Las eras del hielo: una aproximación astronómica Andrea Sánchez- Departamento de Astronomía – FC (Uruguay) andrea@fisica.edu.uy

Era geológica ‘Edades’ de la Tierra asociadas a diferentes procesos dinámicos y de interacción que sufrió y sufre nuestro planeta. El estudio de los fósiles, permite obtener información acerca de las distintas eras geológicas. Son cuatro: Arqueana, Paleozoica, Mesozoica y Cenozoica.   Era Arqueana: es la primera era geológica, abarca de la formación de la tierra, hasta hace 570 millones de años. Se divide en los periodos Arcaico, y Precambrico. Surge la vida. Era Paleozoica: es la segunda era, se divide en seis periodos: el Cámbrico, Ordovicico, Silúrico, Devónico, Carbonífero y Pérmico. La vida evoluciona a formas muy variadas. Era Mesozoica: es la tercera era, se divide en: Triásico, Jurásico y Cretácico. Se desarrollan los reptiles y predominan los animales gigantes. Era Cenozoica: es la ultima era, se divide en dos periodos: el Terciario y el Cuaternario. Dominan los mamíferos.

I- Introducción: Glaciares y glaciaciones Ciencias de la Tierra, Tarbuck y Lutgens, 2003 Los glaciares son una parte del ciclo hidrológico, cuando el agua que se precipita en lugares de extrema temperatura no se puede abrir camino hacia el mar y queda formando parte de un glaciar. Glaciares de valle o alpinos (confinados por zonas montañosas) Glaciares de casquete (Groenlandia y Antártida – ¡polos!) Formación: A partir de la nieve, donde cae más nieve en invierno que la que se funde en verano. Se destaca la importancia del contraste estacional La nieve se cristaliza en estructuras densas La presión aumenta en las capas más profundas y a los 50 m se fusiona en cristales de hielo: ¡se formó un glaciar!

I- Introducción: Glaciaciones en el cuaternario El período cuaternario abarca los últimos 1,6 millones de años. En el SXX los geólogos pudieron determinar que en regiones de glaciación no había solamente un avance glaciar, sino varios, y además restos fósiles de vegetación que necesitan temperaturas cálidas. Conclusión: sucesión de períodos glaciares con intervalos de climas benignos. El forzamiento radiativo debido a diferentes causas (ej. ‘astronomical forcing‘) fue planteado como causa de estos eventos climáticos (Milankovitch,1941)

FORZAMIENTO ASTRONOMICO En la Tierra

Excentricidad orbital, Período: 100.000 años I- Introducción: Milankovitch realizó un estudio matemático de los efectos de la órbita terrestre en el clima. Es abundante la literatura sobre el tema, por ej. Laskar (‘93, ‘04). Excentricidad orbital, Período: 100.000 años Oblicuidad: 40.000 años. Precesión: 26.000 años.

Cuidado: precesión climática El sistema es disipativo: la Luna se aleja y la Tierra se enlentece

II- Integraciones numéricas La excentricidad en el Cuaternario EVORB Claramente no tiene un aspecto sinusoidal puro Se combinan factores Se identifican distintos períodos

II- Integraciones numéricas La insolación para 35 S Software Insola Laskar et al. A&A, 270, 2004 Aquí se tienen en cuenta los 3 parámetros astronómicos de Milankovitch

III- Los proxies El modelado de los fenómenos climáticos es tremendamente complejo, debiéndose tener en cuenta factores tales como corrientes marinas, interacción océano-atmósfera, etc… El análisis de datos disponibles (registros o proxies) se vuelve de enorme importancia para validar hipótesis. En el hemisferio Norte, sobre todo debido al cierre del istmo de Panamá y la deflexión de la corriente del Golfo, es tremendamente complicado explicar el paleoclima, no obstante muchos autores estudian lo ocurrido a 65N (ej. Petit, ‘99). Nuestro objetivo es mostrar que en el Sur, el forzamiento astronómico alcanza para explicar lo que ocurrió en nuestras latitudes y para ello se trabajó con datos de latitud cercana a la nuestra, lo que pensamos es más coherente en el momento de comparar. Para ello se utilizaron datos paleontológicos del lago Vostok (78S), comparados con la insolación para ver qué relación existe.

VOSTOK (78° de latitud Sur y 105° de longitud Oeste) III- Los proxies VOSTOK (78° de latitud Sur y 105° de longitud Oeste)

EPICA Project

III- Los proxies ¿Qué nos dicen los registros terrestres? Lambeck et al., Nature: 419 (2002) Isótopos del oxígeno. El isótopo ligero 16O está presente en el agua que se evapora de los océanos que posteriormente se congela y por lo tanto el isótopo más pesado 18O es más abundante en el agua marina en épocas glaciares. Trabajos posteriores permitieron establecer una curva isotópica estándar (SPECMAP) de correlación estratigráfica. Período aproximado : 100.000 años Evolución de los gases invernadero Burbujas de aire atrapadas en el hielo del lago Vostok permitieron deducir que la baja concentración de CO2 se corresponde con períodos de baja T, y se registran los mínimos durante las glaciaciones.

Comparación estacional III- Los proxies Comparación estacional La insolación no afecta la insolación global del planeta, pero sí a la latitud. Por otra parte, el contraste estacional es relevante para la formación glacial. Vemos aquí ajustes de los datos de Vostok para diferentes épocas del año. El mejor ajuste es para el comienzo del otoño austral (tercera gráfica)

¿Cuándo se compara? Comienzo del Otoño austral

VOSTOK (78° de latitud Sur y 105° de longitud Oeste ) III- Los proxies VOSTOK (78° de latitud Sur y 105° de longitud Oeste ) Comparación de datos recogidos en Vostok, con la insolación calculada para la latitud correspondiente y para 65N. Resulta claro que el ajuste es mejor para Vostok (78 S)

Correlación y registros para 18O III- Los proxies Correlación y registros para 18O Mientras que en la primera gráfica (65N) es notorio que no existe correlación entre los datos, en la segunda (78S0) la correlación es más clara.

Repasito

Las ventanas atmósfericas

Efecto invernadero: ‘Lo que entra como luz visible queda como IR’ RADIACION TERRESTRE Efecto invernadero: ‘Lo que entra como luz visible queda como IR’

Correlación y registros para CO2 III- Los proxies Correlación y registros para CO2 En este caso ambas gráficas son para 78S, equinoccio de otoño y la segunda es para el equinoccio de primavera (en la cual se aprecia un mejor ajuste). No se observa una correlación tan clara como con el 18O

IV- Frecuencias y períodos Software: Gallardo,T. & Ferraz-Mello, S. Understanding Libration Via Time-Frequency Analysis. Astronomical Journal 113, 863-870 (1997). Sólo se consideran los valores por encima de tres SD, para el 18O los valores están relacionados con ‘e’. Es un marcador de tiempo, no afecta al sistema en la escala considerada.

IV- Frecuencias y períodos El CO2 muestra un patrón más complejo, con una línea claramente asociada a ‘e’ pero líneas cercanas al valor de 3 SD Interpretación: sistema con feedback + : T y CO2 (gas invernadero)

El efecto invernadero Venus, 400ºC en la superficie

Derretimiento de hielo polar por sobrecalentamiento que puede detener el ‘gran transportador’. Balance de densidades en agua dulce y salada .

El efecto invernadero inverso: EL ROL DE LAS CORRIENTES MARINAS Distribución de calor desde el Ecuador hacia los Polos

El efecto invernadero inverso Marte perdió parte de su atmósfera y ya no tiene agua líquida. El 80 % del CO2 terrestre está en los océanos, cuidado con el ciclo SOBRECALENTAMIENTO – EVAPORACIÓN – PRESIÓN ATM. que tiene retroalimentación +

FORZAMIENTO ASTRONOMICO En Marte

LPD in North Pole (84 N, 126E) What are LPD’s? Why this latitude? RGB of Image 1167_0000 Level 4 Cámara HRSC

Insolation para 84 N

Height is defined over the sphere of Mars coordinates by AIU Structure height Height is defined over the sphere of Mars coordinates by AIU H_mean layers: from 300 m to 150/100 m

1168

CRATERS ! Surface age constrains craterstats software Neukum G., LPSC XXXVIII, #1825, 2007

1564-1 Pico central

1564-2 180 m 190 m

Our better fit Note the correlation is for 5 Myr

El famoso efecto antropogénico Volviendo a la Tierra El famoso efecto antropogénico

El día después de mañana De acuerdo a nuestras integraciones el período interglacial actual se prolongaría por ~ 30000 años (solo como función de la excentricidad) Berger y Loutre (2003) considerando los efectos combinados de la insolación y la concentración de CO2 predicen una duración de por lo menos 50000 años.

El factor humano (NASA) determinó que los 15 años más calurosos desde 1867 ocurrieron después de 1980 y los 3 años más calurosos en los últimos 15 años.

Conclusiones Los resultados mejoran cuando proxies y latitud coinciden y se tiene en cuenta la transición estacional óptima. El 18O muestra una correlación importante (buena estratigrafía temporal y no afecta al sistema en este período) El CO2 puede explicar el fin brusco de las glaciaciones por retroalimentación con la T que puede alcanzar un valor umbral, cambiar el albedo terrestre y permitiendo que más energía solar llegue a la superficie y se derrita hielo al aumentar T. Modelo a tope de atmósfera, el factor humano es relevante? Otras causas: manchas solares?