-term changes over the last three million years

http://www.earth-science.net/cn/article/doi/10.3799/dqkx.2022.248?viewType=HTML

上图可用于帮助理解本博文的思路。

三、主要假设：引力会怎样？

（1）假定“米兰科维奇理论 Milankovitch theory”足够精确，即隐含假定近几百万年地球表面变化并不明显。即假设，“地球表面变化”不是地球气候变化的主要原因。

从地球古气候重构结果，反推“地球的运动状态”。

（2）约10万年的偏心率周期信号却很强，就是因为地球轨道客观上存在这个明显的10万年周期。

（3）气候变化的主周期为何会在80万～120万年期间发生转型，就是因为地球轨道客观上存在这个转型。

不难想象：地球轨道运动，地球古气候重构，地球表面变化，……，几个领域研究结果越来越正确时，会相互促进其它领域、学科的发展。

实际上，假如质量之间存在“运动效应”，即类似电荷运动会出现磁场作用，则太阳系内的行星运动应该可以类比为一个宏观量子过程。

基尔比（Jack St. Clair Kilby）在2000-12-08 的诺贝尔演讲（Nobel Lecture）里写到：

Charles Townes won the Nobel Prize for his work in laser technology, and he summed up how I feel. Townes said, "It's like the beaver told the rabbit as they stared at the Hoover Dam. 'No, I didn’t build it myself. But it’s based on an idea of mine!'"

Nobel Lecture Jack Kilby 2000-12-08 裁剪出.png

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2000/kilby/lecture/

查尔斯·汤斯（Charles Hard Townes）因其在激光技术方面的工作获得了诺贝尔奖，他总结了我的感受。汤斯说：“这就像海狸盯着胡佛大坝对兔子说。‘不，它不是我自己亲自建造的。但它基于我的想法！’”

参考资料：

[1] 武向平. 天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑[J]. 物理，2015, 44(06): 411-417.

doi: 10.7693/wl20150610

https://wuli.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7693/wl20150610

[2] 2022-01-20，宇宙的未来/future of the universe/王一，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=179807&Type=bkzyb&SubID=87498

根据推测的宇宙学模型，宇宙的终极命运处于“大冻结”和“大撕裂”的边缘。

[3] 田军, 吴怀春, 黄春菊, 李明松, 马超, 汪品先, 2022. 从40万年长偏心率周期看米兰科维奇理论. 地球科学, 47(10): 3543-3568.

doi: 10.3799/dqkx.2022.248

[3-2] Tian Jun, Wu Huaichun, Huang Chunju, Li Mingsong, Ma Chao, Wang Pinxian, 2022. Revisiting the Milankovitch Theory from the Perspective of the 405 ka Long Eccentricity Cycle. Earth Science, 47(10): 3543-3568.

http://www.earth-science.net/cn/article/doi/10.3799/dqkx.2022.248?viewType=HTML

[4] 2023-05-12，米兰科维奇理论/milankovitch theory/鹿化煜，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=480966&Type=bkzyb&SubID=78211

10万年周期问题

偏心率调控的太阳辐射量变化很小，但是，在很多地质记录中，约10万年的偏心率周期信号却很强，尤其是在约120万年以来明显超出了地轴倾斜度和岁差的周期信号。学术界对10万年周期背后的驱动力和在中更新世气候变化的主周期从4万年转变成10万年的原因展开了研究。

关于10万年周期的解释主要有以下几个观点：①地球系统对偏心率调节的岁差变化的响应；②对地轴倾斜度变化的捆绑式响应；③对岁差和地轴倾斜度的联合响应，此外还有可能是系统内部的自振荡现象。

关于气候变化的主周期为何会在80万～120万年期间发生转型，主流的观点认为中更新世转型是大气CO²浓度的降低，全球变冷背景下的系统内部反馈作用发生变化造成的，尤其是冰反馈作用，一方面当冰盖累积到一定程度，产生“过剩冰”（excess ice），

[5] 2023-03-16，米兰科维奇理论/Milankovitch theory/方修琦，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=633824&Type=bkzyb&SubID=248202

传统的米兰科维奇理论也难以解释第四纪气候变化的若干重要现象：①古气候变化记录中以10万年为主要周期，但在地球参数变化此周期范围内所导致的辐射变化并不显著（10万年问题）。②最显著的冰期-间冰期转换发生在轨道参数变化很小的时期（11阶段问题）。③距今80万年前后气候变化的主周期由4.1万年变为10万年，但地球轨道参数并未发生变化（更新世晚期主周期转换问题），需要把轨道驱动与地球系统内部反馈机制结合起来考虑。

[6] 2023-06-04，水星近日点进动问题/problem of the advance of Mercury’s perihelion/童傅，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=72442&Type=bkzyb&SubID=87321

但是，这里仍存在两个问题：首先，根据牛顿定律，水星近日点应有每世纪 Δω_N = 5557.62 角秒的进动，其中的 90％是由坐标系的岁差引起，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值为 Δω_N = 5600.73 角秒，二者相减得每世纪 43.11 角秒。因此，岁差常数的任何微小变动，如有万分之一的变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。其次，影响水星近日点进动的因素很多，任何一个微小的因素，如太阳的扁率，对它都有直接影响。因此，这个问题尚需继续研究。

[7] Chris E. Forest, Peter Molnar, Kerry A. Emanuel. Palaeoaltimetry from energy conservation principles [J]. Nature, 1995, 374(6520): 347-350.

doi： 10.1038/374347a0

https://www.nature.com/articles/374347a0

[8] 周浙昆，2023-12-25，古植物学和物理学的一次联姻精选 https://blog.sciencenet.cn/blog-52727-1415282.html