<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root>
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="other" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Environmental Dynamics and Global Climate Change</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Environmental Dynamics and Global Climate Change</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Environmental Dynamics and Global Climate Change</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">2218-4422</issn><issn publication-format="electronic">2541-9307</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">Yugra State University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">678513</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.18822/edgcc678513</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en"><subject>Discussions</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru"><subject>Дискуссии</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Miscellaneous</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">On the causes of cyclical climate changes</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>On the causes of cyclical climate changes</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name><surname>Anisichkin</surname><given-names>V. F.</given-names></name><address><country country="RU">Russian Federation</country></address><email>avf@hydro.nsc.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff1"><aff><institution xml:lang="en">Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева Сибирского отделения РАН</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2025-11-21" publication-format="electronic"><day>21</day><month>11</month><year>2025</year></pub-date><volume>16</volume><issue>3</issue><issue-title xml:lang="en"/><issue-title xml:lang="ru"/><fpage>112</fpage><lpage>119</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2025-04-13"><day>13</day><month>04</month><year>2025</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2025, Anisichkin V.F.</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2025, Anisichkin V.F.</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Anisichkin V.F.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Anisichkin V.F.</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/"/><license><ali:license_ref xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/">https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0</ali:license_ref></license></permissions><self-uri xlink:href="https://edgccjournal.org/EDGCC/article/view/678513">https://edgccjournal.org/EDGCC/article/view/678513</self-uri><abstract xml:lang="en"><p>Cyclical climate changes in the Earth’s history are explained by cyclical inflows of greenhouse gases into the atmosphere.</p> <p>The main source of heat in the Earth's interior is the spontaneous decay of radioactive elements. An increase in the flow of heat to the surface can be caused by the nuclear chain reactions, forced decay of radioactive elements, including uranium and thorium.</p> <p>A layer of actinides near a critical thickness can be formed as a result of the deposition of high-melting high-density particles of uranium and thorium oxides from the molten outer core to the solid inner core of the Earth [Mitrofanov et al., 1999]. The upward currents of mass and heat arising during nuclear chain reactions in the Earth's outer liquid core warm up the overlying layers. With the warming of the Earth's crust and the bottom of the oceans, due to the decomposition of gas hydrates, the greenhouse gas methane enters the atmosphere. With heating of the oceans due to positive feedbacks, more and more water vapor and carbon dioxide dissolved in the ocean’s water enter the atmosphere. Climate warming is initiating and accelerating.</p> <p>With the dispersion of the active layer in the thermal convective flows, the stopping of nuclear reactions and a decrease in the heat flow from the interiors occurs, the methane content in the atmosphere decreases. More and more carbon dioxide is dissolved in the cooling water of the oceans. A cold snap is coming. Actinide particles begin to settle on the Earth's inner core again, with parallel reproduction of easily fissionable isotopes [Anisichkin et al., 2008]:</p> <p><sup>238</sup>U + n → <sup>239</sup>U → <sup>239</sup>Np → <sup>239</sup>Pu → <sup>235</sup>U + α (2.4´10<sup>4</sup> years)</p> <p>The duration of climatic cycles is determined by the time of sedimentation of actinide particles. Simulation of the process of the whole sedimentation with critical size of uranium dioxide particles and viscosity of the outer core from 10<sup>2</sup> Pa s to 10<sup>9</sup> Pa s leads to a cycle duration of about 130 thousand years, which consistent with the data on climate change over the past 400 000 years obtained from ice cores in Antarctica [Gordienko et al., 1983; Petit et al., 1999; Vimeux et al., 2002].</p> <p>To start nuclear chain reactions, it is enough to form a layer of actinides of critical thickness, without the sedimentation of all fissile material on the Earth’s solid inner core. But the gradual "burnout" of actinides requires more and more complete sedimentation of actinide particles. Therefore, the duration of cycles should increase over time. Indeed, over the past 400 thousand years, the duration of climatic cycles has increased from approximately 90 to 120 thousand years [Petit et al., 1999; Vimeux et al., 2002].</p> <p>Approximately 1.5 million years ago, the Earth experienced a radical climate shift. The planet has already entered ice ages and emerged from them every 40 thousand years [Yuzhen et al., 2019; Voosen, 2024; An et al., 2024; Cutts, 2024]. But then the ice ages became more contrasting and longer, with an increasing duration of 90 thousand years to 120 thousand years, and the planet as a whole became colder, which cannot be explained by the changes in the level of insolation – the amount of heat coming from the Sun, Milankovitch cycles, the duration and intensity of which should be relatively constant on the such time scales. Supported nuclear hypothesis explains these rapid climate changes too. Millions of years ago, there were more easily fissile isotopes. It is possible that in the past, two georeactors periodically worked in the Earth’s interiors in different places. Therefore, the climatic cycles were approximately twice as short, less pronounced, and the climate was warmer.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p>Циклические изменения климата в истории Земли объясняются циклическими поступлениями парниковых газов в атмосферу.</p> <p>Основной источник тепла в недрах Земли – спонтанный распад радиоактивных элементов, в том числе урана и тория. Увеличение потока тепла из недр к поверхности может вызываться вынужденным делением актиноидов – цепными ядерными реакциями. Слой актиноидов околокритической толщины мог образоваться в результате гравитационной дифференциации веществ по плотности вследствие оседания частиц тугоплавких высокоплотных соединений актиноидов из расплавленного слоя на твердое из-за высокого давления внутреннее ядро Земли.</p> <p>Возникающие при цепных ядерных реакциях восходящие потоки массы и тепла во внешнем жидком ядре Земли прогревают вышележащие слои. С началом прогрева земной коры и дна океанов из-за разложения газогидратов в атмосферу поступает парниковый газ метан. С прогревом океанов в атмосферу поступает все больше растворенного в воде океанов углекислого газа и паров воды. За счет положительных обратных связей потепление климата запускается и ускоряется. С разуплотнением активного слоя в тепловых конвективных потоках, прекращением цепных ядерных реакций и снижением потока тепла из недр содержание метана в атмосфере падает, все больше углекислого газа растворяется в остывающей воде океанов, влажность атмосферы уменьшается, наступает похолодание климата.</p> <p>Рассеянные в тепловых конвективных потоках частицы актиноидов начинают вновь оседать на твердое внутреннее ядро Земли. Моделирование климатических циклов, продолжительность которых определяется временем повторного оседания частиц актиноидов в форме диоксида урана, приводит в расчетах к продолжительности одного цикла около 130 тысяч лет. Такая цикличность согласуется с данными по глобальным изменениям климата за последние четыреста тысяч лет, полученными из ледяных кернов Антарктиды.</p> <p>Примерно 1.5 миллиона лет назад Земля пережила радикальный климатический сдвиг. Планета уже входила в ледниковые периоды и выходила из них каждые 40 тыс. лет. Но потом ледниковые периоды стали контрастнее и длиннее, с увеличивающейся продолжительностью от 90 до 120 тыс. лет, и в целом планета стала холоднее, что не может объясняться циклами Миланковича, длительность которых должна быть относительно постоянна в таких временных масштабах. Миллионы лет назад легкоделящихся изотопов было больше. Возможно, потому, что в прошлом в недрах Земли в разных местах периодически работали два геореактора. Поэтому климатические циклы были приблизительно в два раза короче, менее выражены, и климат был теплее.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>georeactor</kwd><kwd>heat and mass transfer</kwd><kwd>greenhouse gases</kwd><kwd>climate change</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>ядро Земли</kwd><kwd>геореактор</kwd><kwd>тепломассоперенос</kwd><kwd>парниковые газы</kwd><kwd>изменение климата</kwd></kwd-group><funding-group/></article-meta></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>An Z., Zhou W., Zhang Z., Zhang X., Liu Z., Sun Y., Clemens S.C., Wu L., Zhao J., Shi Z., Ma X., Yan H., Li G., Cai Y., Yu J., Sun Y., Li S., Zhang Y., Stepanek C., Lohmann G., Dong G., Cheng H., Liu Y., Jin Z., Li T., Hao Y., Lei J., Cai W.l. 2024. Mid-Pleistocene climate transition triggered by Antarctic Ice Sheet growth. Science 385: 560-565.</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>Anisichkin V.F. 1979. Generalized Shock Adiabats and Zero Isotherms of Elements. Combustion, Explosion, and Shock Waves 15(2): 245-250.</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>Anisichkin V.F., Bezborodov A.A., Suslov I.R. 2005. Nuclear fission chain reactions of nuclides in the Earth’s core over billions of years. Atomic Energy 98(5): 352-360.</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>Anisichkin V.F., Bezborodov A.A., Suslov I.R. 2008. Georeactor in the Earth. Transport Theory and Statistical Physics 37(5): 624-633.</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>Barker S., Starr A., Van der Lubbe J., Doughty A., Knorr G., Conn S., Lordsmith S., Owen L., Nederbragt A., Hemming S., Hall I., Levay L. 2022. IODP Exp. 361 Shipboard Scientific Party. Persistent influence of precession on northern ice sheet variability since the early Pleistocene. Science 376(6596): 961-967.</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>Бекман И.Н. / Ядерная физика. Курс лекций. Учебное пособие. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Москва. 2010.</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>Bellini G., Benziger J., Bick D., Bonfini G., Bravo D., Avanzini M.B., Caccianiga B., Cadonati L., Calaprice F., Cavalcante P., Chavarria A., Chepurnov A., D’Angelo D., Davini S., Derbin A., Empl A., Etenko A., Fiorentini G., Fomenko K., Franco D., Galbiati C., Gazzana S., Ghiano C., Giammarchi M., Goeger-Neff M., Goretti A., Grandi L., Hagner C., Hungerford E., Ianni Aldo, Ianni Andrea, Kobychev V.V., Korablev D., Korga G., Koshio Y., Kryn D., Laubenstein M., Lewke T., Litvinovich E., Loer B., Lombardi P., Lombardi F., Ludhova L., Lukyanchenko G., Machulin I., Manecki S., Maneschg W., Mantovani F., Manuzio G., Meindl Q., Meroni E., Miramonti L., Misiaszek M., Mosteiro P., Muratova V., Oberauer L., Obolensky M., Ortica F., Otis K., Pallavicini M., Papp L., Perasso L., Perasso S., Pocar A., Ranucci G., Razeto A., Re A., Ricci B., Romani A., Rossi N., Sabelnikov A., Saldanha R., Salvo C., Schönert S., Simgen H., Skorokhvatov M., Smirnov O., Sotnikov A., Sukhotin S., Suvorov Y., Tartaglia R., Testera G., Vignaud D., Vogelaar R.B., von Feilitzsch F., Winter J., Wojcik M., Wright A., Wurm M., Xu J., Zaimidoroga O., Zavatarelli S., Zuzel G. 2013. Measurement of geo-neutrinos from 1353 days of Borexino. Physics Letters B 722: 295-300.</mixed-citation></ref><ref id="B8"><label>8.</label><mixed-citation>Большаков В.А., Федин В.А. Орбитальные факторы воздействия на криосферу Земли (на примере анализа антарктических кернов) // Криосфера земли. 2015 19(2): 87-97</mixed-citation></ref><ref id="B9"><label>9.</label><mixed-citation>Brazhkin V.V., Lyapin A.G. 2000. Universal viscosity growth in metallic melts at megabar pressures: the vitreous state of the Earth's inner core. Physics-Uspekhi 43(5): 493-509.</mixed-citation></ref><ref id="B10"><label>10.</label><mixed-citation>Carlson R.W., Boyet M. 2009. Short-lived radionuclides as monitors of early crust-mantle differentiation on the terrestrial planets. Earth and Planetary Science Letters 279: 147-156.</mixed-citation></ref><ref id="B11"><label>11.</label><mixed-citation>Cutts E. 2024. Oldest ice offers view of Earth before the ice ages. Science 384(6694): 368-369.</mixed-citation></ref><ref id="B12"><label>12.</label><mixed-citation>Desgranges C., Delhommelle J. 2007. Viscosity of liquid iron under high pressure and high temperature: Equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics simulation studies. Physical Review B 76: 172102-1 172102-4.</mixed-citation></ref><ref id="B13"><label>13.</label><mixed-citation>Дучков А.Д. и др. К вопросу о поисках месторождений гидратов метана в областях распространения криолитозоны // Геофизические технологии. 2018. № 2. С. 27-40.</mixed-citation></ref><ref id="B14"><label>14.</label><mixed-citation>Dziewonski A.M., Anderson D.L. 1981. Preliminary reference Earth model. Physics of the Earth and Planetary Interiors 25(4): 297-356.</mixed-citation></ref><ref id="B15"><label>15.</label><mixed-citation>Ershov A.P., Anisichkin V.F. 2003. Natural Neutron Fission Wave. Combustion, Explosion, and Shock Waves 39(2): 226-231.</mixed-citation></ref><ref id="B16"><label>16.</label><mixed-citation>Fu M., Abbot D.S., Koeberl C., Fedorov A. 2024. Impact-induced initiation of Snowball Earth: A model study. Science Advances 10(6): 8 DOI: 10.1126/sciadv.adk5489.</mixed-citation></ref><ref id="B17"><label>17.</label><mixed-citation>Гордиенко Ф.Г., Котляков В.М., Короткевич Е.С., Барков Н.И., Николаев С.Д. 1983. Новые результаты изотопно-кислородных исследований ледяного керна из скважины со станции Восток до глубины 1412 м. Материалы гляциологических исследований. № 46. С. 168-171.</mixed-citation></ref><ref id="B18"><label>18.</label><mixed-citation>Hausfather Z., Marvel K., Schmidt G.A., Nielsen-Gammon J.W., Zelinka M. 2022. Climate simulations: recognize the ‘hot model’ problem. Nature 605: 26-29.</mixed-citation></ref><ref id="B19"><label>19.</label><mixed-citation>Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Взаимодействие термохимического плюма с мантийными свободно-конвективными течениями и его влияние на плавление и перекристаллизацию мантии. Геология и геофизика. 2013. 54(5): 707-721</mixed-citation></ref><ref id="B20"><label>20.</label><mixed-citation>Kvenvolden K.A., Lorenson T. 2013. The Global Occurrence of Natural Gas Hydrate. Geophysical Monograph Series. In book: Natural Gas Hydrates. DOI: 10.1029/GM124p0003.</mixed-citation></ref><ref id="B21"><label>21.</label><mixed-citation>Livermore P.W., Hollerbach R., Finlay C. 2017. An accelerating high-latitude jet in Earth’s core. Nature Geoscience 10: 62-68.</mixed-citation></ref><ref id="B22"><label>22.</label><mixed-citation>Luo H., O’Rourke J.G., Deng J. 2024. Radiogenic heating sustains long-lived volcanism and magnetic dynamos in super-Earths. Science Advances 10: eado7603.</mixed-citation></ref><ref id="B23"><label>23.</label><mixed-citation>Marsh S.P. (Editor). 1980. ASL Shock Hugoniot Data. University of California Press.</mixed-citation></ref><ref id="B24"><label>24.</label><mixed-citation>Milankovitch M. 1941. Kanon der Erdbestrahlungen und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem. Royal Serbian Academy. Section of Mathematical and Natural Sciences. Belgrade 33.</mixed-citation></ref><ref id="B25"><label>25.</label><mixed-citation>Mineev V.N., Funtikov A.I. 2004. Viscosity measurements on metal melts at high pressure and viscosity calculations for the Earth's core. Physics–Uspekhi 47(7): 671-686.</mixed-citation></ref><ref id="B26"><label>26.</label><mixed-citation>Митрофанов В.В. и др. О возможности взрывного ядерного энерговыделения в недрах планет. Труды Международной конференции V Забабахинские научные чтения. Снежинск. Издательство РФЯЦ-ВНИИТФ. 1999. С. 67-76.</mixed-citation></ref><ref id="B27"><label>27.</label><mixed-citation>Petit J.R., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N.I., Barnola J.-M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davis M., Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V.M., Legrand M., Lipenkov V.Y., Lorius C., Pépin L., Ritz C., Saltzman E., Stievenard M. 1999. Climate and atmospheric history of the past 420 000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature 399: 429-436.</mixed-citation></ref><ref id="B28"><label>28.</label><mixed-citation>Petrov Yu. V. 1977. Natural nuclear reactor at Oklo. Uspehi Fizicheskih Nauk 123(3): 473-486.</mixed-citation></ref><ref id="B29"><label>29.</label><mixed-citation>Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., Zelentsova T.N., Bolshakov V.N., Litvinov D.A., Kosenko S.I., Byegunova O.A. 2007.Geoantineutrino spectrum and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth’s core. Journal of Geophysical Research 112: b09203.</mixed-citation></ref><ref id="B30"><label>30.</label><mixed-citation>Shaviv N.J., Svensmark H., Veizer J. 2022. The Phanerozoic climate. Annals of the New York Academy of Sciences. Vol. 1519. Is. 1. P. 7-19.</mixed-citation></ref><ref id="B31"><label>31.</label><mixed-citation>Smylie D.E., Brazhkin V.V., Palmer A. 2009. Direct observations of the viscosity of Earth's outer core and extrapolation of measurements of the viscosity of liquid iron. Physics–Uspekhi 52(1): 79-92.</mixed-citation></ref><ref id="B32"><label>32.</label><mixed-citation>Van Nes E., Scheffer M., Brovkin V., Lenton T., Ye H., Deyle E., Sugihara G. 2015. Causal feedbacks in climate change. Nature Climate Change 5: 445-448.</mixed-citation></ref><ref id="B33"><label>33.</label><mixed-citation>Vimeux F., Cuffey K.M., Jouzel J. 2002. New insights into Southern Hemisphere temperature changes from Vostok ice cores using deuterium excess correction. Earth and Planetary Science Letters 203: 829-843.</mixed-citation></ref><ref id="B34"><label>34.</label><mixed-citation>Vočadlo L., Ballentine C., Brodholt J.P. 2022. Primitive noble gases sampled from ocean island basalts cannot be from the Earth’s core. Nature Communications 13(1): 3770.</mixed-citation></ref><ref id="B35"><label>35.</label><mixed-citation>Voosen V. 2024. Sharp shift in ice age rhythm pinned to carbon dioxide. Science 383(6685): 805-806.</mixed-citation></ref><ref id="B36"><label>36.</label><mixed-citation>Xian J.-W., Sun T., Tsuchiya T. 2019. Viscoelasticity of liquid iron at conditions of the Earth's outer core. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 124: 11105-11115.</mixed-citation></ref><ref id="B37"><label>37.</label><mixed-citation>Yuzhen Y., Bender M.L., Brook E.J., Clifford H.M., Kemeny P.C., Kurbatov A.V., Mackay S., Mayewski P.A., Ng J., Severinghaus J.P., Higgins J.A. 2019. Two-million-year-old snapshots of atmospheric gases from Antarctic ice. Nature 574: 663-666.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
