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JRF

Un blog reaccionario

«Verum, Bonum, Pulchrum»

¡Un brindis por Milutin Milanković! (I)

por | 5 Jun 2023 | Cambio climático

En 1941 apareció publicado un texto que tenía este título: Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem[1]. La Academia lo tradujo por Canon of Insolation and the Ice-Age Problem, pero en realidad, el título es The Canon of the Earth’s Irradiation and its Application to the Problem of Ice Ages.

Su autor era, como se evidencia, un sabio serbio llamado Milutin Milankovich[2] (1879–1958), quien dedicó gran parte de su vida a explicar las razones por las cuales se habían producido las glaciaciones[3] en Europa durante el período Cuaternario. Y a demostrarlo, claro[4].

Con ese fin, elaboró una teoría matemática[5] del clima de la Tierra fundamentada en los cálculos de las variaciones de radiación solar recibidas por nuestro planeta a lo largo del tiempo. Con sus hipótesis y sus datos, demostró por qué se producían los períodos cíclicos[6] y las glaciaciones o edades de hielo. Conviene decir aquí que las transiciones glaciales son súbitas, teniendo a veces lugar en un plazo de cien años. Son relativamente lentas[7] a la entrada de la glaciación, pero fortísimas a la salida.

Veamos por qué se producen los ciclos que tanto estudió Milankovich. La razón o razones subyacen a tres tipos de cambios. Vamos a verlos en detalle.

El primero es la oblicuidad o cambio en la inclinación[8] del eje de rotación de la Tierra respecto al plano orbital de la Tierra. Tiene que ver con los movimientos de rotación. Estos cambios se producen según un patrón periódico de 41.000 años, durante el cual la inclinación oscila entre 22,1° y 24.5°. Este fenómeno es el responsable de las estaciones. Aunque no cambia la cantidad de radiación que recibe la Tierra, sí lo hace su distribución sobre la superficie.

Estos cambios en la inclinación del eje de rotación tienen su razón en la fuerza de torsión procedente de la atracción del Sol y la Luna[9] sobre la Tierra. Cuanto mayor es la oblicuidad, mayor insolación incide en el polo durante el verano y menos durante el invierno, siendo menor en los trópicos todo el año. Una débil oblicuidad se asocia con períodos glaciales, mientras que una fuerte oblicuidad favorece los períodos interglaciales.

De manera a priori sorprendente, la oblicuidad tiene un efecto sobre el clima mayor del inicialmente esperado, así que hemos colocado este cambio orbital en primer lugar.

Podemos ver en un gráfico lo que acabamos de leer.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Variaciones_orbitales#/media/Archivo:Earth_obliquity_range.svg

El segundo cambio orbital tiene que ver con los movimientos de traslación. Obedece a los cambios en la excentricidad de la órbita terrestre en torno al Sol, que varía entre sus valores extremos cada 100.000 años. La excentricidad[10] cambia a lo largo del tiempo[11]. La órbita terrestre varía entre una forma casi circular – excentricidad débil de 0,005 – y una forma más elíptica –excentricidad de 0,058 –, en la que la Tierra se aleja más del Sol, todo ello por razón de la gravedad ejercida entre planetas del sistema solar. Esta ligera deformación elipsoidal aumenta y disminuye a lo largo de dos ciclos superpuestos, uno con una duración de 100.000 años y otro con una frecuencia de 413.000 años[12]. La excentricidad varía fundamentalmente debido al empuje gravitacional de Júpiter y Venus, sin olvidar la influencia de Saturno.

Esta variación puede llegar a suponer entre un 1% y un 11% de diferencia en la cantidad de radiación solar que recibe la Tierra entre el afelio (punto más alejado de la Tierra respecto del Sol) y el perihelio (el punto más cercano).

Veamos un gráfico en el que se aprecia perfectamente lo indicado, para lo cual se ha exagerado enormemente la órbita de la elipse:

milankovitch_1

Fuente: http://goo.gl/0wQi2V

El tercero de los cambios orbitales es debido a la precesión[13] de los equinoccios, que afecta a la duración de las estaciones según ciclos de aproximadamente 24.000 años. La precesión del eje de rotación de la Tierra dibuja una circunferencia imperfecta sobre la esfera terrestre, llamada nutación[14]. Ésta tiene que ver con las oscilaciones o cabeceos del eje de rotación de la Tierra, que se comporta como si se tratara de una peonza. Ello se debe a que las respectivas atracciones del Sol y de la Luna sobre la Tierra no son uniformes, lo que influye sobre la indicación del polo norte celeste[15] y sobre la precesión de los equinoccios. En el fenómeno de la nutación Influye asimismo el conocido achatamiento de la esfera terrestre.

La precesión describe el giro del eje de rotación alrededor de la perpendicular al plano de la órbita, describiendo un cono; es similar al bamboleo de una peonza. El eje da una vuelta completa, en sentido contrario a la rotación, cada 25.771,5 años. Su efecto sobre el clima es consecuencia de la modificación de la posición relativa de los solsticios y los equinoccios respecto al afelio y al perihelio.

El gráfico al pie describe perfectamente la precesión.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Variaciones_orbitales#/media/Archivo:Earth_precession.svg

En cuanto a la representación gráfica de la nutación, vean esta al pie.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Nutaci%C3%B3n#/media/Archivo:Precession-nutation-ES.svg

Pues ya sabemos qué tres tipos de cambios afectan a la situación de la Tierra respecto al Sol.

La consecuencia desde la perspectiva climática de estos ciclos de Milankovich es que el clima global terrestre varía a lo largo de los milenios en relación con ellos. En este momento nos encontramos en una fase de excentricidad decreciente, con una oblicuidad media; la precesión hace que actualmente el hemisferio norte esté inclinado hacia el Sol (verano boreal) cuando la Tierra está en su máximo alejamiento (afelio), lo que suaviza tanto las temperaturas estivales como las invernales en las latitudes norte o septentrionales.

En esta primera entrega nos hemos limitado a mostrar la teoría, tal y como Milankovich la expresó. En la segunda correlacionaremos estas variaciones orbitales con las variaciones climáticas.

[1] La traducción a nuestra maravillosa lengua es “Canon de la irradiación de la Tierra y su aplicación al problema de las edades de hielo”, Belgrade, 1941 (Royal Serbian Academy of Mathematical and Natural Sciences, v.33.

[2] Milutin Milanković (le llamaremos Milankovich para facilitar la escritura) nació en Dalj, Osek/Osijek/Eszék, entonces en el imperio Austrohúngaro y hoy en Croacia, el 28 de mayo de 1879. Falleció en Belgrado, entonces Yugoslavia (hoy Serbia), el 12 de diciembre de 1958. Fue ingeniero civil, astrónomo, matemático y geofísico. En 1909 ocupó la cátedra de Matemática aplicada (mecánica racional, mecánica celeste, física teórica) en la Universidad de Belgrado. Se volcó en el análisis del clima, un ámbito en el que por aquel entonces apenas se aplicaba algo de cálculo elemental. Al final de la Primera Guerra Mundial (1920) publicó una monografía, titulada “Teoría matemática de los fenómenos térmicos producidos por la radiación solar”. Ganó gran reputación, especialmente por su «curva de insolación sobre la superficie terrestre». Esta curva solar no fue aceptada hasta 1924, cuando el geógrafo Vladimir Köppen y su yerno, Alfred Wegener, la introdujeron en su obra “Climas en el pasado geológico”.

[3] Las glaciaciones son periodos de alta excentricidad, baja inclinación y una distancia grande entre la Tierra y el Sol, en el verano del hemisferio norte. El contraste estacional es débil.

[4] La posible influencia de los grandes ciclos astronómicos en el clima terrestre fue propuesta en el siglo XIX por científicos como Joseph A. Adhémar (1797–1862), matemático francés, y por James Croll (1821-1890), polifacético autodidacta escocés. Ambos explicaron las glaciaciones por cambios climáticos debidos a las variaciones cíclicas en la órbita terrestre.

[5] Además de realizar sus desarrollos matemáticos mencionados, Milankovich utilizó un gráfico en el que aparecía una curva que mostraba las variaciones cíclicas de la radiación solar sobre la superficie de la Tierra en los últimos (lo que sus datos le permitieron saber) 600.000 años. Así fue como explicó las Edades de Hielo o glaciaciones en ese período.

[6] Los interglaciares son períodos de baja excentricidad, gran inclinación y baja distancia entre la Tierra y el Sol en el verano del hemisferio norte. El contraste estacional es fuerte.

[7] No uniformemente, porque la primera caída de 2 a 4 °C suele ser rápida hasta que el hielo generado por esa caída adquiere albedo bastante, reflejando suficientemente la luz del sol como para profundizar en la glaciación.

[8] La inclinación de la Tierra se refiere al ángulo entre su eje de rotación y un plano perpendicular al (plano) de su órbita. Varía entre 22,1° y 24,5° cada 41.000 años aproximadamente. Cuando el ángulo crece, ambos hemisferios reciben más radiación solar en verano y menos en invierno. Las variaciones en la inclinación dependen de las interacciones gravitacionales entre los planetas del Sistema Solar. En este momento, la medida es de 23,44° y se halla en fase descendente.

[9] La influencia de los planetas es menor, aunque exista.

[10] La excentricidad de la elipse es una medida de la diferencia entre esta curva y una circunferencia.

[11] Si en el Sistema solar solo estuvieran el Sol y la Tierra, la órbita elíptica de la Tierra siempre tendría la misma excentricidad, es decir, sería circular. Pero como no es así, los otros planetas, sobre todo el gigantesco Júpiter y el planeta más cercano, Venus, inducen alteraciones o perturbaciones gravitacionales que modifican ligeramente a la excentricidad de la órbita de la Tierra.

[12] Ese es el plazo en el que cambia la excentricidad entre 0,005 y 0,058.

[13] “Precesión de los equinoccios (DRAE)1. f. Astron. Movimiento retrógrado de los puntos equinocciales o de intersección del ecuador con la eclíptica, en virtud del cual se van anticipando las épocas de los equinoccios”.

[14] El término nutación (del latín nutare, que significa cabecear u oscilar) es un movimiento ligero irregular que se produce en el eje de rotación de objetos simétricos que giran sobre ese eje. La nutación afecta a giroscopios, trompos y planetas. El movimiento de nutación de la Tierra fue descubierto en 1728 por el astrónomo inglés James Bradley.

[15] Su dirección señala siempre el norte, pero este movimiento implica que éste no siempre apunta hacia la estrella Polar, como sucede ahora. Hace unos 13.000 años, el norte lo indicaba Vega, la estrella principal de la constelación de la Lira. Es la quinta estrella más brillante del cielo nocturno, la tercera del hemisferio norte celeste tras Arturo y Sirio. Vega ha sido muy estudiada, habiendo sido catalogada como la estrella más importante después del Sol.

Autor del artículo

<a href="https://joseramonferrandis.es" target="_blank">José-Ramón Ferrandis</a>

José-Ramón Ferrandis

Nacido en Valencia (España) en 1951. Licenciado en Ciencias Políticas por la Universidad Complutense. Técnico Comercial y Economista del Estado. Salvo posiciones en Madrid, destinado sucesivamente en Ceuta (España), Moscú (URSS), Washington (EE. UU.), Moscú (Rusia) y Riad (Arabia Saudita). Profesor de Análisis Riesgo País, Análisis de tendencias y Mercados internacionales. Analista. Escritor (Globalización y Generación de Riqueza, África es así, Crimen de Estado). Áreas de especialización referidas a su trayectoria. Con el blog espera poder compartir experiencias y divulgar análisis sobre asuntos de interés general, empezando por el clima y terminando por la Geopolítica; sin dejar de lado la situación de España. Lo completará publicando semanalmente la Carta de los martes, que tiene 4 años de existencia.