La cantidad de energía térmica recibida en cualquier lugar del globo es un efecto directo del ángulo del Sol sobre el clima , ya que el ángulo en el que la luz solar llega a la Tierra varía según la ubicación, la hora del día y la estación debido a la órbita de la Tierra alrededor del Sol y la rotación de la Tierra alrededor de su eje inclinado . El cambio estacional en el ángulo de la luz solar, causado por la inclinación del eje de la Tierra , es el mecanismo básico que da como resultado un clima más cálido en verano que en invierno. [1] [2] [3] El cambio en la duración del día es otro factor (aunque menor). [2] [3]
La figura 1 presenta un caso en el que la luz solar brilla sobre la Tierra en un ángulo menor (el Sol está más cerca del horizonte), la energía de la luz solar se distribuye sobre un área más grande y, por lo tanto, es más débil que si el Sol está más alto y la energía se concentra en un área más pequeña.
La figura 2 muestra un rayo de sol de una milla (1,6 km) de ancho que cae sobre el suelo directamente desde arriba, y otro que golpea el suelo en un ángulo de 30°. La trigonometría nos dice que el seno de un ángulo de 30° es 1/2, mientras que el seno de un ángulo de 90° es 1. Por lo tanto, el rayo de sol que golpea el suelo en un ángulo de 30° difunde la misma cantidad de luz sobre un área dos veces mayor (si imaginamos al Sol brillando desde el sur al mediodía , el ancho norte-sur se duplica; el ancho este-oeste, no). En consecuencia, la cantidad de luz que cae sobre cada milla cuadrada es solo la mitad.
La figura 3 muestra el ángulo de la luz solar que llega a la Tierra en los hemisferios norte y sur cuando el eje norte de la Tierra está inclinado respecto del Sol, cuando es invierno en el norte y verano en el sur.
Los diferentes ángulos del sol dan como resultado diferentes temperaturas entre latitudes más bajas y más altas , y entre invierno y verano en la misma latitud (aunque "invierno" y "verano" son más complicados en los trópicos ). [a] [4]
En una latitud fija, la diferencia estacional en el ángulo del sol (y, por lo tanto, la variación estacional de la temperatura) es igual al doble de la inclinación axial de la Tierra . Por ejemplo, con una inclinación axial de 23° y una latitud de 45°, el ángulo solar máximo en verano es de 68° (lo que da como resultado que sen(68°) = 93% de insolación en la superficie), mientras que el ángulo solar mínimo en invierno es de 22° (lo que da como resultado que sen(22°) = 37% de insolación en la superficie). Por lo tanto, cuanto mayor sea la inclinación axial, más fuertes serán las variaciones estacionales en una latitud dada. [4]
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Además de la variación estacional en latitudes fijas, la insolación superficial anual total en función de la latitud también depende de la inclinación axial. En el ecuador (latitud 0°), en los equinoccios , el ángulo solar es siempre de 90° sin importar la inclinación axial, mientras que en los solsticios el ángulo solar mínimo es igual a 90° menos la inclinación. Por lo tanto, una mayor inclinación significa un mínimo menor para el mismo máximo: menor insolación superficial anual total en el ecuador. En los polos (latitud 90°), en los equinoccios y durante la noche polar , el ángulo solar es siempre de 0° o menos sin importar la inclinación axial, mientras que en el solsticio de verano, el ángulo máximo es igual a la inclinación. Por lo tanto, una mayor inclinación significa un máximo mayor para el mismo mínimo: más insolación superficial anual total en los polos. Por lo tanto, una menor inclinación significa una diferencia de temperatura anual más amplia entre el ecuador y los polos, mientras que una mayor inclinación significa una diferencia de temperatura anual más pequeña entre el ecuador y los polos. [4] (En una inclinación extrema, como la de Urano , los polos pueden recibir una insolación superficial anual similar a la del ecuador). En particular, a temperaturas de la Tierra, y en igualdad de condiciones, una mayor inclinación calienta los polos y, por lo tanto, reduce la cobertura de hielo polar, mientras que una menor inclinación enfría los polos y, por lo tanto, aumenta la cobertura de hielo polar. [4]
Uno de los primeros en publicar sobre estos efectos fue Milutin Milanković ; los efectos cíclicos de la inclinación axial, la excentricidad y otros parámetros orbitales sobre el clima global se denominaron ciclos de Milanković . Aunque se cree que se comprenden los mecanismos individuales (como la inclinación axial y el ángulo solar), el impacto general del forzamiento orbital sobre el clima global sigue sin estar bien definido.
Durante el último millón de años, ha variado entre 22,1 y 24,5 grados. ... Cuanto mayor sea el ángulo de inclinación axial de la Tierra, más extremas serán nuestras estaciones. ... Los ángulos de inclinación mayores favorecen los períodos de desglaciación (el derretimiento y retroceso de los glaciares y las capas de hielo). Estos efectos no son uniformes a nivel mundial: las latitudes más altas reciben un cambio mayor en la radiación solar total que las áreas más cercanas al ecuador. ... El eje de la Tierra está actualmente inclinado 23,4 grados, ... A medida que aumenta la capa de hielo, refleja más energía del Sol de regreso al espacio, lo que promueve un enfriamiento aún mayor.Nota: Véase Inclinación axial . La oblicuidad cero da como resultado una insolación continua mínima (cero) en los polos y una insolación continua máxima en el ecuador. Cualquier aumento de la oblicuidad (hasta 90 grados) provoca un aumento estacional de la insolación en los polos y una disminución de la insolación en el ecuador en cualquier día del año, excepto en los equinoccios .