Los ciclos de Milankovitch y el clima de la Tierra

Períodos glaciales e interglaciales

El estudio del clima de la Tierra, antes de la influencia de las actividades humanas durante 150 años, permite predecir su evolución futura. Aunque ha habido variaciones climáticas en períodos cortos (en unas pocas décadas), son los ciclos de Milankovitch los que permiten explicar las variaciones en períodos largos (en decenas de miles de años).
Existe una fuerte correlación entre los movimientos astronómicos y las variaciones climáticas terrestres porque los movimientos astronómicos modifican la luz solar recibida. Esta correlación se ha establecido durante los últimos 25 millones de años.
Si el sistema solar estuviera compuesto solo por el Sol y la Tierra sin ningún otro planeta, la rotación de la Tierra alrededor del Sol permanecería sin cambios. No habría variaciones en la luz del sol con el tiempo.
En la teoría del paleoclima, los tres fenómenos astronómicos involucrados son la excentricidad orbital, la oblicuidad axial y la precesión de los equinoccios (explicados a continuación).

Estos fenómenos astronómicos son en parte responsables de los cambios climáticos naturales, cuya principal consecuencia es la sucesión de períodos glaciales e interglaciares.
Los casquetes polares se expanden y luego se encogen al ritmo de los ciclos glaciales e interglaciales. Por ejemplo hace 21 000 años en el último máximo glacial, los casquetes polares eran más importantes y cubrían el norte de Europa y América (imagen contigua).
Los casquetes polares siempre han estado presentes durante los últimos 25 millones de años. De hecho, la Tierra sin capa de hielo data del Eoceno (56 a 34 millones de años). Hace 50 millones de años, casi no había capa de hielo, las palmeras crecían en la Antártida donde la temperatura fluctuó entre 10 y 25 °C.
Actualmente nos encontramos en un período interglacial cálido llamado Holoceno. El Holoceno es un período Cuaternario que comenzó hace 11 700 años.

Imagen: Variaciones de la capa de hielo en el hemisferio norte. Fuente - Brigitte Van Vliet-Lanoë

Los tres parámetros de Milankovitch

Los ciclos de Milankovitch pueden explicar las variaciones climáticas durante largos períodos. Corresponden a variaciones en el volumen del hielo polar y por tanto a variaciones en el nivel del mar. Durante los últimos 2,6 millones de años (era Cuaternaria) observamos grandes amplitudes, con un periodo muy marcado de 100 000 años, ligado a los parámetros de Milutin Milanković (1879-1958).
Los 3 ciclos cubren periodos de ≈25 000, ≈41 000 y ≈100 000 años.
- La excentricidad define la forma de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Caracteriza el grado de achatamiento de la elipse con respecto a un círculo. La excentricidad actualmente muy baja es igual a 0.017. Varía entre 0 (círculo) y 0,06 bajo la influencia de dos ciclos de 100 000 y 400 000 años dependiendo de la posición de los demás planetas del sistema solar.
- La oblicuidad es la inclinación del eje de rotación de la Tierra con respecto a la eclíptica. Es el ángulo entre el eje de rotación y la perpendicular del plano orbital (actualmente 23,5°).
Debido a las perturbaciones planetarias, la inclinación del plano orbital de la Tierra cambia y fluctúa entre 24,5° y 22° durante un período de aproximadamente 41 000 años. Además, esta oscilación del eje describe la superficie de un cono como el eje de un trompo que gira alrededor de la vertical. El eje de la Tierra describe un cono completo aproximadamente cada 26 000 años.
- La precesión de los equinoccios está ligada a la oscilación del eje terrestre. Actualmente el solsticio de verano en el hemisferio norte tiene lugar cerca del afelio, por lo que los veranos son templados y los inviernos menos fríos. Hace unos 12.000 años, el solsticio de verano se producía cerca del perihelio, los veranos eran muy calurosos y los inviernos muy fríos (el hemisferio sur se encuentra en la situación opuesta). Los veranos fríos permiten la persistencia en latitudes altas de nieve invernal cuyo alto albedo favorece el enfriamiento y la acumulación anual de hielo. El desplazamiento del eje de rotación se mide en relación con las estrellas. De un siglo a otro (en la misma fecha) las estrellas no se ven en la misma dirección. La estrella polar cambia con el tiempo. Hace 8000 años, Alpha Cygni era la estrella polar, hace 4800 años era la estrella Alpha Draconis, en 12000 años será Alpha Lyrae...
Ligado a la oblicuidad, este ciclo se desarrolla en un período de unos 26 000 años.

La combinación de los parámetros de Milankovitch influirá en el volumen de hielo almacenado en los casquetes polares del hemisferio norte.
Los sedimentos oceánicos han registrado los tres ciclos de Milankovitch durante los últimos dos millones de años (≈25 000, ≈41 000 y ≈100 000 años). El ciclo de ≈100 000 años es la onda principal en la que hay dos armónicos, uno de ≈25 000 años y otro de ≈41 000 años que van cambiando gradualmente.
En cuanto al clima, hay dos períodos que se repiten a intervalos más o menos regulares:
- una edad de hielo que dura unos 100 000 años.
- un período interglacial que dura unos 20 000 años.
La última edad de hielo comenzó hace 115 000 años y terminó hace 11700 años. El último máximo glacial se alcanzó hace unos 21 000 años. El enfriamiento es lento y dura 80 000 años mientras que el calentamiento es brutal en 20 000 años.
Actualmente nos encontramos al final de un período interglacial y deberíamos comenzar un enfriamiento lento de 80 000 años.

N.B.: La búsqueda de una correlación entre las variaciones climáticas y el forzamiento orbital requiere indicadores climáticos suficientemente detallados en las escalas de tiempo de Milankovitch.
Actualmente, los indicadores utilizados son sedimentos marinos y lacustres, corales, anillos de árboles, núcleos de hielo, pólenes, ciclostratigrafía de rocas, secuencias marinas de carbonatos, etc...
Un indicador comúnmente utilizado para estimar el volumen global de hielo continental es la relación isotópica entre el isótopo 18 de oxígeno y el oxígeno 16 contenido en los esqueletos de carbonato de los foraminíferos bénticos. Por lo general, se extraen de sedimentos marinos extraídos del fondo del océano.

Imagen: Variaciones en la excentricidad de la órbita terrestre.

Imagen: Variación en la inclinación del eje de la Tierra.

Imagen: Variación de la precesión de los equinoccios. Fuente - © 2004 Cyril Langlois