วัฏจักรมิลานโควิช: วงโคจรของโลกกับยุคน้ำแข็ง

ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 นักธรณีวิทยาพบหลักฐานว่าธารน้ำแข็งเคยปกคลุมยุโรปและอเมริกาเหนือหลายครั้ง ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1912 มิลูติน มิลานโควิช นักคณิตศาสตร์ชาวเซอร์เบีย ใช้เวลาราวสามสิบปีคำนวณด้วยมือว่าแสงอาทิตย์ที่ส่องถึงละติจูดต่าง ๆ ของโลกเปลี่ยนไปอย่างไรในหลายแสนปี เพราะวงโคจรและแกนของโลกเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ

วัฏจักรที่หนึ่ง: ความรีของวงโคจร

แรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ค่อย ๆ ดึงให้วงโคจรของโลกกลมขึ้นและรีขึ้นสลับกัน ความรีเปลี่ยนระหว่างเกือบ 0 ถึงราว 0.06 ด้วยคาบหลักราว 100,000 ปี และ 405,000 ปี ปัจจุบันความรีราว 0.017 ซึ่งทำให้ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ต่างกันราว 3.4% และแสงอาทิตย์ที่ได้รับต่างกันราว 7% ระหว่างจุดใกล้ที่สุดกับไกลที่สุด เพราะฟลักซ์แปรตามกำลังสองผกผันของระยะทาง

วัฏจักรที่สอง: ความเอียงของแกน

มุมเอียงของแกนโลกเปลี่ยนระหว่างราว 22.1 ถึง 24.5 องศา ด้วยคาบราว 41,000 ปี ปัจจุบันอยู่ที่ 23.4 องศาและกำลังลดลง แกนที่เอียงมากทำให้ฤดูร้อนร้อนขึ้นและฤดูหนาวหนาวขึ้นในละติจูดสูง ดวงจันทร์ซึ่งมีขนาดใหญ่ช่วยให้ความเอียงของโลกเปลี่ยนในช่วงแคบแบบนี้ ดาวอังคารซึ่งไม่มีดวงจันทร์ใหญ่ มีความเอียงที่แกว่งได้กว้างกว่ามาก

วัฏจักรที่สาม: การควง

การควงของแกนโลก ร่วมกับการที่แกนเอกของวงโคจรค่อย ๆ หมุนไป ทำให้ช่วงที่โลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดเลื่อนไปตรงกับฤดูต่าง ๆ ด้วยคาบราว 19,000 ถึง 23,000 ปี ปัจจุบันโลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดในต้นเดือนมกราคม ช่วงฤดูหนาวของซีกโลกเหนือ ฤดูร้อนของซีกโลกเหนือจึงอ่อนกว่าที่ควรเล็กน้อย ในอีกราวหนึ่งหมื่นปี จะกลับกัน

กุญแจคือฤดูร้อนที่ละติจูดสูง

มิลานโควิชเสนอว่าสิ่งสำคัญไม่ใช่ความหนาวของฤดูหนาว แต่คือว่าฤดูร้อนที่ละติจูดราว 65 องศาเหนือร้อนพอจะละลายหิมะที่ตกในฤดูหนาวได้หมดหรือไม่ ถ้าฤดูร้อนเย็นเกินไปหลายพันปีติดต่อกัน หิมะจะสะสมเป็นแผ่นน้ำแข็ง แผ่นน้ำแข็งสีขาวสะท้อนแสงอาทิตย์กลับมากขึ้น โลกจึงเย็นลงอีก เป็นการป้อนกลับที่ขยายผลเล็ก ๆ ให้ใหญ่ขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศที่เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิของมหาสมุทรก็ช่วยขยายผลอีกชั้นหนึ่ง

หลักฐานจากใต้ทะเลและน้ำแข็ง

ในปี ค.ศ. 1976 งานวิจัยตะกอนจากก้นมหาสมุทรพบจังหวะของภูมิอากาศในอดีตที่ตรงกับคาบราว 100,000 41,000 และ 23,000 ปีตามที่มิลานโควิชทำนาย ต่อมาแท่งน้ำแข็งที่เจาะจากแอนตาร์กติกาซึ่งย้อนไปได้กว่า 800,000 ปีก็ยืนยันจังหวะเดียวกัน ทุกวันนี้ทฤษฎีนี้เป็นคำอธิบายหลักของจังหวะยุคน้ำแข็ง แม้ยังมีคำถามว่าทำไมในช่วงล้านปีหลัง จังหวะ 100,000 ปีจึงเด่นกว่าที่การเปลี่ยนแปลงของแสงอาทิตย์อย่างเดียวควรจะทำได้

เกี่ยวกับภาวะโลกร้อนหรือไม่

วัฏจักรมิลานโควิชเปลี่ยนภูมิอากาศในช่วงหลายพันถึงหลายหมื่นปี ตามวัฏจักรนี้ โลกในปัจจุบันควรค่อย ๆ เย็นลงอย่างช้ามาก แต่อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกกลับเพิ่มขึ้นเร็วมากในช่วงร้อยกว่าปีที่ผ่านมา ซึ่งเร็วกว่าที่วัฏจักรของวงโคจรจะทำได้หลายสิบเท่า สาเหตุหลักของภาวะโลกร้อนในปัจจุบันจึงเป็นก๊าซเรือนกระจกจากกิจกรรมของมนุษย์ ไม่ใช่วงโคจรของโลก