En los últimos cientos de miles de años, la Tierra ha alternado varias veces entre períodos glaciales muy fríos y períodos interglaciales relativamente cálidos. Hace unos 2 bloques de diez mil años, en el apogeo del último período glacial, extensas zonas de América del Norte y del norte de Europa estaban cubiertas por una gruesa capa de hielo. Como parte del agua del mar quedó retenida en forma de hielo, el nivel del mar estaba más de 100 m por debajo del actual.
Durante mucho tiempo fue un misterio por qué se repetían cambios climáticos tan grandes. La explicación más aceptada hoy es que la órbita de la Tierra alrededor del Sol y su eje de rotación cambian de forma muy lenta y regular. Estas variaciones regulares se conocen como «ciclos de Milankovitch» (Milankovitch Cycles), en honor al científico que las sistematizó.
Este artículo recorre los orígenes de los ciclos de Milankovitch, las tres variaciones que los componen, las pruebas del fondo marino que respaldaron la teoría, sus límites y su significado para comprender el clima actual.
Principios y significado de los ciclos de Milankovitch
El nacimiento de la teoría y el papel decisivo de la radiación solar estival
Milutin Milanković fue un matemático y geofísico serbio. A comienzos del siglo 20, dedicó varias décadas a calcular a mano, sin calculadora, cómo variaba la cantidad de radiación solar que recibía cada latitud cuando cambiaban la órbita terrestre y el eje de rotación.
La idea de que los cambios orbitales provocan glaciaciones ya se había planteado antes. En el siglo 19, el francés Joseph Adhémar y el escocés James Croll formularon propuestas similares. Milankovitch afinó esta idea mediante cálculos precisos y reunió sus resultados en 1941 en el libro «Canon de la insolación y el problema de las glaciaciones».
Milankovitch descubrió que el factor decisivo era la radiación solar del verano en las latitudes altas del hemisferio norte, por encima del frío invernal. Cuando disminuye la radiación solar estival en regiones con grandes extensiones de tierra, como las situadas cerca de los 65 grados de latitud norte, parte de la nieve acumulada en invierno queda sin derretirse. Si esto se repite durante varios años, la nieve se acumula año tras año hasta formar enormes mantos de hielo. En cambio, si aumenta la radiación solar estival, los mantos de hielo se derriten y retroceden.
Tres variaciones de la órbita y del eje de rotación
Los ciclos de Milankovitch surgen de la superposición de tres variaciones que siguen ritmos distintos.
(1) Excentricidad (Eccentricity)
La órbita terrestre tiene la forma de una elipse ligeramente alargada, cuyo grado de elongación varía en ciclos de aproximadamente 10 y 40 decenas de miles de años. Cuanto más alargada es la órbita, mayor es la diferencia entre la radiación solar que recibe la Tierra en su punto más cercano al Sol y la que recibe en el más lejano.
(2) Inclinación del eje de rotación (Obliquity)
El eje de rotación terrestre está inclinado con respecto al plano orbital. El ángulo oscila entre 22.1 y 24.5 grados en un ciclo de unos 4 bloques de diez mil años más 1 millar de años. Actualmente es de unos 23.4 grados y disminuye poco a poco. Cuanto mayor es la inclinación, más cálidos son los veranos y más fríos los inviernos.
(3) Precesión (Precession)
El eje de rotación cambia lentamente de orientación y describe un círculo como el eje de una peonza. Por ello, la estación en la que la Tierra alcanza su punto más cercano al Sol cambia en un ciclo de unos 2 bloques de diez mil años más 3 mil años. Actualmente, la Tierra alcanza su punto más cercano al Sol a principios del mes 1, durante el invierno del hemisferio norte.
Estas tres variaciones modifican sobre todo la distribución de la radiación solar entre estaciones y latitudes, y en menor medida la cantidad total que recibe el planeta en 1 año. El cambio en esa distribución es lo que determina si los mantos de hielo crecen o disminuyen.
Las pruebas que reveló el lodo del fondo marino
Durante mucho tiempo, los cálculos de Milankovitch quedaron como una hipótesis difícil de demostrar. Por entonces no había forma de medir con precisión el clima de hacía cientos de miles de años. El lodo acumulado en el fondo de las zonas profundas del océano cambió la situación.
En los sedimentos del fondo marino se acumulan, capa tras capa, los caparazones de los foraminíferos, diminutos organismos del plancton. La proporción de isótopos de oxígeno en los caparazones sirve de registro de cuánto hielo cubría las tierras emergidas en aquella época. En 1976, James Hays, John Imbrie y Nicholas Shackleton analizaron este registro y publicaron sus resultados en la revista científica Science.
- El ciclo de unos 10 bloques de diez mil años (100,000 años) coincidía con el ritmo de la excentricidad.
- El ciclo de unos 4 bloques de diez mil años más 1 millar de años (41,000 años) coincidía con el ritmo de la inclinación del eje de rotación.
- Los ciclos de unos 2 bloques de diez mil años más 3 mil años y de 1 bloque de diez mil años más 9 mil años (23,000 y 19,000 años) coincidían con el ritmo de la precesión.
El artículo se refirió a las variaciones de la órbita terrestre como «el metrónomo de las glaciaciones» (Pacemaker of the Ice Ages). A partir de entonces, los ciclos de Milankovitch se consolidaron como una teoría fundamental para explicar los cambios climáticos. Los registros de los testigos de hielo extraídos de glaciares antárticos mostraron el mismo ritmo.
Los límites de la teoría y el clima actual
Los ciclos de Milankovitch no lo explican todo. Uno de los principales enigmas es el llamado «problema de los 10 bloques de diez mil años». En los últimos 80 bloques de diez mil años, aproximadamente, los períodos glaciales e interglaciales se han alternado sobre todo a un ritmo de 10 bloques de diez mil años, aunque la excentricidad es, de las tres variaciones, la que menos modifica la cantidad de radiación solar. En épocas anteriores era más marcado el ritmo de 4 bloques de diez mil años más 1 millar de años, y el motivo de ese cambio de ritmo sigue siendo objeto de debate.
Los científicos consideran que los cambios orbitales actúan como desencadenantes y que los mecanismos de retroalimentación del sistema terrestre amplifican su efecto.
- Hielo y albedo (Ice-Albedo Feedback). Cuanto mayor es la extensión del hielo blanco, más radiación solar se refleja y más se enfría la Tierra.
- Gases de efecto invernadero (Greenhouse Gases). Los registros glaciares muestran que había menos dióxido de carbono en la atmósfera durante los períodos glaciales y más durante los interglaciales.
- Circulación oceánica (Ocean Circulation). Cuando cambian las corrientes marinas, también cambia la forma en que el calor se distribuye por el planeta.
Los ciclos de Milankovitch actúan lentamente a lo largo de miles o decenas de miles de años. Por eso, estos ciclos no pueden explicar el rápido aumento de la temperatura en los últimos 100 años y pico, que se atribuye principalmente a los gases de efecto invernadero emitidos por las actividades humanas. Comprender el lento ritmo de los cambios orbitales permite apreciar con más claridad lo rápido e inusual que es el cambio actual.
Los ciclos de Milankovitch nos recuerdan que el clima terrestre está estrechamente ligado a la posición que ocupa la Tierra en el espacio. Interpretar en conjunto el lento ritmo celeste y los mecanismos de retroalimentación de la Tierra es el primer paso para comprender la larga historia del clima.
