Variacións orbitais

As variacións orbitais son as principais causantes dos períodos glaciais e interglaciais holocénicos.

Aínda que a luminosidade solar se mantén practicamente constante ao longo de millóns de anos non ocorre o mesmo coa órbita terrestre. Esta oscila periodicamente facendo que a cantidade media de radiación que recibe cada hemisferio flutúe ao longo do tempo. E son estas variacións as que provocan as pulsacións glaciares a modo de veráns e invernos de longo período. Son os chamados períodos glaciais e interglaciais. Hai que ter en conta varios factores que contribúen a modificar as características orbitais facendo que a insolación media nun e outro hemisferio varíe aínda que non o faga o fluxo de radiación global:

A excentricidade, a inclinación axial, e a precesión da órbita da Terra varía no transcurso do tempo producindo as glaciacións do Cuaternario cada 100.000 anos. O eixo da Terra completa o seu ciclo de precesión cada 25.800 anos. Ao mesmo tempo o eixe maior da órbita da Terra vira, nuns 22.000 anos. Ademais, a súa inclinación cambia entre 21,5 graos a 24,5 graos nun ciclo de 41.000 anos. O eixe da Terra ten agora unha inclinación de 23,5º respecto ao plano da eclíptica.

Precesión dos equinoccios

Artigo principal: Precesión.

A precesión dos equinoccios é o cambio na dirección do eixo da Terra que vira en 25.800 anos ao redor do eixe da eclíptica.

Este foi o primeiro factor que se tivo en conta. En 1842 o matemático francés Joseph Adémar postulou que a precesión do eixe terrestre levaría a unha precesión dos equinoccios e solsticios que os farían desprazarse ao longo da órbita coincidindo unhas veces preto do afelio e outras do perihelio. Isto é debido a que o cambio na dirección do eixe de rotación causa unha variación do punto Aries ou corte do ecuador e a eclíptica e xa que logo cambia o inicio da primavera e xa que logo o ángulo que forma coa liña dos ápsides ou momento en que a Terra na súa translación ao redor do Sol alcanza o perihelio e o afelio.

Adémar pensou que isto explicaría a última glaciación que terminou fai 10.000 anos. (A precesión terrestre ten un período de 25.800 anos). Cando o punto Aries se aliña coa dirección da liña dos ápsides da órbita da Terra (perihelio), un hemisferio terá unha diferenza maior entre as estacións mentres o outro hemisferio terá as estacións máis benignas. O hemisferio que está no verán no perihelio recibirá un aumento na radiación solar, pero ese mesmo hemisferio estará no inverno no afelio e terá un inverno máis frío. O outro hemisferio terá un inverno relativamente máis caloroso e o verán máis fresco.

Cando o punto Aries é perpendicular á liña dos ápsides os hemisferios norte e sur terán os contrastes similares nas estacións.

Na actualidade o verán do hemisferio sur ocorre durante o perihelio e o seu inverno durante o afelio. Así as estacións do Hemisferio Sur deben tender a ser algo máis extremas cás estacións do Hemisferio Norte. Este efecto queda en parte compensado polo feito de que o norte ten mais Terra e o sur moito máis océano.

Excentricidade orbital

Artigo principal: Excentricidade.

O segundo factor importante tívoo en conta o inglés James Croll baseándose nos cálculos manuais de Urbain Leverrier. Trátase da variación na forma da órbita debida á atracción do resto de planetas do Sistema Solar.

A forma da órbita da Terra, varía de ser case circular (excentricidade, baixa de 0,005) a ser lixeiramente elíptica (excentricidade alta de 0,058) e ten unha excentricidade media de 0,028. O compoñente maior destas variacións ocorre nun período de 413.000 anos. Tamén hai ciclos de entre 95.000 e 136.000 anos, sendo o ciclo mais coñecido duns 100.000 anos.

A excentricidade actual é 0,017 e xa que logo a diferenza entre o maior achegamento ao Sol (perihelio) e a maior distancia (afelio) é só 3,4% (5,1 millóns de km). Esta diferenza supón un aumento do 6,8% na radiación solar entrante. O perihelio ocorre actualmente ao redor do 3 de xaneiro, mentres o afelio é ao redor do 4 de xullo. Cando a órbita é moi elíptica, a cantidade de radiación solar ao perihelio sería aproximadamente 23% maior ca no afelio.

Segundo Croll os períodos de grande excentricidade serían eras glaciais mentres que os momentos de órbita case circular como o actual serían épocas interglaciais. O feito é que a insolación global unha vez máis permanecería constante pero non así a de cada hemisferio por separado. Segundo Croll o efecto albedo realimentaría os invernos crus e os xeos avanzarían pero esta hipótese revelouse incompleta cando se demostrou por aqueles anos que a última glaciación tivera lugar facía tan só 10.000 anos momento no cal a excentricidade da órbita terrestre era case igual á actual.

Inclinación do eixe

Pero aínda hai un terceiro factor clave para explicar os ciclos glaciais. Foi Milutin Milanković‎ quen propuxo por primeira vez a súa influencia. O eixe de xiro da Terra cambia a súa inclinación lentamente co tempo. (oblicuidade da eclíptica). A amplitude do movemento é de 2.4°.

Esta precesión do eixe segue un ciclo de aproximadamente 41.000 anos. Cando a inclinación aumenta a 24.5 graos, os invernos son máis fríos e os veráns son máis calorosos. Cando a inclinación é menor (22.1 graos), os invernos son máis apracibles e os veráns son máis frescos.

Actualmente o eixe de rotación da Terra ten unha inclinación de 23,5 sobre o eixe da órbita.

Para Milanković‎ non eran os invernos rigorosos senón os veráns suaves os que desencadean un período glacial. A teoría afirma que sempre neva suficiente nas rexións polares como para facer crecer os glaciares pero a diferenza determinante está na cantidade de xeo que se funde nos veráns. Se a fusión é insuficiente crecerán, se é excesiva, como na actualidade, retrocederán.

Observouse entón que un efecto non era determinante sen a participación do outro. É dicir que nin as variacións de excentricidade nin as de inclinación son, por si soas, suficientes para producir unha glaciación.

A oscilación do plano da eclíptica

A variación na inclinación da órbita de Terra ten un período de aproximadamente 70.000 anos e non foi estudada por Milanković‎.

Recentes investigacións observaron que o plano da órbita da Terra se move pola influencia dos demais planetas. O principal perturbador é o planeta Xúpiter e a eclíptica oscila ao redor do plano da órbita de Xúpiter que é o plano que permanece aproximadamente invariante. A oscilación da eclíptica é duns 100.000 anos respecto ao plano invariable. Este ciclo de 100.000 anos é o ciclo predominante nas idades de xeo.

Propúxose que un disco de po e outros refugallos está no plano invariable, e isto afecta o clima da Terra a través de varios medios. A Terra móvese actualmente a través deste plano ao redor do 9 de xaneiro e o 9 de xullo, e observouse por radar un aumento de meteoros.

A combinación dos catro factores

A conclusión final de todo isto é que cada certo tempo os catro factores se alían para producir un período glacial. Estes períodos son moito máis longos (uns 100.000 anos) cós breves intervalos interglaciais. Ningún deles por si só podería desencadear quizabes unha glaciación pero cando conflúen as condicións favorables entón iníciase o proceso. Pero aínda así os cálculos non saen. As variacións orbitais son demasiado leves. O que ocorre é que hai que ter en conta dúas retroalimentacións positivas: o aumento do albedo terrestre e a diminución de CO₂.

A intuición diríanos que os invernos rigorosos deberían rexer os pulsos glaciais pero parece ser que son os veráns suaves os que o fan. A inclinación é aínda de 23,4 º pero segue diminuíndo. Canto menor sexa esta menor será a insolación nos veráns. Aínda con toda a complexidade con que se estudou o problema segue sen establecerse aínda unha explicación total para os ritmos glaciais e é que hai que ter en conta outros factores non explicados polas variacións astronómicas. Malia todo si se pode afirmar que, en gran medida, o ciclo climático vén rexido polas variacións orbitais.

Os problemas da Teoría de Milankovitch

Milankovitch estudou os cambios na excentricidade, oblicuidade, e precesión da órbita da Terra. Devanditos cambios fan variar a cantidade da radiación solar que acada a Terra. Estes cambios son máis importantes preto da área polar norte ou sur. A Teoría de Milankovitch para explicar o cambio climático non funciona perfectamente e en particular non pode explicar o ciclo dos 100.000 anos pero hai moitos máis argumentos a favor ca en contra.

O problema do ciclo dos 100.000 anos

O problema do ciclo dos 100.000 anos reside en que as variacións da excentricidade teñen un impacto moito máis pequeno na radiación solar na Terra que a precesión ou a oblicuidade polo que podería esperarse que produza efectos máis febles. Así a todo, mostran as observacións que durante o último millón de anos, o período do clima máis forte é o ciclo de 100.000 anos. Ademais, a pesar do ciclo de 100.000 ano relativamente forte, algúns defenderon a idea de que a lonxitude do rexistro do clima é insuficiente para establecer unha relación estatisticamente significativa entre o clima e as variacións de excentricidade.

O problema da falta dun ciclo de 400.000 anos

O problema da falta dun ciclo de 400.000 anos reside en que as variacións da excentricidade teñen un ciclo de 400.000 anos . Ese ciclo non se atopou no clima. Se as variacións de 100.000 anos teñen un efecto forte, as variacións de 400.000 tamén deberían descubrirse.

O problema da causalidade

O problema da causalidade refírese a que o penúltimo período interglacial parece empezar 10.000 anos antes do que a variación na radiación, cando esta supostamente debería causar dito período glacial. Isto chámase o problema de causalidade xa que o efecto non pode ser anterior á causa que o provoca.

O efecto excede a causa

Crese principalmente que os efectos destas variacións son debidos ás variacións na intensidade de radiación solar nas diferentes partes do globo. As observacións mostran que o comportamento do clima é moito máis intenso do que as variacións calculadas. Crese que as características do clima son sensibles aos cambios da insolación, causando a súa amplificación (retroalimentación positiva) e tamén a súa moderación en casos illados (retroalimentación negativa).

O problema da falta dos ciclos de 95 e 125 mil anos

O problema da falta dos ciclos de 95 e 125 mil anos refírese ao feito de que a excentricidade ten as variacións claras en ciclos de 95.000 e 125.000 anos. Un rexistro suficientemente longo, e ben datado de cambio do clima débense poder detectar ambas frecuencias, pero o clima mostra só unha frecuencia consistente no ciclo dos 100.000 anos. É discutible se a calidade de datos existentes debe ser suficiente para resolver ambas frecuencias.

O problema da transición

O problema da transición é un termo que se refire a un importante cambio na frecuencia de variación do clima sucedido entre 1 a 3 millóns de anos atrás. Naquela época o clima tiña un período dominante de 41.000 anos, similar ao ciclo de variación da oblicuidade. Despois e durante o último millón de anos, isto cambiou a un ciclo de 100.000 anos similar ás variacións periódicas de excentricidade.

As condicións actuais

Variacións calculadas na radiación solar pasadas e futuras a 65.°N.

A cantidade de radiación solar (insolación) no Hemisferio Norte aos 65.°N parece estar relacionadas coa ocorrencia dunha idade de xeo. Os cálculos astronómicos mostran que a insolación no verán a 65.°N é suficiente para causar unha idade de xeo que se espera nos próximos 50.000 a 100.000 anos.

Na actualidade o verán do hemisferio sur ocorre durante o perihelio e o seu inverno durante o afelio. Así as estacións do Hemisferio do sur deben tender a ser algo máis extremas cás estacións do Hemisferio Norte. A excentricidade relativamente baixa da órbita actual cifra nun 6.8% a diferenza na cantidade de radiación solar durante verán nos dous hemisferios.

O futuro

Dende que as variacións orbitais son predicibles, é posible intentar "predicir" o clima futuro. Dúas advertencias son necesarias: primeiramente, o efecto antropoxénico causa o (quentamento global), e en segundo lugar non hai ningún modelo bo que relacione o clima e a variación orbital da Terra.

Un estudo de Imbrie e Imbrie en 1980 determinou que ignorando o efecto antropoxénico e outras posibles fontes de variación que actúan a frecuencias superiores ás dun ciclo de 19.000 anos, hai unha tendencia a longo prazo cara ao frío que empezou hai uns 6.000 anos e continuará durante os próximos 23.000 anos".

Así a todo o recente traballo de Berger e Loutre suxire que o clima caloroso actual poida durar outros 50.000 anos.

Véxase tamén

Movementos da Terra

Ligazóns externas

Historia da adopción da hipótese de Milanković‎ e alternativas
Máis detalle sobre a oblicuidade orbital e os modelos do clima
O gráfico de variación na insolación Arquivado 12 de xaneiro de 2012 en Wayback Machine. Os ciclos de 20.000 anos, 100.000 anos, e 400.000 anos son claramente visibles