La órbita terrestre está asociada a la extinción de algunas especies

La órbita terrestre está asociada a la extinción de algunas especies


Datos recopilados sobre roedores en España descubren coincidencias con los ciclos orbitales


Un equipo de científicos ha descubierto que existe una relación entre las variaciones de la órbita terrestre, el consecuente cambio climático y la extinción cíclica de algunas especies de mamíferos. Los ciclos de origen, expansión y extinción de las especies nunca se han comprendido bien, aunque algunos estudios los habían vinculado a cambios climáticos. Ahora, estos investigadores han podido relacionarlos –gracias a los datos recopilados sobre roedores del centro de España en un intervalo de 22 millones de años- con las modulaciones de baja frecuencia de las denominadas variaciones orbitales de la teoría de Milankovitch, que provocan situaciones climatológicas extremas que en la historia han coincidido con el fin de las especies estudiadas, aunque los científicos creen que seguramente habrían afectado a otros mamíferos. Por Yaiza Martínez.



Deestea Deestea La astronomía y la paleontología tal vez sean dos ramas de la ciencia que a partir de ahora deban dedicarse conjuntamente al estudio de la vida sobre la Tierra, si se tiene en cuenta el reciente descubrimiento realizado por un grupo internacional de científicos, según el cual la esperanza de vida de los mamíferos podría depender de los cambios y de la estabilidad de las órbitas terrestres.

El director de la investigación, Jan van Dam, de la universidad de Utrecht, en los Países Bajos, y sus colegas, entre los que se encuentran los españoles M. Ángeles Álvarez Sierra, del departamento de paleontología de la Universidad Complutense de Madrid, y Pablo Pelaez-Campomanes, del departameto de paleobiología del CSIC, jamás habrían creído que la investigación de los dientes fosilizados de roedores del centro de España fuera a dar la vuelta al mundo gracias a la relación que han establecido entre la perduración de estas especies y las variaciones orbitales terrestres.

Los mamíferos, señalan los investigadores en la revista Nature, se encuentran entre los grupos de más rápida expansión, con una media de esperanza de vida como especies de alrededor de 2,5 millones de años. Tras este tiempo, la mayoría de ellas desaparece, cediendo su lugar a otras especies.

Tiempo limitado

Esta escala temporal que abarca el origen, el número de individuos alcanzado y la extinción de los diferentes mamíferos, no ha sido nunca bien comprendida, a pesar de que diversos estudios han querido vincularla a los cambios climáticos sufridos por la Tierra.

Van Dam y sus colegas recopilaron un registro excepcionalmente extenso, denso y bien nutrido de los linajes de roedores del centro de España, en un intervalo de 22 millones de años. Este registro demostró la existencia de periodos cíclicos vitales de entre 2,4 y 2,5 millones de años para cada especie, así como otro periodo más de un millón de años.

Los investigadores vincularon entonces dichos ciclos de vida con las modulaciones de baja frecuencia de las denominadas variaciones orbitales de la teoría de Milankovitch, consideradas las principales causantes de los periodos glaciales e interglaciales holocénicos de la Tierra.

Y es que la órbita terrestre, al contrario que la luminosidad solar, no se mantiene constante durante millones de años, sino que oscila periódicamente ocasionando que la cantidad media de radiación que recibe cada hemisferio fluctúe con el tiempo.

Los ciclos orbitales afectan al clima

Teniendo en cuenta que cuando la oblicuidad de la eclíptica y la excentricidad de la órbita terrestre se encuentran en su punto mínimo, aumentan las capas heladas y el frío, y se ven afectadas las precipitaciones regionales de la Tierra, los investigadores infieren que esta situación climática, derivada de los periodos astronómicos, marcaría los periodos de origen, desarrollo y extinción de los pequeños mamíferos, y seguramente también de otros grupos de animales.

En astronomía, la oblicuidad de la eclíptica se refiere a que el eje de giro de la Tierra cambia su inclinación lentamente con el tiempo, mientras que la excentricidad de la órbita terrestre hace referencia a la variación en la forma de la órbita como consecuencia de la atracción del resto de los planetas del Sistema Solar.

Estos cambios en la excentricidad y oblicuidad de la órbita del planeta provocan una variación en la cantidad de radiación solar que alcanza la Tierra, con el consecuente cambio climático.

El análisis de los datos y su comparación con las oscilaciones orbitales terrestres permitió descubrir que los picos de extinción de los roedores han coincidido con periodos de enfriamiento terrestre máximo, mientras que los picos de aparición y expansión de las especies han coincidido con periodos climatológicamente estables.

La vida y la muerte de los mamíferos depende por tanto de los cambios estacionales asociados a las variaciones astronómicas, especialmente a los inviernos extremadamente duros y a los veranos áridos, que favorecerían o impedirían la continuación de los mamíferos, según los resultados de esta investigación.


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Variaciones orbitales y teoría de Milankovic

Las variaciones orbitales de la Tierra son las principales causantes de los periodos glaciales e interglaciales holocénicos según la Teoría de Milankovic.

Si bien la luminosidad solar se mantiene prácticamente constante a lo largo de millones de años no ocurre lo mismo con la órbita terrestre. Ésta oscila periódicamente haciendo que la cantidad media de radiación que recibe cada hemisferio fluctúe a lo largo del tiempo. Y son éstas variaciones las que provocan las pulsaciones glaciares a modo de veranos e inviernos de largo período. Son los llamados períodos glaciales e interglaciales. Hay que tener en cuenta varios factores que contribuyen a modificar las características orbitales haciendo que la insolación media en uno y otro hemisferio varíe aunque no lo haga el flujo de radiación global.

La excentricidad , la inclinación axial, y la precesión de la órbita de la Tierra varía en el transcurso del tiempo produciendo las glaciaciones del Pleistoceno cada 100.000 años. El eje de la Tierra completa su ciclo de precesión cada 25.800 años. Al mismo tiempo el eje mayor de la órbita de la Tierra gira, en unos 22.000 años (Avance del Perihelio). Además, la inclinación del eje de la Tierra cambia entre 21,5 grados a 24,5 grados en un ciclo de 41.000 años. El eje de la Tierra tiene ahora una inclinación de 23,5º respecto a la normal al plano de la eclíptica.

Precesión de los equinoccios
La precesión de los equinoccios es el cambio en la dirección del eje de la Tierra que gira en 25.800 años alrededor del eje de la eclíptica. Este fue el primer factor que se tuvo en cuenta. En 1842 el matemático francés Joseph Adémar postuló que la precesión del eje terrestre llevaría a una precesión de los equinoccios y solsticios que los harían desplazarse a lo largo de la órbita coincidiendo unas veces cerca del afelio y otras del perihelio. Esto es debido a que el cambio en la dirección del eje de rotación causa una variación del punto Aries o corte del ecuador y la eclíptica y por tanto cambia el inicio de la primavera y por tanto el ángulo que forma con la línea de los ápsides o momento en que la Tierra en su traslación alrededor del Sol alcanza el perihelio y el afelio.

Adémar pensó que esto explicaría la última glaciación que terminó hace 10.000 años. (La precesión terrestre tiene un período de 25.800 años). Cuando el punto Aries se alinea con la dirección de la línea de los ápsides de la órbita de la Tierra (perihelio), un hemisferio tendrá una diferencia mayor entre las estaciones mientras el otro hemisferio tendrá las estaciones más benignas. El hemisferio que está en verano en el perihelio recibirá un aumento en la radiación solar, pero ese mismo hemisferio estará en invierno en el afelio y tendrá un invierno más frío. El otro hemisferio tendrá un invierno relativamente más caluroso y el verano más fresco.

Cuando el punto Aries es perpendicular a la línea de los ápsides los hemisferios norte y sur tendrán los contrastes similares en las estaciones.

En la actualidad el verano del hemisferio sur ocurre durante el perihelio y su invierno durante el afelio. Así las estaciones del Hemisferio Sur deben tender a ser algo más extremas que las estaciones del Hemisferio Norte. Este efecto queda en parte compensado por el hecho de que el norte tiene más Tierra y el sur mucho más océano y es conocido el efecto del mar en suavizar las máximas y elevar las mínimas.

Excentricidad orbital
El segundo factor importante lo tuvo en cuenta el inglés James Croll basándose en los cálculos manuales de Urbain Le Verrier. Se trata de la variación en la forma de la orbita debida a la atracción del resto de planetas del Sistema Solar.

La forma de la órbita de la Tierra, varía de ser casi circular ( excentricidad, baja de 0,005) a ser ligeramente elíptica (excentricidad alta de 0,058) y tiene una excentricidad media de 0,028. El componente mayor de estas variaciones ocurre en un período de 413.000 años. También hay ciclos de entre 95.000 y 136.000 años, siendo el ciclo más conocido de unos 100.000 años.

La excentricidad actual es 0,017 y por tanto la diferencia entre el mayor acercamiento al Sol ( perihelio) y la mayor distancia (afelio) es sólo 3,4% (5,1 millones de km). Esta diferencia supone un aumento del 6,8% en la radiación solar entrante. El perihelio ocurre actualmente alrededor del 3 de enero, mientras el afelio es alrededor del 4 de julio. Cuando la órbita es muy elíptica, la cantidad de radiación solar al perihelio sería aproximadamente 23% mayor que en el afelio.

Según Croll los periodos de gran excentricidad serían "eras glaciales" mientras que los momentos de órbita casi circular como el actual serían "épocas interglaciales". El hecho es que la insolación global una vez más permanecería constante pero no así la de cada hemisferio por separado. Según Croll el efecto albedo realimentaría los inviernos crudos y los hielos avanzarían pero esta hipótesis se reveló incompleta cuando se demostró por aquellos años que la última glaciación había tenido lugar hacía tan solo 10.000 años momento en el cual la excentricidad de la órbita terrestre era casi igual que la actual.

Inclinación del eje
Pero aun hay un tercer factor clave para explicar los ciclos glaciales. Fue Milutin Milankovic quien propuso por primera vez su influencia. El eje de giro de la Tierra cambia su inclinación lentamente con el tiempo. ( oblicuidad de la eclíptica). La amplitud del movimiento es de 2,4°.

Esta precesión del eje sigue un ciclo de aproximadamente 41.000 años. Cuando la inclinación aumenta a 24,5º, los inviernos son más fríos y los veranos son más calurosos. Cuando la inclinación es menor (22,1 grados), los inviernos son más apacibles y los veranos más frescos.

Actualmente el eje de rotación de la Tierra tiene una inclinación de 23,5 sobre el eje de la órbita.

Para Milankovic no eran los inviernos rigurosos sino los veranos suaves los que desencadenan un período glacial. La teoría afirma que siempre nieva suficiente en las regiones polares como para hacer crecer los glaciares pero la diferencia determinante está en la cantidad de hielo que se funde en los veranos. Si la fusión es insuficiente crecerán si es excesiva, como en la actualidad, retrocederán.

Se observó entonces que un efecto no era determinante sin la participación del otro. Es decir que ni las variaciones de excentricidad ni las de inclinación son, por sí solas, suficientes para producir una glaciación pero que, en conjunto podían superponerse sus efectos y desencadenar un período glacial.



La oscilación del plano de la Eclíptica
La variación en la inclinación de la órbita de Tierra tiene un período de aproximadamente 70.000 años y fue estudiada por Milankovitch.

Recientes investigaciones observaron que el plano de la órbita de la Tierra se mueve por la influencia de los demás planetas. El principal perturbador es el planeta Jupiter y la eclíptica oscila alrededor del plano de la órbita de Júpiter que es el plano que permanece aproximadamente invariante. La oscilación de la eclíptica es de unos 100.000 años respecto al plano invariable. Este ciclo de 100.000 años es el ciclo predominante en las edades de hielo.

Se ha propuesto que un disco de polvo y otras desperdicios está en el plano invariable, y esto afecta el clima de la Tierra a través de varios medios. La Tierra se mueve actualmente a través de este plano alrededor del 9 de enero y el 9 de julio, y se ha observado por radar un aumento de meteoros.

La combinación de los cuatro factores
La conclusión final de todo esto es que cada cierto tiempo los cuatro factores se alían para producir un período glacial. Estos períodos son mucho más largos (unos 100.000 años) que los breves intervalos interglaciales. Ninguno de ellos por sí solo podría desencadenar quizá una glaciación pero cuando confluyen las condiciones favorables entonces se inicia el proceso. Pero aun así los cálculos no salen. Las variaciones orbitales son demasiado leves. Lo que ocurre es que hay que tener en cuenta dos retroalimentaciones positivas: la disminución del albedo terrestre y el aumeto del CO2.

La intuición nos diría que los inviernos rigurosos deberían regir los pulsos glaciales pero parece ser que son los veranos suaves los que lo hacen. La inclinación es aun de 23,4º pero sigue disminuyendo. Cuanto menor sea ésta menor será la insolación en los veranos. Aun con toda la complejidad con que se ha estudiado el problema sigue sin establecerse aun una explicación total para los ritmos glaciales y es que hay que tener en cuenta otros factores no explicados por las variaciones astronómicas. A pesar de todo si se puede afirmar que, en gran medida, el ciclo climático vienen regido por las variaciones orbitales.

Los problemas de la Teoría de Milankovitch
Milankovitch estudió los cambios en la excentricidad, oblicuidad, y precesión de la órbita de la Tierra. Dichos cambios hacen variar la cantidad de la radiación solar que alcanza la Tierra. Estos cambios son más importantes cerca del área polar norte o sur. La Teoría de Milankovitch para explicar el Cambio climático no funciona perfectamente y en particular no puede explicar el ciclo de los 100.000 años pero hay muchos más argumentos a favor que en contra.

Ahora vamos a ver las dificultades para reconciliar la teoría con las observaciones:

El problema del ciclo de los 100.000 años reside en que las variaciones de la excentricidad tienen un impacto mucho más pequeño en la radiación solar en la Tierra que la precesión o la oblicuidad por lo que podría esperarse que produzca efectos más débiles. Sin embargo, muestran las observaciones que durante el último millón de años, el periodo del clima más fuerte es el ciclo de 100.000 años. Además, a pesar del ciclo de 100.000 año relativamente fuerte, algunos han defendido la idea de que la longitud del registro del clima es insuficiente establecer una relación estadísticamente significativa entre el clima y las variaciones de excentricidad.
El problema de la falta de un ciclo de 400.000 años reside en que las variaciones de la excentricidad tienen un ciclo de 400.000 años. Ese ciclo no se ha encontrado en el clima. Si las variaciones de 100.000 años tienen un efecto fuerte, las variaciones de 400.000 también deberían descubrirse.
El problema de la causalidad se refiere a que el penúltimo periodo interglacial parece haber empezado 10.000 años antes que la variación en la radiación que supuestamente parece haberlo causado. Esto se llama el problema de causalidad ya que el efecto no puede ser anterior a la causa que lo provoca.
El problema de la falta de los ciclos de 95 y 125 mil años se refiere al hecho que la excentricidad tiene las variaciones claras en ciclos de 95.000 y 125.000 años. Un registro suficientemente largo, y bien datado de cambio del clima se deben poder detectar ambas frecuencias, pero el clima muestra sólo una frecuencia consistente con el ciclo de los 100.000 años. Es discutible si la calidad de datos existentes debe ser suficiente resolver ambas frecuencias.
El problema de la transición es un término que se refiere a un importante cambio en la frecuencia de variación del clima sucedido entre 1 a 3 millones de años atrás. En aquella época el clima tenía un periodo dominante de 41.000 años, similar al ciclo de variación de la oblicuidad. Después y durante el último millón de años, esto cambió a un ciclo de 100.000 años similar a las variaciones periódicas de excentricidad.
El problema del efecto que excede la causa se refiere a que los efectos de estas variaciones en la radiación solar son pequeñas comparadas con los efectos causados. La explicación está en la amplificación (retroalimentación positiva) y también su moderación en casos aislados (retroalimentación negativa).
Cálculo de la insolación
La cantidad de radiación solar (insolación) en el Hemisferio Norte a los 65°N parece estar relacionadas con la ocurrencia de una edad de hielo. Los cálculos astronómicos muestran que la insolación en verano a 65°N debe aumentar gradualmente durante los próximos 25.000 años, y que ningún declive de la insolación en verano a 65°N es suficiente para causar una edad de hielo que se esperan en los próximos 50.000 a 100.000 años.

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En la actualidad el verano del hemisferio sur ocurre durante el perihelio y su invierno durante el afelio. Así las estaciones del Hemisferio del sur deben tender a ser algo más extremas que las estaciones del Hemisferio Norte. La excentricidad relativamente baja de la órbita actual cifra en un 6.8% la diferencia en la cantidad de radiación solar durante verano en los dos hemisferios.

Desde que las variaciones orbitales son predecibles, si uno tiene un modelo que relaciona las variaciones orbitales al clima, es posible "predecir", en principio, el clima futuro. Sin embargo se sabe que hay bastantes más factores que juegan papeles importantes en la fluctuación climática. Por ejemplo las retroalimentaciones y los factores moderadores de la variación climática. Por otra parte actualmente está el problema de la Influencia antropogénica sobre el clima que es la principal causa del calentamiento global reciente. Este tipo de fenómenos tienen naturalmente una influencia mucho más grande a corto plazo. No se conoce pues un buen modelo que relacione el clima y la variación orbital de la Tierra.

La discusión sobre si deberíamos encaminarnos a una glaciación o si aun permaneceremos por mucho tiempo más en el actual período interglacial sigue sujeta a debate.

Un estudio de Imbrie e Imbrie en 1980 determinó que ignorando el efecto antropogénico y otras posibles fuentes de variación que actúa a frecuencias superiores a las que un ciclo de 19.000 años, hay una tendencia a largo plazo hacia el frío que empezó hace unos 6.000 años y continuará durante los próximos 23.000 años". Sin embargo el reciente trabajo de Berger y Loutre sugiere que el clima caluroso actual pueda durar otros 50 milenios.

En cualquier caso, lo que sí parece seguro es la tendencia actual al calentamiento prevista para el próximo siglo causada sobre todo por el efecto de las emisiones humanas de gases de efecto invernadero.


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