La edad de hielo revisada, la insolación integrada y el misterio del MIS-3

Se cree que los ciclos visibles en los núcleos de sedimentos oceánicos y en los núcleos de hielo son causados por la varia-ción de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, conocida como ciclos de Milankovitch. La elaboración se puede encontrar ampliamente. La órbita de la Tierra cambia de casi circular a ligeramente elíptica con períodos complejos de 413,000 años (período principal) modulados con ciclos más pequeños de 125,000 y 95,000 años. Este ciclo implica una variación en la distancia entre la Tierra y el Sol a lo largo de la órbita anual y, por lo tanto, la cantidad de radiación solar (insolación). Tam-bién la oblicuidad, el ángulo entre el eje de giro y el plano orbital se tambalea ligeramente con un período de 41,000 años. Más oblicuidad hace que el sol se levante más durante el verano, intensificando la insolación. Finalmente, la dirección del eje de la Tierra sigue un ciclo cónico con un período de 26,000 años (precesión axial ), y el perihelio / afelio de la órbita de la Tierra también gira (precesión absidal). Ambos se combinan para formar un ciclo de proximidad al Sol durante diferentes estaciones astronómicas con un ciclo complejo de aproximadamente 23,000 años.

Problemas de los ciclos de Milankovitch

Se piensa que las eras de hielo del Pleistoceno del último millón de años se inician cuando la oblicuidad del eje de giro de la tierra es más vertical en combinación con el sol que está más alejado durante el verano en el hemisferio norte durante períodos de máxima excentricidad dando una mínima Insolación durante el verano. Se piensa que están terminados en períodos con máxima oblicuidad y cuando el sol está más cerca durante el verano del hemisferio norte con máxima excen-tricidad, lo que da la máxima insolación durante el verano. Esto sucedería en ciclos complicados de unos 100.000 años.

Fig 1. Datos d¹⁸O LR04 de Oceanic versus Insolación de junio 60N

Sin embargo hay varios problemas con esta hipótesis. La Fig. 1 muestra el último millón de años de datos d¹⁸O oceánicos Benthic Stack LR04 [ii], que se cree que representa el volumen total de hielo en la Tierra frente a la insolación de Milankovitch de junio en la latitud de 60 North. Obviamente, el ciclo de 100,000 años visible en los datos de d¹⁸O oceánicos no es evidente en los datos de insolación.

Fig. 2 Completa la pila bentónica LR04 (Lisiecky y Raymo 2005) Además, cuando la variación de la insolación es como mínimo hace unos 400,000 años, vemos una fuerte variación de d¹⁸O en los datos oceánicos. Otro problema es el período anterior a este, donde el ciclo dominante en los datos oceánicos parecía ser de 41,000 años (fig. 2).

Fig 3. Kepler 2ª ley del movimiento planetario. Un segmento de línea que une un planeta y el Sol arrastra áreas iguales durante intervalos de tiempo iguales Si las dos áreas verdes son iguales, la velocidad de órbita del planeta es mayor cuando está más cerca del Sol.

Otro problema más es que los cálculos de insolación de Milankovitch suelen ser solo una instantánea anual, tomada en el solsticio de verano en junio. Esto hace caso omiso de la variación anual en la órbita terrestre debido a la variación de la velocidad causada por la gravedad como en la segunda ley de Keplers del movimiento planetario. Establece que las áreas iguales entre el planeta y el sol se cubren en el mismo tiempo (fig 3). Por lo tanto, si la tierra está más cerca del sol durante el verano en el hemisferio norte, también se mueve más rápido, lo que acorta la duración del verano. Obviamente esos efectos se oponen entre sí. Por lo tanto, observar solo la insolación durante el solsticio de verano no tiene en cuenta la insolación total durante el verano. Por lo tanto, las cantidades totales (integradas) de insolación de verano en ambos casos son mucho más cercanas entre sí que lo que sugiere la única instantánea del solsticio de verano habitual. Evidentemente, si el efecto del ciclo de prece-sión se opone al efecto del ciclo de excentricidad, entonces dejaría el ciclo de oblicuidad de 41,000 años como el ciclo más importante que domina el clima. Esto apoyaría los hallazgos de la oceánica d¹⁸O registra como en la pila LR04 antes de hace un millón de años.

Insolación integrada de verano y MIS 3

En azul tenemos la reconstrucción de la temperatura global del isótopo de los núcleos de hielo EPICA Dome C (Jouzel 2007 [iii] ) y en verde la concentración de CO 2 de varias fuentes. Notamos la sorprendente similitud de ambos con los datos de isótopos de pila bentónicos invertidos en negro. Esto será sujeto de una próxima contri-bución.

Entonces, aunque los datos de insolación originales de Milankovitch (línea de color gris claro discontinua) pare-cen parecerse a los datos del núcleo de hielo y los datos de la pila oceánica, las discrepancias son mucho más evidentes para la insolación integrada de verano en rojo.

Especialmente el pico en alrededor de 50.000 años en MIS-3 es muy por encima del valor medio, y, obviamente, una falta de coincidencia para los CO 2 y de isótopos termómetros, siendo claramente por debajo del valor medio, mientras que se aproxima a los mínimos de la último máximo glacial (MIS-2 ). Por lo tanto, debemos centrarnos en este período para comprobar si la insolación integrada de verano controla el clima o si los proxies de isótopos son una representación precisa del clima. Entonces, ¿qué tan frío o qué tan caliente estaba MIS-3 en realidad?

Fig. 6 Van Meerbeeck et al. 2006 Modelado de la capa de hielo.

El misterio de MIS-3

Como LR04 sugiere un volumen de hielo sustancial, nos centramos primero en los modelos de volumen de hielo para MIS-3. Van Meerbeeck 2009 [iv] ofrece una descripción general de la extensión de la capa de hielo basada en el modelado (fig. 6). La mejor estimación para el mapa de la capa de hielo promedio que reconstruyen es in-teresante (su figura 2 con el título original). Por razones desconocidas no parecen haberlo verificado. Tomemos, por ejemplo, su cúpula de hielo en Svalbard, al norte de Escandinavia, en comparación con los hallazgos de Mangerud 1992 [v], quienes concluyeron de su trabajo de campo que "durante el período sin hielo que precede a la glaciación (LGM), al menos de nuevo a 40,000 años BP, los glaciares en Svalbard no eran significativamen-te más grandes que en la actualidad.". También considere la gran cúpula de hielo de aproximadamente 1,5 km de altura que cubre Escandinavia por completo, compárela con las condiciones de ausencia de hielo para MIS-3 tal como lo encontró Helmens [vi] anteriormente.

En realidad, Sarala 2016 [vii] reclama temperaturas más altas que las actuales para la Laponia finlandesa. Para Siberia Hubberten 2004 [viii] (fig. 7) presente un conjunto de insectos fósiles, que muestra un período más cá-lido que el de hoy en el medio Weichselian ("Karginian", MW1) entre 48,000 y 34,000 años de carbono (50,000 - 38,500 años calendario), cubriendo MIS-3. Luego, para China, las condiciones cálidas para MIS-3 se informan por Zao 2017 [ix] y Yang 2004 [x] . Próxima para Europa Alemania, el área de Eifel, Sirocko 2016 [xi] encon-tramos "lo más inesperado, pero corroborado por todos nuestros registros de maar es el predominio de los taxones de árboles termófilos de 49 000 a 55 000 b2k (LEZ 8)"

Luego, en los Estados Unidos, en Alaska, la abundancia de megafauna parece haber sido mayor en el período de 45,000 a 30,000 años que en los períodos posteriores de Mann 2015 (fig. 4) [xii] aunque se observan varias fluctuaciones, que pueden estar relacionadas con Los eventos de Dansgaard Oeschger. También Kuzmina 2017 [xiii] encuentra un período cálido distinto antes del último máximo glacial, pero no está seguro de que la fecha sea MIS-3 o MIS-5. Interesante es el hallazgo de agallas de avispas cynipine en el sur de California en los pozos de La Brea (Holden 2015) [xiv], lo que sugiere que las condiciones ecológicas y el clima entre 33,000 y 44,000 años fueron los mismos que hoy.

En el hemisferio sur, los registros de MIS-3 son menos obvios, como es de esperar, considerando que el pico de MIS-3 en la figura 5 es un verano generalmente más frío pero más largo en el hemisferio norte. Thackray 2017 [xv] registra grandes glaciaciones grandes en MIS2 tardío y la transición MIS 3-2.

Podemos concluir del trabajo de campo sobre MIS-3 que fue relativamente cálido en el área de Eurasia y en el sur de los EE. UU. La parte norte de América (Alaska, Yukon) es menos obvia, como lo es el hemisferio sur, que es de esperar. Pero el resultado general apunta claramente hacia un ambiente relativamente cálido, mientras que los modelos basados ??en isótopos requieren capas de hielo significativas y se aproximan a las condiciones glaciares cercanas. Por lo tanto, las interpretaciones proxy de isótopos pueden considerarse falsificadas.

Conclusión

La insolación integrada de verano en el hemisferio norte tiene un ciclo dominante de 41,000, mientras que los núcleos de hielo y la pila bentónica muestran un ciclo dominante de 100,000 durante el último millón de años. Uno de los marcos de tiempo con diferencia significativa es MIS-3, donde la insolación integrada en el verano es fuerte, pero los proxies antárticos y de isótopos oceánicos, así como la concentración de CO2 sugieren un máxi- mo de casi la edad de hielo. Sin embargo, muchos otros registros geológicos y paleo-biológicos indican clara-mente MIS-3 como un período cálido distinto, incluso con un mínimo de CO2. Niveles e interpretaciones aproxi-madas de la temperatura mínima de isótopos. Esto confirmaría el predominio de la insolación integrada del hemisferio norte al clima y falsificaría las hipótesis de los isótopos del núcleo de hielo en la precipitación y los isótopos de los núcleos de foraminíferos oceánicos para que sean representaciones precisas del clima del pasa-do. También falsificaría la noción de retroalimentación positiva de CO2 para mejorar los cambios de temperatura debidos a los ciclos de insolación.

Notas y referencias

[i] Huybers, Peter J. 2006. "Los primeros ciclos del glaciar del Pleistoceno y el forzamiento integrado de la insolación de verano". Science 313 (5786): 508-511.

[ii] Lisiecki, LE y ME Raymo (2005), "Una pila de plioceno-pleistoceno de 57 registros bénticos" d¹⁸O distribuidos globalmente", Paleoceanography, 20, PA1003, doi: 10.1029/2004PA001071

[iii] Jouzel, J., et al (32 autores) 2007. "Variabilidad climática antártica milenaria y orbital en los últimos 800,000 años". Science, vol. 317, No. 5839, pp.793-797, 10 de agosto de 2007.

[iv] Van Meerbeeck, CJ, Renssen, H., Roche, DM, Wohlfarth, B., Bohncke, SJP, Bos, JAA, S. Engels, KF Helmens, MF Sánchez-Goñi, A. Svensson, Vandenberghe, J. (2011). "La naturaleza de las transiciones entre estadísticos e intersticiales de MIS 3 en Europa: nuevos conocimientos a partir de comparaciones modelo-datos." Quaternary Science Reviews, 30 (25-26), 3618–3637. doi: 10.1016/j.quascirev. 2011.08.002

[v] Mangerud, J., Bolstad, M., Elgers, A., Helliksen, D., Landvik, JY, Lønne, I., Lycke, AK, Salvigsen, O., Sandahl, T., Svendsen, JI 1992, “El último máximo glacial en Spitsbergen”, Svalbard Quaternary Research, Volumen 38, Número 1, julio de 1992, páginas 1-31

[vi] Helmens, KF, PW Johansson, ME Räsänen, H. Alexanderson, K.O. Eskola, 2007. “Los intervalos sin hielo continúan en la etapa 3 del isótopo marino en Sokli en el área central de las glaciaciones fennoscandianas”, Boletín de la Sociedad Geológica de Finlandia, Vol. 79, 2007, pp. 17–39

[vii] Sarala P,. Väliranta M., Eskola T., Vaikutiené G,. 2016 “Primera evidencia física para un entorno forestal en el Ártico durante MIS 3”, Sci Rep. 2016; 6: 29054.

[viii] Hubberten et al. (21 autores) 2004. “El clima periglacial y el medio ambiente en el norte de Eurasia durante la última glaciación”. Quaternary Science Reviews 23 (2004) 1333–1357

[ix] Zhao, Y., An, C.-B., Duan, F., Zhao, J., Mao, L., Zhou, A., Cao, Z., Chen, F. (2017). “La vegetación consistente y el deterioro del clima desde principios hasta finales de MIS3 revelado por varios proxies (principalmente datos de polen) en el noroeste de China”. Revisión de Paleobotánica y palinología, 244, 43–53. doi: 10.1016/j.revpalbo. 2017.04.010

[x] Yang G, B., Shi, Y., Braeuning, A., y Wang, J. (2004). “Evidencia de un clima cálido-húmedo en el árido noroeste de China durante 40 a 30 ka”. Cuaternary Science Reviews, 23 (23-24), 2537–2548. doi: 10.1016/j.quascirev.2004.06.010

[xi] Sirocko, F., Knapp, H., Dreher, F., Förster, MW, Albert, J., Brunck, H., D. Veres, S. Dietrich, M. Zech, U. Hambach, M. Röhner, S. Rudert, K. Schwibus, C. Adams, Sigl, P. (2016). “El ELSA-Vegetation-Stack: Reconstrucción de las Zonas de Evolución del Paisaje (LEZ) a partir de los sedimentos laminados de Eifel maar de los últimos 60,000 años”. Cambio global y planetario, 142, 108-135. doi: 10.1016/j.gloplacha.2016.03.005

[xii] Mann, DH, Groves, P., Reanier, RE, Gaglioti, BV, Kunz, ML, y Shapiro, B. (2015). “Vida y extinción de la megafauna en la edad de hielo del Ártico”. Actas de la Academia Nacional de Ciencias, 112 (46), 14301–14306. doi: 10.1073/pnas.1516573112

[xiii] Kuzmina, S., Froese, DG, Jensen, BJL, Hall, E. y Zazula, GD (2014). “Pleistoceno medio (MIS 7) a los ensamblajes de insectos fósiles del Holoceno de la cuenca Old Crow, norte de Yukon, Canadá”. Cuaternario Internacional, 341, 216–242. doi: 10.1016 / j.quaint.2013.10.025

[xiv] Holden AR, Erwin DM, Schick KN, Joyce Gross J. (2015). “Agallas del Pleistoceno tardío de La Brea Tar Pits y sus implicaciones para la avispa cipina y la distribución de plantas nativas en el sur de California”. Investigación Cuaternaria, 2015; DOI: 10.1016/j.yqres.2015.09.008

[xv] Thackray GD, Shulmeister, J. Hyatt, OM, Wang, N., Rieser, U, 2017.“MIS 3 glaciación en el valle medio de Rakaia, Nueva Zelanda, documentada a través de la estratigrafía y la geocronología de luminiscencia”. Nueva Zelanda Revista de geología y geofísica 60 Julio de 2017, (4): 1-13 DOI: 10.1080 / 00288306.2017.1342664

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