La Tierra se encuentra actualmente en lo que los climatólogos llaman un período interglacial, un pulso cálido entre largo, eras de hielo frías cuando los glaciares dominan las latitudes más altas de nuestro planeta. Durante los últimos millones de años Estos ciclos glacial-interglaciares se han repetido aproximadamente en un 100, Ciclo de 000 años. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown tiene una nueva explicación para ese momento y por qué el ciclo era diferente antes de hace un millón de años.

Usando un conjunto de simulaciones por computadora, los investigadores muestran que dos variaciones periódicas en la órbita de la Tierra se combinan en un 100, Ciclo de 000 años para causar una expansión del hielo marino en el hemisferio sur. En comparación con las aguas del océano abierto, que el hielo refleja más rayos del sol hacia el espacio, reduciendo sustancialmente la cantidad de energía solar que absorbe el planeta. Como resultado, la temperatura global se enfría.

"Los 100, El ritmo de miles de años de los períodos glacial-interglaciares ha sido difícil de explicar, "dijo Jung-Eun Lee, un profesor asistente en el Departamento de Tierra de Brown, Estudios ambientales y planetarios y autor principal del estudio. "Lo que pudimos demostrar es la importancia del hielo marino en el hemisferio sur junto con los forzamientos orbitales para marcar el ritmo del ciclo glacial-interglacial".

La investigación se publica en la revista Cartas de investigación geofísica .

Órbita y clima

En la década de 1930, El científico serbio Milutin Milankovitch identificó tres cambios recurrentes diferentes en el patrón orbital de la Tierra. Cada uno de estos ciclos de Milankovitch puede influir en la cantidad de luz solar que recibe el planeta, que a su vez puede influir en el clima. Los cambios se repiten cada 100, 000, 41, 000 y 21, 000 años.

El problema es que el 100, El ciclo de 000 años por sí solo es el más débil de los tres en el grado en que afecta a la radiación solar. Entonces, por qué ese ciclo sería el que marcaría el ritmo del ciclo glacial es un misterio. Pero este nuevo estudio muestra el mecanismo a través del cual el 100, Ciclo de 000 años y el 21, El ciclo de 000 años trabaja en conjunto para impulsar el ciclo glacial de la Tierra.

El 21, El ciclo de 000 años se ocupa de la precesión:el cambio en la orientación del eje de rotación inclinado de la Tierra, que crea las estaciones cambiantes de la Tierra. Cuando el hemisferio norte se inclina hacia el sol, recibe más luz solar y experimenta el verano. Al mismo tiempo, el hemisferio sur está inclinado hacia afuera, por lo que recibe menos luz solar y experimenta el invierno. Pero la dirección a la que apunta el eje cambia lentamente, o se precesa, con respecto a la órbita de la Tierra. Como resultado, la posición en la órbita donde cambian las estaciones migra levemente de un año a otro. La órbita de la Tierra es elíptica, lo que significa que la distancia entre el planeta y el sol cambia dependiendo de dónde estemos en la elipse orbital. Entonces, la precesión básicamente significa que las estaciones pueden ocurrir cuando el planeta está más cerca o más lejos del sol, o en algún lugar intermedio, que altera la intensidad de las estaciones.

En otras palabras, la precesión provoca un período durante el 21, Ciclo de 000 años cuando el verano del hemisferio norte ocurre alrededor del momento en que la Tierra está más cerca del sol, lo que haría esos veranos un poco más cálidos. Seis meses después, cuando el hemisferio sur tiene su verano, la Tierra estaría en su punto más alejado del sol, haciendo que los veranos del hemisferio sur sean un poco más fríos. Cada 10, 500 años, el escenario es el contrario.

En términos de temperatura global promedio, uno no puede esperar que la precesión importe mucho. Cualquiera que sea el hemisferio que esté más cerca del sol en su verano, el otro hemisferio estará más lejos durante su verano, por lo que los efectos simplemente desaparecerían. Sin embargo, este estudio muestra que, de hecho, puede haber un efecto sobre la temperatura global si hay una diferencia en la forma en que los dos hemisferios absorben la energía solar, que es.

Esa diferencia tiene que ver con la capacidad de cada hemisferio para hacer crecer el hielo marino. Debido a la disposición de los continentes, hay mucho más espacio para que crezca el hielo marino en el hemisferio sur. Los océanos del hemisferio norte están interrumpidos por continentes, lo que limita la medida en que puede crecer el hielo. Entonces, cuando el ciclo precesional provoca una serie de veranos más fríos en el hemisferio sur, El hielo marino puede expandirse dramáticamente porque hay menos derretimiento en verano.

Los modelos climáticos de Lee se basan en la simple idea de que el hielo marino refleja una cantidad significativa de radiación solar hacia el espacio que normalmente sería absorbida por el océano. Ese reflejo de la radiación puede reducir la temperatura global.

"Lo que mostramos es que incluso si la energía entrante total es la misma durante todo el ciclo de precesión, la cantidad de energía que la Tierra realmente absorbe cambia con la precesión, "Dijo Lee." El gran hielo marino del hemisferio sur que se forma cuando los veranos son más fríos reduce la energía absorbida ".

Pero eso deja la pregunta de por qué el ciclo de precesión, que se repite cada 21, 000 años, causaría un 100, Ciclo glacial de 000 años. La respuesta es que el 100, El ciclo orbital de 000 años modula los efectos del ciclo de precesión.

El 100, El ciclo de 000 años se ocupa de la excentricidad de la órbita de la Tierra, es decir, hasta qué punto se desvía de un círculo. Durante un período de 100, 000 años, la forma orbital va de casi circular a más alargada y viceversa. Solo cuando la excentricidad es alta, lo que significa que la órbita es más elíptica, hay una diferencia significativa entre el punto más alejado de la Tierra del Sol y el más cercano. Como resultado, solo hay una gran diferencia en la intensidad de las estaciones debido a la precesión cuando la excentricidad es grande.

"Cuando la excentricidad es pequeña, la precesión no importa, "Dijo Lee." La precesión solo importa cuando la excentricidad es grande. Por eso vemos un 100 más fuerte, Ritmo de 000 años que un 21, Ritmo de 000 años ".

Los modelos de Lee muestran que, ayudado por una alta excentricidad, Los veranos fríos del hemisferio sur pueden disminuir hasta en un 17 por ciento la cantidad de radiación solar de verano absorbida por el planeta en la latitud donde la diferencia en la distribución del hielo marino es mayor, lo suficiente como para causar un enfriamiento global significativo y potencialmente crear las condiciones adecuadas para un hielo. la edad.

Aparte de la reflexión de la radiación, Puede haber retroalimentaciones de enfriamiento adicionales iniciadas por un aumento en el hielo marino del sur, Lee y sus colegas dicen. Gran parte del dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero clave, que se exhala a la atmósfera desde los océanos proviene de la región del polo sur. Si esa región está en gran parte cubierta de hielo, puede contener ese dióxido de carbono como una tapa en una botella de refresco. Además, la energía normalmente fluye desde el océano para calentar la atmósfera también en invierno, pero el hielo marino aísla y reduce este intercambio. Por lo tanto, tener menos carbono y menos energía transferida entre la atmósfera y el océano se suma al efecto de enfriamiento.

Explicando un cambio

Los hallazgos también pueden ayudar a explicar un cambio desconcertante en el ciclo glacial de la Tierra. Durante los últimos millones de años más o menos, el 100, El ciclo glacial de 000 años ha sido el más destacado. Pero antes de hace un millón de años, Los datos del paleoclima sugieren que el ritmo del ciclo glacial estaba más cerca de 40, 000 años. Eso sugiere que el tercer ciclo de Milankovitch, que se repite cada 41, 000 años, era dominante entonces.

Si bien el ciclo de precesión se ocupa de la dirección en la que apunta el eje de la Tierra, el 41, El ciclo de 000 años se ocupa de cuánto se inclina el eje. La inclinación, u oblicuidad, cambia de un mínimo de unos 22 grados a un máximo de unos 25 grados. (Está a 23 grados en este momento). Cuando la oblicuidad es mayor, cada uno de los polos recibe más luz solar, que tiende a calentar el planeta.

Entonces, ¿por qué el ciclo de oblicuidad sería el más importante antes de hace un millón de años, pero se vuelven menos importantes más recientemente?

Según los modelos de Lee, tiene que ver con el hecho de que el planeta ha estado generalmente más frío durante el último millón de años que antes. Los modelos muestran que, cuando la Tierra era generalmente más cálida que hoy, Es menos probable que ocurra la expansión del hielo marino relacionada con la precesión en el hemisferio sur. Eso permite que el ciclo de oblicuidad domine la firma de temperatura global. Después de hace un millón de años cuando la Tierra se enfrió un poco en promedio, la señal de oblicuidad comienza a quedar relegada a la señal de precesión / excentricidad.

Lee y sus colegas creen que sus modelos presentan una nueva explicación sólida para la historia del ciclo glacial de la Tierra, explicando tanto el ritmo más reciente como la desconcertante transición de hace un millón de años.

En cuanto al futuro del ciclo glacial, eso sigue sin estar claro, Dice Lee. En este punto, es difícil predecir cómo las contribuciones humanas a las concentraciones de gases de efecto invernadero de la Tierra podrían alterar el futuro de las edades de hielo de la Tierra.