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On the Causes of Palaeoclimatic Variations and of the Ice Ages in Particular

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

E. J. Öpik*
Affiliation:
Armagh Observatory, Northern Ireland
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Abstract

A method of quantitative climatological analysis is developed by applying the principle of geometric similarity to the convective heat transport, which is assumed to vary with the 1.5 power of temperature difference. The method makes possible the calculation of the change in the mean annual, or seasonal temperature, produced by a variation in insolation, cloudiness, snow cover, etc.

It is shown that the variations in the orbital elements of the earth cannot account for the phenomena of the ice ages; the chronology of the Quaternary, based on these variations, has no real foundation.

Palaeoclimatic variations are most probably due to variations of solar luminosity. These can be traced to periodical re-adjustments in the interior of the sun, produced by an interplay between nuclear reactions and gas diffusion, repeating themselves after some 250 million years. Complications from the outer envelope of the sun lead to additional fluctuations of a shorter period, of the order of 100,000 years to be identified with the periodical advance and retreat of the glaciers during the Quaternary.

Calculations of the variations of luminosity in a star of solar mass substantiate this hypothesis.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine quantitative Methode der klimatologischen Analyse ist entwickelt, indem das Prinzip von geometrischer Ähnlichkeit auf den konvektiven Wärmetransport angewandt ist, unter der Annahme, dass der letztere sich mit der 1.5 Potenz von Temperaturdifferenz ändert. Die Methode ermöglicht es, die Änderungen der mittleren Jahres-oder jahreszeitlichen Temperatur, die durch Variation der Sonnenstrahlung, Bewölkung, Schneedecke usw. bedingt sind, zu berechnen.

Es wird gezeigt, dass die Veränderlichkeit der Elemente der Erdbahn nicht im Stande ist, das Phänomen der Eiszeiten zu erklären; die auf dieser Veränderlichkeit aufgebaute Zeitrechnung des Quartära ist als unbegründet zu bezeichnen.

Die paläoklimatischen Schwankungen sind höchst wahrscheinlich der Veränderlichkeit der Sonnenstrahlung zuzuschreiben. Dieselbe entspricht periodischen Umwälzungen im Sonneninnern, die durch das Zusammenspiel von Kernreaktionen und Gasdiffusion verursacht werden, und die sich nach jeweiligen 250 millionen Jahren wiederholen. Komplikationen seitens der Aussenhülle der Sonne erzeugen zusätzliche kürzere Schwankungen, von der Grössenordnung von 100000 Jahren, die mit dem periodischen Vorstossen und Zurückweichen des Eises während des Quartärs zu identifizieren sind.

Diese Hypothese wird durch Berechnungen der Lichtänderungen eines Sternes von Sonnenmasse unterstützt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1953
Figure 0

Table I

Figure 1

Table IIAnnual Mean Components of Heat Exchange, 10−3 cal./cm.2 sec., and Stability Factor, K

Figure 2

Table IIISummer Mean Components of Heat Exchange and Stability Factor

Figure 3

Table IVLocal Variation of Summer Temperature, δT, at 60° North, from Variation in the Orbital Elements of the Earth, ° C.; time in thousands of years before A.D. 1850

Figure 4

Table VISample Course of Evolution of the Sun, from atomic reactions and gas diffusion, without the temporary disturbances of the ice-agesL=Solar Luminosity (present= 1); t= Mean Temperature of Earth, ° C.; Time=Millions of Years from Now (−=before, +=after); X= % of Hydrogen in the Convective Core of the Sun.

Figure 5

Table VIICalculated Sample Variation of Solar Luminosity (L, units of equilibrium luminosity) during one major ice ageTime in Years; single asterisks=pulses; double asterisks= secondary disturbances.