Introducción al Cambio Climático 2: Inicio de periodos interglaciares

por Emilio Meneses

En el primer capítulo expliqué brevemente el periodo cuaternario y sus principales características. En este voy a aclarar de la manera más sencilla posible la teoría que explica el inicio de los fenómenos interglaciares.

Nuestro actual periodo interglaciar, el Holoceno, tuvo un aumento de temperatura mundial de más de 12 grados en pocos milenios. El holoceno y los interglaciares anteriores están caracterizado por el aumento más rápido de temperatura que tenemos en el registro climatológico de los últimos millones de años, descontando quizás los eventos Dansgaard-Oeschger (Evento D-O) que veremos en un próximo post.

Hoy en día la teoría más en boga son los Ciclos de Milanković para explicar el ciclo glaciar-interglaciar, la teoría se llama así en honor a su proponente, Milutin Milanković, un matemático y astrónomo de origen serbio (1879-1958)

Milanković sostuvo que los cambios glaciares se deben la variación de radiación solar que  recibe la tierra debido a su propia posición respecto al sol. Los tres factores principales son los siguientes:

Excentricidad: Es la figura de la órbita terrestre alrededor del sol. La órbita terrestre no es perfectamente circular porque, principalmente, planetas masivos como Júpiter o Saturno tienen influencia gravitacional sobre la tierra. La influencia de la excentricidad se puede resumir en qué: a mayor distancia del sol, menos calor recibe la tierra.

Oblicuidad: es el grado de inclinación del eje de rotación de la tierra, este eje varía entre 22.1° y 24.5°. El grado de inclinación permite que una zona polar reciba más insolación en verano que la región ecuatorial.

Precesión Axial: Este es más difícil de explicar de manera que se entienda la primera vez. Pero se puede traducir en el bamboleo del eje de rotación de la tierra. Este bamboleo se debe a que la tierra no es una esfera perfecta y el centro de gravedad no está en su centro. Les dejó un excelente video de laboratorio para explicarlo visualmente [1]. La precesión aumenta la cantidad de insolación que recibe un hemisferio en verano y disminuye la que recibe en invierno. Teniendo además el efecto inverso en el otro hemisferio.

milankovic

De izquierda a derecha: excentricidad, oblicuidad, precesión. (Fuente Wikipedia)

Estos 3 factores influyen en la cantidad de insolación que recibe la tierra, usualmente se mide en un punto en particular, la latitud 65 Norte en el solsticio de verano.  Todos los periodos interglaciares están correlacionados con alta insolación en tal latitud. Milankovic concluyó correctamente que estos factores generaban el ciclo glaciar-interglaciar.

Problemas con la teoría de Milankovic

Ahora bien, la teoría de Milankovic presenta una serie de problemas estadísticos cuando se correlaciona periodo de alta insolación con el inicio de periodos interglaciares: todos los interglaciares se correlacionan con alta insolaciómn, pero la mayor parte de los periodos de insolación alto no se traduce en un periodo interglaciar.

temp-insol

En naranjo la insolación, azul la temperatura. Origen de temperatura: NASA, data de muestra de hielo EPICA, Insolación Laskar 2004 [2]: gráfico es construcción propia.

Siendo el pasado más lejano a la izquierda y la derecha el presente. En la figura 2 podemos ver claramente que la mayor parte de los peaks de insolación no generan un periodo interglacial (sobre -2 grados de temperatura). Adicionalmente como se ve en la línea roja el Eemiano y el Holoceno  (los últimos dos periodos interglaciares de izquierda a derecha) comienzan antes que la insolación llegue a su máximo, esto significa que otra cosa gatillo tales interglaciares.

Otro misterio sin resolver es que los periodos interglaciares eran ciclos de 41 kyrs hasta hace 1000 kyrs correlacionando perfectamente con la oblicuidad, y desde 1000 kyrs a la fecha son ciclos de aproximadamente 100 kyrs, correlacionando mejor con la excentricidad y además mostrando una baja de las temperaturas promedio. Esto quiere decir que el peso de los factores cambia con el tiempo, añadiendo complejidad adicional a la simulación de los periodos glaciales.

Una excelente herramienta para probar la correlación de una variable con otra es realizar lo que se llama en estadística una regresión y comprobar si una variable determina a otra. El resultado siempre ser mide mediante un valor llamado R cuadrado (R2). Cuando R2 vale 1 la variable predice perfectamente la segunda, cuando R2 vale 0 no es capaz de predecirlo de manera alguna, pueden ver más detalles en el link [3]

Si realizamos una correlación estadística usando STATA, con regresiones OLS [4] para inferir temperatura de Insolación, los periodos de insolación sólo tienen R cuadrado de 0,15.  Es decir los periodos de insolación alta no predicen necesariamente el aumento de temperatura suficiente que gatille un interglaciar. Dado esta situación sería interesante revisar otras opciones aparte de la insolación

 

Posibles factores de forzamiento interno

Otra alternativa que podría explicar el aumento y disminución de temperatura podrían ser factores internos del planeta. El factor hoy en más en boga para justificar el aumento de temperatura desde 1870 a la fecha es el C02. La mayor intuición al respecto viene de la correlación entre temperatura con C02 y la capacidad de este gas de atrapar más radiación infrarroja que los otros gases en la atmósfera.

1- El C02 

temp-co2

En naranjo el C02 en ppm  Origen de data: NASA, data de muestra de hielo EPICA, gráfico es construcción propia.

Si hacemos una correlación estadística en STATA con el supuesto que C02 explica temperatura tenemos un R2 de 0.78, tremendamente alto y se podría inferir rápidamente que el C02 es la respuesta al misterio…pero aún queda pendiente de la hipótesis contraria. Si hacemos en mismo análisis en STATA, pero tomando que la temperatura explica el C02 obtenemos un R2 de 0.80. Esto quiere decir que es más probable que la temperatura explique el aumento de C02 durante los últimos 2,6 Myrs.

El gráfico nos deja inferir otra cosa más, tanto C02 como Temperatura son gatillados por un tercer factor o grupo de factores y la temperatura aumenta primero (nuevamente, que no los engañe la escala, están viendo 800 mil años de data). El efecto posterior que pueda tener el C02 en la temperatura sobre cierto umbral lo veremos en otro post.

2- Un polvo en la Antártica 

Jugando a los detectives con la data de NASA podemos además encontrar cosas interesantes, como por ejemplo el polvo en la antártica. El cual parece aumentar en grandes cantidades antes que comience un periodo interglaciar para luego caer completamente en el registro.

tem-polvo

En naranjo el polvo  en ng/gm, origen de data, temp: NASA, data de muestra de hielo EPICA, data de polvo: Lambert et al (2008) “Dust-climate couplings over the past 800,000 years from the EPICA Dome C ice core”. Gráfico es construcción propia.

Algo ya mencionado en el post anterior es la generación de grandes zonas áridas o secas durante los periodos glaciares, tales zonas incluyendo hoy en día liberan grandes cantidades de polvo a la atmósfera. Este polvo es transportado por el viento a las zonas polares y se acumula sobre el hielo.

Ahora, cuando el polvo se acumula sobre el hielo puede absorber calor solar y  esto rompe el efecto de albedo, permitiendo derretir el hielo y aumentar las temperaturas. [5]

Quizás el polvo combinación con otro factor, como aumento de insolación,  puede sacarnos de un gélido periodo interglaciar y que comience un clima cálido….pero esa teoría la veremos en el siguiente post.

[1] https://www.youtube.com/watch?v=0qHjtp4cdCA&feature=youtu.be

[2] http://vo.imcce.fr/insola/earth/online/earth/online/index.php

[3] Una buena y corta explicación de correlación en el siguiente link en español http://elestadistico.blogspot.ae/2016/09/r-cuadrado-o-coeficiente-de.html

[3] Ordinary Least Square. Este tipo de regresión debe usarse con cuidado cuando tenemos funciones no lineares, pero por el momento nos bastarán para medir correlaciones directas.

[4] https://www.the-cryosphere.net/11/741/2017/

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