Прокси-данные - косвенные записи климата Земли, найденные в таких маловероятных местах, как кораллы, пыльца, деревья и отложения - показывают интересные колебания примерно каждые 100 000 лет, начиная примерно с миллиона лет назад. Сильные изменения глобального объема льда, уровня моря, концентрации углекислого газа и температуры поверхности указывают на циклы длительного, медленного перехода к ледниковому периоду и резкого перехода к теплому и короткому межледниковому периоду.

Милутин Миланкович предположил, что время этих циклов контролируется орбитальными параметрами Земли, включая форму ее траектории вокруг Солнца и наклон планеты. Немного более близкая орбита или больший наклон планеты может создать небольшое увеличение солнечной радиации и петлю обратной связи, которая приводит к масштабным изменениям климата. Эта идея предполагает, что в климате, печально известной сложной системе, может существовать некоторая предсказуемость.

В журнале Chaos Стефано Пьерини из Университета Парфенопе в Неаполе предложил новую парадигму для упрощения проверки гипотезы Миланковича.

"Основной мотивацией этого исследования было желание охарактеризовать и проиллюстрировать гипотезу Миланковича простым, элегантным и интуитивно понятным способом, - сказал Пьерини.

Многие модели предполагают, что гипотеза Миланковича верна; однако такие методы часто являются детальными и специфическими для каждого исследования. Они включают в себя контуры климатической обратной связи - например, увеличение ледяного покрова отражает больше радиации обратно в космос, что приводит к дальнейшему похолоданию и увеличению ледяного покрова - в качестве правил пересечения порога. Это означает, что резкий скачок в климате происходит только тогда, когда параметр достигает заданной критической точки.

Парадигма детерминированного возбуждения" Пьерини объединяет физические понятия релаксационной осцилляции и возбудимости, чтобы связать орбитальные параметры Земли и ледниковые циклы более общим образом. Компонент релаксационной осцилляции описывает, как климат медленно возвращается к исходному состоянию ледников после его нарушения. В этот момент часть модели, связанная с возбудимостью, улавливает внешние орбитальные изменения и запускает следующий ледниковый цикл.

Используя собственные правила пересечения порогов и применяя классическую модель энергетического баланса, Пиерини получил правильное и надежное определение времени последних ледниковых циклов.

"Применение парадигмы детерминированного возбуждения в нынешней базовой формулировке может объяснить время окончания последних четырех ледниковых периодов", - сказал он. "Распространение того же анализа на весь плейстоцен станет предметом будущего исследования".

Пьерини считает, что подобные методы могут быть использованы в других областях нелинейной науки и в связи с другими климатическими явлениями.

Автор статьи "Парадигма детерминированного возбуждения и позднеплейстоценовые окончания оледенения" - Стефано Пьерини. Она опубликована в журнале Chaos 7 марта 2023 года.