时候北半球和南半球,轨道变化

轨道变化

到这里为止我已经介绍过了引起冰川前进和后退的三种可能的因素，但是，依靠这三种因素，我们还不能令人信服地预言未来。

例如，我们还不知道是哪些规律在支配着太阳的辐射输出发生微小的变化。在谈到同宇宙云发生碰撞的时候，我们也不能确切地知道在前面等待着我们的究竟是什么命运。我甚至不敢说将来一旦发生火山爆发或者造山运动，真正会产生什么后果。我们似乎只能肯定，一旦出现触发冰期的因素，人类仍能一年又一年，一千年又一千年地生存下去，同我们现在一样，照常收看天气预报，照常对自然现象感到迷惑不解。

不过，有一种理论认为，冰期的来去似乎就像一年中的四季变化那样是十分有规律的，完全不可避免。

1920年，一位南斯拉夫物理学家米兰科维奇（Milutin Milankovich）提出，由于地球公转轨道和自转轴倾角都有微小的周期性变化，天气存在着一个大的周而复始的变化周期。他用“长冬”来表示发生冰期的那段时间，而用“长夏”来指相邻两次冰期正中间那段时间。至于从长冬到长夏和从长夏到长冬两段时间，则自然分别称为“长春”和“长秋”。

同魏格纳的大陆漂移说一样，米兰科维奇刚提出他的理论时，也没有受到科学界的重视，他的理论不过相当于说地球的轨道存在着变化。例如，地球的轨道并不是正圆形，而是稍微有些扁椭，太阳就位于这个椭圆的一个焦点上。这一事实意味着，地球到太阳的距离每过一天就稍许有点变化。有一个时刻，地球会运动到“近日点”，离太阳最近；还有一个时刻，在6个月以后，地球会运动到“远日点”，离太阳最远。

到太阳距离的这种变化当然不会很大。地球的轨道仅仅稍微有一点偏椭（偏心率非常小的椭圆），实际上，你如果按比例把它在纸上画出来，凭眼睛根本看不出它不是一个圆。尽管如此，地球轨道的不大的偏心率0.016 75毕竟会使地球在近日点时到太阳的距离为1.47亿千米，而在远日点时到太阳的距离为1.52亿千米。两个距离之差是500万千米。

按地球上的标准看，这个差别真不能算小，然而它却只相当于日地平均距离的3.3%。在近日点时，太阳的样子看起来要比在远日点时稍微大些，不过，除了天文学家，谁也不可能觉察出来。太阳对地球的万有引力在近日点时也要比在远日点时稍微强一些，因而地球在近日点所在的那半边轨道上运动得要比在远日点所在的那半边轨道上快一些，所以四个季节的长度并不相等。同样，这种差别也是普通人注意不到的。

最后，由于地球到太阳的距离变化，我们在近日点时接受到的太阳辐射也要比在远日点时多些。我们接受到的辐射同距离的平方成反比，由此可见，地球在近日点时获得的辐射将比在远日点时几乎多7%。地球在每年的1月2日运动到它的近日点，而在7月2日运动到远日点。凑巧，1月2日正好比冬至日晚两个星期，而7月2日正好比夏至日晚两个星期。

这意味着，地球位于近日点及其邻近时，会比平时多获得一些热量。那时候，北半球正处在隆冬，而南半球则正值盛夏。由于额外多获得了热量，比起地球假若有圆形轨道来，北半球的冬天会暖和一些，而南半球的夏天则会更热一些。当地球运动到远日点及其邻近时，地球获得的热量会比平时少，其时北半球正值盛夏，而南半球正值隆冬。由于少吸收了热量，比起地球有圆形轨道来，北半球的夏天会比较凉爽，而南半球的冬天会更冷。

于是我们看到，由于地球的轨道呈椭圆形，北半球（不包括热带）夏冬的差别不如南半球（不包括热带）夏冬的差别那样明显。

这样说来，似乎北半球不大容易出现冰期，南半球才容易出现冰期。其实不然。实际上，正是冬季温暖和夏季凉爽，也就是冬夏温差不大，更容易导致有关的半球出现冰期。

在冬季，只要温度降到冰点以下，空气中又有过剩的水分，就会下雪。即使温度再降低，下雪量也不会增加。相反，下雪量多半还会因此而减少，因为温度越低，空气中越存不住水分。在比较温和的冬季，但温度又不会经常上升到冰点以上，降雪量会最大。

在夏季所能融化的雪的数量自然也同温度有关。夏季越热，融化的雪就越多；夏季越凉快，融化的雪就越少。由此得到结论，冬季若比较暖和，降雪就会比较多；夏季若比较凉快，融化的雪就比较少，因而暖冬和凉夏恰好容易导致出现一次冰期。

可是，在我们北半球，虽然这些年冬天一直比较暖和，而夏天一直比较凉快，却目前并不是冰期。很有可能，这是因为冬夏的差别仍然太大的缘故，也许还需要有别的因素起作用，让冬季变得更温暖，而夏季变得更凉快。例如，在目前，地球的自转轴偏离公转轨道平面法线方向的倾角是大约23.5°。在夏至，即6月21日，自转轴的北端偏向太阳的方向；而在冬至，即12月21日，自转轴的北端则在偏离太阳的方向。

然而，地球的自转轴并不是永远老是倾斜在同一个方向。由于月球的引力牵拉着地球赤道的鼓出部分，地球自转轴会缓慢地晃动。地球的自转轴在晃动中仍然是倾斜的，但是它的倾斜方向却会慢慢地每过25 780年就画出一个圆圈。这种现象称为“二分点进动”。

从现在起大约再过12 890年，地球的自转轴将会向相反的方向倾斜。如果再没有其他变化的话，那么这一改变将会使夏至发生在12月21日，而冬至发生在6月21日。到那时，夏至将会同近日点相吻合，北半球的夏季会比现在要热。冬至将会同远日点相吻合，北半球的冬季会比现在要冷。换句话说，一切情况都会同目前颠倒。那时候北半球将会是寒冬和热夏，而南半球将会是暖冬和凉夏。

不过，与此同时还有别的因素也在起作用。近日点正在围绕着太阳缓缓地移动位置。地球每围绕太阳运行一周，它到达近日点的位置和时间都会稍许有所不同。近日点（远日点也如此）每过大约21 310年围绕太阳移动一周。按照我们的日历计算，每过58年，地球到达近日点的位置会错移1天。

事情还不仅此而已。对地球存在的各种各样的引力牵引的一个效果，是地球自转轴的倾斜角本身也发生晃动。自转轴的倾角在目前是23.442 29°；但是在1900年，它曾是23.452 29°；而到2000年，将会是23.439 28°。可以看出，自转轴的倾角在不断减小。不过，它只能减小到一定程度，那以后又会再变大，然后再减小，如此反复变化。地球自转轴的倾角绝不会小于22°，也绝不会大于24.5°。这种变化的时间周期是4.1万年。

地球自转轴倾角变小，这意味着地球的南北两侧在夏季照射到的阳光都较少，而在冬季较多。结果，南北两个半球都会是冬季较暖而夏季较凉。反之，如果自转轴倾角较大，则两个半球都会是冬夏有较大的差别。

最后一个因素，是地球椭圆轨道的偏心率也会发生变化。地球轨道在目前的偏心率是0.016 75，然而却正在减小，最终会达到它的极小值0.0033，即只有目前数值的1/5。到那时，地球在近日点只会比它在远日点离太阳近99万千米。再以后，偏心率又会增加，直到达到它的极大值0.0211，即为目前数值的1.26倍。那时候，地球在近日点会比它在远日点离太阳近631万千米。偏心率越小，地球轨道就越接近圆形，地球在一年中不同时间从太阳获得的热量差别也越小。这种情况当然有利于造成暖冬和凉夏。

如果我们把上面所讨论的地球轨道和自转轴倾斜情况的变化全都考虑进来，那么，最后的结果似乎应该是差别不大的四季和差别较大的四季交替发生，而这种交替变化的周期大约是10万年。

换句话说，米兰科维奇所说的“长四季”，每一季大约会持续2.5万年。我们目前似乎刚过完冰川消退的“长春”，转入“长夏”，还将通过“长秋”，最后，在从现在起大约5万年以后进入一个开始冰期的“长冬”。

可是，以上这些推测可靠吗？要知道，轨道的变化和自转轴倾斜方式的变化都非常小，冷冬—热夏和暖冬—凉夏两种气候的差异都不算大，这样一点差别能够引起上述的交替变化吗？

海斯（J.D.Hays）、英布（John Imbrie）和沙克尔顿（N.J.Shackleton）三位科学家，认真考察过这个问题，在1976年发表了他们的结果。他们分析了从印度洋两个地点钻取的沉积物的岩芯。这两个地点都远离陆地，岩芯中不会混有从海岸冲刷下来的物质。这两个地点的海底又比周围海底高，因此也不会积有从周围海区冲来的物质。

可以认为，两个不同地点的沉积物都是在若干世纪沉积起来的，从未受到过干扰。而搞到的两个岩芯，从它们的长度看，记录的时期应有45万年。海斯等人的想法是，顺着岩芯的长度方向检查，应当能看到像树木年轮那样的清晰的变化，通过那种变化而可分出历史上的干夏和湿夏来。

有一种变化是由细小的放射虫引起的。放射虫是一类单细胞原生动物，它们在所研究的那近50万年间一直生活在海洋中，死亡后其细小精致的骨骼就慢慢沉入海底，成为一种海泥。放射虫的种类很多，它们之中有一些品种在温暖的环境中会比其他品种繁殖得更多。由于根据不同种类放射虫骨骼的特点我们不难把它们区别开来，所以，只要一毫米一毫米地仔细检查岩芯，我们就可以鉴别出是哪些种类的放射虫骨骼，从而估计出在某个给定时期海水是暖还是凉。于是，用这种办法就能描出一条海洋温度随时间变化的实际曲线。

还有一个办法，即根据氧原子的两种同位素氧16和氧18的比率也可以知道海洋温度随时间的变化情况。海水的水分子有的含有氧16，有的含有氧18，但前者比后者更容易蒸发。

这意味着降落在陆地上的雨雪的水分子中，比起海水来，含氧16的较多，而含氧18的较少。因此，如果有大量的雪降落在陆地上，并在那里积聚成冰川，那么留下来的海水中就会明显地缺少氧16，而含有较多的氧18。

用这两种办法来测定过去海水的温度（以及陆地上多冰雪的时期），得到的结果完全相同；而这两种办法依据的原理却完全不同。不仅如此，用这两种办法测得的温度变化的周期竟同根据地球轨道变化和自转轴倾斜情况的变化计算得到的周期十分一致。

因此，在没有取得进一步的证据以前，我们暂时似乎可以认为，米兰科维奇提出的“长四季”的观点看来是正确的。