Cambios climáticos y Mecánica Celeste Antonio Elipe Grupo de Mecánica Espacial Universidad de...

Cambios climáticos y

Mecánica Celeste

Cambios climáticos y

Mecánica Celeste

Antonio ElipeGrupo de Mecánica Espacial

Universidad de Zaragoza

glaciación.

(Del fr. glaciation).

1. f. Formación de hielo.

2. f. Formación de glaciares.

3. f. Geol. Cada una de las grandes invasiones de hielo que en épocas remotas acontecieron en zonas muy extensas de distintos continentes.

mecánico, ca. (Del lat. mechanicus, y este del gr.

).

1. adj. Perteneciente o relativo a la mecánica.

11. f. Parte de la física que trata del equilibrio y del movimiento de los cuerpos sometidos a cualquier fuerza.

mecánica celeste. 1. f. Rama de la astronomía que estudia los

movimientos de los astros por la interacción gravitatoria.

GlaciacionesGlaciaciones

• Louis AgassizSociedad Suiza de Ciencias Naturales

• Neuchâtel 26-VII-1837

Bloques erráticosBloques erráticos

Bloques erráticosBloques erráticos

Bloques erráticosBloques erráticos

¿ Origen?Arrastre glaciarDiluvio universalGrandes olasIcebergs (Lyell)Otros ….

¿Cómo habían llegado a las montañas?

GlaciaresGlaciares

• 1815 Perraudin: marcas glaciares, morrenas

• 1852 Groelandia

• 1880 Antártida

Aceptada: Escocia, Suiza, Escandinavia

Rechazada: Países costeros

GlaciaresGlaciares

¿Cómo se forman Glaciares?¿Cómo se forman Glaciares?

• Apilamiento de nieve• 30 m hielo• ¿longitud y velocidad ?

• Cantidad de nieveCae, evapora y funde

• ¿Equilibrio?• Sí, pero dinámico

Confirmación de GlaciaciónConfirmación de Glaciación

• Línea de morrenas en USA• 45 m alta• Desde Long Island hasta Washington

• Capa de hielo en glaciación = = 13 veces la de hoy en el hemisf. norte

• Espesor de 1 km

• ¿De dónde procedía el agua?

Confirmación de GlaciaciónConfirmación de Glaciación

• ¿Cuánto debía bajar el nivel del mar?• 30 m cambios en las costas• La corteza y manto se hunden

• ¿Qué pasó en el deshielo?• Respuesta inmediata (sube nivel del mar)• Respuesta gradual (sube terreno, 50 cm/siglo)

• En 1875 se tenía mapa completo de varias glaciaciones

PreguntasPreguntas

• ¿Qué agente causó las glaciaciones?

• ¿Por qué se retiró el hielo?

• ¿Volverá a haber nuevas glaciaciones?

RespuestasRespuestas

• Actividad solar

• Polvo entre Sol y Tierra

• Concentración de CO2

• Astronómica (Mecánica Celeste)

1842: J.A. Adhémar1842: J.A. Adhémar

1842: J.A. Adhémar1842: J.A. Adhémar

• Primav + Verano = Otoño + Invier. + 7 días

• Hemisferio norte se calienta

• Hemisferio sur se enfría

• ¿ha sido siempre así? NO

Elementos orbitalesElementos orbitales

• a semi eje• e excentricidad• I inclinación• ángulo Nodo• ángulo periastro• P periodo

Son funciones del tiempo t

Precesión (Hiparco S.3 B.C.)Precesión (Hiparco S.3 B.C.)

Precesión (Hiparco S.3 B.C.)Precesión (Hiparco S.3 B.C.)

Las estaciones se adelantan !

Periodo de 26.000 años

Precesión + PerihelioPrecesión + Perihelio

Periodo de 22.000 años

20 Marzo

21 Dic21 Junio

22 Sep

21 Dic

22 Sep

21 Junio

20 Marzo

20 Marzo

21 Junio

22 Sep

21 Dic

CASI HOY

HACE 5.500 AÑOS

HACE 11.500 AÑOS

D’AlembertD’Alembert

La cantidad total de calor recibido por un hemisferio durante un año es igual a la recibida por el otro.

Corrientes marinas (von Humbolt)

James Croll (1864)James Croll (1864)

James Croll (1864)James Croll (1864)

• Adhémar + cambios en la excentricidad

• Dispone de la teoría de Le Verrier (1856)• Planetas excepto Neptuno

• Hipótesis:• Disminución de la cantidad de luz en el

invierno favorece la acumulación de nieve.• Aumento de la capa de nieve aumenta el frío al

reflejarse la luz.

Diferentes excentricidadesDiferentes excentricidades

James Croll (1864)James Croll (1864)

• Condiciones:• Órbita muy excéntrica• Solsticio de invierno muy alejado el Sol

• Conclusión:• La última etapa glaciar comenzó hace 250.000

años y acabó hace 80.000 años• Ha habido más glaciaciones• Épocas Glaciares e Interglaciares

Milutin MILANKOVITCH (1879-1958)Milutin MILANKOVITCH (1879-1958)

• Ph. D. Viena 1904• Prof. Univ. Belgrado

1909• « Teoría matemática

capaz de descubrir los climas de la Tierra, Marte y Venus, hoy y en el pasado »

• Toda su vida

Milutin MILANKOVITCHMilutin MILANKOVITCH

• Teoría de Pilgrim (1904)• Precesión, excentricidad y oblicuidad para

1.000.000 años

Milutin MILANKOVITCHMilutin MILANKOVITCH

• Cantidad de radiación solar en cada estación y en cada latitud• Distancia y ángulo de incidencia (Newton)

• 1ª Guerra de los Balcanes

• « El problema de la teoría astronómica de las glaciaciones » (1914)• Oblicuidad es un factor muy importante

Cambios en OblicuidadCambios en Oblicuidad

Cambios en OblicuidadCambios en Oblicuidad

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Milutin MILANKOVITCHMilutin MILANKOVITCH

• 1ª Guerra Mundial• Prisionero varios meses• Reclamado en Budapest

• « Teoría matemática del fenómeno del calor producido por radiación solar » (1920)

• Köppen (meteorólogo) y Wegener (geólogo)

Milutin MILANKOVITCHMilutin MILANKOVITCH

• Curvas de radiación solar• Varias latitudes 55º, 60º y 75º

• ¿Causa de una glaciación ?

• Köppen: Disminución de calor en verano

Milutin MILANKOVITCH 1941Milutin MILANKOVITCH 1941

Günz, Mindel, Riss y Würm

Milutin MILANKOVITCH 1941Milutin MILANKOVITCH 1941

Amplio periodo interglaciar 22.000 años

Dataciones GeológicasDataciones Geológicas

• Espesor de capas sedimentarias

Dataciones GeológicasDataciones Geológicas

• Carbono radiactivo (Libby, 1949)• Norma:

« If it’s organic, collect it and date it »• Validez < 40.000 años• Fin última glaciación 18.000 años• Extiende la datación hasta 100.000 años

• Milankovitch Teor. se abandona

En el fondo del mar …En el fondo del mar …

• 1872 H.M.S. Challenger • El fondo marino era una capa de sedimentos• Cerca continentes: arena, barro, etc (ríos)• Lejos continentes: Ozoos

• (fósiles animales y plantas microscópicas) Plankton

• > 4000 m no hay registros orgánicos

• < 4000 m • Aguas calientes: foraminíferos• Aguas frías: radiolarios y diatomeas

En el fondo del mar …En el fondo del mar …

• 1947 registros de 15 m • 3 capas diferentes

• Capas 1 y 3 Globorotalia menardii• Aguas cálidas

• Capa 2, ausente

• Distinta concentración CaCO3

• Ericson supone 9 glaciaciones en Pleistoceno

Dataciones ….Dataciones ….

• Isótopos del Oxígeno • Aguas calientes abundancia de O18 (Urey) • Medir O18/O16 en fósiles y saber la temperatura

del agua cuando el organismo estaba vivo.• Variación de sólo 2º• Concentración de O18 depende del espesor de la

capa de hielo• Más de 200 registros por año. Emiliani

Dataciones ….Dataciones ….

• Brunhes (1906) descubre el cambio en la dirección magnética de la Tierra

• Matuyama (1926) descubre una nueva inversión• …. Más inversiones magnéticas.• (1963) Épocas de Brunhes y de Matuyana

hace 700.000 años.

Proyecto CLIMAPProyecto CLIMAP

• > 100 científicos de USA y Europa

• Elaborar un mapa de la superficie terrestre durante la última glaciación

• Medir las oscilaciones del clima durante el Pleistoceno

Proyecto CLIMAP V28-238Proyecto CLIMAP V28-238

Proyecto CLIMAPProyecto CLIMAP

Proyecto CLIMAPProyecto CLIMAP

Hays, Imbrie & Shackleton, Science 194 (1976)

« It is concluded that changes in the earth’s orbital geometry are the fundamental cause of the succesion of Quaternary ice ages »

¿Tema de investigación hoy?¿Tema de investigación hoy?

• Extender el periodo de integración• Datos precisos de planetas

• Masas, periodos, distancias, etc.• Misones espaciales

• Teorías planetarias precisas• Bretagnon, Laskar (BDL), Standish (JPL), …

• Aplicación a insolación• Berger, Laskar, Zhu, …

¿Tema de investigación hoy?¿Tema de investigación hoy?

• Laskar et al. A&A 428 (2004)• Teoría semianalítica, • Perturbaciones 9 planetas, potencial terrestre y lunar,

relatividad, y resonancias de frecuencias• > 150.000 términos polinómicos• Paso de integración ~ 300 años• -250 M años < Solución < + 250 M años

• Sistema caótico!• - 50 M años < Solución precisa < + 25 M años

Semieje mayorSemieje mayor

ExcentricidadExcentricidad

OblicuidadOblicuidad

Longitud del díaLongitud del día

¿Futuro?¿Futuro?

¿Futuro Caliente?¿Futuro Caliente?

1850

1966

L’Argentière