causas astronómicas del cambio climático

CAUSAS ASTRONÓMICAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO
Arreola Hernández J. F.
CAUSAS ASTRONÓMICAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO
José Fernando Arreola Hernández
Laboratorio de Ecología, Departamento de Zoología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. Carpio y Plan de Ayala. Col.
Santo Tomas. Del. Miguel Hidalgo. México D. F. CP 11340. e-mail: [email protected]
RESUMEN
La discusión actual sobre el cambio climático, más específicamente el calentamiento global, se ha
centrado casi exclusivamente en la presencia de una mayor cantidad de bióxido de carbono en la
atmósfera debido al incremento en el uso de los combustibles fósiles a partir de la revolución industrial.
Sin embargo hay fuertes razones para dudar que el cambio en el clima pueda ser ocasionado
exclusivamente por este incremento en la atmósfera de los llamados gases invernadero. A pesar de que la
controversia continua, se han presentado teorías basadas en las variaciones de la energía solar que ingresa
al planeta, las cuales tienen una corroboración experimental, que explican de una manera más precisa los
cambios climáticos a través del tiempo geológico y del tiempo actual. En este artículo se presentan
diferentes aspectos relacionados con el ingreso de radiación solar y su distribución en la nuestro planeta,
cuyas características se deban a causas astronómicas, es decir debidas a ciclos solares y a la relación que
guarda el sol con la Tierra. Primeramente se presentan los ciclos de Milankovitch los cuales se basan en
las variaciones de los movimientos de rotación y de traslación de la Tierra, que son: el grado de
inclinación del eje de rotación, que cambia de 24º 30´ a 21º 30´ en un ciclo de 41 000 años, la variación
en la excentricidad de la orbita que varía de ser más elíptica a casi circular en periodos de 100 000 años y
el ciclo del movimiento de bamboleo o nutación que tiene un periodo de 23 000 años. Uno de los ciclos
que ha sido determinado con precisión recientemente es el ciclo de manchas solares que se presenta con
una periodicidad de 11 años con un ciclo conjunto cada 22 años. Otro ciclo, menos evidente y de menor
repercusión, es el ciclo Gleissberg, el cual es ocasionado por el cambio en la relación de las distancias
entre los planetas y el sol cuando los planetas jovianos (Júpiter, Saturno y Urano) se encuentran alineados
al sol, este ciclo tiene una duración aproximada de 88 años. Finalmente se presenta el Ciclo Bond, que se
considera relacionado a la circulación termohalina que rodea al planeta y que atempera el clima, llevando
agua caliente a lugares fríos y agua fría a lugares cálidos. Un ciclo de la circulación termohalina dura
aproximadamente 1500 años.
ABSTRACT
The global climate change and their influence in the increase of natural disasters, such as floods,
hurricanes, landslides, etc., are mainly focus in the rise of CO2 in the last century, since the industrial
revolution. However have been determined several warming and cooling during the same time. Thus the
causes of these climate changes must be looking in other items. Is more reasonable think in the different
aspects in the income of solar energy. Thereby in this article analyzed the astronomic causes of warming
climate change. solar cycles and their astronomic are in this article. Milutin Milankovitch, astronomer and
climatologist propose in 1920´s an astronomic theory about the Earth´s orbital elements such as the
eccentricity, obliquity and precession. In 1975 the analysis applied to deep sea cores, with oxygen
isotopes show strong cycles with periods near 100 000 years, 41 000 years and 23 000 years. These are
the periods proposed by Milankovitch. Another solar cycle is the sun spots cycle. Sunspots are huge
magnetic storms that show up as darker regions on the sun’s surface. They tend to occur in cycles, with
the number and size reaching a maximum approximately every 11 years. During periods of maximum
sunspots the sun emits more energy (about 0.1 percent more) than during periods of sunspot minimums.
Apparently bright sunspots that form around the sunspots radiate more energy, thus offsetting the effect
of the dark spots. Gleissberg in 1958 detected a cycle of 88 years related with solar activity, analyzing
both height and length of sun spots cycle. Finally Gerard Bond of Columbia University in New York in a
Science paper published in 2001, and nine other authors documented a close connection between North
Atlantic drift ice and changes in the cosmogenic nuclides beryllium-10 and carbon-14. Bond find in the
North Pacific not only strongly corroborate the sun-climate connection, but they also imply that the
response to solar variations may have involved much if not all of the Northern Hemisphere.
Palabras clave: Cambio climático
Revista electrónica “El Ambiente y los Sistemas Ambientales”
INTRODUCCIÓN
El clima es un tema siempre presente en
nuestras pláticas diarias, es incluso una forma
de iniciar alguna conversación, por ello es de
esperar que casi toda persona tenga algún grado
de conocimiento del tema. En nuestra
apreciación cotidiana sabemos que el tiempo
atmosférico es cambiante e incluso de difícil
predicción, sin embargo es común iniciar el día
escuchando los reportes del clima, esto es
porque las condiciones del tiempo atmosférico,
comúnmente llamado solo el tiempo, repercuten
en casi todas nuestras actividades y planes.
Es conocido por la ciencia que nuestro planeta a
experimentado a través de su historia diversos
cambios climáticos, incluso es más conocido
que La Tierra ha pasado por varios periodos de
enfriamiento
muy
severo,
llamados
glaciaciones, en los últimos 2 millones de años.
La última de estas glaciaciones terminó hace
apenas 10, 000 años, iniciando así esta época
interglaciar que ahora vivimos denominado por
los geólogos como Holoceno.
Cambios en las características del clima han
sucedido más recientemente, ya en tiempos
históricos y de nuestra era moderna, como el
ocurrido entre los años 1100 y 1300 dC,
conocido como el periodo cálido medieval y el
que le siguió de los años 1300 a 1800 que se
conoce como la Pequeña Edad de Hielo.
Sin embargo a pesar de este conocimiento
acerca de lo cambiante del clima de La Tierra,
es a partir de los años 1980´s que se habla con
insistencia de un calentamiento global
provocado por la influencia de la especie
humana y su uso constante y en aumento de
combustibles fósiles, lo cual conlleva a un
aumento en la cantidad de CO2 en la atmósfera,
incremento que se hace notable a partir de la
revolución industrial.
La preocupación de que la industrialización y su
consecuente uso de carbón, gas natural y
petróleo, sean la causa de este calentamiento ha
hecho que la ciencia aborde este tema de manera
objetiva para precisar si este cambio climático
es de un calentamiento global y de ser así, en
que medida y que es lo que debemos esperar
para los próximos años.
Incluso los gobiernos de casi todo el mundo se
han organizado para que no solo algunos
especialistas en el tema analicen lo referente a
este tema, sino que instituciones completas
dediquen sus esfuerzos a lograr un consenso
sobre el cambio climático. Es así que se han
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formado por ejemplo, el Protocolo de Montreal,
la Cumbre de Río, la Cumbre de Kyoto, el Panel
Intergubernamental para el Cambio Climático
(IPCC) y otras cuyas resultados han concluido
en algunas recomendaciones, las cuales sin
embargo no han logrado un consenso entre
todas las naciones para su aplicación y han
encontrado un desacuerdo con la mayoría de los
países más industrializados.
Las recomendaciones de estas agrupaciones
estudiosas del clima han suscitado un
enfrentamiento entre diversos países ya que
afecta el consumo de combustibles y por lo
mismo afecta una de las principales industrias a
nivel mundial.
Por otra parte, dado que a partir de la revolución
industrial (1850 aproximadamente) el CO2 se ha
venido incrementando hasta nuestros días y que
en ese mismo lapso de tiempo se han registrado
cambios climáticos de diferentes escalas,
llegando a tenerse climas fríos y cálidos en
varias ocasiones, es necesario buscar las causas
del cambio climático en otros factores además
del CO2, que por si solo no explica este
fenómeno.
Es claro que antes que ver como se distribuye el
calor en la atmósfera se debe analizar como es
que se da el ingreso de la energía en nuestro
planeta y determinar como se da la variación de
radiación solar en la Tierra, esto es llegar a
saber y cuantificar en que grado la energía solar
cambia a través del día, los años, los siglos, los
milenios y los millones de años.
CICLOS CAUSADOS POR LOS
MOVIMIENTOS DE LA TIERRA
Aun cuando los movimientos de La tierra son
conocidos de tiempos muy antiguos, su efecto
en el tiempo atmosférico y en el clima son
frecuentemente
olvidados,
también
son
ignoradas las evidencias de que sus
características han cambiado y continúan
cambiando a través del tiempo.
Los movimientos siderales de nuestro planeta
son los siguientes: de rotación, de traslación, de
nutación, intragaláctico e intergaláctico.
El primero de ellos, el movimiento de rotación,
es el que realiza la Tierra cuando gira sobre si
misma, este giro lo realiza a una velocidad de 1,
660 km / hr (en el ecuador, al nivel del mar) y
un giro completo es llamado por nosotros un
día. Este movimiento provoca un cambio de
ingreso de radiación solar a través del día,
afectando las funciones de los seres vivos, en
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CAUSAS ASTRONÓMICAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO
especial los ciclos del día y la noche que son
conocidos como ciclos circadianos.
El segundo movimiento de la Tierra, el
movimiento de traslación, es el giro que hace el
planeta al girar alrededor del sol (a una
velocidad de 107 182 km/h), este giro tiene una
orbita ligeramente elíptica y en esta orbita el sol
esta colocado en uno de los focos de la elipse.
Esta situación provoca que en su giro La Tierra
esta en un punto mas cerca del sol (el perihelio,
aproximadamente a 148 millones de km) y otro
punto en el que esta más alejado del sol (el
afelio, aproximadamente a 151 km) lo cual
afecta la cantidad de radiación que ingresa al
planeta a lo largo del año. Aunado a esto, la
Tierra gira alrededor del sol con una
inclinación, con respecto al plano de la orbita
alrededor del sol, de 270 27´, lo que marca
cuatro momentos singulares en este moviendo y
que son llamadas las estaciones del año. En las
estaciones de año se presenta un momento,
generalmente el 21 de marzo, en el que el día y
noche tienen una misma duración conocido este
momento como el equinoccio de primavera, el
cual marca un momento en el que las horas de
radiación solar son iguales en número a las
horas en que no se recibe esta radiación.
Posteriormente (el 21 de junio generalmente) el
planeta inicia una estación del año en el que las
horas de día (insolación) son más que las horas
de noche, este momento se conoce como el
solsticio de verano. Al concluir el verano, inicia
nuevamente un periodo de tiempo (el 23 de
septiembre) en el que nuevamente las horas de
día y de noche son iguales, el equinoccio de
otoño. Finalmente el 21 de diciembre,
generalmente, inicia el solsticio de invierno, en
el que las horas de noche son más que las horas
de día. Estas características de las estaciones y
sus fechas están mencionadas para el hemisferio
norte, ya que por la inclinación del eje de
rotación terrestre las estaciones se manifiestan
en condiciones opuestas para cada hemisferio.
Algo que también adiciona circunstancias
especiales para cada lugar y su clima (en
relación a las estaciones del año), es la situación
de la latitud, es decir su distancia al ecuador,
pues mientras en las latitudes bajas las
estaciones del año casi no existen, en las
latitudes altas su efecto es más notables hasta
llegar el caso en que por arriba del paralelo 60º
se tienen seis meses de verano y seis meses de
invierno.
Un tercer movimiento que presenta la Tierra es
el de Nutación, que es un movimiento de
bamboleo ocasionado por la combinación del
movimiento de rotación y de traslación, y que el
Arreola Hernández J. F.
eje de rotación esta inclinado, dando como
resultado este movimiento que se ejemplifica
como un movimiento de peonza o trompo
cuando va perdiendo velocidad. Este
movimiento origina que a través del tiempo
tengamos una orientación estelar diferente y que
nuestra percepción del lugar que ocupan las
estrellas en el cielo sea diferente (en periodos
muy largos de tiempo).
El movimiento intragaláctico es debido a que el
sol y el resto del sistema solar (planetas,
satélites, cometas, asteroides, etc.) se mueven
girando en torno al centro de la Vía Láctea, en
la cual el sol ocupa un lugar en las orillas de la
galaxia.
Por último el movimiento intergaláctico es el
que tiene toda nuestra galaxia como resultado
de la expansión del universo y en el que la Vía
Láctea se mueve proveniente de donde se
encuentra la estrella Sirio en la constelación del
Can Mayor y se dirige hacia la estrella Vega en
la constelación de la Lira cercana a la de
Hércules.
Todos estos movimientos tienen un efecto en
nuestra relación con las estrellas y los tres
primeros con nuestra relación con el sol, que es
nuestra principal fuente de energía, por lo que
son la principal causa de la dinámica
atmosférica y por ende del clima.
CICLOS DE MILANKOVITCH
El astrónomo y climatólogo yugoslavo Milutin
Milankovitch calculó en los años 1920´s y 1930
´s las variaciones en la cantidad de radiación
solar que recibe la Tierra debidas los
movimientos de rotación y de traslación del
planeta y propuso una teoría astronómica para
explicar los ciclos glaciares que se presentaron
en el Periodo Cuaternario basandose en tres
aspectos de los movimientos de rotación y
traslación que se modifican a través del tiempo.
Un primer aspecto es el ángulo de inclinación
del eje de rotación terrestre. Milankovitch
propuso que el eje de rotación presentaba
variaciones en el grado de inclinación,
actualmente, el eje de la Tierra está desviado
23º 27´, con respecto a la vertical; esta
inclinación fluctúa entre 21º 30´ y 24º 30´ a lo
largo de un periodo de 41.000 años. Al
aumentar su inclinación, las estaciones del año
resultan más extremas en ambos hemisferios
(inviernos más fríos y veranos más cálidos).
El segundo aspecto que presento fueron las
variaciones en la forma de la órbita terrestre, la
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órbita se hace más elíptica y más circular alarga
y acorta, lo que provoca que su elipse sea más
excéntrica y luego retorne a una forma más
circular, en períodos de aproximadamente
100.000 años. Esta variación en la llamada
excentricidad de la órbita terrestre varía desde
un 0,5%, correspondiente a una órbita
prácticamente circular; a un 6% en su máxima
elongación. Milankovitch explicó que cuando se
alcanza la excentricidad máxima, se intensifican
las estaciones en un hemisferio y se moderan en
el otro.
solares pueden alcanzar gran tamaño y duran
varios meses. Otras no pasan de algunos
centenares de kilómetros y desaparecen a los
pocos días. Los ciclos de variación en el número
de manchas solares en de aproximadamente 11
años.
El tercer aspecto es el movimiento de nutación,
llamado también la precesión de los equinoccios
o bamboleo de la Tierra, que describe una
circunferencia completa, cada 23.000 años
aproximadamente. La precesión determina si el
verano en un hemisferio dado cae en un punto
de la órbita cercano o lejano al Sol. El resultado
de esto es el refuerzo de las estaciones, cuando
la máxima inclinación del eje terrestre coincide
con la máxima distancia al Sol. Cuando esos dos
factores tienen el mismo efecto en uno de los
hemisferios, se tienen efectos contrarios entre si
en el hemisferio opuesto.
Existe una clara relación entre el número de
manchas solares y la intensidad del flujo de
radiación solar que llega a la Tierra. Ese flujo,
en la actualidad es de unos 1,370 W/m2 en un
plano de intercepción perpendicular situado en
el tope superior de la atmósfera terrestre
(insolación solar total, llamada tradicionalmente
constante solar). Y oscila aproximadamente en
1,2 W/m2 entre el máximo y el mínimo del
ciclo.
Milutin Milankovitch incorpora en su teoría la
idea del climatólogo alemán Vladimir Koppen
de que la causa inmediata de una glaciación se
debe a la reducción de la irradiación solar en
verano, con la consiguiente disminución de la
fusión de los hielos formados en el invierno, y
no a una sucesión de inviernos rigurosos.
En la década de los 1960´s el paleoceanógrafo
italiano
Cesare
Emiliani,
confirmo
experimentalmente los ciclos expuestos por
Milankovitch utilizando el oxígeno presente en
el carbonato de calcio de las testas de
foraminíferos y otros microfósiles del fondo
oceánico para calcular las temperaturas del
último millón de años de la vida de la Tierra.
CICLOS DE MANCHAS SOLARES
Las manchas solares fueron detectadas por un
astrónomo
aficionado
cuando
tomaba
fotografías en su intención por descubrir un
planeta localizado entre mercurio y el sol, son
zonas oscuras y relativamente más frías de la
superficie del Sol. Corresponden a zonas en que
fuertes
campos
magnéticos
retienen
temporalmente el calor que fluye del interior del
Sol hacia la fotosfera, emitiendo menos energía
de la normal, pero las áreas que las rodean, las
fáculas solares, aparecen, por el contrario, más
brillantes. En su conjunto, el Sol emite más
energía cuantas más manchas solares haya en un
momento determinado. Algunas manchas
Las primeras manchas de un ciclo aparecen
junto a los polos. En los años siguientes surgen
otras, cada vez más cercanas al ecuador solar,
hasta completar el denominado máximo solar.
Después van desapareciendo otra vez.
La radiación solar que llega a la Tierra ha
cambiado ligeramente en los últimos mil años.
Esta variación del número de manchas solares y
de la actividad solar, deducida de la
concentración del 14 C en la madera de los
anillos de árboles y del 10 Be en los núcleos de
los hielos, muestra que han existido períodos de
mínima incidencia de manchas solares. Estos
son los períodos de Wolf (hacia el año 1300),
Sporer (hacia el año 1500), Maunder (entre
1645 y 1715) y Dalton (hacia 1800).
Probablemente fueron precedidos por un
período de máxima actividad solar, el Máximo
Solar Medieval (entre el 1100 y el 1250),
semejante para algunos autores a un Máximo
Solar Contemporáneo.
El más anómalo y mejor conocido de los
períodos anteriormente citados, es el que ocurrió
entre 1645 y 1715, llamado Mínimo de
Maunder. Durante ese tiempo las manchas
solares casi desaparecieron por completo. Esta
etapa coincidió, por lo menos en Europa, con
algunos inviernos muy crudos, como el de
1694-1695, durante el cual, según tres diferentes
escritores de diarios particulares, el Támesis
permaneció helado durante varias semanas.
Calculos de la constante solar durante el
Mínimo de Maunder indican que fue unos 3,5
W/m2 menor que la actual, es decir, un 0,24 %
más baja. El enfriamiento global provocado por
esta disminución de insolación, sería en la
superficie terrestre de entre 0,2 y 0,6 ºC.
Aunque en algunas regiones el enfriamiento fue
mayor (entre 1 ºC y 2 ºC).
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CAUSAS ASTRONÓMICAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO
Puede apreciarse que las variaciones de
radiación son demasiado pequeñas como para
explicar por sí solas los cambios térmicos
ocurridos en los últimos siglos. En el caso de la
Pequeña Edad de Hielo, el enfriamiento invernal
que afectó sobre todo al norte de Europa pudo
amplificarse por un aumento de la frecuencia de
los anticiclones de bloqueo en el Atlántico
Norte. Así mismo, este cambio en la circulación
de la tropósfera estaría ligado a una disminución
del ozono estratosférico, provocado por la
disminución de la radiación ultravioleta. Se sabe
que las variaciones del flujo energético solar
repercuten más en la parte del espectro
correspondiente a las radiaciones ultravioletas,
creadoras de ozono. La disminución de ozono
durante las épocas de debilidad solar, debido a
la baja intensidad de las radiaciones
ultravioletas,
sería
lo
suficientemente
importante como para enfriar la temperatura
estratosférica y modificar directamente la
circulación estratosférica e, indirectamente, la
circulación de la tropósfera.
CICLOS GLEISSBERG
El movimiento de los planetas alrededor del sol
presenta cíclicamente momentos en que las
masas de los planetas jovianos o planetas
exteriores se encuentran alineados, lo cual
produce cambios en la actividad solar que a su
vez afecta la cantidad de irradiación que llega a
nuestro planeta. Gleissberg en 1958, detecto
este ciclo ligandolo a un cambio de la fuerza
rotatoria que impulsa la rotación del sol
alrededor del centro de masas del sitema solar a
través de estudios astronómicos de manchas
solares. Muchos estudios se han realizado sobre
todo estudios en en núcleos sedimentarios y
núcleos de hielo de Groenlandia y la Antártida
utilizando isótopos cosmogénicos ( 14C y 10Be )
los cuales muestran un persistente ciclo de 88
años relacionado directamente a actividad solar.
Arreola Hernández J. F.
por los océanos de nuestro planeta. Gerard Bond
y nueve colegas de la Universidad de Columbia
estudio la presencia de isótopos cosmogénicos
(Berilio 10 y carbono 14) en núcleos
sedimentarios marinos del Océano tlántico,
confrontandolos co núcleos de hielo de
Groenlandia y el análisis espectral muestra
fuertemente la presencia de este ciclo.
CONCLUSIONES
Contrario a los informes hechos por el Panel
Intergubernamental para el Cambio Climático
(IPCC) acerca de un calentamiento global
inducido por el hombre, los resultados de la
mayoría de los científicos que estudian el clima,
muestran que son los factores astronómicos los
aspectos que más influyen en las fluctuaciones
climáticas y no es el incremento del bióxido de
carbono atmosférico, ni el único ni el principal
factor a considerar en el cambio climático.
Aunado al problema de estudiar un teme en si
mismo muy complejo, existe el problema
económico y político que involucra la industria
petrolera que tiene una gran influencia en el
mundo y que atrae intencionalmente atención
tanto de investigadores que opinen a favor,
como investigadores que opinan en contra,
complicando el entendimiento de este problema.
Es necesario que la ciencia y los científicos
participen de una manera honesta para no
inducir a una explicación simplista que no
permita tomar decisiones adecuadas a este
problema que afecta significativamente a la
sociedad.
BIBLIOGRAFÍA
La bibliografía relacionada con el tema es
sumamente abundante y mucha de ella esta
disponible en la red, es por esta razón que se
presentan algunas citas de artículos que son
especialmente ilustrativos de las ideas
presentadas aquí.
CICLOS BOND
Uno de los ciclos que afectan el clima que no
son explicados por las variaciones en los tres
parámetros orbitales: precesión, oblicuidad y
excentricidad
(Teoría
Astronómica
de
Milankovitch) son los ciclos de duración de casi
1500 años que se observaron al estudiar los
sedimentos oceánicos y particularmente en ellos
las descargas de icebergs que dejan caer su
contenido una vez que son disueltos en el agua
de mar. La hipótesis más aceptada para explicar
estas variaciones a escala de cientos de años se
basa en la inestabilidad propia de la circulación
termohalina,
que
provoca
importantes
alteraciones en el transporte de calor realizado
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