地球的歷史就像一場氣候波動的過山車，相對溫暖的氣候被冰凍時期所取代，然後又上升到我們今天所經歷的更加溫和的氣候。
是什麼觸發了這些冰川期– 又名第四紀冰河時代，其間斷時間更長第四紀冰川作用– 很難確定，儘管一段時間以來研究人員強烈懷疑地球繞太陽軌道的怪異與其中有關。
新的研究證明了過去的冰河時代與地球路徑的每次擺動、傾斜和角度之間的精確關係，為預測全球氣候的未來波動提供了一種新工具。
英國卡迪夫大學的地球科學家斯蒂芬·巴克向 ScienceAlert 解釋道：“軸向傾斜和軌道幾何形狀的微小變化與大陸冰蓋的增減之間的聯繫代表了氣候科學中最古老的謎團之一。”
“因此，它代表了我們對氣候系統理解的根本差距。如果我們希望能夠預測未來氣候如何變化，提高我們對地球動態氣候系統如何運作的認識至關重要。”
地球繞太陽公轉並不完全對稱。它有一個有點橢圓形的形狀，稱為軌道偏心率，太陽在橢圓形中偏離中心，這意味著地球與太陽的距離全年都在變化。
每個軌道上橢圓形在空間中的位置都會發生一點變化；我們稱之為軌道進動。
最後，地球自轉軸的傾斜度，這一特性被稱為傾斜度，隨著它繞太陽公轉而變化。
一段時間以來，人們就知道地球與太陽關係的這些不同特性會導致氣候變暖和變冷的循環，地球軌道不同方面的周期性變化會影響地球的運行。陽光的季節和地理分佈。
統稱為米蘭科維奇循環，這些週期性變化大約每 20,000 年、40,000 年、100,000 年和 400,000 年發生一次，但弄清楚地球軌道的哪些方面與氣候波動有關並不是一件容易的事。
巴克說：“地球氣候是一個由複雜過程組成的相互關聯的系統，所有這些過程共同作用，產生了我們觀察到的變化。” “對與冰川週期相關的時間尺度上的這些變化進行建模需要大量的處理能力，而且過程本身很難獨立量化和建模。”
例如，有兩個時間非常接近的周期； 21,000 年的進動，以及 20,500 年的二次傾角諧波。沒有人能夠在這兩個週期與冰河時代的結束之間建立明確的聯繫。
此外，在過去的80萬年裡，冰河時代已經每十萬年結束一次，而科學家們一直無法找到這種循環的原因。
巴克和他的同事首先觀察了過去 80 萬年深海中氧同位素比率的變化，這些變化保存在微小海洋生物的外骨骼化石中，這些生物被稱為有孔蟲。這些變化可用於繪製大陸冰或冰蓋體積的變化——這是研究地球過去冰川作用的一個關鍵指標。
有了這些信息，研究人員創建了詳細的冰川週期圖，並根據該圖比較了地球軌道的兩個特性——進動和傾角。一個驚人的模式出現了。冰期和間冰期過渡的關鍵階段與進動和傾角之間的特殊關係相匹配。
冰消期——冰河時代的結束——似乎與進動和傾角之間的關係密切相關。但正是傾斜角才導致了冰河時代的開始。
研究人員說，這解釋了十萬年的周期。它就在那裡，隱藏在眾目睽睽之下。
巴克說：“當我看到這些眾所周知的轉變過程中軌道相位與氣候曲線形狀之間的關係時，我真的很興奮。”
“我們正在研究的曲線已經存在了幾十年，並且已經被研究了數千次（包括我自己），但我們發現的關係（當被指出時很容易看出）在此之前仍然幾乎是隱藏的。”
以前的研究，他說，認為冰河時代開始的時間更加隨機。他的團隊的工作表明它是確定性的，這意味著我們現在有了一個工具可以讓我們預測未來冰河時代何時發生。
地球傾角目前正處於下降過程中，將在 11,000 年後達到最小值；根據研究小組的計算，下一個冰河時代將在此之前開始。
巴克說，這對於了解當前人類活動對未來的長期影響至關重要。
“根據政府間氣候變化專門委員會的最新報告，人類已經開始通過排放溫室氣體來改變氣候的自然軌跡，”他解釋道。
“這意味著我們現在做出的決定將對遙遠的未來產生影響。目前，預計的未來是相對於現代（或工業化前）條件來衡量的。
“但我們相信，要充分認識未來變化的真實程度，需要將這些變化與假設的未來在不受人類影響的情況下可能發生的情況進行比較。因此，我們希望對未來自然氣候變化做出更好的預測，以便量化人類對未來千年可能的影響。”
該團隊的研究成果發表於科學。
