3.3: Los ciclos de Milankovitch y el clima del Cuaternario

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Objetivos de aprendizaje

Después de leer este módulo, los estudiantes deben ser capaces de

describir el clima cambiante del Cuaternario
explicar por qué los ciclos de Milankovitch explican las variaciones del clima sobre el Cuaternario, en términos de períodos similares de variaciones orbitales y ciclos glaciales
explicar cómo se vincula el sistema glaciar/climático a través de feedback albedo
describir cómo los sedimentos y los núcleos de hielo proporcionan información sobre climas pasados
utilizar los mecanismos que provocan el fraccionamiento de isótopos estables para predecir el impacto del cambio climático en los registros de isótopos estables

Introducción

En el Módulo 5.2 vimos los principales impulsores del clima, la energía que proviene del Sol (insolación) y las propiedades del planeta que determinan cuánto tiempo permanece esa energía en el sistema terrestre (albedo, gases de efecto invernadero). En esta sección, veremos los cambios naturales recientes en el clima de la Tierra, y utilizaremos estos impulsores para entender por qué ha cambiado el clima.

El período más reciente de la historia geológica de la Tierra, que abarca los últimos 2.6 millones de años, se conoce como el período cuaternario. Este es un período importante para nosotros porque abarca todo el período durante el cual los humanos han existido, nuestra especie evolucionó hace unos 200 mil años. Examinaremos en detalle cómo ha cambiado el clima a lo largo de este periodo. Al comprender los procesos naturales recientes del cambio climático, podremos entender mejor por qué los científicos atribuyen los cambios actualmente observados en el clima global como resultado de la actividad humana.

Clima cuaternario: información de núcleos de hielo

¿Cómo sabemos del clima Cuaternario? Después de todo, la mayor parte del periodo es anterior a la existencia humana, y solo llevamos algunos siglos registrando las condiciones climáticas. Los científicos son capaces de emitir juicios informados sobre los climas del pasado profundo mediante el uso de datos proxy. Los datos proxy son información sobre el clima que se acumula a través de fenómenos naturales. En el módulo anterior, por ejemplo, discutimos cómo se han encontrado fósiles de cocodrilos de 60 millones de años en Dakota del Norte. Esto nos da información indirecta sobre el clima del periodo, que el clima de la región era más cálido de lo que es hoy. Aunque no son tan precisos como los datos climáticos registrados por instrumentos (como los termómetros), los datos proxy se han recuperado de una amplia gama de fuentes naturales y proporcionan una imagen sorprendentemente precisa del cambio climático a través del tiempo profundo.

Un registro muy detallado de las condiciones climáticas pasadas se ha recuperado de las grandes capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. Estas capas de hielo se construyen por la nieve que cae sobre la superficie de hielo y se cubre por posteriores nevadas. La nieve comprimida se transforma en hielo. Hace tanto frío en estos lugares polares que el hielo no se derrite ni siquiera en los veranos, por lo que el hielo es capaz de acumularse a lo largo de cientos de miles de años. Debido a que el hielo a profundidades más bajas fue producido por nevadas progresivamente más tempranas, la edad del hielo aumenta con la profundidad, y el hielo más joven está en la superficie. La capa de hielo antártica tiene un grosor de hasta tres millas. Lleva mucho tiempo acumular tanto hielo, y el hielo más antiguo que se encuentra en el fondo de la capa de hielo de la Antártida tiene alrededor de 800,000 años de antigüedad.

Los científicos perforan en estas capas de hielo para extraer núcleos de hielo, que registran información sobre climas pasados. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra cómo se ven estos núcleos cuando se abren por corte. Al igual que los anillos de árboles, los núcleos de hielo indican años de crecimiento. Observe cómo el núcleo medio (¡que requirió más de una milla de perforación para extraer!) tiene distintas capas, esto se debe a que las estaciones dejan huella en las capas de nieve. Los científicos pueden usar esta huella para ayudar a calcular la edad del hielo a diferentes profundidades, aunque la tarea se vuelve más difícil cuanto más profunda es la muestra del núcleo, ya que las capas de hielo se comprimen más. El hielo registra varios tipos diferentes de información climática: la temperatura del núcleo, las propiedades del agua que componen el hielo, el polvo atrapado y diminutas burbujas sepultadas de la atmósfera antigua.

Núcleos de\(\PageIndex{1}\) hielo Firgure. Tres secciones diferentes de un núcleo de hielo. Las capas estacionales son más claras en la sección media (tenga en cuenta las bandas oscuras y claras). La sección más profunda (núcleo inferior) se toma desde casi dos millas hacia abajo y es de color marrón por los escombros rocosos del suelo bajo el hielo. Fuente: Laboratorio Nacional de Núcleos de Hielo

Las moléculas de agua que componen el hielo registran información sobre la temperatura de la atmósfera. Cada molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno (y así tiene el nombre químico H ₂ O). Sin embargo, no todos los átomos de oxígeno son iguales; algunos son “ligeros” y otros “pesados”. Estos diferentes tipos de oxígeno se denominan isótopos, que son átomos que tienen el mismo número de protones pero diferentes números de neutrones. El isótopo pesado de oxígeno (oxígeno-18, o ¹⁸ O) es más de 10% más pesado que el isótopo ligero (oxígeno-16 o ¹⁶ O). Esto significa que algunas moléculas de agua pesan más que otras. Esto es importante porque las moléculas de agua más ligeras se evaporan más fácilmente del océano, y una vez en la atmósfera, las moléculas de agua más pesadas tienen más probabilidades de condensarse y caer como precipitación. Como podemos ver en la Figura\(\PageIndex{2}\), el agua en las capas de hielo es más ligera (tiene una mayor proporción de ¹⁶ O respecto a ¹⁸ O) que el agua en los océanos.

El proceso de diferenciación entre moléculas de agua pesada y ligera depende de la temperatura. Si la atmósfera es cálida, hay más energía disponible para evaporarse y retener el agua más pesada de ¹⁸ O en la atmósfera, por lo que la nieve que cae sobre las capas de hielo polar es relativamente mayor en ¹⁸ O. Cuando la atmósfera está fría, la cantidad de energía es menor, y así menos ¹⁸ O hace que llegue a los polos para ser convertida en hielo glacial. Podemos comparar la cantidad de ¹⁸ O en diferentes partes del núcleo de hielo para ver cómo ha cambiado la temperatura de la atmósfera, el clima.

Screen Shot 2019-04-09 a las 2.39.08 PM.png — Figura\(\PageIndex{2}\) El agua se vuelve más ligera a medida que viaja hacia los polos. El agua pesada (18O) cae fuera de la atmósfera (como lluvia o nieve) antes de llegar a la capa de hielo. Esto significa que la nieve que forma el hielo glacial es más ligera que el agua del océano (tiene más de 16O que 18O, en comparación con el agua del océano). *Fuente: Robert Simmon, NASA GSFC, Observatorio de la Tierra de la NASA*

La figura\(\PageIndex{3}\) muestra cómo se ve este registro en los últimos 400 mil años. Las líneas azul y verde representan dos núcleos de hielo antártico diferentes (tomados del hielo a unos 350 millas de distancia) y las variaciones en los isótopos de oxígeno se convierten en cambios de temperatura. El eje y muestra el cambio de temperatura; el clima actual está en cero, la línea discontinua. ¡Observe que el clima de la Tierra no ha sido estable! A veces la temperatura es más alta de lo que es hoy, las líneas azules y verdes son más altas que las discontinuas de hace unos 120,000 años, por ejemplo. La mayoría de las veces el clima es mucho más frío que el actual, sin embargo: el valor más común es alrededor de -6 ^o C (-13 ^o F). En promedio, la temperatura de la tierra entre 25 mil y 100 mil años atrás era aproximadamente 6 ^o C más baja de lo que es hoy. Estos cambios se pueden verificar dos veces midiendo la temperatura del hielo en los núcleos directamente. El hielo que tiene 30 mil años es de hecho más frío que el hielo hecho hoy en día, tal como predicen los datos de isótopos.

Screen Shot 2019-04-09 a las 2.39.53 PM.png — Figura Temperatura\(\PageIndex{3}\) de la edad de hielo. Las líneas azul y verde representan dos núcleos de hielo antártico diferentes (tomados del hielo a unos 350 millas de distancia) y las variaciones en los isótopos de oxígeno se convierten en cambios de temperatura. La línea roja representa el volumen global de hielo. El eje y muestra el cambio de temperatura; el clima actual está en cero, la línea discontinua. *Fuente: Robert A. Rohde*

Screen Shot 2019-04-09 at 2.40.33 PM.png — Figura\(\PageIndex{4}\) Una comparación de la edad del sedimento (eje x) y el cambio de temperatura a lo largo del tiempo (eje y izquierdo) derivado de las relaciones de isótopos de oxígeno (eje y derecho). La línea discontinua muestra el clima actual. Tenga en cuenta que el clima se está enfriando en los últimos millones de años, pero es muy variable. En el último millón de años el clima alterna entre condiciones cálidas y frías en una escala de tiempo de 100.000 años (“ciclo de 100 kyr”), antes de esto alternaba en un ciclo de 41 mil años. Ambas duraciones de estos períodos son las mismas que los ciclos de Milankovitch. Estos núcleos sugieren que la temperatura actual es superior a casi la totalidad de la del Cuaternario (los últimos 2.6 Millones de años). *Fuente: Jo Weber*

Se piensa que los cambios climáticos registrados en las capas de hielo son a nivel mundial. Los mismos cambios climáticos observados en la Antártida también se encuentran en núcleos tomados de Groenlandia, que se encuentra al otro lado de la Tierra. Los datos de isótopos también se pueden tomar de sedimentos con núcleo del fondo oceánico, en todo el planeta, y estos núcleos también muestran los mismos cambios en el clima, alternando entre frío y cálido. Debido a que los sedimentos oceánicos se depositan a lo largo de millones de años, el sedimento puede dar una indicación del clima en todo el Cuaternario y más allá. La figura\(\PageIndex{4}\) muestra cómo la temperatura ha cambiado a lo largo del tiempo (línea azul), en comparación con la actual (línea discontinua). La temperatura, en promedio, se ha vuelto más fría sobre el Cuaternario, pero también parece oscilar entre periodos cálidos y fríos. Investigaremos estos cambios periódicos en la siguiente sección de este capítulo.

A medida que la nieve que cae se acumula en el suelo, diminutas burbujas de aire quedan atrapadas en él. Estas burbujas se retienen a medida que la nieve se transforma en hielo, y constituyen pequeñas muestras de la atmósfera antigua que pueden analizarse para averiguar si los cambios de temperatura (como se registran en los isótopos de oxígeno) están relacionados con cambios en la atmósfera. La temperatura registrada por los isótopos en el hielo está directamente relacionada con la cantidad de dióxido de carbono en el aire atrapado (Figura\(\PageIndex{5}\)): los tiempos con mayor dióxido de carbono también son tiempos de alta temperatura.

La nieve que cae también captura y entierra el polvo atmosférico, que es la capa superior del suelo que nace en lo alto por el viento, y que es especialmente prevalente durante las sequías. El hecho de que se presente más polvo en el hielo acumulado durante los períodos fríos sugiere que el clima glacial era seco, así como frío.

Screen Shot 2019-04-09 at 2.41.53 PM.png — Figura\(\PageIndex{5}\) Vostok Petit Data. Estos gráficos muestran cómo los cambios en la temperatura, inferidos de los cambios en las relaciones de isótopos (línea azul), corresponden a los cambios en el dióxido de carbono atmosférico (línea verde) y polvo (línea roja) en los últimos 400,000 años registrados en un núcleo de hielo extraído de la Antártida. El dióxido de carbono varía directamente con la temperatura: cuanto más cálido es el clima, mayor es el nivel de dióxido de carbono. El polvo atmosférico es más alto durante los períodos más fríos (como hace 25,000 y 150.000 años). Fuente: William M. Connolley produjo figura utilizando datos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Departamento de Comercio de Estados Unidos, rama de Paleoclimatología, Vostok Ice Core Data.

Screen Shot 2019-04-09 at 2.42.41 PM.png — Figura Edad de\(\PageIndex{6}\) Hielo Tierra- una impresión artística de la Tierra durante una edad de hielo. Tenga en cuenta que las partes del norte de América del Norte y Europa (incluyendo Canadá y Escandinavia) están completamente cubiertas por capas de hielo. *Fuente: Itti*

Durante el Cuaternario, la Tierra ha ciclado entre períodos glaciales (a veces denominados “edades de hielo”) e interglaciales. El hielo se encontraba en su extremo más reciente hace unos 20 mil años en un periodo conocido como el último máximo glacial, o LGM. Como podemos ver en el registro del núcleo de hielo, el clima Cuaternario suele ser frío (ver Figura\(\PageIndex{3}\)), con largos periodos de frío puntuados con períodos más cortos (10,000 años, más o menos) de condiciones más cálidas, como los que experimentamos hoy en día. En muchos sentidos, nuestro clima actual es excepcional —para la mayor parte de la existencia humana, la Tierra ha sido un lugar mucho más frío.

¿Cómo fue la Tierra durante estos periodos glaciares? Casi todo el mundo estaba frío; las temperaturas promedio rondaban los 6 ^o C (-13 ^o F) más frías que en la actualidad. Tales condiciones permiten que las capas de hielo crezcan, gran parte de América del Norte, Asia y Europa estaban cubiertas por hielo de una milla de espesor (ver Figura\(\PageIndex{3}\)). Debido a que este hielo estaba hecho de agua que alguna vez estuvo en los océanos, los niveles del mar eran mucho más bajos. En la LGM, el nivel del mar era unos 120 metros (o unos 400 pies) más bajo de lo que es hoy. A medida que los mares se retiraban, los continentes se hicieron más grandes, creando puentes terrestres que unían Asia con América del Norte, Gran Bretaña con Europa y Australia con Papúa Nueva Guinea.

Durante los periodos glaciares el clima también fue mucho más seco, como lo demuestra el incremento del polvo atmosférico (Figura\(\PageIndex{5}\)). Las tierras en y cerca de los polos estaban cubiertas de hielo, y los pastizales secos ocuparon áreas donde hoy se dan bosques templados. Los desiertos eran mucho más grandes de lo que son ahora, y las selvas tropicales, que tienen menos agua y menos calor, eran pequeñas. Los animales y plantas de los periodos glaciares fueron diferentes en su distribución de lo que son hoy en día, ya que se adaptaron a estas diferentes condiciones. Se han encontrado fósiles de mastodontes (Figura\(\PageIndex{7}\)) de todo lo que hoy es Estados Unidos, incluso de Florida, que actualmente goza de un clima subtropical.

Screen Shot 2019-04-09 at 2.43.24 PM.png — Figura La impresión de\(\PageIndex{7}\) un artista de un Caballero Mastodon, un mamífero parecido a un elefante con un grueso abrigo lanudo. Fósiles de mastodonte que datan de períodos glaciares pasados se han encontrado en América del Norte, desde Florida hasta Alaska. *Fuente: Charles R. Knight*

Durante los períodos glaciares los humanos no habrían podido ocupar el globo como lo hacen hoy porque todas las masas de tierra experimentaron diferentes condiciones climáticas. Algunos países de la actualidad no podían existir, ya que estarían cubiertos casi por completo de hielo. Como ejemplos, busque Canadá, Islandia y Reino Unido en Figura\(\PageIndex{9}\).

Ciclos Milankovitch

¿Por qué la Tierra ha circulado por climas cálidos y fríos a lo largo del Cuaternario? Como aprendimos en el módulo anterior, el clima de la Tierra está controlado por varios factores diferentes: la insolación, los gases de efecto invernadero y el albedo son todos importantes. Los científicos creen que los cambios en la insolación son los responsables de estos cambios climáticos, y la insolación varía como resultado de las oscilaciones en la órbita de la Tierra.

La órbita de la Tierra no es fija — cambia regularmente con el tiempo. Estos cambios periódicos en la órbita de la Tierra denominados son referidos como Figura\(\PageIndex{8}\), y se ilustran en la Figura\(\PageIndex{8}\). Los cambios en la órbita de la Tierra alteran el patrón de insolación que recibe la Tierra. Hay tres formas principales en las que varía la órbita de la Tierra:

Excentricidad (o forma orbital): La órbita de la Tierra no es perfectamente circular, sino que sigue una elipse. Esto quiere decir que la Tierra está, a lo largo del año, a veces más cerca y a veces más alejada del Sol. Actualmente, la Tierra está más cerca del Sol a principios de enero, y la más alejada del Sol a principios de julio. Esto cambia la cantidad de insolación en un poco por ciento, por lo que las temporadas del Hemisferio Norte son ligeramente más suaves de lo que serían si la órbita fuera circular (veranos más fríos e inviernos más cálidos). La forma orbital cambia con el tiempo: la Tierra se mueve entre ser casi circular y ser ligeramente elíptica. Hay dos periodos principales en los que se produce este cambio, uno lleva alrededor de 100 mil años (este es el tiempo durante el cual la órbita pasa de ser circular, a elíptica, y de vuelta a circular), otro dura alrededor de 400,000 años.
Inclinación axial (u oblicuidad): El eje de la Tierra gira en ángulo con respecto a su órbita alrededor del Sol; actualmente este ángulo es de 23.5 grados (este ángulo se conoce como inclinación axial). Esta diferencia en órbita crea las estaciones (ya que cada hemisferio toma turnos inclinándose hacia y lejos del Sol a lo largo del año). Si el eje de giro se alineara con la dirección de la órbita terrestre (para que el ángulo de inclinación fuera cero) ¡no habría estaciones! Esta inclinación axial también cambia con el tiempo, variando entre 22.1 y 24.5 grados. Cuanto mayor sea el ángulo, mayor será la diferencia de temperatura entre verano e invierno. Se necesitan alrededor de 41,000 años para que la inclinación axial cambie de un extremo a otro, y retroceda otra vez. Actualmente, la inclinación axial está a medio camino entre los dos extremos y está disminuyendo, lo que hará que las estaciones sean más débiles (veranos más fríos e inviernos más cálidos) en los próximos 20 mil años.
Precesión Axial: La dirección del eje de rotación de la Tierra también cambia con el tiempo en relación con las estrellas. Actualmente, el Polo Norte apunta hacia la estrella Polaris, pero el eje de rotación ciclos entre apuntar a esa estrella y la estrella Vega. Esto impacta el clima de la Tierra ya que determina cuándo ocurren las estaciones en la órbita terrestre. Cuando el eje apunta a Vega, el pico de verano del hemisferio norte es en enero, no en julio. Si esto fuera cierto hoy, significaría que el Hemisferio Norte experimentaría temporadas más extremas, porque enero es cuando la Tierra está más cerca del Sol (como se discutió anteriormente en excentricidad). Este ciclo tarda alrededor de 20 mil años en completarse.

Screen Shot 2019-04-09 at 2.44.23 PM.png — Figura 8. Ciclos de Milankovitch Ilustración de las tres variables en órbita terrestre, con periodos de variación marcados. Fuente: COMET® en la Corporación Universitaria para la Investigación Atmosférica (UCAR) de conformidad con un Convenio de Cooperación con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Departamento de Comercio de Estados Unidos. ©1997-2009 Corporación Universitaria de Investigación Atmosférica. Todos los Derechos Reservados.

Los tres ciclos descritos anteriormente tienen diferentes periodos, todos los cuales son largos según los estándares humanos: 20,000, 40,000, 100,000 y 400,000 años. Si miramos los datos de temperatura de los núcleos de hielo y sedimentos, vemos que estos períodos se reflejan en el clima de la Tierra. En los últimos millones de años, la excentricidad de 100.000 años en la órbita ha determinado el momento de las glaciaciones, y antes de eso la inclinación axial de 40 000 años era dominante (Figura\(\PageIndex{8}\)). Estos ciclos han sido importantes desde hace mucho tiempo; los geólogos incluso han encontrado evidencia de estos periodos en rocas que tienen cientos de millones de años de antigüedad.

Pero, ¿cómo cambian nuestro clima los Ciclos Milankovitch? Estos ciclos orbitales no tienen mucho impacto en la insolación total que recibe la Tierra: solo cambian el momento de esa insolación. Dado que la insolación total no cambia, estas variaciones orbitales tienen el poder de hacer que las estaciones de la Tierra sean más fuertes o más débiles, pero la temperatura media anual debería permanecer igual. La mejor explicación para los cambios a largo plazo en la temperatura media anual es que los ciclos de Milankovitch inician una retroalimentación positiva que amplifica el pequeño cambio en la insolación.

La insolación y la retroalimentación de Albedo

Hoy en día, la órbita de la Tierra no es muy excéntrica (es casi circular), pero al inicio de cada uno de los períodos recientes de la edad de hielo, la órbita era mucho más elíptica. Esto significó que la Tierra estaba más alejada del sol durante los veranos del hemisferio norte, reduciendo la insolación total. Una insolación menor significó que los meses de verano eran más suaves de lo que serían de otra manera, con temperaturas más frías. Las temperaturas estivales también fueron más bajas cuando la inclinación axial de la Tierra era menor, por lo que los dos parámetros orbitales diferentes podrían reforzar los efectos del otro, en este caso produciendo veranos especialmente suaves.

Se piensa que estos suaves veranos del norte produjeron una retroalimentación de albedo que hizo que todo el planeta se deslizara hacia una edad de hielo. El hemisferio norte tiene continentes cerca de los polos: Europa, Asia y América del Norte. Hoy en día, estos continentes tienen climas mayoritariamente templados. Durante el invierno, la nieve cae en gran parte de la tierra (ver Figura\(\PageIndex{9}\) en el módulo anterior) solo para derretirse durante los meses de verano. Si los veranos no son lo suficientemente calurosos como para derretir toda la nieve y el hielo, los glaciares pueden avanzar, cubriendo más de la tierra. Debido a que el hielo tiene un alto albedo, se refleja más luz solar que antes, y la Tierra se vuelve más fría. Esto crea una retroalimentación positiva, ya que las condiciones más frías permiten que el hielo avance más, ¡lo que a su vez aumenta el albedo y enfría la Tierra! Finalmente, una gran proporción de los continentes del norte se cubrieron de hielo (Figura\(\PageIndex{9}\)).

Screen Shot 2019-04-09 at 2.45.26 PM.png — Figura Cobertura\(\PageIndex{9}\) glacial (azul claro) del hemisferio norte durante las edades de hielo. *Fuente: Hannes Grobe*

Este proceso de retroalimentación positiva también funciona en la otra dirección. Los períodos interglaciales se inician cuando los parámetros orbitales crean veranos inusualmente cálidos, lo que derrite parte del hielo. Cuando las capas de hielo se encogen, disminuye el albedo de la Tierra, lo que calienta aún más el sistema. Las capas gigantes de hielo del norte se marchitaron en unos pocos miles de años a medida que los veranos cálidos y el albedo decreciente trabajaban juntos.

Estos ciclos de enfriamiento y calentamiento alternos también están relacionados con cambios en la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Como observamos en la Figura\(\PageIndex{5}\), el clima contiene mayores niveles de dióxido de carbono durante los periodos interglaciales. Aunque esto parece tener sentido —el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, y por lo tanto debería producir climas más cálidos— también es un rompecabezas, porque no está claro cómo los cambios en los ciclos de Milankovitch conducen a niveles más altos de dióxido de carbono en la atmósfera. Es claro que estos cambios en el dióxido de carbono son importantes para que el cambio de temperatura entre los períodos interglaciales y glaciares sea tan extremo. Se han propuesto varias hipótesis diferentes para explicar por qué los períodos glaciares producen niveles más bajos de dióxido de carbono (puede estar relacionado con cómo los cambios físicos influyen en la capacidad de los ecosistemas de la Tierra para absorber dióxido de carbono: tal vez los niveles más bajos del mar incrementen el suministro de nutrientes en el océano, o la caída en el nivel del mar destruye los arrecifes de coral, o el polvo rico en hierro de nuevos desiertos fertiliza los océanos) pero aún queda trabajo por hacer sobre esta cuestión.

Es una preocupación para todos nosotros que haya brechas en nuestra comprensión de cómo operan las retroalimentaciones entre insolación, albedo y gases de efecto invernadero, ya que dificulta predecir cuáles podrían conducir las consecuencias de cualquier cambio en el sistema climático. El nivel actual de dióxido de carbono atmosférico no tiene precedentes en la experiencia humana; se encuentra en el nivel más alto jamás registrado en el Cuaternario. ¿El aumento actual de los gases de efecto invernadero conducirá a una retroalimentación positiva, calentando aún más la Tierra?

Preguntas de revisión

En el texto, discutimos cómo el hielo polar tiene una relación menor de ¹⁸ O a ¹⁶ O (es decir, tiene proporcionalmente menos agua isotópica pesada) que el agua del océano. El hidrógeno también tiene isótopos, siendo los dos más comunes ^{hidrógeno-1 (1} H) e ^{hidrógeno-2 (2} H, también conocido como deuterio). El agua está compuesta tanto por hidrógeno como por oxígeno, y los científicos analizan ambos elementos al examinar los núcleos de hielo. ¿Predice que las capas de hielo polares tendrían una relación mayor o una relación menor de ¹ H a ² H que el agua del océano? ¿Las temperaturas globales más frías aumentarán o disminuirán la cantidad de ² H en el hielo polar?
En el texto, discutimos cómo el hielo polar tiene una relación menor de ¹⁸ O a ¹⁶ O (es decir, tiene proporcionalmente menos agua isotópica pesada) cuando el clima es más frío. También discutimos cómo los cambios en la relación de ¹⁸ O a ¹⁶ O en núcleos de sedimentos también pueden usarse para determinar la temperatura promedio del clima. En los sedimentos oceánicos, la relación de ¹⁸ O a ¹⁶ O aumenta cuando el clima es más frío (es decir, tiene proporcionalmente más agua isotópica pesada). Explicar por qué las proporciones de isótopos en los sedimentos oceánicos tienen la reacción opuesta a las del hielo polar.
Hay tres formas diferentes en las que la órbita de la Tierra cambia a través del tiempo. ¿Qué combinación de parámetros orbitales sería más probable para iniciar una edad de hielo? (Pista: Las edades de hielo requieren veranos frescos del norte).

Recursos

¿Quieres saber más sobre cómo se extraen y analizan los núcleos de hielo? El Observatorio de la Tierra de la NASA tiene detalles sobre los temas prácticos de la perforación de núcleos de hielo (el hielo profundo necesita “relajarse” durante tanto tiempo como un año en la superficie antes de ser cortado abierto, ¡o puede destrozarse!) y cómo se interpretan los datos químicos. Vaya a http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Paleoclimatology_IceCores/ para obtener un artículo en profundidad con excelentes enlaces.

Glosario

precesión axial: El movimiento en el eje de rotación, que cambia en la dirección del eje de rotación de la Tierra en relación con las estrellas.

inclinación axial: El ángulo entre el eje de rotación de un planeta y la línea perpendicular al plano en el que orbita. La inclinación axial actual de la Tierra es de 23.5 grados.

excentricidad: Una medida de cuánto se aparta una elipse de la circularidad.

periodo glacial: Un largo periodo de tiempo en el que las capas de hielo y los glaciares avanzan en su extensión.

capas de hielo: Glaciares lo suficientemente grandes como para cubrir un continente. Actualmente, las capas de hielo se encuentran en la Antártida y Groenlandia, pero durante los periodos glaciares, las capas de hielo han cubierto otras masas de tierra, incluida América del Norte.

periodo interglacial: Los períodos cálidos del Cuaternario en los que se retiran los glaciares y las capas de hielo. Estos ocurren entre los periodos glaciares más largos.

isótopos: Átomos que tienen el mismo número de protones pero diferentes números de neutrones. Esto significa que son el mismo elemento (por ejemplo, oxígeno), tienen las mismas propiedades químicas, pero diferentes masas.

último máximo glacial: El momento en que las capas de hielo estuvieron en su mayor extensión durante el último período glacial.

ciclos milankovitch: Variaciones periódicas en la órbita terrestre que influyen en su clima. Estos ciclos llevan el nombre de Milutin Milankovitch, matemático que cuantificó la teoría.

periodo cuaternario: El periodo geológico más reciente, que abarca el tiempo desde hace 2.6 millones de años hasta la actualidad.

oblicuidad: Ver Inclinación axial.

datos proxy: Información sobre el clima que se acumula a través de fenómenos naturales.