I 3 cicli orbitali di Milankovitch, per via dell’eccentricità (100.000 anni), dell’inclinazione assiale (41.000) e della precessione (23.000 anni), sono stati per lungo tempo considerati connessi con gli inizi delle condizioni glaciali o interglaciali. Una nuova ricerca oggi suggerisce che la crescita del ghiaccio nell’emisfero Meridionale, in un particolare punto dei cicli di Milankovitch, potrebbe essere l’innesco per una nuova era glaciale. Il lavoro suggerisce che cicli orbitali differenti sono stati predominanti in tempi differenti.
“Per i milioni di anni addietro, il ciclo glaciale di 100.00 anni è stato il più noto in assoluto. Ma prima di un milione di anni fa, i dati paleoclimatici suggeriscono che il passo del ciclo glaciale fosse vicino a 40.000 anni. Ciò suggerisce che il terzo Ciclo di Milankovitch, che si ripete ogni 41.000 anni, fosse perciò dominante”. Jung-Eun Lee, Aaron Shen, Baylor Fox-Kemper, Yi Ming. Hemispheric sea ice distribution sets the glacial tempo. Geophysical Research Letters, 2017; DOI: 10.1002/2016GL071307
Abstract
Le registrazioni proxy della temperatura globale mostra che la periodicità predominante del ciclo glaciale si sposta da 40-kir (obliquità) a 100-kir (eccentricità), circa un milione di anni fa. Usando le simulazioni di modelli climatici, qui mostriamo che il passo del ciclo glaciale dipende dal pattern della crescita del ghiaccio emisferico. In un clima freddo, il ghiaccio polare cresce in modo asimmetrico nei due emisferi sotto [l’influsso] dei cambiamenti della precessione orbitale della Terra, poichè il potenziale di crescita al di fuori del Circolo Artico è limitato. Questa differenza nella crescita dei ghiacci emisferici porta ad un’asimmetria nell’energia solare assorbita per i due emisferi, soprattutto quando l’eccentricità è alta, anche se l’insolazione media annuale è simile. In un clima più caldo, l’asimmetria emisferica dei ghiacci diminuisce, in termini di riduzione media del ghiaccio Artico e Antartico, diminuendo i segnali di precessione e di eccentricità e spiegando il segnale di obliquità dominante (40-kir) prima del passaggio al medio Pleistocene.
Il comunicato stampa della Brown University
Le simulazioni climatiche mostrano come cambiamenti nell’orbita della Terra alterino la distribuzione del ghiaccio artico sul pianeta, contribuendo a fissare il passo del ciclo glaciale.
Attualmente, la Terra è in quello che i climatologi chiamano un periodo interglaciale, un breve periodo caldo fra lunghe e fredde ere glaciali, quando i ghiacci dominano le alte latitudini del nostro pianeta. Nei milioni di anni addietro, questi cicli glaciali-interglaciali si sono ripetuti più o meno su un ciclo di 100.000 anni. Ora, un team di ricercatori della Brown University ha una nuova spiegazione per questo timing e perchè il ciclo fosse diverso prima di un milione di anni fa.
Con l’aiuto di una serie di simulazioni computerizzate, i ricercatori mostrano come due variazioni periodiche nell’orbita terrestre concorrano, insieme ad un ciclo di 100.000 anni, a causare un’espansione del ghiaccio nell’Emisfero Sud. Rispetto alle acque oceaniche aperte, tale ghiaccio riflette indietro nello spazio più raggi solari, riducendo sostanzialmente la quantità di energia solare che il pianeta assorbe. Come risultato, la temperatura globale si raffredda.
“Il passo di 100.00 anni dei periodi glaciali-interglaciali è stato difficile da spiegare”, ha detto Jung-Eun Lee, un assistente del professore al Dipartimento degli Studi sulla Terra, Ambientali e Planetari, nonché autore principale dello studio. “Ciò che siamo stati capaci di dimostrare è l’importanza del ghiaccio nell’Emisfero Meridionale, assieme alle forzature orbitali, nel contribuire a stabilire il passo del ciclo glaciale-interglaciale”.
Negli anni Trenta del 1900, lo scienziato Serbo Milutin Milankovitch identificò 3 diversi cambiamenti che ricorrevano, nel pattern orbitale della Terra.ciascuno di questi Cicli di Milankovitch possono influenzare la quantità di luce solare che il pianeta riceve, che a sua volta può influenzare il clima. I cambiamenti si presentano ogni 100.000, 41.000 e 21.000 anni.
Il problema è che il solo ciclo di 100.00 anni è il più debole dei tre, per quanto riguarda la sua capacità di influenzare la radiazione solare. Perciò, rimane un mistero come mai sarebbe questo ciclo che stabilisce il ciclo glaciale. Ma questo nuovo studio mostra il meccanismo attraverso il quale il ciclo di 100.000 anni e quello di 21.000 lavorano insieme per guidare il ciclo glaciale della Terra.
Il ciclo di 21.000 anni si confronta con la precessione – il cambiamento nell’orientamento dell’asse rotazionale terrestre inclinato, che determina il cambiamento delle stagioni della Terra. Quando l’Emisfero Settentrionale è inclinato verso il sole, riceve più luce solare e ospita l’estate. Nello stesso tempo, l’Emisfero Meridionale è inclinato lontano [dal sole] e riceve, quindi, meno luce solare ed ospita l’inverno. Ma la direzione verso la quale l’asse punta cambia lentamente – o va incontro a precessione – rispetto all’orbita terrestre. Come risultato, la posizione nell’orbita dove le stagioni cambiano migra lentamente, da un anno all’altro. L’orbita terrestre è ellittica, che significa che la distanza fra il pianeta e il sole cambia, a dipendenza del punto in cui siamo sull’ellisse orbitale. Perciò, [parlare di] precessione significa che le stagioni possono verificarsi quando il pianeta è più vicino o più lontano dal sole, o da qualche parte fra i due, il che altera l’intensità delle stagioni.
In altre parole, la precessione causa un periodo durante il ciclo di 21.000 anni, quando l’estate dell’Emisfero Settentrionale ha luogo all’incirca quando la Terra è più vicina al sole, il che farebbe quelle estati leggermente più calde. Sei mesi più tardi, quando l’Emisfero Meridionale ha la sua estate, la Terra sarebbe al suo punto più lontano dal sole, rendendo le estati dell’Emisfero Meridionale leggermente più fredde. Ogni 10.500 anni, lo scenario è opposto.
In termini di temperature medie globali, uno non si aspetterebbe che la precessione importi qualcosa. Qualunque emisfero è più vicino al sole nella sua estate, l’altro emisfero sarà più lontano durante la sua estate e quindi gli effetti semplicemente si annullerebbero a vicenda. In ogni caso, questo studio mostra che ci può ben essere un effetto sulla temperatura globale, se esiste una differenza nel modo in cui i due emisferi assorbono l’energia solare – [differenza] che c’è.
Questa differenza ha a che fare con la capacità di ciascun emisfero di far crescere i ghiacci. A causa della disposizione dei continenti, c’è molto più spazio perché i ghiacci crescano nell’Emisfero Meridionale. Gli oceani dell’Emisfero Settentrionale sono interrotti dai continenti, che limitano l’estensione che i ghiacci possono assumere. Perciò, quando il ciclo precessionale causa una serie di estati più fredde negli emisferi Meridionali, i ghiacci possono espandersi drammaticamente, poiché c’è meno scioglimento estivo.
I modelli climatici di Lee si basano sulla semplice idea che l’acqua marina riflette una quantità significativa di radiazione solare nello spazio, [radiazione] che sarebbe normalmente assorbita nell’oceano. Tale riflessione può abbassare la temperatura globale.
“Ciò che mostriamo è che, anche se la quantità totale di energia è la stessa durante l’intero ciclo precessionale, la quantità di energia che la Terra effettivamente assorbe cambia con la precessione”, Lee ha affermato. “L’esteso ghiaccio dell’Emisfero Meridionale che si forma quando le estati sono più fredde riduce l’energia assorbita”.
Ma questo lascia [aperto] l’interrogativo del perchè il ciclo precessionale, che si ripete ogni 21.000 anni, causerebbe un ciclo glaciale di 100.000 anni. La risposta è che il ciclo orbitale di 100.000 modula gli effetti del ciclo precessionale.
Il ciclo di 100.000 anni interagisce con l’eccentricità dell’orbita della Terra – intendendo con ciò l’estensione alla quale devia da un cerchio. In un periodo di 100.000 anni, la forma orbitale va da quasi circolare a più allungata e di nuovo circolare. E’ solo quando l’eccentricità è alta – cioè l’orbita è più ellittica – che c’è una differenza significativa tra il punto in cui la Terra è più lontana dal sole e il punto in cui è più vicina. Come risultato, c’è un’ampia differenza nell’intensità delle stagioni legata alla precessione, quando l’eccentricità è grande.
“Quando l’eccentricità è piccola, la precessione non ha importanza”, ha detto Lee. “La precessione va considerata solo quando l’eccentricità è ampia. Ecco perché vediamo un ciclo con un passo di 100.000 anni più forte di uno con un passo di 21.000”.
Il modello di Lee mostra che, aiutate da un’alta eccentricità, le estati fredde dell’Emisfero Meridionale possono diminuire di quasi il 17% la quantità di radiazione solare estiva assorbita dal pianeta, al di sopra della latitudine dove la differenza nella distribuzione dei ghiacci è maggiore – abbastanza da causare un raffreddamento significativo e creare potenzialmente le giuste condizioni per un’era glaciale.
Accanto alla riflessione delle radiazioni, potrebbe esserci un ulteriore raffreddamento a feedback, a partire da un aumento nel ghiaccio meridionale, affermano Lee e la sua collega. La maggior parte del biossido di carbonio – un gas serra chiave – rilasciato in atmosfera dagli oceani deriva dalla regione polare meridionale. Se questa regione è ampiamente coperta di ghiaccio, può trattenere questo biossido di carbonio, come un tappo su una bottiglia di soda. In più, l’energia normalmente fluisce dall’oceano, per riscaldare l’atmosfera, anche in inverno, ma il ghiaccio coibenta e riduce questo scambio. Perciò, avendo meno carbonio e meno energia trasferita tra l’atmosfera e l’oceano, [tali fattori] si aggiungono all’effetto raffreddante.
Le evidenze possono aiutare anche a spiegare uno spostamento sconcertante nel ciclo glaciale della Terra. Per gli ultimi milioni di anni, il ciclo di 100.000 è stato il principale in assoluto. Ma prima di un milione di anni fa, i dati paleoclimatici suggeriscono che il passo del ciclo glaciale si avvicinasse a circa 40.000 anni. Ciò suggerisce che il terzo Ciclo di Milankovitch, che si ripete ogni 41.000 anni, fosse [quello] dominante a quel tempo.
Mentre il ciclo precessionale interagisce con quale direzione l’asse terrestre punti, il ciclo di 41.000 anni interagisce con il grado di inclinazione dell’asse. L’inclinazione – o obliquità – va da un minimo di circa 22 gradi ad un massimo attorno ai 25 gradi. (Al momento è 23 gradi). Quando l’obliquità è maggiore, ciascuno dei due poli riceve più luce, che tende a riscaldare il pianeta.
Quindi, come mai il grado di inclinazione nel ciclo sarebbe [il fattore] più importante prima di un milione di anni fa, ma diventerebbe meno importante in tempi più recenti?
In accordo con i modelli di Lee, ciò ha a che vedere con il fatto che il pianeta sia stato generalmente più freddo nell’ultimo milione di anni di quanto lo fosse prima. I modelli mostrano che, quando la terra era generalmente più calda di oggi, l’espansione dei ghiacci nell’Emisfero Meridionale dovuta alla precessione, è meno facile che accada. Ciò permette all’inclinazione all’interno del ciclo di firmare la temperatura globale. Dopo un milione di anni fa, quando la Terra diventò un pochino più fredda di media, il segnale di obliquità inizia a lasciare il passo al segnale di precessione/eccentricità.
Lee e la sua collega credono che i loro modelli presentino una nuova consistente spiegazione per la storia del ciclo glaciale della Terra – spiegando sia il più recente passo che la stupefacente transizione di un milione di anni fa.
Articolo originale: https://ktwop.com
Sara Maria Maestroni
Attività Solare
