A Terra está atualmente no que os climatologistas chamam de período interglacial, um pulso quente entre longo, eras glaciais frias, quando as geleiras dominam as latitudes mais elevadas do nosso planeta. Nos últimos milhões de anos, esses ciclos glacial-interglaciais se repetiram aproximadamente em 100, Ciclo de 000 anos. Agora, uma equipe de pesquisadores da Brown University tem uma nova explicação para esse momento e por que o ciclo era diferente antes de um milhão de anos atrás.

Usando um conjunto de simulações de computador, os pesquisadores mostram que duas variações periódicas na órbita da Terra se combinam em 100, Ciclo de 000 anos para causar uma expansão do gelo marinho no hemisfério sul. Em comparação com as águas do oceano aberto, que o gelo reflete mais os raios do sol de volta para o espaço, reduzindo substancialmente a quantidade de energia solar que o planeta absorve. Como resultado, a temperatura global esfria.

"Os 100, O ritmo de 000 anos dos períodos glacial-interglaciais tem sido difícil de explicar, "disse Jung-Eun Lee, um professor assistente no Departamento da Terra de Brown, Estudos Ambientais e Planetários e o autor principal do estudo. "O que pudemos mostrar é a importância do gelo marinho no hemisfério sul, juntamente com as forças orbitais, para definir o ritmo do ciclo glacial-interglacial."

A pesquisa está publicada na revista. Cartas de pesquisa geofísica .

Órbita e clima

Na década de 1930, O cientista sérvio Milutin Milankovitch identificou três mudanças recorrentes diferentes no padrão orbital da Terra. Cada um desses ciclos de Milankovitch pode influenciar a quantidade de luz solar que o planeta recebe, o que, por sua vez, pode influenciar o clima. O ciclo de mudanças ocorre a cada 100, 000, 41, 000 e 21, 000 anos.

O problema é que o 100, O ciclo de 000 anos sozinho é o mais fraco dos três no grau em que afeta a radiação solar. Então, por que esse ciclo seria o que define o ritmo do ciclo glacial é um mistério. Mas este novo estudo mostra o mecanismo pelo qual o 100, Ciclo de 000 anos e o de 21, Ciclo de 000 anos trabalham juntos para impulsionar o ciclo glacial da Terra.

Os 21, O ciclo de 000 anos lida com a precessão - a mudança na orientação do eixo de rotação inclinado da Terra, que cria as mudanças das estações da Terra. Quando o hemisfério norte está inclinado em direção ao sol, recebe mais luz solar e experimenta o verão. Ao mesmo tempo, o hemisfério sul está inclinado, por isso recebe menos luz solar e experimenta o inverno. Mas a direção para a qual o eixo aponta muda lentamente - ou precessa - em relação à órbita da Terra. Como resultado, a posição na órbita onde as estações mudam migra ligeiramente de ano para ano. A órbita da Terra é elíptica, o que significa que a distância entre o planeta e o sol muda dependendo de onde estamos na elipse orbital. Então, a precessão basicamente significa que as estações podem ocorrer quando o planeta está mais próximo ou mais distante do sol, ou em algum lugar no meio, que altera a intensidade das estações.

Em outras palavras, a precessão causa um período durante o 21, Ciclo de 000 anos, quando o verão do Hemisfério Norte acontece na época em que a Terra está mais próxima do sol, o que tornaria esses verões um pouco mais quentes. Seis meses depois, quando o hemisfério sul tem seu verão, a Terra estaria em seu ponto mais distante do sol, tornando os verões do hemisfério sul um pouco mais frios. A cada 10, 500 anos, o cenário é o oposto.

Em termos de temperatura média global, não se pode esperar que a precessão importe muito. Qualquer que seja o hemisfério mais próximo do sol no verão, o outro hemisfério estará mais distante durante o verão, então os efeitos simplesmente se apagariam. Contudo, este estudo mostra que pode realmente haver um efeito na temperatura global se houver uma diferença na maneira como os dois hemisférios absorvem a energia solar - o que existe.

Essa diferença tem a ver com a capacidade de cada hemisfério de fazer crescer gelo marinho. Por causa da disposição dos continentes, há muito mais espaço para o crescimento do gelo marinho no hemisfério sul. Os oceanos do Hemisfério Norte são interrompidos por continentes, o que limita a extensão em que o gelo pode crescer. Então, quando o ciclo de precessão causa uma série de verões mais frios no hemisfério sul, o gelo marinho pode se expandir dramaticamente porque há menos derretimento no verão.

Os modelos climáticos de Lee baseiam-se na ideia simples de que o gelo marinho reflete uma quantidade significativa de radiação solar de volta ao espaço, que normalmente seria absorvida pelo oceano. Esse reflexo da radiação pode diminuir a temperatura global.

"O que mostramos é que mesmo que a energia total de entrada seja a mesma ao longo de todo o ciclo de precessão, a quantidade de energia que a Terra realmente absorve muda com a precessão, "Disse Lee." O grande gelo marinho do hemisfério sul que se forma quando os verões são mais frios reduz a energia absorvida. "

Mas isso deixa a questão de por que o ciclo de precessão, que se repete a cada 21, 000 anos, causaria um 100, Ciclo glacial de 000 anos. A resposta é que o 100, O ciclo orbital de 000 anos modula os efeitos do ciclo de precessão.

Os 100, O ciclo de 000 anos trata da excentricidade da órbita da Terra - ou seja, até que ponto ela se desvia de um círculo. Durante um período de 100, 000 anos, a forma orbital vai de quase circular a mais alongada e vice-versa. É apenas quando a excentricidade é alta - o que significa que a órbita é mais elíptica - que há uma diferença significativa entre o ponto mais distante do Sol e o mais próximo da Terra. Como resultado, há apenas uma grande diferença na intensidade das estações devido à precessão, quando a excentricidade é grande.

"Quando a excentricidade é pequena, precessão não importa, - disse Lee. - A precessão só importa quando a excentricidade é grande. É por isso que vemos um 100 mais forte, Ritmo de 000 anos do que 21, Ritmo de 000 anos. "

Os modelos de Lee mostram isso, auxiliado por alta excentricidade, verões frios do hemisfério sul podem diminuir em até 17 por cento a quantidade de radiação solar de verão absorvida pelo planeta ao longo da latitude onde a diferença na distribuição do gelo marinho é maior - o suficiente para causar resfriamento global significativo e potencialmente criar as condições certas para um gelo era.

Além da reflexão da radiação, pode haver feedbacks de resfriamento adicionais iniciados por um aumento no gelo marinho do sul, Lee e seus colegas dizem. Muito do dióxido de carbono - um dos principais gases do efeito estufa - exalado na atmosfera pelos oceanos vem da região polar sul. Se essa região estiver amplamente coberta de gelo, pode reter aquele dióxido de carbono como a tampa de uma garrafa de refrigerante. Além disso, a energia normalmente flui do oceano para aquecer a atmosfera no inverno também, mas o gelo marinho isola e reduz essa troca. Portanto, ter menos carbono e menos energia transferida entre a atmosfera e o oceano aumenta o efeito de resfriamento.

Explicando uma mudança

As descobertas também podem ajudar a explicar uma mudança intrigante no ciclo glacial da Terra. Nos últimos milhões de anos ou mais, os 100, O ciclo glacial de 000 anos tem sido o mais proeminente. Mas antes de um milhão de anos atrás, dados do paleoclima sugerem que o ritmo do ciclo glacial estava mais próximo de cerca de 40, 000 anos. Isso sugere que o terceiro ciclo de Milankovitch, que se repete a cada 41, 000 anos, era dominante então.

Enquanto o ciclo de precessão lida com a direção que o eixo da Terra está apontando, o 41, O ciclo de 000 anos trata de quanto o eixo é inclinado. A inclinação - ou obliquidade - muda de um mínimo de cerca de 22 graus para um máximo de cerca de 25 graus. (Está em 23 graus no momento). Quando a obliquidade é maior, cada um dos pólos recebe mais luz do sol, que tende a aquecer o planeta.

Então, por que o ciclo de obliquidade seria o mais importante antes de um milhão de anos atrás, mas se tornou menos importante mais recentemente?

De acordo com os modelos de Lee, tem a ver com o fato de que o planeta tem estado geralmente mais frio nos últimos milhões de anos do que antes. Os modelos mostram que, quando a Terra estava geralmente mais quente do que hoje, A expansão do gelo marinho relacionada à precessão no hemisfério sul é menos provável de ocorrer. Isso permite que o ciclo de obliquidade domine a assinatura global da temperatura. Depois de um milhão de anos atrás, quando a Terra ficou um pouco mais fria, em média, o sinal de obliquidade começa a ficar em segundo plano em relação ao sinal de precessão / excentricidade.

Lee e seus colegas acreditam que seus modelos apresentam uma nova e forte explicação para a história do ciclo glacial da Terra - explicando o ritmo mais recente e a intrigante transição de um milhão de anos atrás.

Quanto ao futuro do ciclo glacial, que permanece obscuro, Lee diz. É difícil neste ponto prever como as contribuições humanas para as concentrações de gases do efeito estufa da Terra podem alterar o futuro das eras glaciais da Terra.