Die Milankovitch-Zyklen beschreiben, wie sich relativ geringfügige Änderungen der Erdbewegung auf das Klima des Planeten auswirken. Die Zyklen sind nach Milutin Milankovitch benannt, einem serbischen Astrophysiker, der laut dem American Museum of Natural History (AMNH) Anfang des 20. Jahrhunderts damit begann, die Ursache der alten Eiszeiten der Erde zu untersuchen.
Die Erde erlebte die jüngsten Eiszeiten während des Pleistozäns, das von 2,6 Millionen Jahren bis vor 11.700 Jahren dauerte. Nach Angaben des Paläontologischen Museums der Universität von Kalifornien waren sogar die gemäßigteren Regionen der Welt Tausende von Jahren lang mit Gletschern und Eisplatten bedeckt.
Um festzustellen, wie die Erde im Laufe der Zeit so große Klimaveränderungen erfahren kann, hat Milankovitch Daten über die Variationen der Erdposition mit der Zeitachse der Eiszeiten während des Pleistozäns aufgenommen. Er untersuchte die Variationen der Erde in den letzten 600.000 Jahren und berechnete die unterschiedlichen Mengen an Sonnenstrahlung aufgrund der sich ändernden Umlaufbahnparameter der Erde. Auf diese Weise konnte er laut AMNH geringere Mengen an Sonnenstrahlung in den hohen nördlichen Breiten mit früheren europäischen Eiszeiten in Verbindung bringen.
Milankovitchs Berechnungen und Diagramme, die in den 1920er Jahren veröffentlicht wurden und heute noch zum Verständnis des vergangenen und zukünftigen Klimas verwendet werden, führten ihn zu dem Schluss, dass es drei verschiedene Positionszyklen mit jeweils eigener Zykluslänge gibt, die das Klima auf der Erde beeinflussen: die Exzentrizität der Erdumlaufbahn, axiale Neigung des Planeten und Wackeln seiner Achse.
Exzentrizität
Die Erde umkreist die Sonne in einer ovalen Form, die als Ellipse bezeichnet wird, wobei sich die Sonne an einem der beiden Brennpunkte befindet. Die Elliptizität ist ein Maß für die Form des Ovals und wird nach Swinburne durch das Verhältnis der Semiminorachse (die Länge der kurzen Achse der Ellipse) zur Semimajorachse (die Länge der langen Achse der Ellipse) definiert Universität. Ein perfekter Kreis, in dem sich die beiden Brennpunkte in der Mitte treffen, hat eine Elliptizität von 0 (niedrige Exzentrizität), und eine Ellipse, die auf fast eine gerade Linie gequetscht wird, hat eine Exzentrizität von fast 1 (hohe Exzentrizität).
Laut dem Earth Observatory der NASA ändert die Erdumlaufbahn ihre Exzentrizität im Laufe von 100.000 Jahren geringfügig von fast 0 auf 0,07 und wieder zurück. Wenn die Erdumlaufbahn eine höhere Exzentrizität aufweist, erhält die Planetenoberfläche 20 bis 30 Prozent mehr Sonnenstrahlung, wenn sie sich im Perihel befindet (der kürzeste Abstand zwischen Erde und Sonne auf jeder Umlaufbahn) als im Aphel (der größte Abstand zwischen Erde und Erde) Sonne jede Umlaufbahn). Wenn die Erdumlaufbahn eine geringe Exzentrizität aufweist, gibt es kaum einen Unterschied in der Menge der Sonnenstrahlung, die zwischen Perihel und Aphel empfangen wird.
Heute beträgt die Exzentrizität der Erdumlaufbahn 0,017. Beim Perihel, das jedes Jahr am oder um den 3. Januar auftritt, erhält die Erdoberfläche etwa 6 Prozent mehr Sonnenstrahlung als beim Aphel, das am oder um den 4. Juli auftritt.
Axiale Neigung
Die Neigung der Erdachse relativ zur Ebene ihrer Umlaufbahn ist der Grund, warum wir Jahreszeiten erleben. Laut der Indiana University Bloomington verändern geringfügige Änderungen der Neigung die Menge der Sonnenstrahlung, die auf bestimmte Orte der Erde fällt. Im Verlauf von etwa 41.000 Jahren variiert die Neigung der Erdachse, auch als Schrägstellung bekannt, zwischen 21,5 und 24,5 Grad.
Wenn sich die Achse in ihrer minimalen Neigung befindet, ändert sich die Menge der Sonnenstrahlung zwischen Sommer und Winter für einen Großteil der Erdoberfläche nicht wesentlich, und daher sind die Jahreszeiten weniger streng. Dies bedeutet, dass der Sommer an den Polen kühler ist, wodurch Schnee und Eis im Sommer und im Winter bestehen bleiben und sich schließlich zu riesigen Eisplatten aufbauen können.
Heute ist die Erde laut EarthSky um 23,5 Grad geneigt und nimmt langsam ab.
Präzession
Die Erde wackelt nur leicht, wenn sie sich um ihre Achse dreht, ähnlich wie wenn sich ein Kreisel verlangsamt. Dieses als Präzession bekannte Wackeln wird hauptsächlich durch die Schwerkraft von Sonne und Mond verursacht, die an den äquatorialen Ausbuchtungen der Erde ziehen. Das Wackeln ändert nicht die Neigung der Erdachse, aber die Ausrichtung ändert sich. Laut der Washington State University schwankt die Erde in etwa 26.000 Jahren in einem vollständigen Kreis.
Jetzt und in den letzten mehreren tausend Jahren wurde die Erdachse mehr oder weniger nach Norden in Richtung Polaris gerichtet, auch als Nordstern bekannt. Aber das allmähliche Präzessionswackeln der Erde bedeutet, dass Polaris nicht immer der Nordstern ist. Vor ungefähr 5.000 Jahren war die Erde mehr auf einen anderen Stern gerichtet, Thubin. Und in ungefähr 12.000 Jahren wird sich die Achse etwas mehr um ihren Präzessionskreis bewegt haben und in Richtung Vega zeigen, das der nächste Nordstern wird.
Wenn die Erde einen Präzessionszyklus abschließt, ändert sich die Ausrichtung des Planeten in Bezug auf Perihel und Aphel. Wenn eine Hemisphäre während des Perihels (kürzester Abstand zwischen Erde und Sonne) auf die Sonne gerichtet ist, wird sie während des Aphels (größter Abstand zwischen Erde und Sonne) weg gerichtet, und das Gegenteil gilt für die andere Hemisphäre. Die Hemisphäre, die während des Perihels auf die Sonne zeigt und während des Aphels weg ist, erfährt extremere saisonale Kontraste als die andere Hemisphäre.
Derzeit findet der Sommer der südlichen Hemisphäre in der Nähe des Perihels und der Winter in der Nähe des Aphels statt, was bedeutet, dass die südliche Hemisphäre extremere Jahreszeiten aufweist als die nördliche Hemisphäre.
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