La Terra è attualmente in quello che i climatologi chiamano un periodo interglaciale, un caldo impulso tra lunghi, ere glaciali quando i ghiacciai dominano le latitudini più elevate del nostro pianeta. Negli ultimi milioni di anni, questi cicli glaciali-interglaciali si sono ripetuti all'incirca su un 100, Ciclo di 000 anni. Ora un team di ricercatori della Brown University ha una nuova spiegazione per quella tempistica e perché il ciclo era diverso prima di un milione di anni fa.

Utilizzando una serie di simulazioni al computer, i ricercatori mostrano che due variazioni periodiche nell'orbita terrestre si combinano su un 100, Ciclo di 000 anni per causare un'espansione del ghiaccio marino nell'emisfero australe. Rispetto alle acque oceaniche aperte, quel ghiaccio riflette più raggi del sole nello spazio, riducendo sostanzialmente la quantità di energia solare che il pianeta assorbe. Di conseguenza, la temperatura globale si raffredda.

"Il 100, Il ritmo di migliaia di anni dei periodi glaciali-interglaciali è stato difficile da spiegare, " disse Jung-Eun Lee, un assistente professore nel Dipartimento della Terra di Brown, Environmental and Planetary Studies e autore principale dello studio. "Quello che siamo stati in grado di mostrare è l'importanza del ghiaccio marino nell'emisfero australe insieme alle forzanti orbitali nel determinare il ritmo del ciclo glaciale-interglaciale".

La ricerca è pubblicata sulla rivista Lettere di ricerca geofisica .

Orbita e clima

Negli anni '30, Lo scienziato serbo Milutin Milankovitch ha identificato tre diversi cambiamenti ricorrenti nel modello orbitale della Terra. Ciascuno di questi cicli di Milankovitch può influenzare la quantità di luce solare che il pianeta riceve, che a sua volta può influenzare il clima. Le modifiche si ripetono ogni 100, 000, 41, 000 e 21, 000 anni.

Il problema è che il 100, Il ciclo di 000 anni da solo è il più debole dei tre nella misura in cui influenza la radiazione solare. Quindi perché quel ciclo dovrebbe essere quello che determina il ritmo del ciclo glaciale è un mistero. Ma questo nuovo studio mostra il meccanismo attraverso il quale il 100, ciclo di 000 anni e il 21, Il ciclo di 000 anni lavora insieme per guidare il ciclo glaciale della Terra.

il 21, Il ciclo di 000 anni riguarda la precessione:il cambiamento nell'orientamento dell'asse di rotazione inclinato della Terra, che crea le stagioni mutevoli della Terra. Quando l'emisfero settentrionale è inclinato verso il sole, riceve più luce solare e vive l'estate. Allo stesso tempo, l'emisfero australe è inclinato lontano, quindi riceve meno luce solare e vive l'inverno. Ma la direzione in cui punta l'asse cambia lentamente, o precede, rispetto all'orbita terrestre. Di conseguenza, la posizione nell'orbita dove cambiano le stagioni migra leggermente di anno in anno. L'orbita terrestre è ellittica, il che significa che la distanza tra il pianeta e il sole cambia a seconda di dove ci troviamo nell'ellisse orbitale. Quindi precessione significa fondamentalmente che le stagioni possono verificarsi quando il pianeta è più vicino o più lontano dal sole, o da qualche parte nel mezzo, che altera l'intensità delle stagioni.

In altre parole, precessione provoca un periodo durante il 21, Ciclo di 000 anni in cui l'estate dell'emisfero settentrionale si verifica nel periodo in cui la Terra è più vicina al sole, che renderebbe quelle estati leggermente più calde. Sei mesi dopo, quando l'emisfero australe ha la sua estate, la Terra sarebbe nel punto più lontano dal sole, rendendo le estati dell'emisfero australe un po' più fresche. ogni 10, 500 anni, lo scenario è l'opposto.

In termini di temperatura media globale, non ci si potrebbe aspettare che la precessione importi molto. Qualunque emisfero sia più vicino al sole nella sua estate, l'altro emisfero sarà più lontano durante la sua estate, quindi gli effetti si laverebbero da soli. Però, questo studio mostra che può effettivamente esserci un effetto sulla temperatura globale se c'è una differenza nel modo in cui i due emisferi assorbono l'energia solare, che c'è.

Questa differenza ha a che fare con la capacità di ciascun emisfero di far crescere il ghiaccio marino. A causa della disposizione dei continenti, c'è molto più spazio per la crescita del ghiaccio marino nell'emisfero australe. Gli oceani dell'emisfero settentrionale sono interrotti da continenti, che limita la misura in cui il ghiaccio può crescere. Quindi, quando il ciclo precessionale provoca una serie di estati più fresche nell'emisfero australe, il ghiaccio marino può espandersi drammaticamente perché c'è meno scioglimento estivo.

I modelli climatici di Lee si basano sulla semplice idea che il ghiaccio marino riflette una quantità significativa di radiazione solare nello spazio che normalmente verrebbe assorbita nell'oceano. Quel riflesso delle radiazioni può abbassare la temperatura globale.

"Ciò che mostriamo è che anche se l'energia totale in entrata è la stessa durante l'intero ciclo di precessione, la quantità di energia che la Terra assorbe effettivamente cambia con la precessione, "Ha detto Lee. "Il grande ghiaccio marino dell'emisfero meridionale che si forma quando le estati sono più fresche riduce l'energia assorbita".

Ma questo lascia la domanda sul perché il ciclo di precessione, che si ripete ogni 21, 000 anni, causerebbe un 100, Ciclo glaciale di 000 anni. La risposta è che il 100, Il ciclo orbitale di 000 anni modula gli effetti del ciclo di precessione.

il 100, Il ciclo di 000 anni riguarda l'eccentricità dell'orbita terrestre, ovvero la misura in cui devia da un cerchio. In un periodo di 100, 000 anni, la forma orbitale va da quasi circolare a più allungata e viceversa. È solo quando l'eccentricità è alta, il che significa che l'orbita è più ellittica, che c'è una differenza significativa tra il punto più lontano della Terra dal sole e il suo più vicino. Di conseguenza, c'è solo una grande differenza nell'intensità delle stagioni a causa della precessione quando l'eccentricità è grande.

"Quando l'eccentricità è piccola, la precessione non importa, " Lee ha detto. "La precessione conta solo quando l'eccentricità è grande. Ecco perché vediamo un 100 più forte, ritmo di 000 anni di un 21, ritmo di 000 anni."

I modelli di Lee mostrano che, aiutato da un'elevata eccentricità, le fresche estati dell'emisfero australe possono ridurre fino al 17% la quantità di radiazione solare estiva assorbita dal pianeta alla latitudine in cui la differenza nella distribuzione del ghiaccio marino è maggiore, abbastanza da causare un significativo raffreddamento globale e creare potenzialmente le condizioni giuste per un ghiaccio età.

A parte la riflessione delle radiazioni, potrebbero esserci ulteriori feedback di raffreddamento iniziati da un aumento del ghiaccio marino meridionale, Lee e i suoi colleghi dicono. Gran parte dell'anidride carbonica, un gas serra chiave, espirata nell'atmosfera dagli oceani proviene dalla regione polare meridionale. Se quella regione è in gran parte ricoperta di ghiaccio, può trattenere quell'anidride carbonica come un tappo su una bottiglia di soda. Inoltre, l'energia fluisce normalmente dall'oceano per riscaldare l'atmosfera anche in inverno, ma il ghiaccio marino isola e riduce questo scambio. Quindi avere meno carbonio e meno energia trasferiti tra l'atmosfera e l'oceano si aggiunge all'effetto di raffreddamento.

Spiegare un cambiamento

I risultati possono anche aiutare a spiegare uno sconcertante cambiamento nel ciclo glaciale della Terra. Negli ultimi milioni di anni o giù di lì, il 100, Il ciclo glaciale di 000 anni è stato il più importante. Ma prima di un milione di anni fa, i dati paleoclimatici suggeriscono che il ritmo del ciclo glaciale era più vicino a circa 40, 000 anni. Ciò suggerisce che il terzo ciclo di Milankovitch, che si ripete ogni 41, 000 anni, era dominante allora.

Mentre il ciclo di precessione si occupa della direzione in cui punta l'asse terrestre, il 41, Il ciclo di 000 anni si occupa di quanto l'asse è inclinato. L'inclinazione, o obliquità, varia da un minimo di circa 22 gradi a un massimo di circa 25 gradi. (Al momento è a 23 gradi.) Quando l'obliquità è maggiore, ciascuno dei poli riceve più luce solare, che tende a riscaldare il pianeta.

Allora perché il ciclo dell'obliquità sarebbe stato il più importante prima di un milione di anni fa, ma sono diventati meno importanti più di recente?

Secondo i modelli di Lee, ha a che fare con il fatto che il pianeta è stato generalmente più freddo negli ultimi milioni di anni rispetto a prima. I modelli mostrano che, quando la Terra era generalmente più calda di oggi, È meno probabile che si verifichi un'espansione del ghiaccio marino nell'emisfero australe legata alla precessione. Ciò consente al ciclo di obliquità di dominare la firma della temperatura globale. Dopo un milione di anni fa, quando la Terra è diventata in media un po' più fredda, il segnale di obliquità inizia a passare in secondo piano rispetto al segnale di precessione/eccentricità.

Lee e i suoi colleghi ritengono che i loro modelli presentino una nuova e forte spiegazione per la storia del ciclo glaciale della Terra, spiegando sia il ritmo più recente che la sconcertante transizione di un milione di anni fa.

Per quanto riguarda il futuro del ciclo glaciale, che rimane poco chiaro, dice Lee. È difficile a questo punto prevedere come i contributi umani alle concentrazioni di gas serra della Terra potrebbero alterare il futuro delle ere glaciali della Terra.