El problema de los 100.000 años (también llamado problema de los 100 ky o problema de los 100 ka ) de la teoría de Milankovitch sobre el forzamiento orbital se refiere a una discrepancia entre el registro de temperatura geológica reconstruido y la cantidad reconstruida de radiación solar entrante, o insolación , durante los últimos 800.000 años. [1] Debido a las variaciones en la órbita de la Tierra, la cantidad de insolación varía con períodos de alrededor de 21.000, 40.000, 100.000 y 400.000 años. Las variaciones en la cantidad de energía solar incidente impulsan cambios en el clima de la Tierra y se reconocen como un factor clave en el momento del inicio y la finalización de las glaciaciones .
Si bien existe un ciclo de Milankovitch en el rango de 100.000 años, relacionado con la excentricidad orbital de la Tierra , su contribución a la variación de la insolación es mucho menor que las de la precesión y la oblicuidad . El problema de los 100.000 años se refiere a la falta de una explicación obvia para la periodicidad de las eras de hielo en aproximadamente 100.000 años durante el último millón de años, pero no antes, cuando la periodicidad dominante correspondía a 41.000 años. La transición inexplicable entre los dos regímenes de periodicidad se conoce como la Transición del Pleistoceno Medio , que data de hace unos 800.000 años.
El problema relacionado de los 400.000 años se refiere a la ausencia de una periodicidad de 400.000 años debido a la excentricidad orbital en el registro de temperatura geológica durante los últimos 1,2 millones de años. [2]
La transición en la periodicidad de 41.000 años a 100.000 años ahora se puede reproducir en simulaciones numéricas que incluyen una tendencia decreciente en el dióxido de carbono y la eliminación de regolito inducida por los glaciares , como se explica con más detalle en el artículo Transición del Pleistoceno Medio . [3]
El registro de temperatura geológica puede reconstruirse a partir de evidencia sedimentaria. Tal vez el indicador paleotemperatura más útil del clima pasado sea el fraccionamiento de los isótopos de oxígeno , denominado δ 18 O . Este fraccionamiento está controlado principalmente por la cantidad de agua atrapada en el hielo y la temperatura absoluta del planeta y ha permitido construir una escala de tiempo de los estadios isotópicos marinos .
A finales de la década de 1990, δ 18 OSe disponía de registros de aire (en el núcleo de hielo de Vostok ) y sedimentos marinos, que se compararon con estimaciones de insolación , que deberían afectar tanto a la temperatura como al volumen de hielo. Como describió Shackleton (2000), el registro de sedimentos de aguas profundas de δ 18 O"está dominado por una ciclicidad de 100.000 años que se interpreta universalmente como el principal ritmo de la edad de hielo". Shackleton (2000) ajustó la escala de tiempo del núcleo de hielo de Vostok δ 18 OSe modificó el registro para que se ajustara al forzamiento orbital supuesto y se utilizó un análisis espectral para identificar y restar el componente del registro que, en esta interpretación, podría atribuirse a una respuesta lineal (directamente proporcional) al forzamiento orbital. La señal residual (el resto), cuando se comparó con el residuo de un registro isotópico de núcleo marino reajustado de manera similar, se utilizó para estimar la proporción de la señal que era atribuible al volumen de hielo, y el resto (habiendo intentado tener en cuenta el efecto Dole ) se atribuyó a los cambios de temperatura en aguas profundas.
Se encontró que el componente de 100.000 años de variación del volumen de hielo coincidía con los registros del nivel del mar basados en las determinaciones de la edad de los corales y que presentaba un retraso de varios miles de años respecto de la excentricidad orbital, como sería de esperar si la excentricidad orbital fuera el mecanismo de ritmo. En las desglaciaciones aparecen "saltos" no lineales fuertes en el registro , aunque la periodicidad de 100.000 años no fue la más fuerte en este registro "puro" del volumen de hielo.
Se descubrió que el registro de temperatura independiente de las profundidades marinas variaba directamente en fase con la excentricidad orbital, al igual que la temperatura antártica y el CO 2 ; por lo que la excentricidad parece ejercer un efecto geológico inmediato sobre las temperaturas del aire, las temperaturas de las profundidades marinas y las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono. Shackleton (2000) concluyó: "El efecto de la excentricidad orbital probablemente entra en el registro paleoclimático a través de una influencia en la concentración de CO 2 atmosférico ". [4]
Elkibbi y Rial (2001) identificaron el ciclo de 100 ka como uno de los cinco desafíos principales que enfrenta el modelo de Milankovitch sobre el forzamiento orbital de las edades de hielo. [5]
Como la periodicidad de 100.000 años solo domina el clima del último millón de años, no hay suficiente información para separar las frecuencias de los componentes de la excentricidad mediante análisis espectral, lo que dificulta la detección fiable de tendencias significativas a largo plazo, aunque el análisis espectral de registros paleoclimáticos mucho más largos, como la pila de núcleos marinos de Lisiecki y Raymo [6] y el registro isotópico compuesto de James Zachos, ayuda a poner el último millón de años en un contexto de más largo plazo. Por lo tanto, todavía no hay una prueba clara del mecanismo responsable de la periodicidad de 100 ka, pero hay varias hipótesis creíbles.
El mecanismo puede ser interno al sistema terrestre. El sistema climático de la Tierra puede tener una frecuencia de resonancia natural de 100 ka; es decir, los procesos de retroalimentación dentro del clima producen automáticamente un efecto de 100 ka, de forma muy similar a como una campana suena naturalmente a un cierto tono. [7] [8] Los oponentes a esta afirmación señalan que la resonancia tendría que haberse desarrollado hace 1 millón de años, ya que una periodicidad de 100 ka fue débil o inexistente durante los 2 millones de años anteriores. Esto es factible: la deriva continental y el cambio en la tasa de expansión del fondo marino se han postulado como posibles causas de tal cambio. [9] Las oscilaciones libres de los componentes del sistema terrestre se han considerado como una causa, [10] pero muy pocos sistemas terrestres tienen inercia térmica en una escala de tiempo de mil años para que se acumulen cambios a largo plazo. La hipótesis más común apunta a las capas de hielo del hemisferio norte, que podrían expandirse a través de unos pocos ciclos más cortos hasta alcanzar el tamaño suficiente para sufrir un colapso repentino. [11] El problema de los 100.000 años ha sido analizado por José A. Rial, Jeseung Oh y Elizabeth Reischmann [12] quienes encontraron que la sincronización maestro-esclavo entre las frecuencias naturales del sistema climático y el forzamiento de excentricidad iniciaron las edades de hielo de 100.000 años del Pleistoceno tardío y explican su gran amplitud.
La inclinación orbital tiene una periodicidad de 100 ka, mientras que los periodos de 95 y 125 ka de la excentricidad podrían interactuar para dar un efecto de 108 ka. Si bien es posible que la variabilidad de la inclinación, menos significativa y originalmente pasada por alto, tenga un efecto profundo en el clima, [13] la excentricidad solo modifica la insolación en una pequeña cantidad: 1-2% del cambio causado por los ciclos de precesión de 21.000 años y oblicuidad de 41.000 años. Por lo tanto, un impacto tan grande de la inclinación sería desproporcionado en comparación con otros ciclos. [9] Un posible mecanismo sugerido para explicar esto fue el paso de la Tierra a través de regiones de polvo cósmico. Nuestra órbita excéntrica nos llevaría a través de nubes polvorientas en el espacio, que actuarían para ocluir parte de la radiación entrante, ensombreciendo la Tierra. [13]
En tal escenario, se esperaría que la abundancia del isótopo 3He , producido por los rayos solares que dividen los gases en la atmósfera superior, disminuyera, y las investigaciones iniciales de hecho encontraron tal caída en la abundancia de 3He . [14] [15] Otros han argumentado posibles efectos del polvo que ingresa a la atmósfera misma, por ejemplo al aumentar la cobertura de nubes (el 9 de julio y el 9 de enero, cuando la Tierra pasa por el plano invariable, aumenta la nubosidad mesosférica ). [16] Por lo tanto, el ciclo de excentricidad de 100 ka puede actuar como un "marcapasos" para el sistema, amplificando el efecto de los ciclos de precesión y oblicuidad en momentos clave, con su perturbación. [17]
Una sugerencia similar sostiene que los ciclos de precesión de 21.636 años [ verificación fallida ] son los únicos responsables. Las eras glaciales se caracterizan por una acumulación lenta de volumen de hielo, seguida de fases de fusión relativamente rápidas. Es posible que el hielo se acumulara a lo largo de varios ciclos de precesión y que solo se derritiera después de cuatro o cinco de esos ciclos. [18]
Se ha sugerido que el albedo de las capas de hielo y el polvo son los responsables. El alto albedo de las capas de hielo del norte resistirá el calentamiento climático de los máximos de Milankovitch a menos que estén cubiertas de polvo. Los episodios de polvo ocurren justo antes de cada período de calentamiento interglacial, y se afirma que el albedo reducido resultante de las capas de hielo del norte ayuda al calentamiento interglacial. Se dice que los episodios de polvo son causados por el bajo CO2 atmosférico que crea desiertos de CO2 en las áreas de tierras altas del norte de China, y el polvo resultante crea la meseta de Loess y cubre las capas de hielo del norte. [19]
También se ha propuesto como explicación un mecanismo que podría explicar las fluctuaciones periódicas de la luminosidad solar. Las ondas de difusión que se producen en el interior del Sol pueden modelarse de tal manera que expliquen los cambios climáticos observados en la Tierra. [20]
El efecto Dole describe tendencias en δ 18 Oque surge de las tendencias en la importancia relativa de los fotosintetizadores terrestres y oceánicos . Tal variación es una causa plausible del fenómeno. [21] [22]
La recuperación de núcleos de hielo de mayor resolución que abarcan más del último millón de años por parte del proyecto EPICA, que está en marcha, puede ayudar a arrojar más luz sobre el asunto. Un nuevo método de datación de alta precisión desarrollado por el equipo [23] permite una mejor correlación de los diversos factores involucrados y coloca las cronologías de los núcleos de hielo sobre una base temporal más sólida, lo que respalda la hipótesis tradicional de Milankovitch , de que las variaciones climáticas están controladas por la insolación en el hemisferio norte. La nueva cronología es incompatible con la teoría de la "inclinación" del ciclo de 100.000 años. El establecimiento de adelantos y atrasos frente a diferentes componentes de forzamiento orbital con este método, que utiliza el control directo de la insolación sobre las proporciones nitrógeno-oxígeno en las burbujas de los núcleos de hielo, es en principio una gran mejora en la resolución temporal de estos registros y otra validación significativa de la hipótesis de Milankovitch. Un ejercicio internacional de modelado climático (Abe-ouchi et al. , Nature, 2013 [24] ) demostró que los modelos climáticos pueden replicar la ciclicidad de 100.000 años dada la fuerza orbital y los niveles de dióxido de carbono del Pleistoceno tardío. La historia isostática de las capas de hielo estuvo implicada en la mediación de la respuesta de 100.000 años a la fuerza orbital. Las capas de hielo más grandes tienen una elevación menor porque deprimen la corteza continental sobre la que se asientan y, por lo tanto, son más vulnerables al derretimiento.
Todos los estudiantes serios de la historia climática de la Tierra han oído hablar del "problema de los 100 mil años" de la teoría orbital de Milankovitch, es decir, la falta de una explicación obvia de la periodicidad dominante de ~100 mil años en los registros climáticos de los últimos 800.000 años.
