地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

地球將繼續變暖,在2364年左右達到最暖,然後慢慢變冷,到15260年左右達到最冷。如此週而復始,冷暖交替,類似於四季輪迴,只是週期要長得多,為25792年。有人將這一長週期輪迴稱為季年,目前正處於季夏時期,比一萬多年前的季冬時期要溫暖得多。那個時期,地球上冰川密佈,中緯度海拔三千米以上的地區幾乎終年冰雪。因為大量的水被凍結在陸地上,使海平面比現在低,如今的北令海峽當時淺得可以徒步而過,成為連線亞州和美洲的通道,曾有不少亞州居民經此遷徙至美洲大陸而成為印地安人的祖先。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

造成地球長週期冷暖交替的原因,就是地球自轉軸的週期性擺動,天文學上稱之為地球進動,其週期為25792年。地球的實際公轉週期是365。256360天,稱為恆星年。而四季輪迴的週期是365。242199天,稱為迴歸年。二者有一點點差別,稱為歲差。歲差是如何產生的?請看下圖,地球自轉軸以地心為支點,以與黃道面66。5°的傾斜角沿順時針方自東向西極其緩慢地擺動,為了便於說明問題,我們先假設地球還沒有繞太陽公轉:

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

①此圖中,上為北,下為南,太陽光沿水平方向自左向右射向地球,直射赤道,相當於北半球的秋分。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

②上北下南,地軸擺動了90°,太陽光沿水平方向自左向右射向地球,直射南迴歸線,相當於北半球的冬至。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

③上北下南,地軸再擺動了90°,太陽光沿水平方向自左至右射向地球,直射赤道,相當於北半球的春分。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

④上北下南,地軸又擺動了90°,太陽光沿水平方向自左至右射向地球,直射北迴歸線,相當於北半球的夏至。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

⑤上北下南,地軸繼續擺動了90°,回到了①的狀態,完成一個輪迴。

由此可見,即使地球不繞太陽公轉,單靠地軸以與黃道面成66。5°的傾斜角自東向西迴圈擺動,同樣能實現四季輪迴,只是週期為25792個迴歸年,角速度非常慢而矣。而地球繞太陽公轉的方向是自西向東,週期為365。256360天,角速度相對來說要快得多,好比繞著同一個環形跑道,一個人極速飛奔,一個人蹣跚蝸行,兩人前進的方向相反,兩人前進的相對速度就是兩人前進速度之算術和。

不妨試試,根據恆星年週期和地軸擺動週期推算迴歸年週期:

設迴歸年週期為t年,恆星年週期為1年,則

地球進動速度為1/25792t(周/恆星年),

地球公轉速度為1/1(周/恆星年),

迴歸速度為地球公轉速度與進動速度之和,那麼,

1/25792t+1/1=1/t

解方程得,t=0。99996123(恆星年)

365。256360t=365。242199

這,就是歲差的來源,是由地球進動(即地軸擺動)引起的。

地球的公轉軌道為橢圓形,太陽位於橢圓焦點上,如圖

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

由圖可知,地球公轉軌道上有一個近日點和遠日點,二者與太陽的距離有500萬公里的差別。近日點的輪迴週期就是地球的實際公轉週期365。256360天,即一個恆星年。而夏至點的重複週期是四季輪迴週期365。242199天,即一個迴歸年。

地球進動產生了歲差,歲差的結果就是造成近日時間與太陽直射時間不同步。那麼,地球進動為什麼會造成地球氣候冷暖交替呢?

我們知道,太陽較近時比較遠時向地面輻射的熱量多,太陽直射時較斜射時向地面輻射的熱量多。如果太陽直射時剛好是太陽較近時,那麼太陽向地面輻射的熱量就最多。目前,太陽較近時直射南半球,較遠時直射北半球,使南半球獲得的熱量比北半球獲得的熱量多。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

南半球有百分之九十的面積是海洋,而北半球海洋麵積只有百分之五十二。因此,南半球稱為水半球,北半球稱為陸半球。吸收太陽光熱量的能力,水半球要強於陸半球。因為水是透明的,太陽光可深入水面下幾十米至一兩百米,被反射掉的熱量少,而且把熱量傳給一定深度的水,水又有流動性,可以即時將獲得的熱量帶到太陽曬不到或曬得弱的地方,使水面溫度不會升得太高。而土石和植被是不透明的,陸面較水面明亮,尤其是冰雪面,被反射掉的熱量多,且太陽光只能加熱不到一米的很淺的陸地面,使地面溫度升得很高。高溫的陸地表面比低溫的海洋表面向宇宙空間輻射熱量快,使陸表面比水錶面在相同時間內損失的熱量多。兩種結果疊加,就使水半球比陸半球吸收了更多的太陽能。儲存熱量的能力,水半球也要強於陸半球,因為水的熱容量大於土石和植被的熱容量,儲熱能力強的水半球較儲熱能力差的陸半球更能長期留住熱量而少使其散失。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

為了便於說明問題,我們採用一種很淺顯的類比法:

我們將近日比作500克一個的大蘋果,將遠日比你300克一個的小蘋果;將太陽直射比作10個蘋果,將太陽斜射比作5個蘋果;將南半球比作一次能接納10個蘋果的南人,將北半球比作一次能接納6個蘋果的北人。

把近日時直射南半球、遠日時直射北半球比作方案甲:向南人發10個大蘋果、5個小蘋果,向北個發5個大蘋果、10個小蘋果。我們可以算出南北兩人得到的蘋果的總重量:

10×500+5×300+5×500+6×300

=10800克

把近日時直射北半球、遠日時直射南半球比作方案乙:向南人發5個大蘋果、10個小蘋果,向北人發10個大蘋果、5個小蘋果。我們可以算出南北兩人得到的蘋果的總重量:

5×500+10×300+6×500+5×300

=10000克

方案甲的結果比方案乙的結果多了800克。方案甲就相當於地球現在的狀況,而方案乙則相當於地球一萬多年前或者一萬多年後的狀況,地球每年獲得的總熱量,如今要比一萬多年前或者一萬多年後為多,所以如今地球變暖。

當近日點與冬至點重合時,最近時的太陽直射南迴歸線,南半球冬冷夏熱,北半球冬暖夏涼,地球每年獲得的淨熱量最多,但不是地球最暖的時候;當近日點與夏至點重合時,最近時的太陽直射北迴歸線,南半球冬暖夏涼,北半球冬冷夏熱,地球每年獲得的淨熱量最少,但不是地球最冷的時候。我們知道,每天的最高氣溫常出現在當地正午過後2。4個小時左右,而每年最熱的時候常出現在夏至過後1。2個月左右,這兩種情況均比各自獲得熱量最多的時間點滯後了十分之一個週期。由此可推知,地球最暖期應出現在近日點與冬至點重合後2579年左右,而地球最冷期則應出現在近日點與夏至點重合後2579年左右。

目前近日點在小寒附近,因此可推知,此季年中,地球最暖期將出現在公元2364年左右,而地球最冷期將出現在公元15260年左右。如今終於明白了,地球變暖與變冷是地球自身的緣故,這個緣故便是地球自轉軸的週期性擺動,即地球進動。

地球變暖變冷與地球自轉軸的週期性擺動有關

當然,引起地球冷暖變化的因素還有很多,諸如太陽活動強度的變化、地質活動、人類的活動以及其它未知的因素。太陽活力的強弱變化會使太陽向地球輻射的能量發生變化,火山灰長期瀰漫於高空引起的陽傘效應會使地球變冷,人類排放的溫室氣體會使地球變暖。在地球正處在季夏的時期,如果我們不想辦法減少二氧化碳的排放、過量地釋放地球的歷史儲能,多重因素疊加,勢必會加劇地球變暖,造成海平面上升過快,極端天氣增多增強,將會給我們帶來不可估量的損失甚至災難。珍惜現有的資源,維護好我們的家園,明天才會更好。