Planetární geografie je vědní obor, který se zabývá studiem povrchu, atmosféry a dalších fyzických vlastností planet, měsíců a dalších těles ve sluneční soustavě a mimo ni. Tento obor je interdisciplinární a kombinuje prvky geologie, astronomie, geofyziky a atmosférických věd. Krátká série keší zaměřených na planetární geografii se bude věnovat několika aspektům zemského tělesa.
K astronomickému zdůvodnění střídání glaciálu a interglaciálu lze použít teorii Milankovičových cyklů. Milutin Milankovič byl srbský matematik a fyzik, který se zabýval teorií vlivu sluneční činnosti na zemské klima. Ještě před ním se však těmito teoriemi zabýval Josef Adhémar (severní polokoule má ročně o 7 dní tmy víc než jižní = > Zalednění severní polokoule vysvětloval změnou sklonu zemské osy. Předpokládal, že díky precesi zemské osy se zalednění objevuje vždy na té polokouli, která má víc zimních dní, takže každou polovinu precesního cyklu, tj. každých asi 10 tisíc let, se budou střídat ledové doby na jižní a severní polokouli.) a James Croll (Slunce neovlivňuje jen precese, ale také excentricita oběžné dráhy Země kolem Slunce).
Milankovičova vědecká činnost se dá rozdělit do tří etap:
- Popsat geometrii jednotlivých planet a určit jejich vývoj v uplynulých staletích.
- Spočítat kolik sluneční energie dopadá na povrch planet v různých ročních obdobích a v různých šířkách.
- Matematický popis zemského klimatu.
Milankovič si pro svůj model vybral takovou konstelaci, která by nejlépe odpovídala globálním změnám. Nakonec si Milankovič vybral 55°, 60° a 65° severní šířky, letní polovinu roku a období 0 – 650 tisíc let. Adhémar uvažoval jen o precesi, Croll k ní přidal ještě excentricitu a Milankovič model doplnil o náklon zemské osy. Výsledný graf, ve kterém byly všechny výše zmiňované vlivy zakomponovány, velice úzce koreloval s průběhem ledových dob v Alpách, jak je r. 1909 popsal A. Penck a E. Brückner. Další desetiletí rozpracovával Milankovič radiační charakteristiky pro nižší geografické šířky a zabýval se vlivem ledové pokrývky na množství sluneční energie přijímané povrchem Země.
Hlavní výhoda Milankovičovy teorie spočívá v možnosti srovnat vypočtenou křivku se skutečným souvrstvím sedimentů. Bohužel, původně byla vybrána jako srovnávací materiál soustava říčních teras v Alpách (Donau, Günz, Mindel, Riss, Würm), která je postižena neustálým, nepravidelným výzdvihem alpského orogénu. Lokální faktory zde často převažují nad astronomickými příčinami a shoda s Milankovičovými parametry není důvěryhodná. S rozvojem techniky se začínala navrtávat mořská dna. Vrtná jádra se poté podrobovala analýze paleontologických a geochemických metod (na dno moří neustále dopadá déšť organických zbytků a drobných schránek tempem asi 3 mm za 100 let. Mocné vrstvy mořských bahen tak uchovávají záznam klimatických změn za poslední statisíce a miliony let). Jedním z výsledků jsou právě klimatické křivky, které překvapivě dobře odpovídají Milankovičovým parametrům, a navíc korelují se sedimentací v jezerech a sprašových závějích na pevnině. Milankovičova teorie tak přes veškeré výhrady poskytla zatím jediný rámec čtvrtohorní stratigrafie a výchozí bod pro úvahy o globálních změnách.
Parametry oběžné dráhy, které M. Milankovič začlenil do své astronomické teorie příčin ledové doby (Milankovič, 1930).
Oběžná dráha je představována elipsou PQAR, kde P je perihelion (nejbližší přiblížení Slunci) a A aphelion (největší vzdálenost od Slunce). Střed elipsy je určen bodem O. Hlavní (a) a vedlejší (b) osy elipsy jsou omezeny body PA a QR. Excentricky umístěné Slunce je označeno S a Země s vyznačeným směrem pohybu a sklonem osy je reprezentována bodem E v popředí obrázku. V tomto případě je excentricita a určena poměrem OS/OP. Mění se v cyklu 40 tisíc let. Přímka VS prochází Sluncem S ve směru kolmém na rovinu ekliptiky. Přímka NS je linie paralelní se sklonem zemské osy, a rovněž prochází Sluncem. Úhel NSV, který obě přímky svírají, se nazývá sklon ekliptiky ε. Bod Sw označuje současný zimní slunovrat a bod Ss současný letní slunovrat. Body ES a EA analogicky představují současnou jarní a podzimní rovnodennost. Úsečky EAES a SWSS se protínají v pravých úhlech. Rovina NSwSSSM a na ně kolmá rovina probíhající body EsEA se otáčejí proti směru hodinových ručiček. Každé otočení trvá 26 000 let a za tuto dobu opíše zemská osa v prostoru stejný kužel jako kužel SNM. Posun je až 50 úhlových vteřin za rok. Zároveň se však hlavní osa PA roviny ekliptiky pomalu pohybuje opačným směrem. Doba otočení je méně pravidelná a v průměru odpovídá 96 600 letům. Výsledkem je, že perihelion se vrátí do stejného ročního období konvenčně určeného úhlem PSEA za dobu kratší než 26 000 let, průměrně za 20 600 let. Úhel PSEA je označen π a nazývá se délka perihelia. Výsledný cyklický pohyb sezónní pozice Země vzhledem k orbitální pozici je znám jako precese rovnodenností. (H. H. LAMB, Climate – Present, Past and Future, 1972, 30 – 37).
Původní Milankovičova křivka pro 65° severní šířky a dobu 0 – 600 tisíc let.
Množství sluneční energie dopadající na povrch je vyjádřeno jako šířkový ekvivalent, to znamená, že např. před 230 tisíci lety získával 65° s.š. tolik sluneční energie jako 76° s.š. dnes. Jinými slovy, že na 65° s.š. bylo před 230 lety tak chladno, jako je dnes na 76° s.š. Milankovič koreloval hlavní minima své křivky s klasickými ledovými dobami v Alpách (Penck a Brückner 1909). Dnes víme, že tato korelace neplatí, protože minima mohou být modifikována či zpožděna jinými procesy. V každém případě však křivka představuje základní tendenci zemského systému k oteplení či ochlazení. Tento revoluční obrázek byl poprvé publikován ve slavné knize W. Köppena a A. Wegenera “Die Klimate der Geologischen Vorzeit″ (Berlin, 1924).
Následkem gravitačního působeni Slunce a Měsíce opisuje zemská osa kruh, který je dokončen každých 26 tisíc let. Nezávisle na precesi zemské osy se mění její sklon až o 1,5° na obě strany od průměrné hodnoty 23,5° (viy obr. precese). Milankovičova teorie uvažuje o Slunci a Zemi jako o neměnných, interních tělesech a na změny klimatu pohlíží jako na mechanickou záležitost vzájemné pozice dvou těles. Ve skutečnosti Slunce i Země představují složitý cyklicky i lineárně se vyvíjející fenomén. Nezávisle na gravitačním působení vnějších těles podléhá Země volné Eulerovské precesi, která je známa jako nutace či Chandlerův vlček. Na obrázku je zobrazeno spirální putování pólu v období 1964,00 do 1968,95 v cyklu trvajícím 430–435 dní. Excitace Chandlerova vlčku je dávána do souvislosti s obdobími zvýšené seismické aktivity i s klimatickými změnami. Tyto korelace jsou však slabé a málo průkazné.
Precese zemské osy (vlevo), Chandlerův vlček (vpravo)
Doporučená literatura
- BRÁZDIL, Rudolf. Úvod do studia planety Země: celostátní vysokoškolská učebnice pro studenty přírodovědeckých fakult. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1988. 365 s.
Tato keš patří do série Planetární geografie, která byla založena pro 17. ročník geomaratonu Valašské keškobraní 2024. Jeho hlavním tématem byl Vesmír a jeho nekonečné prostory, jako zdroj inspirace a touhy po poznání celých generací vědců, ale i snílků, spisovatelů, básníků a filmařů.