viernes, 11 de mayo de 2018

Pruebas geológicas del ciclo de 405.000 años en la variación de la órbita terrestre

Es un hecho bien conocido entre los científicos de la Tierra que nuestro planeta sufre periódicamente cambios importantes en su clima. En el transcurso de los últimos 200 millones de años, nuestro planeta ha experimentado cuatro períodos geológicos principales (el Triásico, Jurásico y Cretácico y Cenozoico) y una glaciación pliocena-cuaternaria (glaciación Pliocena-Cuaternario), todos los cuales tuvieron un impacto drástico en la vida de las plantas y de los animales, así como también afectaron el curso de la evolución de las especies.

Desde hace tiempo se sabe que estos cambios se deben en parte a los cambios graduales en la órbita de la Tierra, los llamados ciclos de Milankovitch:

·         Excentricidad de la órbita de la Tierra: actualmente la distancia media de la Tierra al Sol es de 149,6 millones de quilómetros. Como la órbita es una elipse, la distancia mayor de la Tierra al Sol es de 152,1 millones de quilómetros y la menor de 146,1. La excentricidad es, por tanto, (152,1-149,6)/149,6de 1,7 % .

Se sabe que la excentricidad de la órbita varía con un ciclo principal de unos 405.000 años, con ciclos secundarios de unos 100.000 años, pudiendo pasar del 0 % al 5%.

El aumento de la excentricidad de la órbita terrestre provoca el incremento del contraste verano-invierno en un hemisferio y la reducción de ese contraste en el otro, dependiendo en cada caso de las estaciones en que ocurran el afelio y el perihelio. Por ejemplo, si en un hemisferio el verano coincide con el perihelio y el invierno con el afelio, y la excentricidad es alta, la radiación solar veraniega será muy intensa y la radiación invernal será muy débil. Por el contrario, en el otro hemisferio, los contrastes estacionales estarán muy atenuados, ya que el verano coincidirá con el afelio y el invierno con el perihelio.



·         Inclinación del eje terrestre de rotación: varía de 22,1 a 24,5o con un período de unos 41.000 años. Cuando el valor es alto, la diferencia de insolación estacional es grande y, viceversa, si el ángulo fuese cero no habría estaciones.


·         Precesión de los equinoccios: es el cambio lento y gradual en la orientación del eje de rotación de la Tierra, como si se tratara de una peonza. Su período es de unos 26.000 años. Este lento movimiento de peonza, es debido a que la Tierra no es perfectamente esférica, pues está algo achatada en los polos y engordada en el Ecuador.

Hoy día, durante el solsticio de invierno del hemisferio norte (22 de diciembre) la Tierra se encuentra próxima al punto de su órbita más cercano al Sol, el perihelio, que alcanza el 3 de enero. La distancia al Sol durante esos días es la más corta del año, unos 147 millones de kilómetros, y por esa razón la Tierra en su conjunto recibe esos días el máximo de calor.

Por el contrario, durante el solsticio de verano del hemisferio norte (21 de junio) la Tierra se encuentra próxima al punto de su órbita más alejado del Sol, el afelio, que alcanza el 4 de Julio. La distancia al Sol es la más larga del año, 152 millones de kilómetros, es decir unos 5 millones más que en el perihelio, y la Tierra en su conjunto recibe esos días un 3,5 % menos de energía solar.

A lo largo de los milenios van cambiando las fechas del perihelio y del afelio. Hace 13.000 años el perihelio ocurría en junio y el afelio en diciembre. Lo contrario de ahora.

El ciclo de precesión de los equinoccios es probablemente más determinante en el clima de las zonas tropicales que en las polares, en donde parece jugar un papel más importante la oblicuidad del eje.


Los cambios en la excentricidad de la órbita terrestre están causados por la influencia gravitatoria de Venus y Júpiter, y se repiten regularmente cada 405,000 años. Pero no ha sido hasta hace poco que un equipo de geólogos ha encontrado la primera evidencia de estos cambios en la órbita de la Tierra: sedimentos y muestras de núcleos rocosos que proporcionan un registro geológico de cómo y cuándo tuvieron lugar.

El estudio que describe sus hallazgos, titulado "Empirical evidence for stability of the 405-kiloyear Jupiter–Venus eccentricity cycle over hundreds of millions of years", que ha sido publicado recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.

Según los registros fósiles, también se sabe que estos ciclos tuvieron un profundo impacto en la vida en la Tierra, lo que probablemente tuvo un efecto en el curso de las especies de la evolución.

Los autores del estudio obtuvieron muestras de sedimentos de la cuenca de Newark, un lago prehistórico que abarcaba la mayor parte de Nueva Jersey, y una muestra de roca central de la Formación Chinle en el Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona. Esta muestra mide aproximadamente 518 metros de largo, 6,35 cm de diámetro, y su formación se data en el Período Triásico, hace de 202 a 253 millones de años.

Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona

Posteriormente, el equipo relacionó las inversiones en el campo magnético de la Tierra -donde cambian el polo norte y sur- con los sedimentos con y sin circonitas (minerales con uranio que permiten la datación radiactiva) y con los ciclos climáticos en el registro geológico. Estas comparaciones mostraron fue que el ciclo de 405,000 años es el patrón astronómico más regular relacionado con la órbita anual de la Tierra alrededor del Sol.

muestra de roca central de la Formación Chinle en el Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona

Los resultados indicaron además que el ciclo ha sido estable durante cientos de millones de años y todavía está activo en la actualidad. Esto constituye la primera evidencia verificable de que la mecánica celeste ha desempeñado un papel histórico en los cambios naturales en el clima de la Tierra. Es un resultado sorprendente, porque este largo ciclo, que se había predicho a partir de movimientos planetarios desde hace unos 50 millones de años, se ha confirmado hasta al menos 215 millones de años.

Anteriormente, los astrónomos habían calculado este ciclo de manera relativamente fiable hasta alrededor de hace 50 millones de años, pero el problema se volvió demasiado complejo antes de esta fecha debido a que muchos movimientos cambiantes entraron en juego. Hay otros ciclos orbitales más cortos, pero cuando miras hacia el pasado, es muy difícil saber con cuál te enfrentas en un momento dado, porque cambian con el tiempo. Ahora se ha demostrado, mediante pruebas geológicas, que este ciclo de la variación de la excentricidad de la órbita terrestre no es puramente teórico y que es estable con el tiempo. 

miércoles, 18 de abril de 2018

La concentración de CO2

La concentración media de CO2 en la atmósfera fue de 406,5 ppm (medida en el observatorio de Mauna Loa), un incremento de 2,3 ppm respecto del año anterior.

En las gráficas podemos ver la concentración media anual desde el año 1959, así como el aumento anual. Respecto al incremento anual, se observa que cada vez es mayor.




domingo, 15 de abril de 2018

La corriente del Golfo se debilita




Se acaba de publicar un nuevo estudio sobre la circulación en el Atlántico norte (Anomalously weak Labrador Sea convection and Atlantic overturning during the past 150 years) que evidencia que este punto clave en el sistema global de circulación oceánica se encuentra actualmente en su punto más débil en los últimos 1.600 años. Si este sistema sigue debilitándose, podría alterar los patrones climáticos desde los Estados Unidos y Europa hasta el Sahel africano, y provocar un aumento más rápido del nivel del mar en la costa este de los Estados Unidos.

La circulación del Océano Atlántico juega un papel clave en la regulación del clima global. El sistema de circulación en aguas profundas, conocido como la Correa Transportadora Oceánica Global, envía agua cálida y salada de la Corriente del Golfo al Atlántico Norte, donde libera calor a la atmósfera y calienta Europa occidental. El agua más fría se hunde a grandes profundidades y viaja hasta la Antártida y finalmente regresa a la corriente del Golfo.

El estudio citado se basa en un análisis exhaustivo de los registros de sedimentos oceánicos, y demuestra que este debilitamiento de la circulación del Atlántico comenzó hacia el final de la Pequeña Edad de Hielo, un período frío de siglos que duró hasta alrededor del año 1850. Parece que cuando el Atlántico Norte comenzó a calentarse al final de la Pequeña Edad de Hielo, el aumento de la aportación de agua dulce modificó el sistema de la Circulación Meridional de Derivación Atlántica (AMOC, por sus siglas en inglés, Atlantic Meridional Overturning Circulation). El hielo marino del Ártico y las placas de hielo y glaciares que rodean este océano comenzaron a derretirse, formando una enorme fuente natural de agua dulce que afluía en el Atlántico Norte. Esta gran afluencia de agua dulce diluyó la superficie del agua de mar, haciéndola más liviana y menos capaz de hundirse profundamente, ralentizando el sistema AMOC.

Para investigar la circulación del Atlántico en el pasado, los autores de este estudio han estudiado el tamaño de los granos de los sedimentos depositados por las corrientes de aguas profundas; cuanto más grandes son los granos, más fuerte es la corriente. Además, han usado una variedad de métodos para reconstruir las temperaturas oceánicas cercanas a la superficie en regiones donde la temperatura está influenciada por la fuerza del AMOC. Combinados, estos enfoques sugieren que el AMOC se ha debilitado en los últimos 150 años en aproximadamente 15 a 20 %.

Estos datos cuestionan los modelos climáticos globales actuales, ya  que la circulación en el Atlántico Norte es mucho más variable de lo que se pensaba. Podría ser porque los modelos no tienen placas de hielo activas, o tal vez hubo más derretimiento del Ártico y, por lo tanto, entró más agua dulce en el sistema de lo que se estima actualmente.

Otro estudio, también publicado hace pocos días, Observed fingerprint of a weakening Atlantic Ocean overturning circulation, analiza los datos del modelo climático y las temperaturas pasadas de la superficie del mar, y llega a la conclusión que AMOC se ha debilitado más rápidamente desde 1950 en respuesta a calentamiento global reciente.

Juntos, los dos nuevos estudios proporcionan una evidencia de que el actual AMOC es excepcionalmente débil.

Lo que es común a los dos períodos de debilitamiento de AMOC, el final de la Pequeña Edad de Hielo y las últimas décadas, es que ambos se calentaron y se derritieron. Se podría predecir que, como el calentamiento y el derretimiento continuarán en el futuro debido a las continuas emisiones de dióxido de carbono, AMOC continuará debilitándose. Sin embargo, al igual que los cambios pasados ​​en el AMOC han sorprendido, puede haber sorpresas futuras inesperadas. Por ejemplo, hasta hace poco se pensaba que el AMOC era más débil durante la Pequeña Edad de Hielo, pero estos nuevos resultados muestran lo contrario, lo que destaca la necesidad de mejorar la comprensión de este sistema.

viernes, 23 de marzo de 2018

¿Una nueva pausa en el calentamiento global?

Algunos han aprovechado el dato de la anomalía global mes de febrero, publicado por UAH, y que da un valor de +0,20oC, para lanzar la hipótesis de una nueva pausa en el aumento de las temperaturas. En efecto, si miramos la media de las anomalías de 2001 a 2015, tiene un valor de +0,20oC.

Sin embargo, si comparamos la anomalía del mes de febrero con la tendencia de los años 1979 a 1999, que fue de +0,148oC/década, con un coeficiente de correlación r = 0,43, y cuya desviación tipo de las diferencias entre los valores reales y la tendencia es de σ = 0,192, comprobamos que el valor de febrero se encuentra a -0,77 σ del valor que le correspondería, por lo que no se puede afirmar que este valor esté fuera de la tendencia de los años 1979 a 1999.

Veremos la evolución en los próximos meses.


miércoles, 21 de marzo de 2018

La extensión del hielo antártico

El pasado 18 de febrero se alcanzó la extensión mínima del hielo marino en el océano Antártico, con un valor de 2,150 millones de km2.

Esta extensión máxima es sensiblemente igual a la del año 2017, en que se registró el valor mínimo de la serie histórica. El valor del año en curso es el segundo menor valor de esta serie.

Estos valores mínimos anuales son muy heterogéneos, por lo que la línea de regresión, que tiene una pendiente positiva de 5.800 km2/año, no es significativa (coeficiente de regresión r2 = 0,026).



La extensión del hielo ártico

El pasado 14 de marzo se alcanzó muy probablemente la extensión máxima del hielo marino en el océano Ártico, con un valor de 14,504 millones de km2. Desde entonces la superficie de hielo marino ha descendido a 14,210 millones de km2, lo que hace pensar que, en efecto, el valor del día 14 no se va a sobrepasar.

Esta extensión máxima es sensiblemente igual a la de los tres años anteriores.

Desde que se toman medidas por satélite, es decir, desde el año 1979, la tendencia ha sido de una disminución de la extensión máxima de 44.900 km2/año.



jueves, 15 de febrero de 2018

¿Qué le pasa al remolino de Beaufort?

El Beaufort Gyre (remolino de Beaufort) es una corriente oceánica impulsada por el viento ubicada en la región polar del océano Ártico. El remolino contiene hielo y agua. Se acumula agua dulce mediante el proceso de derretir el hielo que flota en la superficie del agua.

Este inmenso pozo de agua dulce y hielo marino está "atascado" en una rotación en el sentido de las agujas del reloj que debería haber terminado hace años. Un cambio en su sentido de rotación podría enviar grandes cantidades de agua helada directamente hacia Europa occidental, sumiéndola en inviernos muy fríos.


Durante milenios, el remolino de Beaufort ha estado regulando la formación de hielo marino y del clima en la cima del mundo. Como una peonza gigante, el remolino encierra grandes cantidades de hielo marino. Atrapado en este remolino en el sentido de las agujas del reloj, el hielo históricamente ha tenido más tiempo para espesarse de lo que generalmente ocurre en otras partes del océano Ártico, donde corrientes como la Deriva Polar transportan con mayor rapidez el hielo hacia el Atlántico norte más cálido. De esta forma, el remolino de Beaufort, ubicado entre Alaska y el territorio canadiense de Yukón, ha ayudado a crear las capas abundantes de hielo marino que, hasta hace poco, cubrían gran parte del océano Ártico durante todo el año.

Durante la segunda mitad del siglo XX y, muy probablemente, antes, el remolino siguió un patrón cíclico en el que cambiaba su sentido de giro cada cinco o siete años, girando temporalmente en sentido contrario a las agujas del reloj, expulsando hielo y agua dulce hacia el Océano Ártico oriental y el Atlántico Norte. Pero desde 1997, este carrusel de hielo y agua dulce ha estado girando en su sentido habitual en el sentido de las agujas del reloj, mientras recolectaba más y más agua dulce de tres fuentes: hielo marino derretido y grandes volúmenes de escorrentía Océano ártico de ríos rusos y norteamericanos, y el agua relativamente dulce que fluye desde el mar de Bering.

Indice de Oscilación del Océano Ártico: cuando es positivo el remolino gira en el sentido horario, y cuando es negativo lo hace en el sentido antihorario

El giro del remolino de Beaufort en el sentido de las manecillas del reloj evita que este enorme volumen de hielo y agua fría fluya hacia el Océano Atlántico Norte. Pero el la fuerza del remolino inevitablemente se debilitará y cambiará de dirección, y cuando lo haga podría expulsar una gran cantidad de agua helada en el Atlántico Norte.

Este extraño comportamiento del remolino de Beaufort probablemente esté relacionado, al menos en parte, con el gran calentamiento del Ártico. Algunos científicos sugieren que el agua dulce gélida que fluye hacia el norte del Océano Atlántico desde la capa de hielo de Groenlandia, que se derrite rápidamente a causa del aumento de la temperatura, está formando un casquete de hielo en el Atlántico Norte que produce una estratificación, que a su vez evita que el calor de la Corriente del Golfo suba a la superficie, y evite así las tormentas en la zona. Esto puede estar inhibiendo la formación de ciclones que podrían causar que el movimiento del giro se debilite o se invierta temporalmente.

Si ese es el caso, puede significar que el giro continuará creciendo y girando en el sentido de las agujas del reloj en los próximos años. Esa puede ser una buena noticia para los pescadores del norte de Europa y del Atlántico Norte, cuyas capturas probablemente sufrirían el enfriamiento de la capa superior de sus océanos. Pero también puede retrasar una descarga potencialmente mayor y un enfriamiento más profundo en el futuro.