Die Milanković-Zyklen sind natürliche, langfristige Veränderungen der Erdumlaufbahn und der Neigung ihrer Achse, die maßgeblich die Verteilung der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche beeinflussen. Diese astronomischen Zyklen wurden nach dem serbischen Geophysiker und Astronomen Milutin Milanković benannt, der in den 1920er und 1930er Jahren die Theorie entwickelte, dass diese periodischen Schwankungen die Hauptursache für die großen Klimaveränderungen der Erdgeschichte, insbesondere die Eiszeiten und Warmzeiten, sind. Seine Berechnungen basierten auf der Annahme, dass die Menge der Sonnenenergie, die bestimmte Breiten auf der Erde zu bestimmten Jahreszeiten erreicht, entscheidend für das Wachstum oder Abschmelzen von Eisschilden ist.

Es gibt drei Haupttypen von Milanković-Zyklen, die jeweils unterschiedliche Aspekte der Erdbahn und -achse betreffen und auf unterschiedlichen Zeitskalen wirken. Der erste Zyklus ist die Exzentrizität der Erdumlaufbahn. Die Erdumlaufbahn um die Sonne ist keine perfekte Kreisbahn, sondern eine Ellipse. Die Exzentrizität beschreibt, wie stark diese Ellipse von einem Kreis abweicht. Sie variiert in Zyklen von etwa 100.000 Jahren und einem längeren Zyklus von etwa 400.000 Jahren. Eine höhere Exzentrizität bedeutet eine stärker elliptische Bahn, was zu größeren Unterschieden in der Entfernung der Erde zur Sonne während ihres Jahreslaufs führt und somit die Gesamtmenge der von der Erde empfangenen Sonnenenergie leicht variiert.

Der zweite wichtige Zyklus ist die Obliquität, auch bekannt als die Neigung der Erdachse oder die Schiefe der Ekliptik. Die Erdachse ist derzeit um etwa 23,5 Grad gegenüber der Ebene ihrer Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Diese Neigung ist verantwortlich für die Jahreszeiten auf der Erde. Die Obliquität schwankt zwischen etwa 22,1 und 24,5 Grad in einem Zyklus von ungefähr 41.000 Jahren. Eine größere Neigung der Achse führt zu extremeren Jahreszeiten, also heißeren Sommern und kälteren Wintern, insbesondere in höheren Breiten. Eine geringere Neigung reduziert die jahreszeitlichen Unterschiede, was zu milderen Sommern und Wintern führt. Für die Entstehung von Eiszeiten ist eine geringere Neigung der Achse im Sommer in den nördlichen Breiten besonders relevant, da dies zu kühleren Sommern führt, in denen weniger Schnee und Eis des vorherigen Winters abschmelzen kann.

Der dritte Zyklus ist die Präzession der Erdachse, oft als "Taumeln" der Erde beschrieben, ähnlich einem Kreisels, der sich verlangsamt. Dieser Zyklus hat eine Periode von etwa 23.000 Jahren. Die Präzession beeinflusst, wann die Erde an bestimmten Punkten ihrer Umlaufbahn die größte oder geringste Sonneneinstrahlung erhält, also wann Aphel (größte Entfernung zur Sonne) und Perihel (geringste Entfernung zur Sonne) im Jahresverlauf auftreten. Wenn die Nordhalbkugel ihren Sommer hat, während die Erde sich im Perihel befindet, sind die Sommer auf der Nordhalbkugel wärmer und die Winter milder. Wenn der Sommer der Nordhalbkugel im Aphel liegt, sind die Sommer kühler und die Winter kälter. Die kombinierte Wirkung von axialer Präzession und der Präzession der Bahnellipse (Apsidalpräzession) führt zu diesem Zyklus von etwa 23.000 Jahren.

Die Milanković-Zyklen wirken nicht isoliert, sondern überlagern sich und beeinflussen sich gegenseitig. Die Kombination dieser drei Zyklen führt zu komplexen Veränderungen in der Verteilung der Sonneneinstrahlung über die Jahreszeiten und geographischen Breiten hinweg. Besonders kritisch für das Einsetzen und Ende von Eiszeiten ist die Menge der Sonneneinstrahlung, die im Sommer auf die hohen nördlichen Breiten trifft. Kühlt sich die Arktis im Sommer nicht ausreichend ab, kann sich Eis über Jahrtausende ansammeln und zu großen Eisschilden wachsen. Die Korrelation zwischen diesen astronomischen Zyklen und den vergangenen Klimadaten, die aus Eisbohrkernen, Meeressedimenten und anderen paläoklimatischen Archiven gewonnen wurden, ist bemerkenswert und bestätigt die grundlegende Gültigkeit der Milanković-Theorie.

Es ist wichtig zu betonen, dass die Milanković-Zyklen sich über Zehntausende bis Hunderttausende von Jahren erstrecken und langsame, natürliche Klimaveränderungen verursachen. Die aktuellen, schnellen globalen Erwärmungstrends, die seit der industriellen Revolution beobachtet werden, können nicht durch diese Zyklen erklärt werden. Sie sind vielmehr auf anthropogene Emissionen von Treibhausgasen zurückzuführen. Während die Milanković-Zyklen weiterhin die langfristige Klimadynamik der Erde prägen werden, übersteigt die Geschwindigkeit und das Ausmaß der derzeitigen Erwärmung bei Weitem die natürlichen Schwankungen, die durch diese astronomischen Einflüsse hervorgerufen werden. Das Verständnis der Milanković-Zyklen ist jedoch entscheidend für das Wissen um die natürliche Variabilität des Erdklimas und hilft, die langfristigen Rahmenbedingungen für die Klimageschichte zu verstehen.