Milankovitch y las causas astronómicas del cambio climático

Cuando se habla de cambio climático, la mayoría de la personas tienden a creer que el clima fue en otra época estable, y que somos nosotros, con nuestra modernidad, quienes lo estamos ahora alterando, con consecuencias insospechadas para el futuro de la humanidad y de la Tierra. También se tiende a asociar el fenómeno del cambio climático exclusivamente con el aumento de la temperatura promedio del planeta, provocado por el incremento (debido a los procesos industriales) en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

Sin embargo, al estudiar la historia del clima terrestre se hace evidente que éste ha sido siempre cambiante, y de manera cíclica (aunque en algunas ocasiones de forma repentina) nuestro planeta ha debido soportar modificaciones dramáticas en los patrones climáticos globales, con consecuencias muchas veces devastadoras que han provocado la alteración de hábitats ecológicos completos, e incluso la extinción masiva de especies. Por otra parte, la ciencia moderna entiende que el clima es un fenómeno extremadamente complejo cuya variabilidad depende de múltiples factores, algunos internos al planeta como el vulcanismo (que arroja grandes volúmenes de gases y cenizas a la atmósfera) o la distribución cambiante (en tiempos geológicos) de las masas oceánicas y continentales. Y por supuesto que esa variación climática también puede ser atribuible, en parte, a la desenfrenada intervención humana en la naturaleza.

No obstante, si consideramos que el clima no es otra cosa que la manifestación (en amplios períodos de tiempo), de ciclos y fuerzas que actúan permanentemente en la atmósfera y superficie terrestre (precipitaciones, nubosidad, vientos, humedad, temperatura, presión, densidad del aire, etc.), resulta evidente que la principal fuente de la energía que alimenta a esta dinámica planetaria, la constituye el Sol. Por lo tanto, al intentar identificar al gran responsable de la variabilidad climática debemos, en primer lugar, mirar hacia nuestra estrella.

Ya a fines del siglo XVII, el astrónomo Edmund Halley (1656-1742) publicó algunos trabajos que señalaban la forma como se distribuye el calor solar sobre el globo terráqueo. Posteriormente otros investigadores profundizaron en estos estudios, construyendo modelos (físico-matemáticos) más refinados que explicaban cómo el calor que recibimos del Sol varía según la Latitud del lugar y la inclinación con la cual la luz incide sobre la superficie terrestre.

Por otra parte, el avance de la astronomía permitió un mejor conocimiento de la naturaleza del Sol. En primer lugar, se comprendió que éste, como todas las estrellas, es capaz de producir y radiar (mediante procesos de fusión nuclear) ingentes cantidades de energía. Y aunque en estos momentos el Sol se encuentra en la medianía de su vida (una etapa en la evolución estelar caracterizada por una notoria estabilidad), de todas maneras presenta variaciones periódicas en su comportamiento. Unas de estas fluctuaciones cíclicas son las manchas solares, un fenómeno que se repite en ciclos de once años (además hay ciclos compuestos que determinan máximos y mínimos secundarios), y que provoca variaciones en la temperatura media del planeta.

Perturbaciones orbitales

Pero ahora sabemos que la cantidad de energía que recibimos del Sol, no depende exclusivamente de aquellos procesos nucleares que se producen en su interior. Además existen otros fenómenos astronómicos que modifican el caudal energético recibido por la Tierra y que, en consecuencia, también afectan a su clima. Entre ellos se pueden mencionar a los cambios cíclicos que se producen en la Rotación y Traslación terrestre.

Un personaje clave en la comprensión de la influencia que esas alteraciones orbitales tienen en el clima fue el astrofísico serbio Milutin Milankovitch (1879- 1958), quien abandonó una promisoria carrera de ingeniero civil para dedicarse exclusivamente a su gran pasión que era la matemática aplicada. Buscando un tema en el cual trabajar se encontró con la climatología. Estudió con especial atención los factores que determinan los niveles de la insolación que reciben los diferentes puntos de la superficie terrestre y también intentó explicar el fenómeno de las glaciaciones.

Las glaciaciones son períodos en los cuales se produce el avance de las capas de hielo desde los polos hacia latitudes más bajas, quedando cubiertas amplias zonas continentales. Estas épocas de frío extremo son cíclicas, y en estos momentos nos encontramos en un período interglacial, esperándose que en unos cuantos miles de años más, el planeta volverá a ser invadido por los hielos. Esta periodicidad de las glaciaciones llamó la atención de los investigadores del paleoclima (clima del pasado), y es aquí donde Milankovitch sorprendió con una elaborada teoría planetaria que explica elegantemente el porqué los avances del hielo se suceden en los lapsos de tiempo observados en la historia geológica de nuestro planeta.

Milankovitch advierte que la forma como la Tierra gira sobre sí misma, y como se desplaza alrededor del Sol no es constante, sino que se ve afectada por pequeñas perturbaciones que, acumuladas en períodos de miles de años, modifican significativamente la cantidad de energía que se recibe desde el Sol.

Los otros movimientos de la Tierra

Todos aprendimos en el colegio que la Tierra posee dos movimientos: la Rotación (que da lugar al día y la noche) y la Traslación (que da lugar a las Estaciones), y es evidente que producto de esos desplazamientos, cambia la cantidad de radiación solar recibida. Para verificarlo basta con observar las diferencias de temperatura que se producen durante el transcurso del día o con el paso de las Estaciones del año.

Sin embargo, nuestro planeta posee otros movimientos que no resultan ser tan evidentes, ya que su período de variación es de miles de años. Aunque estas perturbaciones orbitales fueron descubiertas hace mucho tiempo, y también más de alguien propuso que podían tener influencia en el clima, fue Milankovitch quien elaboró una teoría matemática completa que demostraba claramente cómo estos movimientos afectan a la climatología terrestre, y que en particular permitió explicar el intrigante carácter repetitivo de las glaciaciones.

Estos tres movimientos son:

Precesión de los equinoccios: Es el cambio de dirección del eje de rotación de la Tierra, que ocurre en ciclos de 22.000 años. Se debe al efecto giroscópico que produce la rotación de la Tierra (es como bamboleo de un trompo). Este movimiento determina qué hemisferio enfrenta al Sol en los momentos de más cercanía (perihelio) o más lejanía (afelio) de la órbita. Actualmente el hemisferio austral es el que enfrenta al Sol en el momento de más cercanía (ocurre los primeros días de enero cuando en el Sur es verano), pero hace 11.000 años sucedía lo contrario (en pleno invierno nuestro). Y dada la distinta distribución de masas terrestres y oceánicas que existe en los dos hemisferios (las masas continentales son mayores en el Norte), se puede concluir que las Estaciones de entonces fueron mucho más frías.

Cambio en la excentricidad de la órbita (grado de achatamiento de la órbita alrededor del Sol), que pasa de ser casi circular a marcadamente elíptica en ciclos de 100.000 a 400.000 años. A consecuencia de esta variación cambia la distancia de la Tierra al Sol, y también la intensidad de la radiación recibida en el planeta (el cambio en la intensidad llega al 6%).

Obs. En la figura, la excentricidad está exagerada, en realidad la órbita de la Tierra es muy cercana al círculo.

Cambio en la Oblicuidad del eje: Es la variación en la inclinación del eje de la Tierra en su órbita alrededor del Sol. Este ángulo de inclinación varia entre 21,5° y 24,5° (actualmente tiene un valor de 23.45°) en períodos de 41.000 años. Este cambio determina la intensidad de las Estaciones. Cuando menor es la inclinación las Estaciones tienden a ser más benignas y homogénea, pero cuando ésta se acerca al máximo, entonces las Estaciones se tornan marcadamente extremas.

Los ciclos de Milankovitch

La teoría planetaria que elaboró el matemático serbio, conocida como los ciclos de Milankovitch, plantea que las grandes variaciones climáticas que afectan a la Tierra, se deben al efecto combinado de estos tres movimientos. Y para comprobarlo sometió su hipótesis a una exhaustiva prueba que retrocedía cientos de miles de años en el pasado. Después de muchos años de afinamiento de su modelo matemático pudo comprobar que, efectivamente, los ciclos propuestos por la teoría se correlacionaban razonablemente con los registros paleoclimáticos recogidos en muchas partes del mundo.

Cuando Milankovitch dio a conocer su teoría, no recibió la acogida esperada. Durante muchos años su propuesta fue considerada sólo como un ejercicio matemático-astronómico curioso, pero desde mediados de la década de los 70 (del siglo pasado) la situación comenzó a cambiar y ahora es ampliamente aceptada por la comunidad científica y utilizada en todos los estudios sobre las glaciaciones.

Aunque algunos la cuestionan, ya que existen algunos eventos que no se cumplen exactamente según lo previsto por la teoría, es evidente que los Ciclos de Milankovitch mucho tienen que ver con los grandes cambios climáticos que sufre el planeta. Además, como ya se señaló anteriormente, la dinámica del clima es tan compleja (e influyen en ella tantos factores), que pretender que los ciclos orbitales, por sí solos, den cuenta de todo la variabilidad observada en los registros históricos, es absurdo.

Finalmente, es bueno recordar una vez más que, desde la formación de la Tierra hace 4.500 millones de años, el clima ha sufrido permanentes cambios, algunos suaves otros violentos, pero en cualquier caso sus condicionantes siempre fueron naturales. La gran incógnita a la que nos enfrentamos actualmente, es saber cuáles serán las consecuencias de la descontrolada intervención humana en el planeta, y su impredecible efecto en el clima y en el destino, no sólo de la civilización, sino también de nuestro hogar cósmico.

6 comentarios sobre “Milankovitch y las causas astronómicas del cambio climático”

  1. Felicitaciones por el artículo, está super claro. Pero me queda una pregunta: ¿Se gún los ciclos de Milancovich, cuándo sería la proxima glaciación? (si es que se puede precisar eso de unos cuantos miles de años más 😉

    Salu2

    1. Acabo de leer este espectacular artículo de las variaciones climáticas seculares. Completo, metódico, científico, casi dialéctico. La verdad es que Hugo Jara ya nos tiene acostumbrados a unas calidades literarias y pedagógicas supremas, a nivel global. Es un divulgador de calidad Asimoviana, pero con la serenidad de un británico Clarke, antes que con la autoreferencia algo nerviosa que trasuntan los textos del brooklyniano. ¿Cual es la profesión de Hugo si alguien puede informarla? Me inagino que es astrónomo profesional. ¿Tiene un Blog quizás?.

      Bueno, en mi calidad de astrónomo aficionado, yo tenía entendido que las glaciaciones tenían que ver con vagos o misteriosos ciclos astronómicos, algo así como nebulosas fuerzas míticas perdidas en las culturas mayas, egipcias y aztecas. Pero ahora, con este ensayo soberbio, han perdido todo su misterio. Las causas de los cambios seculares en la radiación solar están claras, obedecen al Set de movimientos terrestres y solares, están en pleno conocimiento de la comunidad astronómica, y seguramente están ya muy bien modeladas. Entonces: ¿No podría algún departamento de Física y Astronomía programar esos modelos astronómicos al detalle, sazonando el guiso con toques de oceanología, glaciología, tectónica de placas y orografía, y lanzar una simulación gráfica de los hielos terrestres, año por año y estación por estación durante los próximos 13.000 años (la mitad del ciclo de precesión), para ver qué es exactamente lo que nos espera?
      Un placer de saludar a Hugo y a toda la comunidad.
      Juan Antonio.

      1. Juan Antonio:

        La profesión de Hugo es ingeniero civil informático. Es un gran astrónomo aficionado. Incluso tiene una cúpula en su casa (háganme esa jaja). Dicta talleres de difusión de la ciencia en colegios y agrupaciones comunitarias y fue columnista del diario El Sur de Concepción (varias reseñas de libros que hemos colgado en tau corresponden a columnas publicadas en ese diario).

        su blog es http://www.hugojarag.blogspot.com/ 🙂

        saludos Juan Antonio, y que bueno que estás por aquí. a ver si te animas a escribir algo 🙂

      2. A propósito de lo que decía Juan Antonio, se ha intentado reconstruir como ocurren las glaciaciones con esas variables y en particular una que es muy importante: el albedo (capacidad de reflejar luz).

        Cuando los ciclos de Milankovitch coinciden para que haya una glaciación, ocurre que la falta de energía solar produce inviernos sucesivamente más largos, aumentando la cantidad de nieve en las cordilleras y polos, produciendo el avance de glaciares y al aumentar la cantidad de nieve y hielo, aumenta también el albedo. Con este incremento del albedo, la energía solar que se distribuye en la Tierra -ya escasa por coincidencias astronómicas- disminuye porque es reflejada gracias a la cada vez mayor cantidad de nieve y hielo. Todo esto hace que finalmente hayan “eras glaciares”. Parece que esta dinámica de cada vez más albedo, hace que el hielo avance más y más y surge la pregunta ¿por qué se acaban las glaciaciones? La razón más importante parece ser que en un momento dado los ciclos astronómicos ya no son favorables para que los hielos avancen.

        Actualmente hay una discusión de como se originaron las últimas glaciaciones, en el sentido de si éstas comenzaron en el hemisferio norte, y el avance de esos hielos produce el albedo suficiente para que luego siga en el hemisferio sur, o a la inversa, o bien si fue simultaneo en ambos hemisferios. Sabiendo que existe esta discusión, me atrevo a asegurar que aún faltan datos para meter en un modelo matemático (hay que saber que se quiere reproducir) sin embargo se puede especular y generar de todas formas un modelo exitoso. Desconozco si alguien lo ha hecho…

        Salu2

  2. Es parte de la arrogancia de nuestra especie, el creer que somos tan importantes para cambiar el mundo de forma radical (bueno, un 5% del armamento nuclear podría dejar a la tierra inhabitable a excepción de algunas cucarachas).
    La explotación indiscriminada de recursos no renovables, y la negación a adaptarse a otras energías sustentables, podrá antes de lograr contaminar el planeta a un nivel crítico, llevar a la humanidad a un colapso por escaces energética.

    Aceptemos que el desarrolllo industrial ha causado estragos en millones de lugares , con resultados irreversibles, pero está claro que los procesos quimicos internos de nuestro planeta, podrían desencadenar una nueva restructuración de las placas a niveles apocalíticos, incluso formando una nueva gondwana.
    Y claro, si agregamos los factores externos, como las variaciones solares (gravedad, viento, radiación), dan una infinidad de factores que influyen en los cambios climáticos.

    La teoría de Milankovitch me ha parecido muy lucida, ya que introduce estas nuevas variables a las posibles causas de las mutaciones que experimenta la temperatura de nuestro planeta y su distribución geográfica.

    Genial artículo. Voy a entrenerme bastante leyendo los textos del señor Jara.

  3. Nada más una acotación para la potencial persona sobreentusiasta o apasionada por las pseudociencias: Los ciclos de Milankovitch aún enfrentan varios problemas observacionales (http://en.wikipedia.org/wiki/Milankovitch_cycles#Problems), pero aún en caso de poder resolver estos problemas, ellos explicarían el cambio climático en grandes escalas de tiempo, del orden de las decenas o cientos de miles de años. Cuando hoy hablamos de cambio climático y calentamiento global, estamos hablando de un fenómeno que está ocurriendo en una escala de *décadas*. Ésta figura es un excelente resumen de la situación:

    http://www.ossfoundation.us/projects/environment/global-warming/myths/co2-lag/image/image_view_fullscreen

    La línea rosada (y antes de ella la línea roja, aunque medida de otra manera) muestra cómo está cambiando la temperatura del planeta. La línea negra muestra la suma de todos los efectos (Milankovitch incluído) que estarían contribuyendo a ese cambio. Finalmente, la línea verde es el nivel de gases invernadero a lo largo de la historia. El efecto de los gases invernadero es claramente dominante hoy (lo cual, dicho sea de paso, se puede ver también aquí: http://www.ossfoundation.us/projects/environment/global-warming/forcing-levels/images/radiative_forcing_fig28.gif/image_large). Durante toda la historia de la Tierra anterior a 1850, cuando dominaban los ciclos de Milankovitch en el cambio climático, la figura nos muestra una fuerte correlación entre gases invernadero y temperatura. Sin embargo, si hacemos un acercamiento a la imagen nos encontramos con que el alza de temperatura es *previa* a la emisión de gases invernadero por efectos naturales. En los últimos 160 años este orden se ha revertido. Hoy la temperatura está cambiando correlacionadamente con la emisión de gases invernadero, pero lo hace *después* de que esos gases son emitidos. Eso es, hasta donde sabemos, un fenómeno nuevo en la historia del planeta, y altamente alarmante.

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