6.3: Empezar en la Fuente - Tierra Girando Alrededor del Sol

La radiación solar impulsa el sistema terrestre y hace posible la vida. La radiación solar se absorbe y luego se usa para aumentar la temperatura de la superficie, cambiar la fase del agua y alimentar la química atmosférica. La distribución desigual de la radiación solar en la superficie de la Tierra impulsa la dinámica atmosférica.

La órbita terrestre alrededor del sol. Crédito: Servicio Meteorológico Nacional

La cantidad total de energía solar por unidad de tiempo y área unitaria, también llamada irradiación solar, es de 1361 W m ^—2 en la parte superior de la atmósfera (Stephens et al., 2012, Nature Geoscience 5, p. 691). Se distribuye de manera desigual sobre la superficie de la Tierra. Esa distribución cambia a lo largo de las estaciones (ver dos cifras siguientes). Las estaciones son el resultado principalmente de que el eje de rotación de la Tierra no es perpendicular al plano de la órbita terrestre alrededor del Sol.

La inclinación actual de la órbita terrestre. Más radiación solar es absorbida por la superficie de la Tierra cerca del ecuador que en latitudes altas como resultado de la curvatura de la Tierra. Crédito: Servicio de Parques Nacionales

El giro de la Tierra y su órbita alrededor del sol no son constantes, sino que cambian con el tiempo, como una peonza. La excentricidad de la órbita (es decir, cuán diferente es de la circular) varía con un periodo de 100.000 años. La inclinación del eje de rotación de la Tierra con respecto a la perpendicular desde su órbita, que se llama su oblicuidad, varía de 22.1 ^o a 24.5 ^o durante un ciclo de 41.000 años. Actualmente es de 23.4 ^o y decreciente. Finalmente, la precesión de la órbita terrestre, que es la orientación del eje de rotación con respecto a la posición orbital de la Tierra, también varía con un periodo de aproximadamente 26,000 años, aunque la excentricidad de la órbita también está rotando alrededor del sol, de manera que el periodo efectivo de precesión es de alrededor de 21.000 años. Estos movimientos, cuando se toman juntos, cambian lenta y periódicamente la distribución de la irradiancia solar en la superficie de la Tierra y son descritos por la Teoría de Milankovitch (ver dos figuras siguientes).

Cambios en la órbita terrestre que ocurren con el tiempo (arriba). La excentricidad (forma no circular) varía a lo largo de 100,000 años (medio). La oblicuidad (inclinación del eje de rotación de la Tierra) varía cada 41,000 años (abajo). La precesión (oblicuidad relativa a la posición en la órbita terrestre) varía a lo largo de un ciclo con un periodo de aproximadamente 20,000 años. Crédito: CO2CRC

Los cambios en la órbita y el giro de la Tierra no son las únicas formas en que cambia la irradiación solar, sino que también cambia la producción de energía del Sol. Ha estado aumentando ligeramente (0.05— 0.10%) en los últimos 300 años y varía en otro ~ 0.1% en el transcurso del ciclo solar de 11 años. La irradiación ultravioleta (200—300 nm) ha aumentado aproximadamente 3% en los últimos 300 años y varía en ~ 1.5% entre el máximo solar y el mínimo solar. Este aumento de UV conduce a una mayor producción de ozono estratosférico, lo que aumenta el calentamiento estratosférico, lo que lleva al desplazamiento hacia los polos del viento meridional estratosférico.

Variación de la irradiancia solar (es decir, forzamiento) observada como resultado de los cambios en la excentricidad, oblicuidad y precesión. Los vínculos con la glaciación son complejos pero la distribución de la irradiancia solar en la Tierra es importante para el clima. Crédito: El Proyecto Azimut