[科普中国]-气候周期性变化

气候周期性变化根本原因

气候变化究其本质是由于地球表面通过大气层与外界太空进行能量交换所产生，由于地球本身并不产生很多热量，因此气候周期性变化的根源在于地球所接收到的外部辐射总量存在周期性变化，也就是说，根本原因是由于太阳系在银河系中的运动具有周期性，导致地球所接收的太阳辐射具有周期性变化，从而影响了地球的整体气候，造成气候周期性变化。主要是以下两个方面原因：

地球外部空间原因首先，简单说下银河系的构造。银河系，有一个中心，有几个旋臂（具体几个），旋臂区域是物质密集区，旋臂之外是物质稀少区，如图所示：

图一

图二

（1）当太阳运动到位置一时，此时太阳系处于行星密集地带。由于周围行星对太阳的吸引作用使得太阳自身的引力内聚力稍微有了些改变，变小了一点点，于是太阳内部的聚变反应有所减弱，造成太阳辐射的减弱，同时受外部引力影响，太阳系与行星距离被拉开，此外此时星际空间中存在相对较多可以吸收或者阻挡阳光的星际物质，三方面原因导致此时地球受到的太阳辐射减弱，地球应该处于冰期。

（2）当太阳运动到位置二时，此时太阳系处于行星稀少地带。由于没有周围行星对太阳的吸引，太阳的引力内聚力没有得到改变，所以相对来说太阳活动得到加强，另外太阳系与行星的距离略微有减小，此外星际空间中的物质相对较少，三方面原因导致此时地球受到的太阳辐射得到加强，随着太阳系向着宽广的旋臂间的空旷区域逐步靠近，三个方面的因素影响都越来越强烈，地球的温度随之也将逐步回升；

由于以上都是周期交替进行，所以，太阳的活动也是起伏变化的，也就是地球所处的空间大环境呈现周期性变化，是地球气候冷暖周期性变化的根本原因。这是从地球外部的角度所进行的分析。

就算考虑到前面的因素，地球接收到的辐射量应该说变化还是比较小的，为什么表现出来的温度变化会比较大？

地球本身原因地球与很多行星不同的是，表面存在大量的液态水，而且地球自转轨道与黄道平面接近垂直，直接导致地球两极长期处于低温状态，两极长期存在冰盖。

当地球跟随太阳进入银河系旋臂中时，此时随着地球受到辐射的不断减弱，地球总体温度降低，南北极的冰盖将向赤道慢慢延伸，冰盖的出现进一步的加快了地球变冷的过程，因为冰盖会将大部分阳光反射回太空，所以一个大冰期是极有可能将整个地球都基本封冻起来。

大冰期之后，开始进入温暖期，随着地球接收到的太阳辐射的增强，但由于地球表面冰壳基本不吸收辐射的原因，冰壳外部融化会非常缓慢。不过由于冰壳的隔热作用地球内部的热量也逐渐积累，最终将会以火山喷发和地震的方式释放能量，喷发出的大量火山灰大范围降落到冰壳表面导致冰雪吸热量大为增加，可以使冰雪消融的迅速加快。所以冰雪消融的过程很有可能是由太阳辐射增强所决定，由地球内部火山运动所加速。冰雪消融是南北极冰盖由赤道向两极退化的过程，当然，高海拔地区冰雪消融非常缓慢，此外融化过程在冰壳内外同时进行。

气候变化大致周期前面两个原因，决定了地球气候变化具有周期长，变化缓慢但前后对比强烈的特点。下面就变化周期作进一步探讨，既然气候周期变化由太阳系在银河系中的相对运动所致，那么首先我们应该了解太阳系在银河系当中的运动情况。

太阳系在银河系当中的运动情况太阳系在银河中的运动规律

在星体运动中，由于太阳不是银河系的中心，所以它和绝大多数恒星一样，在一个以银心为圆心，以3.3万光年为半径的近圆形轨道上旋转着。尽管太阳系绕银心旋转速度高达250千米/秒，围绕银心一圈仍需2.5亿年。若太阳系已生成46亿年，那它才只绕了18圈。

另外，太阳系不但不停地绕银心运动和自转，而且与其它邻近的恒星之间还做相对运动。据观测，太阳系正在以20千米/秒的速度，缓慢地向着织女星附近的武仙座方向运动。这就好像一群蜜蜂在环绕某一点飞行，对蜂群来说相当于太阳系绕银心运动，对每一个蜜蜂来说又有相对于其它蜜蜂的运动，相当于太阳系向武仙座的运动。

太阳系在银河中所处的位置
75年来，科学家通过射电天文学、光学天文学、红外天文学，甚至X射线天文学等各种技术手段，更精确地测定了银河系螺旋型两翼、气体云、尘埃云、分子云等位置。现代研究得出的基本结论是：我们的太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘，距离银河系中心大约2.5万光年。

2008年，美国天文学家观测到太阳系呈现椭圆形，这一情况符合太阳系被两侧的星际物质引力牵扯成为椭圆形的解释，与太阳系银河系中所处的位置吻合。3

由此可见，在太阳运动进入下一个旋臂之前，地球受到的辐射都将在一个比较高的水平。

关于气候变化周期的分析前面知道太阳绕银心公转速度为250km/s,转一圈为2.5亿年，同时太阳系与邻近恒星之间也存在20km/s的相对速度，那么如果以银河系的其他星体作为参照，那么太阳绕银河系运行一圈需约32亿年，这就是太阳系在银河系当中运动的大周期，也就是地球气候变化的大周期。

一个完整大周期当中，又分为很多个小周期，这由银河系独特的结构所决定。根据最新的观测研究表明，银河系有4个主要旋臂，即4个主要周期平均约为8亿年，但若细分，银河系的旋臂大约可以分出100段小旋臂，如果太阳系在银河系中相对于其他星体运动时恰好都穿过了这100段旋臂的话，那么小周期就有100个，平均每个周期时间约为3200万年，我们也不能排除宇宙当中还有暗物质暗能量的存在，导致会有更多个的小周期。这是所有平均的结果，不过由于银河系物质分布不均匀，其中必然有一些涨落，假定其小周期的波动在3亿年到300万年都有分布，那么这似乎能够符合地球生命演化的历史，如恐龙存在的时间跨度为约2亿3500万年至6500万年前，从恐龙需要温暖湿润的总体环境和大量的食物这点来看，即恐龙繁盛区域在赤道附近，植物生长茂盛同时气温也较低，后来随着气候的变暖，大型恐龙的活动范围逐步向两极方向迁移，由于由赤道向两极光照强度逐渐降低，光合作用为恐龙提供的食物越来越少，导致大型恐龙逐步衰落，小型恐龙逐步登场。后因一场小行星灾难导致大型恐龙彻底灭绝，另外小部分的小型恐龙存活下来进化成为鸟类始祖以及爬行蜥蜴。

气候周期变化规律的启发综上所述，气候周期性变化的根本原因是由于太阳系运动的周期性变化。此理论结合观测结果来分析，可知，地球气候在今后相当长一段时间内都将处于缓慢逐步升温的过程中，也就是冰期过后的暖期。如果人类不采取措施的话，那么随着海平面的上升，人类的生存空间将变的狭小。届时，高原将是人们的栖身之地。当然理论上还是有很多应对办法，但至少我们也可以将这段时光缩短一些，让它更迟一些到来，更早一些离去。

从这里来看，我们人类不应该为这个升温过程煽风点火，大肆排放温室气体，而应该积极提倡低碳环保的生活，积极发展清洁高效的能源技术，不断努力创造更大的科技进步。