Geometría orbital, cambio climático y Astrocronología


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1 Geometría orbital, cambio climático y Astrocronología Francisco Sierro Sánchez Dpto. de Geología (Paleontología) Universidad de Salamanca. Capítulo 5 Página - 1-

2 Vivir en la Tierra es caro, pero ello incluye un viaje gratis alrededor del Sol cada año. (Anónimo) Capítulo 5 Página - 2-

3 La configuración geométrica del sistema Tierra-Sol influye decisivamente en nuestras vidas. La inclinación del eje de la tierra sobre el plano de la órbita, que actualmente es de 23º 27, la forma elíptica de la órbita y el punto de la misma en el que se alcanzan los solsticios o los equinoccios (puntos cardinales) determinan los cambios de estaciones y por tanto el clima de cada región así como el paisaje, la vegetación o la población. En latitudes medias y altas de la Tierra las condiciones climáticas cambian drásticamente desde el verano (cuando el polo norte apunta en la dirección del Sol) al invierno (cuando el eje apunta en la dirección contraria). Estos cambios estacionales se suceden de forma regular cada año pero, aunque de forma imperceptible a escala de la vida humana, la configuración astronómica va cambiando lentamente y con ella las condiciones climáticas y el lento devenir de las estaciones. Cada año que pasa (año tropical = 365,2422 días, medido de equinoccio a equinoccio) se desfasa en 25 minutos con el año anomalístico (año medido de perihelio a perihelio = 365,2596 días). Este pequeño desfase de 25 minutos por año se va acumulando y al cabo de cientos o miles de años supone una configuración orbital totalmente distinta a la actual y un clima y unas estaciones muy diferentes en cada región de la Tierra. Son varios los parámetros que cambian y alteran de forma periódica la configuración astronómica del sistema solar. Leverrier a mediados del siglo pasado descubrió que la inclinación del eje de rotación de la Tierra fluctúa entre un mínimo de 22,5º y un máximo de 24,5º con un periodo de 41,000 años. Esto es debido a que la inclinación de la órbita terrestre respecto al plano de la órbita de Júpiter experimenta cambios periódicos. Cuando la inclinación es mayor la estacionalidad es mas acusada, es decir los veranos son mas calurosos y los inviernos mas fríos ya que la radiación solar durante el verano es mas intensa y mas débil durante el invierno. La órbita de nuestro planeta es excéntrica por lo que la Tierra durante una parte del año se va acercando al Sol, hasta alcanzar el perihelio(punto de la órbita mas próximo al Sol), mientras que el resto del año se va alejando hasta alcanzar el afelio (punto de la órbita mas alejado del Sol). La excentricidad de la órbita hoy es muy baja y por tanto la diferencia de radiación solar entre el perihelio, que se alcanza el 3 de Enero y el afelio, al que se llega el 4 de Julio, es muy pequeña, si bien esa pequeña diferencia hace que los inviernos sean un poco mas suaves que en otros momentos. La órbita se va deformando lentamente y pasa de casi circular a relativamente excéntrica (0,05) con tres periodicidades dominantes de 94,800, 123,800, y 404,000 años. Estos cambios en la excentricidad se deben a que cada uno de los planetas del sistema solar ejerce una fuerza que tiende a empujar a la Tierra fuera de su órbita elíptica regular. Como cada uno gira alrededor del Sol a una velocidad diferente, la fuerza gravitacional combinada de todos los planetas sobre la Tierra y su variación en el tiempo puede ser calculada fácilmente. El eje polar terrestre no está fijo en el espacio, está sujeto a modificaciones. Actualmente apunta hacia la estrella Polar en la Osa menor, en el año 2,000 a.c. el polo norte apuntaba hacia algún punto entre la osa mayor y la osa menor y en el año 4,000 a.c apuntaba hacia el extremo de la Osa Mayor. Estas variaciones en la dirección de inclinación del eje terrestre ya fueron descubiertas por Hiparco en el año 120 a.c. Los astrónomos antiguos, al dibujar esta progresión sobre un mapa de las estrellas consiguieron demostrar que el eje de rotación de la tierra se bamboleaba como una peonza, de tal modo que el polo norte describe Capítulo 5 Página - 3-

4 un círculo en el espacio. La tierra tarda aproximadamente 25,920 años en recorrer este círculo y volver a la posición original. Este movimiento conocido como precesión de los equinoccios, se produce como consecuencia de la fuerza gravitacional que el sol y la luna ejercen sobre el abombamiento ecuatorial de la tierra. La precesión hace que la posición de los 4 puntos cardinales de la órbita terrestre se desplacen lentamente a lo largo de la órbita. Para un observador que mirara hacia abajo sobre el polo norte este movimiento sería dextrógiro a favor de las agujas del reloj. Al mismo tiempo, la órbita está rotando lentamente sobre sí misma en dirección contraria a las agujas del reloj (una vuelta completa cada años, o lo que es lo mismo, una vuelta cada 4 ciclos de precesión). Estos dos movimientos conjuntamente hacen que los puntos cardinales se desplacen. Este desplazamiento de los solsticios y equinoccios a lo largo de la órbita completa un ciclo con dos períodos dominantes de y años. Cuando el verano boreal se alcanza en el afelio, como ocurre en la actualidad, la insolación recibida en el hemisferio norte durante esta estación es menor si atendemos solamente al factor distancia Tierra-Sol, mientras que la ocurrencia del invierno en el perihelio se refleja por una mayor insolación. Por tanto esta configuración astronómica hace que la estacionalidad en el hemisferio norte sea menor, es decir veranos mas templados e inviernos menos fríos. Cuando la órbita es casi circular, como ocurre actualmente, la diferencia de distancia Tierra-Sol entre el afelio y el perihelio es muy pequeña y por tanto la diferencia de insolación en ambos puntos de la órbita también lo es, sin embargo, cuando la órbita es mucho mas excéntrica la distancia Tierra-Sol en el afelio es mucho mayor que en el perihelio, y por tanto afecta en mayor medida a la insolación de verano y de invierno, aumentando la estacionalidad. Por tanto, podemos decir que la posición relativa de los solsticios y equinoccios en la órbita influye en la estacionalidad pero esta influencia será de mayor o menor amplitud dependiendo del grado de excentricidad de la órbita. El impacto de los diferentes parámetros astronómicos en el clima de la Tierra es muy diferente dependiendo de la latitud. Los cambios de inclinación se dejan sentir mucho más en latitudes altas, mientras que los cambios de excentricidad se dejan sentir por igual en todas las latitudes, ya que cuando se incrementa la distancia Tierra-Sol el porcentaje de radiación solar se reducirá de forma proporcional en todos los puntos de la tierra. En cuanto a la inclinación, si esta fuera 0º y el eje de la tierra estuviera vertical con respecto al plano de la eclíptica, los polos no recibirían ninguna radiación a lo largo del año, mientras que el ecuador recibiría la máxima radiación por lo que no habría estacionalidad. Cuanto más se incline el eje de la tierra, mayor será la radiación recibida en los polos. Milankovitch calculó, en la primera mitad del siglo XX, los valores actuales de todos estos parámetros astronómicos, sus variaciones, así como la cantidad de calor recibida en cualquier latitud a lo largo del tiempo. Los cambios en la configuración astronómica han tenido y seguirán teniendo un gran impacto en el clima de la Tierra, particularmente en las regiones de altas latitudes, donde las nieves que cubren por completo el paisaje durante el invierno se deshielan todos los veranos, como ocurre actualmente en todo el hemisferio norte, con la excepción de Groenlandia. Desde hace unos 3,2 millones de años las altas latitudes del hemisferio norte han estado cubiertas por importantes masas de hielo que han ido avanzando y retrocediendo de forma sincrónica con los cambios en la configuración astronómica del sistema planetario. Capítulo 5 Página - 4-

5 Durante los últimos años se han formado grandes casquetes de hielo en el hemisferio norte que han cambiado el clima de todo el planeta. Durante las etapas de excentricidad mínima como ocurrió por ejemplo hace años, estos casquetes llegaron a tener espesores de hielo de más de 3 Km en gran parte del norte de América, Europa y Asia, la radiación solar recibida en altas latitudes durante el verano del hemisferio norte permaneció demasiado baja como para fundir las nieves caídas durante el invierno. Sin embargo, cuando la insolación de verano aumenta, como ocurrió entre y años, esos inmensos casquetes de hielo se derritieron y el nivel del mar subió algo más de 120 m, provocando la inundación de las plataformas continentales y dejando un paisaje muy similar al que vemos en la actualidad. Los cambios climáticos orquestados por las diferentes configuraciones astronómicas han quedado registrados en los sedimentos del fondo oceánico, ya sea por cambios en el tipo de sedimento, en el tipo de organismos que vivió en cada momento, o simplemente por cambios en la composición química del Océano que pueden ser descifrados a partir de los esqueletos del plancton marino o de las moléculas orgánicas que estos organismos sintetizaron. Estas variables físicas, químicas o biológicas observadas en el sedimento oceánico registran fielmente los cambios climáticos inducidos por las oscilaciones periódicas de la geometría orbital; sintonizando esos registros con la curva astronómica de insolación y asignando las edades astronómicas a los correspondientes cambios en el registro sedimentario se obtiene una edad muy precisa para el registro sedimentario que ha llevado al nacimiento de la Astrocronología y de la Escala Astronómica de Tiempo que permite correlacionar series sedimentarias a escala global con un error inferior a años, que es el período medio de la precesión terrestre. Capítulo 5 Página - 5-

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