Los ciclos de Milankovitch, ¿causa de las glaciaciones?

Hace ya algún tiempo en este blog hablamos de que muchos investigadores creen que las extinciones en masa, no solo las cinco mayores de la historia del planeta, tienen una ciclicidad de 26 millones de años (Ma) para la que todavía no tenemos una causa conocida. Nosotros, buscando esa posible causa, tratamos varios eventos astronómicos cíclicos que podrían estar detrás de ellas, de entre los que se encontraban los llamados ciclos de Milankovitch. Dado que se trata de tres ciclos con un gran impacto en diversas cuestiones planetarias, en esta nueva entrada vamos a abordar con más detalle en qué consisten estos ciclos astronómicos, cuál es su importancia dentro de la geología y trataremos algunas cuestiones que podrían ser de interés a la hora de hablar del actual cambio climático.

testigo de hielo.jpg
Los ciclos de Milankovitch se considera actualmente que están estrechamente relacionados con los cambios climáticos globales, en especial con las glaciaciones de los últimos millones de años (imagen de un testigo de hielo extraído en un sondeo en la Antártida, obtenida de meteoglosario.aemet.es)

Milankovic, un ingeniero con alma de astrónomo

Milutin_Milanković.jpg

Milutin Milankovic (1879-1958) fue un ingeniero civil austrohúngaro muy aficionado a la astronomía y la geofísica. Nacido en la actual ciudad croata de Osijek, Mmilankovic estudió en la “Escuela Técnica de Viena”, donde se graduó como ingeniero civil primero y más tarde se doctoró en Ciencias Técnicas. Milankovic era un hombre muy inquieto intelectualmente, y aunque empezó calculando y diseñando estructuras acabó dando matemáticas en la universidad y aplicándola a cuestiones como las variaciones climáticas globales.

Hoy en día Milankovic es famoso precisamente por ser el padre de la llamada Teoría Astronómica del Cambio Climático, que afirma que la causa de los cambios climáticos globales que ha experimentado de forma cíclica el planeta en los últimos millones de años se deben a variaciones orbitales. De esta manera, los cambios cíclicos que experimenta la órbita terrestre habrían sido los responsables de las glaciaciones, ya que habrían regulado la insolación (cantidad de radiación solar) que recibía el planeta en un momento determinado. Según esta teoría, la causa estaría en tres parámetros orbitales concretos que influirían en el clima global, y aunque todos ellos ya eran conocidos antes incluso del nacimiento de Milankovic, hoy en día son conocidos como los Ciclos de Milankovitch.

Glaciar Viedma
La Teoría Astronómica del Cambio Climático propone que los ciclos glacial-interglacial del planeta son causados por oscilaciones astronómicas en tres parámetros orbitales (imagen del glaciar Viedma, tomada de argentina-excepcion.com)

Los ciclos orbitales de Milankovitch

Los ciclos de Milankovitch, no sé muy bien por qué se escriben diferente que su apellido, son muy importantes en geología porque influyen en la cantidad de radiación que llega al planeta, que a su vez tiene repercusiones en numerosos procesos físicos, entre ellos la sedimentación y el clima global. Los ciclos de Milankovitch son variaciones periódicas que sufren tres parámetros orbitales como consecuencia de la influencia gravitatoria del resto de astros del Sistema Solar sobre la órbita terrestre. Cada uno de ellos tiene una periodicidad determinada que se usa de manera general, si bien todos ellos experimentan varias periodicidades que se solapan, aunque solo una o dos dominan claramente sobre el resto. Por otro lado, hay que tener en cuenta que al ser causados por la influencia gravitatoria, los ciclos son susceptibles de cambiar a lo largo del tiempo, como así hemos podido confirmar recientemente. Ahora sabemos que, al igual que ocurre con la velocidad de rotación de la Tierra (duración de los días), los ciclos de Milankovitch también han ido aumentando su periodicidad a lo largo de los 4600 Ma de vida que tiene el planeta (ver El tiempo en geología).

milankovitch-cycles
Esquema ilustrativo de los tres ciclos de Milankovitch y sus principales periodicidades: la excentricidad con su doble ciclicidad de 100 y 400 ka, la oblicuidad con la ciclicidad de 41 ka y la precesión con los 21 ka de media (fuente: universetoday.com)

El primer ciclo es la excentricidad, concepto que se define en matemáticas y geometría como el grado de desviación de una sección cónica con respecto a una circunferencia. Esta definición es un compleja, pero queda bastante simplificada cuando afirmamos que la excentricidad es el grado de acercamiento de una figura geométrica circular a la “perfección” de una circunferencia. De esta manera la excentricidad es un parámetro que nos sirve para conocer la “redondez” de un cuerpo bidimensional, lo que permite a su ver distinguir entre cuatro figuras geométricas diferentes: circunferencia (excentricidad 0), elipse (excentricidad <1), parábola (excentricidad 1) e hipérbola (excentricidad >1). Ahora bien, si consideramos la Primera Ley de Kepler veremos que todos los planetas del Sistema Solar orbitan alrededor del Sol siguiendo órbitas elípticas, por lo que su excentricidad siempre será superior a 0 e inferior a 1. Milankovic calculó matemáticamente que para el caso de la Tierra, la excentricidad de su órbita cambiaba en ciclos de 100 000 y 400 000 años, en los que la excentricidaid pasaba de 0’005 (prácticamente circular) a 0’058 (ligeramente elíptica), lo que influye sustancialmente en la cantidad de radiación solar que llega al planeta en un momento dado. En la actualidad este valor es de 0’017.

excentricidad terrestre.jpg
La excentricidad de la órbita terrestre oscila en intervalos de 100 000 y 400 000 años, determinando la cantidad de radiación media anual que llega a la superficie del planeta (imagen modificada a partir de misistemasolar.com)

El segundo parámetro orbital es la oblicuidad, que para el caso de la órbita de un planeta es el ángulo que forma su eje de rotación con respecto a la perpendicular la eclíptica (plano en el que orbita alrededor del Sol). Este ángulo es muy importante a la hora de hablar del clima, ya que es el responsable de que existan las estaciones y es también el que define la posición de los trópicos de Cáncer y de Capricornio, que a su vez marcan los límites de la zona tropical. El valor de la oblicuidad terrestre varía en ciclos de 41 000 años desde 22’5º y 24’5º, siendo el valor actual la famosa inclinación terrestre de 23’5º, que se encuentra en progresivo descenso.

eje terrestre y tropicos.png
La oblicuidad del eje terrestre determina, entre otras cosas la posición de los dos trópicos que delimitan la zona intertropical. Es también este parámetro el que controla la estaciones (modificado a partir de ciencia-bizarra.blogspot.com)

El tercer parámetro orbital que calculó Milankovic fue la precesión, que es definida como el movimiento asociado con el cambio de dirección del eje de rotación.  Se trata por tanto de una especie de “movimiento de peonza” que para el caso de la Tierra varía en ciclos de 21 000 años. El movimiento de precesión es también importante porque es el que determina la fecha en la que se producen los solsticios y los equinoccios, y es por ello que también se le conoce como precesión de los equinocios. Actualmente el eje terrestre apunta en el Hemisferio Norte hacia Polaris, una estrella de la constelación de la Osa Menor que todos conocemos por su posición como Estrella Polar. Pero en el pasado ese puesto lo ocuparon otras estrellas, como Vega (constelación de Lira) o incluso Thubar (constelación de Draco).

Nutación.jpg
La precesión o nutación es el movimiento a modo de peonza que experimentan los planetas al rotar y orbitar alrededor del Sol. Es el ciclo que determina qué estrella es la Estrella Polar y también marca cuándo ocurren los solsticios y equinocios (fuente: infogeologia.wordpress.com)

Influencia climática de los ciclos de Milankovitch

Los ciclos de Milankovitch son muy importantes en geología porque se consideran los responsables de la ciclicidad glacial-interglacial que experimenta el planeta desde hace varios millones de años, de la que ya hablamos en Las glaciaciones del Cuaternario. Pero aunque estos ciclos lleven su nombre, lo cierto es que antes de que llegara el ingeniero croata ya se habían empezado a asociar con ellos. Primero fue la precesión, que Joshep A. Adhémar asoció con las glaciaciones afirmando que estas se producían en un hemisferio cuando el solsticio de invierno coincidía con el afelio (máxima distancia al Sol). Después fue el astrónomo escocés James Croll quien matizaba esta idea añadiendo a la excentricidad como causa, pero sin terminar de olvidarse de la oblicuidad (aunque no la consideró en sus cálculos). Pero fue Milankovic quien no solo consideró importante a la oblicuidad, sino que también dio una vuelta a la idea del momento al determinar que lo importante no era el hielo acumulado en invierno sino el escaso deshielo estival. Pensemos que si Adhémar tuviera razón, siempre viviríamos una glaciación constante, unas veces en el Hemisferio Norte y otras en el Hemisferio Sur, algo que no parece muy acertado. Para Milankovic las variaciones en la excentricidad de la órbita, que no era el factor más importante, sumadas a una coincidencia entre afelio y solsticio de invierno y a una baja oblicuidad (baja inclinación del eje) llevarían al desarrollo de las glaciaciones.

Estaciones Tierra.jpg
Las estaciones terrestres quedan determinadas por la oblicuidad del eje terrestre, pero cuándo se poducen los solsticios y los equinocios es causado por la precesión. Según se pensó durante mucho tiempo, cuando el solsticio de invierno se producía cerca del afelio (momento de mayor distancia entre la Tierra y el Sol) era cuando se producían las glaciaciones (imagen tomada de flagellum.wordpress.com

Milankovic murió en 1958 convencido de que su hipótesis no se demostraría nunca y acabaría en el olvido. El motivo era que los datos paleoclimáticos que se estaban obteniendo parecían contradecirle, entre otras cosas porque parecía haber una importante discordancia entre lo propuesto y la realidad. Y es que, cuando se empezó a estudiar el clima del pasado, se vio que el momento idóneo de mínima insolación para la última glaciación debió ocurrir hace 25 000 años, pero el máximo enfriamiento ocurrió hace 18 000 años, 7000 años después de lo predicho. ¿Y si los ciclos de Milankovitch no eran la causa de las glaciaciones? Este descubrimiento, junto con muchas otras cuestiones todavía por aclarar, han hecho que cada vez tengamos más claro que algo se nos está escapando en la cuestión astronómica. Por ejemplo, ¿de verdad la insolación repercute tanto en la sedimentación como para que los ciclos queden patentes? Es cierto que la insolación va a determinar otros factores físicos como la humedad, las corrientes, la fuerza de viento…, factores todos ellos implicados en la propia sedimentación. Pero también hay otras cuestiones intrínsecas a los procesos sedimentarios que hay que tener en cuenta y que podrían influir enormemente en esos ciclos sedimentarios.

Zumaia cicloestratigrafia.JPG
La alternancia cíclicca del flysch de Zumaia, en el geoparque de Costa Vasca, se ha asociado muchas veces a los ciclos de precesión al mostrar una alternancia cíclica de 20 000 años. Cada vez son más los geólogos y geólogas que se cuestionan si de verdad las variaciones orbitales tienen una marca tan patente en los sedimentos, si no habrá enmascarado algún otro factor que se está obviando en este tema (imagen tomada de kuriosidadescientifiks.blogspot.com)

Si analizamos la ciclicidad glacial-interglacial de los últimos millones de años, obtenida gracias al estudio de isótopos de oxígeno en sedimentos y testigos de hielo, vemos que esta no ha sido siempre constante. A finales del Neógeno, en el Plioceno, la curva isotópica indica una ciclicidad climática global que se repite cada 41 000 años, lo que indicaría una gran importancia de la oblicuidad como reguladora de estas oscilaciones climáticas. Pero de pronto, y sin que haya nada que lo explique, hace unos 2’6 Ma, cuando pasamos del Neógeno al Cuaternario (el periodo actual), la ciclicidad cambia y empieza a repetirse cada 21 000 años (precesión), con una amplitud de estas variaciones mayor que en el Neógeno. Y de nuevo esto vuelve a producirse cuando estudiamos los ciclos glacial-interglacial de los últimos 800 000 años, que sin explicación aparente de nuevo cambian para repetirse cada 100 000 años (excentricidad) con una amplitud todavía mayor. No sabemos por qué se produce ese cambio brusco en la periodicidad de las glaciaciones, y eso hace pensar que quizás estemos olvidando algún factor climático todavía desconocido.

specmap-curve-5-ma
Curva SPECMAP obtenida a partir de los datos en conchas carbonatadas de organismos bentónicos (izquierda) y su equivalente en temperatura de Vostok (derecha), para los últimos 5 millones de años. Como se puede apreciar, la variación climática ha cambiado de periodicidad en este intervalo de tiempo, siguiendo la ciclicidad de los tres ciclos orbitales pero sin una explicación aparente  (fuente: wikipedia.org)

Hoy en día son muchas las preguntas que nos plantea la curva isotópica y que la Teoría Astronómica no es capaz de explicar. Primero qué determina que la ciclicidad cambie de un momento a otro, pero no solo la periodicidad sino también su amplitud, mayor cuanto más nos acercamos al presente. Pero es que en segundo lugar está el hecho de que la excentricidad nunca ha sido considerada el parámetro más influyente, y sin embargo es el que domina en los últimos 800 000 años. Y en tercer lugar tenemos que, si miramos los últimos ciclos glaciales, vemos que no definen una curva simétrica, que sería lo más lógico si la causa fuera un cambio orbital. En su lugar encontramos que las glaciaciones empiezan siempre con un enfriamiento progresivo para acabar con un abrupto calentamiento. Todo eso hace pensar que efectivamente nos faltan muchos datos para poder decir que comprendemos el clima global y los cambios climáticos del planeta. Es posible que el famoso dióxido de carbono (CO2) esté en parte detrás de esta ciclicidad glacial-interglacial, al menos para la de los últimos 800 000 años, ya que las concentraciones de este gas invernadero también experimentan de manera natural ciclos de 100 000 años que coinciden bastante bien con los de las glaciaciones. Esto podría explicar el aumento en la amplitud de las variaciones climáticas más recientes, asociadas con la excentricidad.

vostok-data-2
La concentración de CO2 atmosférico ha oscilado en ciclos de 100 000 años que coinciden perfectamente con las variaciones de la temperatura del planeta. Esta ciclicidad es también la que encontramos en la excentricidad, lo que nos demuestra que quizás todavía nos estén faltando procesos que no conocemos y que controlan los cambios climáticos globales (modificado a partir de wikipedia.org)

Muchos creen sin cuestionar que los ciclos de Milankovitch son la causa indiscutible de los ciclos glacial-interglacial. Pero aunque las glaciaciones se repitan cumpliendo los mismos intervalos de tiempo que los ciclos orbitales, eso no quiere decir que estos sean los responsables de los cambios climáticos globales de los últimos millones de años. De hecho, cuando intentamos correlacionar la curva de insolación con las variaciones astronómicas y la curva paleoclimática encontramos que quizás esa relación que parecía tan evidente no lo sea tanto. Al fin y al cabo todavía nos queda mucho por aprender de nuestro clima y es posible que todavía queden muchas incógnitas por resolver antes de afirmar tan rotundamente que la astronomía tiene las claves para comprender los cambios climáticos globales.

milankovitch-variations
Si analizamos la curva de insolación del último millón de años y la comparamos con las oscilaciones orbitales y los datos paleoclimáticos, veremos que es muy difícil determinar con claridad la autoría de un ciclo, más allá de la coincidencia temporal de ambas cuestiones.  Es muy probable que haya más factores que todavía no conocemos regulando la ciclicidad de los periodos glacial-interglacial (modificada de la Encyclopedia of Earth, 2011)

Bibliografía

Martín-Chivelet, J.; M. Palma, R.; Domingo, L. y López-Gómez, J. (2015): “Cicloestratigrafía, Cambio Climático y la Escala de Tiempo Astronómico“. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra (edición electrónica), pp. 136-147.

Martínez, M.; Lorenzo, E. y Álvarez, A. (2017): “Los Ciclos de Milankovitch: Origen, Reconocimiento, Aplicaciones en Cicloestratigrafía y el estudio de Sistemas Petroleros“. Revista Científica y Tecnológica UPSE, vol. IV. (3), pp. 56 -65.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s