Milutin Milankovitch fu un astrofísico serbo, professore di meccanica nella Universitá di Belgrado, che dedicó la sua carriera a sviluppare una teoría matematica del clima. Nel 1941 pubblicó le sue conclusioni piú importanti: i cambiamenti nella distribuzione stagionale della insolazione, dovuti a fattori astronómici, sono i responsabili della espansione e ritirata dei grandi ghiacciai del Pleistoceno. Le teoríe di Milankovitch, che erano state suggerite dallo scozzese James Croll nel 1864, furono trascurate e rinacquero con forza solo nella decade del 1980, quando si provó che esistevano relazioni tra le periodicitá trovate e i cicli glaciali e interglaciali del quaternario.
Dovuto alle influenze gravitazionali degli altri pianeti del sistema solare, durante i millenni si modificano ciclicamente diversi parametri astronomici del movimento della Terra, come:
a) la relazione del momento degli equinozi e dei solstizi rispetto al momento di maggior o minor distanza della Terra dal Sole (precessione degli equinozi). b) la forma leggermente ellittica della orbita terrestre (eccentricitá dell´orbita) C) l´inclinazione dell´asse di rotazione della Terra (obliquitá dell´asse). Combinando i tre cicli di variazione si producono variazioni complesse nella quantitá di radiazione solare intercettata alle varie latitudini e in ciascuna stagione dell´anno.
Attenzione che la teoria di Milankovich tralascia le variazioni di radiazioni solari dovute ai minimi dei cicli e ancor di piú ai profondi minimi solari.
La teoria di Milankovitch assume che l’energia solare incidente sulla Terra nel suo insieme e per un anno intero è sempre la stessa (tranne per le modifiche di eccentricità, dove è consentito un leggero cambiamento.) La variazione rilevante sta nella diversa distribuzione di energia in ogni stagione e in ogni emisfero, in quanto cambiano nel corso degli anni, le caratteristiche dell’orbita. È anche interessante notare che ciascuno dei cicli di Milankovitch può produrre effetti climatici diversi per ogni latitudine.

Nella figura sopra vediamo i cicli di Milankovich, e le variazioni negli ultimi 500.000 anni.

LA PRECESSIONE DEGLI EQUINOZI

La Terra descrive una orbita leggermente ellittica attorno al Sole (nella figura si é molto esagerato la eccentricitá della ellisse). Il Sole non si trova al centro dell´ellisse ma occupa uno dei due fuochi.

Nella figura la traslazione della Terra attorno al Sole attualmente.

Oggi, durante il solstizio d’inverno nell’emisfero boreale (22 dicembre), la Terra è più vicina al punto della sua orbita più vicino al sole, perielio, che è il 3 gennaio. La distanza al sole in questi giorni è il più corto dell’anno, circa 147 milioni di chilometri, e per questa ragione la Terra nel suo insieme in questi giorni ottiene il massimo calore.
Per contro, per il solstizio d’estate nell’emisfero nord (21 giugno), la Terra è vicina al punto della sua orbita più lontano dal Sole, l’afelio, che raggiunge il 4 luglio. La distanza dal Sole è la più lunga dell’anno, 152 milioni km, ovvero circa 5 milioni in più rispetto al perielio e la terra in quei giorni un riceve un 3,5% in meno di energia solare (in alcuni periodi glaciali le differenze di distanza sono aumentate a 15 milioni di km).
Nel corso dei millenni stanno cambiando le date del perielio e afelio. 11.000 anni fa il perielio si verificava a giugno e l´afelio a dicembre. Il contrario di adesso.
Succede che in un ciclo di 23.000 anni l´asse di rotazione della Terra descrive una figura conica su una linea perpendicolare al piano dell´eclittica. Cosí 11.000 anni fa l´asse terrestre non puntava verso la Stella Polare ma verso la Stella Vega.
Questo lento movimento é causato dal fatto che la Terra non é perfettamente sferica ma é un poco schiacciata ai poli e piú larga nell´equatore. Inoltre, la stessa eclittica ha anche lei una leggera rotazione, causati dai cambiamenti graviatazionali esercitati sulla Terra dagli altri pianeti, che contribuisce anche a cambiare la posizione dei solstizi e degli equinozi.

Nella figura il movimento di precessione.

ECCENTRICITÀ DELL`ORBITA

L´orbita terrestre attrno al Sole non é perfettamente circolare, ma elleittica, ma la sua eccentricitá é variabile con due periodi primari di 100.000 e 400.000 anni.
Si é soliti determinare la forza della eccentricitá con il paramemtro “e”, che mette a confronto le due longitudini focali “x” e “y” (distanza della Terra dal Sole in afelio e nel perielio respettivamente) mediante la equazione e= (x2-y2 )1/2 / x . Se l´orbita fosse circolare le longitudini focali sarebbero uguali e cioé “e” sarebbe uguale a 0. Ma l´orbita varia da quasi circolare (e=0,005) fino ad essere piú marcatamente ellittica (e=0,060). Attualmente il valore di “e” è di 0,018 (Berger & Loutre, 2002).

Nella figura le differenze di eccentricitá dell´orbita terrestre attorno al Sole.

Queste variazioni di eccentricitá causano una differente irradiazione solare. Oggi la differenza tra perielio ed afelio é del 3,5% (perielio 146 milioni di Km e afelio 151 milioni di Km) Questa differenza di insolazione aumenta quando l´eccentricitá é maggiore e diminuisce quando é minore. Nei periodi di eccentricitá massima la differenza di irradiazione solare nell´atmosfera tra perielio e afelio arriva ad un valore del 30%!
L´aumento della eccentricitá provoca un incremente del contrasto inverno-estate in un emisfero e la riduzione di questo contrasto nell´altro emisfero.
Per esempio, se in un emisfero l´estate coincide con il perielio e l´inverno con l´afelio e l´eccentricitá é alta, la radiazione solare estiva sará molto intensa e la radiazione solare invernale molto debole. Al contrario nell´altro emisfero i contrasti stagionali saranno molti attenuati giá che l´estate coinciderá con l´afelio e l´inverno col perielio.

INCLINAZIONE DELL`ASSE TERRESTRE

Per finire, l`inclinazione dell´asse terrestre varia con una periodicità di 41.000 anni. Quando il valore é alto, la differenza di insolazione stagionale é grande e viceversa se l´angolo fosse 0 non ci sarebbero stagioni.
Attualmente il valore é di 23,4º e durante gli ultimi 2 milioni di anni é variato tra un massimo di 24,5º e un mínimo de 21,5º.

Nella figura la variazione di inclinazione dell´asse di rotazione terrestre.
Per alcuni ricercatori, la Terra durante il Pleistocene tende ad uno stato glaciale, che é rotto nelle occasioni di deglaciazioni. L´obliquitá é piú determinante della precessione e della eccentricitá e in queste rotture di equilibrio (Huybers, 2005). I cicli glaciali durante la prima metá del Pleistocene hanno seguito chiaramente questa periodicitá, di circa 40.000 anni, con il disgelo della Groenlandia e della costa antartica orientale. Poi nell´ultimo milione di anni, l´aumento del freddo nei margini dell´antartico orientale sarebbe piú difficile, come avviene attualmente, per cui l´effetto della obliquitá sarebbe piú offuscato e prevalerebbero i cicli di 100.000 anni por lo que el efecto de la oblicuidad quedaría más difuminado y prevalecerían los ciclos de unos 100.000 in cui appare con maggiore chiarezza l´influenza delle altre varianti orbitali, la precessione e la eccentricitá (Raymo, 2006).

Nella seconda parte vedremo quali sono le conseguenze climatiche sulla Terra dei cicli di Milankovich e delle 3 variabili: precessione, eccentricitá e obliquitá.

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