7 de agosto de 2009

Milankovitch y las causas astronómicas del cambio climático



Un tema de debate de candente actualidad, es el que se refiere al cambio climático global, el cual se manifiesta con un aumento sostenido en la temperatura promedio del planeta. Con respecto a este tema parece haber consenso en responsabilizar de este calentamiento a nuestra moderna civilización. Sin embargo, por tratarse de un fenómeno en extremo complejo, las causas que lo provocan (en el largo plazo) son múltiples, e incluso algunas tienen un origen astronómico, como lo propuso el científico serbio Milutin Milankovitch.

Por Hugo Jara Goldenberg


Este artículo fue publicado en la revista de ciencia ficción y divulgación científica TauZero Ver artículo aquí


Cuando se habla de cambio climático, la mayoría de la personas tienden a creer que el clima fue en otra época estable, y que somos nosotros, con nuestra modernidad, quienes lo estamos ahora alterando, con consecuencias insospechadas para el futuro de la humanidad y de la Tierra. También se tiende a asociar el fenómeno del cambio climático exclusivamente con el aumento de la temperatura promedio del planeta, provocado por el incremento (debido a los procesos industriales) en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

Sin embargo, al estudiar la historia del clima terrestre se hace evidente que éste ha sido siempre cambiante, y de manera cíclica (aunque en algunas ocasiones de forma repentina) nuestro planeta ha debido soportar modificaciones dramáticas en los patrones climáticos globales, con consecuencias muchas veces devastadoras que han provocado la alteración de hábitats ecológicos completos, e incluso la extinción masiva de especies. Por otra parte, la ciencia moderna entiende que el clima es un fenómeno extremadamente complejo cuya variabilidad depende de múltiples factores, algunos internos al planeta como el vulcanismo (que arroja grandes volúmenes de gases y cenizas a la atmósfera) o la distribución cambiante (en tiempos geológicos) de las masas oceánicas y continentales. Y por supuesto que esa variación climática también puede ser atribuible, en parte, a la desenfrenada intervención humana en la naturaleza.

No obstante, si consideramos que el clima no es otra cosa que la manifestación (en amplios períodos de tiempo), de ciclos y fuerzas que actúan permanentemente en la atmósfera y superficie terrestre (precipitaciones, nubosidad, vientos, humedad, temperatura, presión, densidad del aire, etc.), resulta evidente que la principal fuente de la energía que alimenta a esta dinámica planetaria, la constituye el Sol. Por lo tanto, al intentar identificar al gran responsable de la variabilidad climática debemos, en primer lugar, mirar hacia nuestra estrella.

Ya a fines del siglo XVII, el astrónomo Edmund Halley (1656-1742) publicó algunos trabajos que señalaban la forma como se distribuye el calor solar sobre el globo terráqueo. Posteriormente otros investigadores profundizaron en estos estudios, construyendo modelos (físico-matemáticos) más refinados que explicaban cómo el calor que recibimos del Sol varía según la Latitud del lugar y la inclinación con la cual la luz incide sobre la superficie terrestre.

Por otra parte, el avance de la astronomía permitió un mejor conocimiento de la naturaleza del Sol. En primer lugar, se comprendió que éste, como todas las estrellas, es capaz de producir y radiar (mediante procesos de fusión nuclear) ingentes cantidades de energía. Y aunque en estos momentos el Sol se encuentra en la medianía de su vida (una etapa en la evolución estelar caracterizada por una notoria estabilidad), de todas maneras presenta variaciones periódicas en su comportamiento. Unas de estas fluctuaciones cíclicas son las manchas solares, un fenómeno que se repite en ciclos de once años (además hay ciclos compuestos que determinan máximos y mínimos secundarios), y que provoca variaciones en la temperatura media del planeta.

Perturbaciones orbitales

Pero ahora sabemos que la cantidad de energía que recibimos del Sol, no depende exclusivamente de aquellos procesos nucleares que se producen en su interior. Además existen otros fenómenos astronómicos que modifican el caudal energético recibido por la Tierra y que, en consecuencia, también afectan a su clima. Entre ellos se pueden mencionar a los cambios cíclicos que se producen en la Rotación y Traslación terrestre.

Un personaje clave en la comprensión de la influencia que esas alteraciones orbitales tienen en el clima fue el astrofísico serbio Milutin Milankovitch (1879- 1958), quien abandonó una promisoria carrera de ingeniero civil para dedicarse exclusivamente a su gran pasión que era la matemática aplicada. Buscando un tema en el cual trabajar se encontró con la climatología. Estudió con especial atención los factores que determinan los niveles de la insolación que reciben los diferentes puntos de la superficie terrestre y también intentó explicar el fenómeno de las glaciaciones.

Las glaciaciones son períodos en los cuales se produce el avance de las capas de hielo desde los polos hacia latitudes más bajas, quedando cubiertas amplias zonas continentales. Estas épocas de frío extremo son cíclicas, y en estos momentos nos encontramos en un período interglacial, esperándose que en unos cuantos miles de años más, el planeta volverá a ser invadido por los hielos. Esta periodicidad de las glaciaciones llamó la atención de los investigadores del paleoclima (clima del pasado), y es aquí donde Milankovitch sorprendió con una elaborada teoría planetaria que explica elegantemente el porqué los avances del hielo se suceden en los lapsos de tiempo observados en la historia geológica de nuestro planeta.

Milankovitch advierte que la forma como la Tierra gira sobre sí misma, y como se desplaza alrededor del Sol no es constante, sino que se ve afectada por pequeñas perturbaciones que, acumuladas en períodos de miles de años, modifican significativamente la cantidad de energía que se recibe desde el Sol.

Los otros movimientos de la Tierra

Todos aprendimos en el colegio que la Tierra posee dos movimientos: la Rotación (que da lugar al día y la noche) y la Traslación (que da lugar a las Estaciones), y es evidente que producto de esos desplazamientos, cambia la cantidad de radiación solar recibida. Para verificarlo basta con observar las diferencias de temperatura que se producen durante el transcurso del día o con el paso de las Estaciones del año.

Sin embargo, nuestro planeta posee otros movimientos que no resultan ser tan evidentes, ya que su período de variación es de miles de años. Aunque estas perturbaciones orbitales fueron descubiertas hace mucho tiempo, y también más de alguien propuso que podían tener influencia en el clima, fue Milankovitch quien elaboró una teoría matemática completa que demostraba claramente cómo estos movimientos afectan a la climatología terrestre, y que en particular permitió explicar el intrigante carácter repetitivo de las glaciaciones.

Estos tres movimientos son:

1.- Precesión de los equinoccios: Es el cambio de dirección del eje de rotación de la Tierra, que ocurre en ciclos de 22.000 años. Se debe al efecto giroscópico que produce la rotación de la Tierra (es como el bamboleo de un trompo). Este movimiento determina qué hemisferio enfrenta al Sol en los momentos de más cercanía (perihelio) o más lejanía (afelio) de la órbita. Actualmente el hemisferio austral es el que enfrenta al Sol en el momento de más cercanía (ocurre los primeros días de enero cuando en el Sur es verano), pero hace 11.000 años sucedía lo contrario (en pleno invierno nuestro). Y dada la distinta distribución de masas terrestres y oceánicas que existe en los dos hemisferios (las masas continentales son mayores en el Norte), se puede concluir que las Estaciones de entonces fueron mucho más frías.



2.- Cambio en la Oblicuidad del eje: Es la variación en la inclinación del eje de la Tierra en su órbita alrededor del Sol. Este ángulo de inclinación varia entre 21,5° y 24,5° (actualmente tiene un valor de 23.45°) en períodos de 41.000 años. Este cambio determina la intensidad de las Estaciones. Cuando menor es la inclinación las Estaciones tienden a ser más benignas y homogénea, pero cuando ésta se acerca al máximo, entonces las Estaciones se tornan marcadamente extremas.



3.- Cambio en la excentricidad de la órbita (grado de achatamiento de la órbita alrededor del Sol), que pasa de ser casi circular a marcadamente elíptica en ciclos de 100.000 a 400.000 años. A consecuencia de esta variación cambia la distancia de la Tierra al Sol, y también la intensidad de la radiación recibida en el planeta (el cambio en la intensidad llega al 6%).


Obs. En la figura, la excentricidad está exagerada, en realidad la órbita de la Tierra es muy cercana al círculo.


Los ciclos de Milankovitch

La teoría planetaria que elaboró el matemático serbio, conocida como los ciclos de Milankovitch, plantea que las grandes variaciones climáticas que afectan a la Tierra, se deben al efecto combinado de estos tres movimientos. Y para comprobarlo sometió su hipótesis a una exhaustiva prueba que retrocedía cientos de miles de años en el pasado. Después de muchos años de afinamiento de su modelo matemático pudo comprobar que, efectivamente, los ciclos propuestos por la teoría se correlacionaban razonablemente con los registros paleoclimáticos recogidos en muchas partes del mundo.

Cuando Milankovitch dio a conocer su teoría, no recibió la acogida esperada. Durante muchos años su propuesta fue considerada sólo como un ejercicio matemático-astronómico curioso, pero desde mediados de la década de los 70 (del siglo pasado) la situación comenzó a cambiar y ahora es ampliamente aceptada por la comunidad científica y utilizada en todos los estudios sobre las glaciaciones.

Aunque algunos la cuestionan, ya que existen algunos eventos que no se cumplen exactamente según lo previsto por la teoría, es evidente que los Ciclos de Milankovitch mucho tienen que ver con los grandes cambios climáticos que sufre el planeta. Además, como ya se señaló anteriormente, la dinámica del clima es tan compleja (e influyen en ella tantos factores), que pretender que los ciclos orbitales, por sí solos, den cuenta de todo la variabilidad observada en los registros históricos, es absurdo.

Finalmente, es bueno recordar una vez más que, desde la formación de la Tierra hace 4.500 millones de años, el clima ha sufrido permanentes cambios, algunos suaves otros violentos, pero en cualquier caso sus condicionantes siempre fueron naturales. La gran incógnita a la que nos enfrentamos actualmente, es saber cuáles serán las consecuencias de la descontrolada intervención humana en el planeta, y su impredecible efecto en el clima y en el destino, no sólo de la civilización, sino también de nuestro hogar cósmico.

4 comentarios:

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