El problema de 100.000 años (" problema de 100 ky", "problema de 100 kay") de la teoría de Milankovitch del forzamiento orbital se refiere a una discrepancia entre el registro de temperatura geológica reconstruido y la cantidad reconstruida de radiación solar entrante, o insolación durante los últimos 800.000 años. [1] Debido a las variaciones en la órbita de la Tierra, la cantidad de insolación varía con períodos de alrededor de 21.000, 40.000, 100.000 y 400.000 años. Las variaciones en la cantidad de energía solar incidente provocan cambios en el clima de la Tierra y se reconocen como un factor clave en el momento del inicio y finalización de las glaciaciones .
Si bien existe un ciclo de Milankovitch en el rango de 100.000 años, relacionado con la excentricidad orbital de la Tierra , su contribución a la variación de la insolación es mucho menor que la de la precesión y la oblicuidad . El problema de los 100.000 años se refiere a la falta de una explicación obvia para la periodicidad de las edades de hielo en aproximadamente 100.000 años durante el último millón de años, pero no antes, cuando la periodicidad dominante correspondía a 41.000 años. La transición inexplicable entre los dos regímenes de periodicidad se conoce como la Transición del Pleistoceno Medio , que data de hace unos 800.000 años.
El "problema de 400.000 años" relacionado se refiere a la ausencia de una periodicidad de 400.000 años debido a la excentricidad orbital en el registro de temperatura geológica durante los últimos 1,2 millones de años. [2]
La transición en la periodicidad de 41.000 años a 100.000 años ahora se puede reproducir en simulaciones numéricas que incluyen una tendencia decreciente en el dióxido de carbono y la eliminación de regolito inducida por glaciares , como se explica con más detalle en el artículo Transición del Pleistoceno medio . [3]
Reconocimiento del ciclo de 100.000 años
El registro de temperatura geológica se puede reconstruir a partir de evidencia sedimentaria. Tal vez el indicador más útil de clima pasado es el fraccionamiento de isótopos de oxígeno , denotado δ 18 O . Este fraccionamiento está controlado principalmente por la cantidad de agua encerrada en el hielo y la temperatura absoluta del planeta, y ha permitido construir una escala de tiempo de etapas de isótopos marinos .
A fines de la década de 1990, δ 18 OSe dispuso de registros de aire (en el núcleo de hielo de Vostok ) y sedimentos marinos y se compararon con estimaciones de insolación , que deberían afectar tanto a la temperatura como al volumen de hielo. Como lo describe Shackleton (2000), el registro de sedimentos de aguas profundas de δ 18 O"está dominado por una ciclicidad de 100.000 años que se interpreta universalmente como el principal ritmo de la edad de hielo". Shackleton (2000) ajustó la escala de tiempo del núcleo de hielo de Vostok δ 18 Oregistro para ajustar el forzamiento orbital supuesto y análisis espectral usado para identificar y restar el componente del registro que en esta interpretación podría atribuirse a una respuesta lineal (directamente proporcional) al forzamiento orbital. La señal residual (el resto), en comparación con el residual de un registro de isótopos de núcleo marino reajustado de manera similar, se utilizó para estimar la proporción de la señal que era atribuible al volumen de hielo, y el resto (habiendo intentado tener en cuenta el efecto Dole ) se atribuye a cambios de temperatura en las aguas profundas.
Se encontró que el componente de 100.000 años de variación del volumen de hielo coincidía con los registros del nivel del mar basados en determinaciones de la edad de los corales y retrasaba la excentricidad orbital en varios miles de años, como se esperaría si la excentricidad orbital fuera el mecanismo de estimulación. Los "saltos" no lineales fuertes en el registro aparecen en las desglaciaciones , aunque la periodicidad de 100.000 años no fue la periodicidad más fuerte en este registro de volumen de hielo "puro".
Se encontró que el registro separado de temperatura de las profundidades marinas variaba directamente en fase con la excentricidad orbital, al igual que la temperatura antártica y el CO 2 ; por lo que la excentricidad parece ejercer un efecto geológicamente inmediato sobre la temperatura del aire, la temperatura del mar profundo y las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono. Shackleton (2000) concluyó: "El efecto de la excentricidad orbital probablemente entra en el registro paleoclimático a través de una influencia en la concentración de CO 2 atmosférico ". [4]
Elkibbi y Rial (2001) identificaron el ciclo de 100 ka como uno de los cinco desafíos principales enfrentados por el modelo de Milankovitch de forzamiento orbital de las edades de hielo. [5]
Hipótesis para explicar el problema
Dado que la periodicidad de 100.000 años solo domina el clima de los últimos millones de años, no hay información suficiente para separar las frecuencias componentes de excentricidad mediante el análisis espectral, lo que dificulta la detección fiable de tendencias significativas a largo plazo, aunque el análisis espectral de muchos Los registros paleoclimáticos más largos, como la pila de núcleos marinos de Lisiecki y Raymo [6] y el registro isotópico compuesto de James Zachos, ayudan a situar los últimos millones de años en un contexto a más largo plazo. Por lo tanto, todavía no hay una prueba clara del mecanismo responsable de la periodicidad de 100 ka, pero hay varias hipótesis creíbles.
Resonancia climática
El mecanismo puede ser interno al sistema terrestre. El sistema climático de la Tierra puede tener una frecuencia de resonancia natural de 100 ka; es decir, los procesos de retroalimentación dentro del clima producen automáticamente un efecto de 100 ka, del mismo modo que suena una campana de forma natural en un cierto tono. [7] [8] Quienes se oponen a esta afirmación señalan que la resonancia debería haberse desarrollado hace 1 millón de años, ya que una periodicidad de 100 ka fue débil o inexistente durante los 2 millones de años anteriores. Esto es factible: la deriva continental y el cambio en la tasa de expansión del fondo marino se han postulado como posibles causas de tal cambio. [9] Las oscilaciones libres de los componentes del sistema de la Tierra se han considerado como una causa, [10] pero muy pocos sistemas de la Tierra tienen una inercia térmica en una escala de tiempo de mil años para que se acumulen cambios a largo plazo. La hipótesis más común apunta a las capas de hielo del hemisferio norte, que podrían expandirse a través de algunos ciclos más cortos hasta que sean lo suficientemente grandes como para sufrir un colapso repentino. [11] El problema de los 100.000 años ha sido examinado por José A. Rial, Jeseung Oh y Elizabeth Reischmann [12], quienes encuentran que la sincronización maestro-esclavo entre las frecuencias naturales de los sistemas climáticos y la excentricidad forzaron el inicio de las glaciaciones de los 100 ky. Pleistoceno tardío y explican su gran amplitud.
Inclinación orbital
La inclinación orbital tiene una periodicidad de 100 ka, mientras que los períodos de excentricidad 95 y 125ka podrían interactuar para dar un efecto de 108ka. Si bien es posible que la variabilidad de la inclinación menos significativa, y originalmente pasada por alto, tenga un efecto profundo en el clima, [13] la excentricidad solo modifica la insolación en una pequeña cantidad: 1-2% del cambio causado por la precesión de 21,000 años y Ciclos de oblicuidad de 41.000 años. Por tanto, un impacto tan grande de la inclinación sería desproporcionado en comparación con otros ciclos. [9] Un posible mecanismo sugerido para explicar esto fue el paso de la Tierra a través de regiones de polvo cósmico. Nuestra órbita excéntrica nos llevaría a través de nubes polvorientas en el espacio, que actuarían para ocluir parte de la radiación entrante, ensombreciendo la Tierra. [13]
En tal escenario, se esperaría que disminuya la abundancia del isótopo 3 He , producido por los rayos solares que dividen los gases en la atmósfera superior, y las investigaciones iniciales sí encontraron tal caída en la abundancia de 3 He. [14] [15] Otros han argumentado los posibles efectos del polvo que ingresa a la atmósfera, por ejemplo, aumentando la cobertura de nubes (el 9 de julio y el 9 de enero, cuando la Tierra pasa por el plano invariable, aumenta la nube mesosférica ). [16] Por tanto, el ciclo de excentricidad de 100 ka puede actuar como un "marcapasos" del sistema, amplificando el efecto de los ciclos de precesión y oblicuidad en momentos clave, con su perturbación. [17]
Ciclos de precesión
Una sugerencia similar sostiene que los ciclos de precesión de 21.636 años son los únicos responsables. Las edades de hielo se caracterizan por la lenta acumulación de volumen de hielo, seguida de fases de fusión relativamente rápidas. Es posible que el hielo se haya acumulado durante varios ciclos de precesión y solo se haya derretido después de cuatro o cinco de esos ciclos. [18]
Fluctuación de la luminosidad solar
También se ha propuesto como explicación un mecanismo que puede explicar las fluctuaciones periódicas de la luminosidad solar. Las ondas de difusión que ocurren dentro del sol se pueden modelar de tal manera que expliquen los cambios climáticos observados en la tierra. [19]
Fotosíntesis terrestre versus oceánica
El efecto Dole describe las tendencias en δ 18 Oque surgen de las tendencias en la importancia relativa de los fotosintetizadores terrestres y oceánicos . Tal variación es una causa plausible del fenómeno. [20] [21]
La investigación en curso
La recuperación de núcleos de hielo de mayor resolución que abarcan más de los últimos 1.000.000 de años por el proyecto EPICA en curso puede ayudar a arrojar más luz sobre el asunto. Un nuevo método de datación de alta precisión desarrollado por el equipo [22] permite una mejor correlación de los diversos factores involucrados y coloca las cronologías de los núcleos de hielo sobre una base temporal más sólida, respaldando la hipótesis tradicional de Milankovitch , de que las variaciones climáticas están controladas por la insolación en el hemisferio norte. La nueva cronología es incompatible con la teoría de la "inclinación" del ciclo de 100.000 años. El establecimiento de adelantos y retrasos contra diferentes componentes de forzamiento orbital con este método, que utiliza el control directo de la insolación sobre las proporciones de nitrógeno-oxígeno en las burbujas del núcleo de hielo, es en principio una gran mejora en la resolución temporal de estos registros y otra validación significativa de la Hipótesis de Milankovitch. Un ejercicio de modelado climático internacional (Abe-ouchi et al. , Nature, 2013 [23] ) demostró que los modelos climáticos pueden replicar la ciclicidad de 100.000 años dados los niveles de forzamiento orbital y dióxido de carbono del Pleistoceno tardío. La historia isostática de las capas de hielo estuvo implicada en mediar la respuesta de 100.000 años al forzamiento orbital. Las capas de hielo más grandes tienen una elevación más baja porque deprimen la corteza continental sobre la que se asientan y, por lo tanto, son más vulnerables al derretimiento.
Ver también
- Brunhes – Matuyama reversión
- Pleistoceno medio
- Ciclos de Milankovitch
- Paleoclimatología
- Cronología de la glaciación
Referencias
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Todos los estudiosos serios de la historia climática de la Tierra han oído hablar del "problema de los 100 kyr" de la teoría orbital de Milankovitch, a saber, la falta de una explicación obvia de la periodicidad dominante de ~ 100 kyr en los registros climáticos de los últimos 800.000 años.
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