Las eras del hielo:Las eras del hielo:una aproximación una aproximación

astronómicaastronómica

Andrea Sánchez- Departamento de Astronomía – FC Andrea Sánchez- Departamento de Astronomía – FC (Uruguay)(Uruguay)

andrea@fisica.edu.uy

Era geológicaEra geológica

‘‘Edades’ de la Tierra asociadas a diferentes Edades’ de la Tierra asociadas a diferentes procesos procesos dinámicos y de interaccióndinámicos y de interacción que sufrió y que sufrió y sufre nuestro planeta.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:I- Introducción:Glaciares y glaciacionesGlaciares y glaciaciones

Ciencias de la Tierra, Tarbuck y Lutgens, 2003Ciencias de la Tierra, Tarbuck y Lutgens, 2003

Los glaciares son una parte del ciclo hidrológico, cuando el agua Los glaciares son una parte del ciclo hidrológico, cuando el agua que se precipita en lugares de extrema temperatura no se puede que se precipita en lugares de extrema temperatura no se puede abrir camino hacia el mar y queda formando parte de un glaciar.abrir camino hacia el mar y queda formando parte de un glaciar.

Glaciares de valle o alpinos (confinados por zonas Glaciares de valle o alpinos (confinados por zonas montañosas)montañosas)

Glaciares de casquete (Groenlandia y Antártida – ¡Glaciares de casquete (Groenlandia y Antártida – ¡polospolos!)!) Formación:Formación:

A partir de la nieve, donde A partir de la nieve, donde cae más nieve en invierno cae más nieve en invierno que la que se funde en verano.que la que se funde en verano.

Se destaca la importancia delSe destaca la importancia del contraste estacionalcontraste estacional La nieve se cristaliza en estructuras densasLa nieve se cristaliza en estructuras densas La presión aumenta en las capas más profundas y a los 50 La presión aumenta en las capas más profundas y a los 50

m se fusiona en cristales de hielo: ¡se formó un glaciar!m se fusiona en cristales de hielo: ¡se formó un glaciar!

I- Introducción:I- Introducción: Glaciaciones en el Glaciaciones en el

cuaternariocuaternario El período cuaternario abarca El período cuaternario abarca

los últimos 1,6 millones de los últimos 1,6 millones de añosaños..

En el SXX los geólogos En el SXX los geólogos pudieron determinar que en pudieron determinar que en regiones de glaciación no regiones de glaciación no había solamente un avance había solamente un avance glaciar, sino varios, y además glaciar, sino varios, y además restos fósiles de vegetación restos fósiles de vegetación que necesitan temperaturas que necesitan temperaturas cálidas.cálidas.

Conclusión: sucesión de Conclusión: sucesión de períodos glaciares con períodos glaciares con intervalos de climas intervalos de climas benignos.benignos.

El forzamiento radiativo debido a diferentes causas (ej. ‘astronomical forcing‘) fue planteado como causa de estos eventos climáticos

(Milankovitch,1941)

FORZAMIENTO FORZAMIENTO ASTRONOMICOASTRONOMICO

En la TierraEn la Tierra

Excentricidad orbital, Período: 100.000 años

Oblicuidad: 40.000 años.

Precesión: 26.000 años.

I- Introducción: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).

Cuidado: Cuidado: precesión precesión climáticaclimática

El sistema es disipativo:

la Luna se aleja y la Tierra

se enlentece

II- Integraciones numéricasII- Integraciones numéricasLa excentricidad en el CuaternarioLa excentricidad en el Cuaternario

•Claramente no tiene un aspecto sinusoidal puro•Se combinan factores

•Se identifican distintos períodos

Integraciones

EVORB

La insolación para 35 SLa insolación para 35 S

Software Insola

Laskar et al.A&A, 270, 2004

Aquí se tienen en cuenta los 3 parámetros astronómicos de Milankovitch

II- Integraciones numéricasII- Integraciones numéricas

III- Los III- Los proxiesproxies

El modelado de los fenómenos climáticos es tremendamente El modelado de los fenómenos climáticos es tremendamente complejo, debiéndose tener en cuenta factores tales como complejo, debiéndose tener en cuenta factores tales como corrientes marinas, interacción océano-atmósfera, etc…corrientes marinas, interacción océano-atmósfera, etc…

El análisis de datos disponibles (registros o El análisis de datos disponibles (registros o proxiesproxies) se vuelve de ) se vuelve de enorme importancia para validar hipótesis.enorme importancia para validar hipótesis.

En el hemisferio Norte, sobre todo debido al cierre del istmo de En el hemisferio Norte, sobre todo debido al cierre del istmo de Panamá y la deflexión de la corriente del Golfo, es tremendamente Panamá y la deflexión de la corriente del Golfo, es tremendamente complicado explicar el paleoclima, no obstante muchos autores complicado explicar el paleoclima, no obstante muchos autores estudian lo ocurrido a 65N (ej. Petit, ‘99).estudian lo ocurrido a 65N (ej. Petit, ‘99).

Nuestro objetivo es mostrar que en el Sur, el Nuestro objetivo es mostrar que en el Sur, el forzamientoforzamiento astronómicoastronómico alcanza para explicar lo que ocurrió en nuestras alcanza para explicar lo que ocurrió en nuestras latitudes y para ello se trabajó con datos de latitud cercana a la latitudes y para ello se trabajó con datos de latitud cercana a la nuestra, lo que pensamos es más coherente en el momento de nuestra, lo que pensamos es más coherente en el momento de comparar.comparar.

Para ello se utilizaron datos paleontológicos del lago Vostok (78S), Para ello se utilizaron datos paleontológicos del lago Vostok (78S), comparados con la insolación para ver qué relación existe.comparados con la insolación para ver qué relación existe.

III- III- Los proxiesLos proxies

VOSTOK (VOSTOK (78° de latitud Sur y 105° de longitud 78° de latitud Sur y 105° de longitud

OesteOeste))

EPICA ProjectEPICA Project

III- Los proxiesIII- Los proxies ¿Qué nos dicen los ¿Qué nos dicen los registros terrestres?registros terrestres? Lambeck Lambeck et alet al., Nature: 419 (2002)., Nature: 419 (2002)

Isótopos del oxígeno.Isótopos del oxígeno. El isótopo ligero El isótopo ligero 1616O está presente en el agua que se O está presente en el agua que se

evapora de los océanos que posteriormente se congela y evapora de los océanos que posteriormente se congela y por lo tanto el isótopo más pesado por lo tanto el isótopo más pesado 1818O es más abundante O es más abundante en el agua marina en épocas glaciares.en el agua marina en épocas glaciares.

Trabajos posteriores permitieron establecer una curva Trabajos posteriores permitieron establecer una curva isotópica estándar (SPECMAP) de correlación isotópica estándar (SPECMAP) de correlación estratigráfica.estratigráfica.

Período aproximado : Período aproximado : 100.000 años100.000 años Evolución de los gases invernaderoEvolución de los gases invernadero

Burbujas de aire atrapadas en el hielo del lago Vostok Burbujas de aire atrapadas en el hielo del lago Vostok permitieron deducir que la baja concentración de COpermitieron deducir que la baja concentración de CO22 se se corresponde con períodos de baja T, y se registran los corresponde con períodos de baja T, y se registran los mínimos durante las glaciaciones.mínimos durante las glaciaciones.

III- III- Los proxiesLos proxies

Comparación estacionalComparación estacional

La insolación no afecta La insolación no afecta la insolación global del la insolación global del planeta, pero sí a la planeta, pero sí a la latitud.latitud.

Por otra parte, el Por otra parte, el contraste estacional contraste estacional es relevante para la es relevante para la formación glacial.formación glacial.

Vemos aquí ajustes de Vemos aquí ajustes de los datos de Vostok los datos de Vostok para diferentes épocas para diferentes épocas del año.del año.

El mejor ajuste es para el comienzo del otoño austral (tercera gráfica)

¿Cuándo se compara?¿Cuándo se compara?

Comienzo del

Otoño austral

III- III- Los proxiesLos proxiesVOSTOK (VOSTOK (78° de latitud Sur y 105° de longitud 78° de latitud Sur y 105° de longitud OesteOeste ))

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 Correlación y registros para 1818OO

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.

III- III- Los proxiesLos proxies

Repasito

Las

ven

tan

as a

tmós

feri

cas

RADIACION TERRESTRE

Efecto invernadero:

‘Lo que entra como luz

visible queda como IR’

III- III- Los proxiesLos proxies

Correlación y registros para COCorrelación y registros para CO22

En este caso ambas gráficas son para 78S,a) equinoccio de otoño y la segunda es para el b) 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 períodosIV- Frecuencias y períodos

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.

Software:

Gallardo,T. & Ferraz-Mello, S.

Understanding Libration Via Time-Frequency Analysis.

Astronomical Journal 113, 863-

870 (1997).

IV- Frecuencias y períodosIV- Frecuencias y períodos

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

El efecto invernadero

Venus, 400ºC en la superficie

Derretimiento de hielo polar por sobrecalentamiento que puede detenerel ‘gran transportador’.

Balance de densidades en agua dulcey salada .

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

El efecto invernadero El efecto invernadero inversoinverso

Marte perdió parte de su atmósfera y ya no tieneagua líquida.

El 80 % del CO2 terrestre está en los océanos, cuidado con el ciclo

SOBRECALENTAMIENTO – EVAPORACIÓN – PRESIÓN ATM. que tiene retroalimentación +

FORZAMIENTO FORZAMIENTO ASTRONOMICOASTRONOMICO

En MarteEn Marte

LPD in North Pole LPD in North Pole (84 N, (84 N, 126E)126E)

RGB of Image1167_0000 Level 4

Cámara HRSC

What are LPD’s? Why this latitude?

Insolation para 84 NInsolation para 84 N

Structure heightStructure height

Height is defined Height is defined over the sphere of over the sphere of Mars coordinates Mars coordinates by AIUby AIU

H_H_meanmean layers: layers: from 300 m to from 300 m to

150/100 m150/100 m

11681168

CRATERS !CRATERS ! Surface age constrainsSurface age constrains

craterstats softwarecraterstats softwareNeukum G., LPSC XXXVIII, #1825, Neukum G., LPSC XXXVIII, #1825,

20072007

1564-11564-1

Pico central

1564-21564-2

180 m190 m

Our better fitOur better fit

Note the correlation is for 5 Myr

Volviendo a la TierraVolviendo a la Tierra

El famoso efecto El famoso efecto antropogénicoantropogénico

El día después de mañanaEl día después de mañana

De acuerdo a nuestrasintegraciones el período interglacial actual se prolongaría por ~ 30000años (solo como funciónde la excentricidad)

Berger y Loutre (2003) considerando los efectos combinadosde la insolación y la concentración de CO2 predicen una duración de por lo menos 50000 años.

El factor humanoEl 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.

ConclusionesConclusiones Los resultados mejoran cuando Los resultados mejoran cuando proxiesproxies y latitud y latitud

coinciden y se tiene en cuenta la transición estacional coinciden y se tiene en cuenta la transición estacional óptima.óptima.

El El 1818O muestra una correlación importante (buena O muestra una correlación importante (buena estratigrafía temporal y no afecta al sistema en este estratigrafía temporal y no afecta al sistema en este período)período)

El COEl CO22 puede explicar el fin brusco de las glaciaciones puede explicar el fin brusco de las glaciaciones por retroalimentación con la T que puede alcanzar un por retroalimentación con la T que puede alcanzar un valor umbral, cambiar el albedo terrestre y permitiendo valor umbral, cambiar el albedo terrestre y permitiendo que más energía solar llegue a la superficie y se derrita que más energía solar llegue a la superficie y se derrita hielo al aumentar T.hielo al aumentar T.

Modelo a tope de atmósfera, el factor humano es Modelo a tope de atmósfera, el factor humano es relevante?relevante?

Otras causas: manchas solares?Otras causas: manchas solares?