Geoquimica ambiental
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CAMBIOS CLIMÁTICOS Máster Geología Ambiental Javier Martín Departamento de Estratigrafía Tema 4.2. Cambio Climático a escalas de 10 4 a 10 5 años: Teoría Orbital del Cambio Climático 1. Introducción a la Teoría de Croll-Milankovitch 2. Elementos fundamentales de la órbita terrestre 3. Implicaciones climáticas de los ciclos orbitales 4. Ciclos orbitales y Glaciaciones del Cuaternario. 5. Ciclos orbitales en series pre-cuaternarias. Introducción al análisis espectral 1. Elementos fundamentales de la órbita terrestre 1. Rotación (24 horas) Sentido W→E Duración ha disminuido en la historia de la Tierra 2. Traslación (365 días, 5 horas, 48 min, 46 seg) Giro en torno al sol: órbita elíptica / plano eclíptico Afelio (4 de julio) y perihelio (3 de enero) Eje de rotación: inclinado 66.5º con respecto a la ecliptica (inclinación u oblicuidad: 23.5º) Solsticios (21 de diciembre, 21 de junio) y equinoccios (20 marzo y 22 septiembre) 3. Oblicuidad (41000 años aprox) varía entre ε=21.6º y ε=24.5º ε=23.5º (actualmente y disminuyendo) cambios en la incidencia de la radiación solar. 4. Excentricidad (media 100000 años) máx. espectrales a: 95000, 410000, 120000 y 100000 años valor actual: e = 0.0167 (tendencia decreciente) e (excentricidad) es la distancia entre los focos dividido por el eje mayor de la elipse varía entre 0.0005 y 0.0607 (para los últimos 5 m.a.) mayor insolación a mayor excentricidad (fluctuaciones <0.1%) 5. Precesión de los equinoccios (19000 y 23000 años) 1) precesión axial: giro E→W del eje de rotación (26000 años) 2) precesión de la elipse: giro de la órbita elíptica en torno a un foco 1 + 2 = 3) precesión de los equinoccios (22000 años) precesión → modulada por la excentricidad (19000 y 23000 años) posición de los equinoccios con respecto a afelio y perihelio, y con ello la longitud de las estaciones en cada hemisferio 2. Implicaciones climáticas de los ciclos orbitales Oblicuidad 41 Determina el grado de estacionalidad Afecta por igual a ambos hemisferios Excentricidad 100, 413 Cambios en la insolación recibida (<0.1%) Controla la intensidad del efecto de la precesión Precesión 19, 23 Controla la radiación solar recibida en cada estación, según su proximidad al perihelio/afelio. Efecto contrario en cada hemisferio Broecker, W.S. & Denton, G.H. (1990): ¿Qué mecanismo gobierna los ciclos glaciales? Investigación y Ciencia, 162 (Marzo´90), 48-57. Covey, C. (1984): Órbita terrestre y periodos glaciares. Investigación y Ciencia, Abril 1984, 30-39. Clemens, S.C. & Tiedemann, R. (1997): Eccentricity forcing of Pliocene – Early Pleistocene climate revealed in a marine oxigen – isotope record. Nature, 385, 801-803. Crowley, T.J. & North, G.R. (1991): Paleoclimatology. Oxford University Press. Einsele, G.; Ricken, G. & Seilacher, A. (eds.) (1991): Cycles and events in stratigraphy. Springer - Verlag, Berlín, 955 p. Imbrie, J. & Imbrie, J.Z. (1979): Ice ages, solving the mystery. Harvard University Press, Cambridge. Imbrie, J. (1985): A theoretical framework for the Pleistocene ice ages. J. geol. Soc. London, 142, 417-432. Martín Chivelet, J. (1999): Cambios Climáticos. Una introducción al Sistema Tierra. Ed. Libertarias. 325 p. Imbrie, J.; Imbrie, J.Z. (1980): Modeling the climate response to orbital variations. Science, 207: 943-953 Read, J.F.; Kerans, Ch., Weber, L.J., Sarg, J.F. & Wright, F.M. (1995): Milankovitch sea-level changes, cycles and reservoirs on carbonate platforms in greenhouse and ice-house worlds. SEPM Short Course, 35, 81 p. Weedon, G.P. (1993): The recognition and stratigraphic implications of orbital-forcing of climate and sedimentary cycles. Sedimentology review, 1 (V.P. Wright ed.), 31-50.
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Apuntes de master sobre geoquimica ambiental. CAMBIO CLIMATICO.
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CAMBIOS CLIMÁTICOS Máster Geología Ambiental
Javier MartínDepartamento de Estratigrafía
Tema 4.2. Cambio Climático a escalas de 104 a 105 años: Teoría Orbital del Cambio Climático 1. Introducción a la Teoría de Croll-Milankovitch 2. Elementos fundamentales de la órbita terrestre 3. Implicaciones climáticas de los ciclos orbitales 4. Ciclos orbitales y Glaciaciones del Cuaternario. 5. Ciclos orbitales en series pre-cuaternarias. Introducción al análisis espectral 1. Elementos fundamentales de la órbita terrestre
1. Rotación (24 horas) Sentido W→E
Duración ha disminuido en la historia de la Tierra 2. Traslación (365 días, 5 horas, 48 min, 46 seg)
Giro en torno al sol: órbita elíptica / plano eclíptico Afelio (4 de julio) y perihelio (3 de enero) Eje de rotación: inclinado 66.5º con respecto a la ecliptica (inclinación u oblicuidad: 23.5º)
Solsticios (21 de diciembre, 21 de junio) y equinoccios (20 marzo y 22 septiembre) 3. Oblicuidad (41000 años aprox)
varía entre ε=21.6º y ε=24.5º ε=23.5º (actualmente y disminuyendo) cambios en la incidencia de la radiación solar.
4. Excentricidad (media 100000 años) máx. espectrales a: 95000, 410000, 120000 y 100000 años valor actual: e = 0.0167 (tendencia decreciente)
e (excentricidad) es la distancia entre los focos dividido por el eje mayor de la elipse varía entre 0.0005 y 0.0607 (para los últimos 5 m.a.) mayor insolación a mayor excentricidad (fluctuaciones <0.1%)
5. Precesión de los equinoccios (19000 y 23000 años) 1) precesión axial: giro E→W del eje de rotación (26000 años) 2) precesión de la elipse: giro de la órbita elíptica en torno a un foco 1 + 2 = 3) precesión de los equinoccios (22000 años) precesión → modulada por la excentricidad (19000 y 23000 años)
posición de los equinoccios con respecto a afelio y perihelio, y con ello la longitud de las estaciones en cada hemisferio
2. Implicaciones climáticas de los ciclos orbitales
Oblicuidad 41 Determina el grado de estacionalidad
Afecta por igual a ambos hemisferios Excentricidad 100, 413 Cambios en la insolación recibida (<0.1%)
Controla la intensidad del efecto de la precesión Precesión 19, 23 Controla la radiación solar recibida en cada estación, según su
proximidad al perihelio/afelio. Efecto contrario en cada hemisferio
Broecker, W.S. & Denton, G.H. (1990): ¿Qué mecanismo gobierna los ciclos glaciales? Investigación y Ciencia, 162 (Marzo´90), 48-57. Covey, C. (1984): Órbita terrestre y periodos glaciares. Investigación y Ciencia, Abril 1984, 30-39. Clemens, S.C. & Tiedemann, R. (1997): Eccentricity forcing of Pliocene – Early Pleistocene climate revealed in a marine oxigen – isotope
record. Nature, 385, 801-803. Crowley, T.J. & North, G.R. (1991): Paleoclimatology. Oxford University Press. Einsele, G.; Ricken, G. & Seilacher, A. (eds.) (1991): Cycles and events in stratigraphy. Springer - Verlag, Berlín, 955 p. Imbrie, J. & Imbrie, J.Z. (1979): Ice ages, solving the mystery. Harvard University Press, Cambridge. Imbrie, J. (1985): A theoretical framework for the Pleistocene ice ages. J. geol. Soc. London, 142, 417-432. Martín Chivelet, J. (1999): Cambios Climáticos. Una introducción al Sistema Tierra. Ed. Libertarias. 325 p. Imbrie, J.; Imbrie, J.Z. (1980): Modeling the climate response to orbital variations. Science, 207: 943-953 Read, J.F.; Kerans, Ch., Weber, L.J., Sarg, J.F. & Wright, F.M. (1995): Milankovitch sea-level changes, cycles and reservoirs on carbonate
platforms in greenhouse and ice-house worlds. SEPM Short Course, 35, 81 p. Weedon, G.P. (1993): The recognition and stratigraphic implications of orbital-forcing of climate and sedimentary cycles. Sedimentology
review, 1 (V.P. Wright ed.), 31-50.
Cambio Climático y Ciclos Orbitales
Equinocciode otoño
Centro de la elipse
FocoAfelio4 Julio
VERAN
O
OTOÑO
INVIERNO
PRIMAVERA
Sol Perihelio3 Enero
Equinocciode primavera
Solsticiode verano
152 mill. Km 147,1 mill. Km
Solsticio deinvierno
22 Septiembre
21 Junio
20 Marzo
21 Diciembre
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S
23,5º 23,5º
24,5º 24,5º
21,6º 21,6º
21 junio 21 diciembre
Plano dela órbita
La TierraSol
21 deJunio
21 deJunio
21 deJunio
22 deSeptiembre
22 deSeptiembre
22 deSeptiembre
20 deMarzo
20 deMarzo
20 deMarzo
21 deDiciembre
21 deDiciembre
21 deDiciembre
EN LA ACTUALIDAD
HACE 5.500 AÑOS
HACE 11.000 AÑOS
Precesión axial
Excentricidad
Oblicuidad
Precesión de los equinoccios
Precesión de la órbita
Tierra
Eclíptica
800
-2,7
22,0
23,3
24,5
0
0
2,7
0,04
0,02
0,05
-0,02
-0,07
Tiempo (miles de años)
600 400 200 0
Combinado(desviación
estándar)
Índice deprecesión
Inclinación(grados)
Excentricidad
HemisferioNorte
30100
100.000 años
PERIODO (miles de años)
VAR
IAN
ZA
43.000 años
24.000 años
19.000 años
15 10 7.5 6
po
de
re
sp
ectr
al
po
de
re
sp
ectr
al
0
1
2
3
4
5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Am
plitu
d
Am
plitu
d
Frecuencia
Frecuencia
DiagramaEspectral
DiagramaEspectral
y = A sen (2 /T) x = A sen (v. 2 ) x� �
Análisis espectral
Síntesis de Fourier
Función periódica
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
seno x
0.4 sen 5x
5 sen 0.2x
función
