El clima se repite como fractales desde hace cinco millones de años

Los cálculos resultantes de los científicos del Instituto Niels Bohr demuestran que el clima puede ser visto como fractales, es decir, patrones o estructuras que se repiten en versiones más y más pequeñas de forma indefinida. Los resultados se publican en Nature Communications.

El sistema climático de la Tierra se caracteriza por complejas interacciones entre la atmósfera, los océanos, las capas de hielo, masas de tierra y la biosfera (partes del mundo con vida vegetal y animal). Factores astronómicos también juegan un papel en relación con los grandes cambios como el cambio entre las edades de hielo, que suele durar alrededor de 100.000 años y los períodos interglaciales, que típicamente duran unos 10-12.000 años.

Los investigadores estudiaron las mediciones de temperatura durante los últimos 150 años, los datos de núcleos de hielo de Groenlandia a partir del período interglacial hace 12.000 años, y durante la edad de hielo, hace 120.000 años; los datos de núcleos de hielo de la Antártida, que se remontan a 800.000 años, así como los datos de núcleos de sedimentos oceánicos que se remontan a 5 millones de años.

"Sólo tenemos cerca de 150 años de mediciones directas de la temperatura, de modo que si, por ejemplo, queremos estimar cuán grandes son las variaciones que se pueden esperar a más de 100 años, nos fijamos en los registros de temperatura para ese período, pero no nos podemos decir lo que podemos esperar para el registro de temperatura en más de 1.000 años. Pero si podemos determinar la relación entre las variaciones en un período determinado, entonces podemos hacer una estimación.

Este tipo de estimaciones son de gran importancia para las evaluaciones de seguridad para edificios y estructuras que deben aguantar bien durante mucho tiempo, o de estructuras en las que el mal tiempo podría suponer un riesgo para la seguridad, tales como plataformas de perforación o plantas de energía nuclear. Ahora lo hemos estudiado mediante el análisis de mediciones directas e indirectas en el tiempo ", explica Peter Ditlevsen, profesor Asociado de Física del Clima en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.

La investigación muestra que las variaciones naturales de un determinado periodo de tiempo dependen de la duración de este período, en la forma muy particular que es característica de los fractales --patrones o estructuras que se repiten en las versiones más pequeñas de forma indefinida--. Este conocimiento nos dice algo acerca de lo grande que debemos esperar que sea la mayor tormenta en 1.000 años en relación con la mayor tormenta en 100 años, y lo grande que se espera que sea la mayor tormenta en 100 años de estar en relación con la mayor tormenta en 10 años. Ellos han descubierto, además, que hay una diferencia en el comportamiento fractal en el clima de la edad de hielo y en el actual clima interglacial cálido.

"Podemos ver que el clima durante una edad de hielo tiene fluctuaciones mucho mayores que el clima durante un período interglaciar. Se ha especulado que la razón podría provenir de variaciones astronómicas, pero ahora se puede descartar esta posibilidad, ya que la gran fluctuación durante la edad de hielo se comporta de la misma manera 'fractal' que las otras fluctuaciones naturales en todo el mundo", declaró Peter Ditlevsen.

Los factores astronómicos que afectan el clima de la Tierra son que los otros planetas del sistema solar tiran de la Tierra debido a su gravedad. Esto afecta a la órbita de la Tierra alrededor del sol, que pasa de ser casi circular a ser más elíptica y esto afecta a la radiación solar sobre la Tierra. La gravedad de los otros planetas también afecta a la rotación de la Tierra sobre su eje. El eje de la Tierra fluctúa entre tener una inclinación de 22 grados y 24 grados y cuando la inclinación es de 24 grados, hay una diferencia grande entre el verano y el invierno y esto tiene una influencia en los cambios violentos en el clima entre las edades de hielo y períodos interglaciares.

Los cambios bruscos de clima durante la edad de hielo podrían activarse por varios mecanismos que han afectado a la poderosa corriente del océano, la Corriente del Golfo, que transporta agua caliente desde el ecuador hacia el norte hasta el Atlántico, donde se enfría y se hunde en el agua fría del océano bajo el hielo hasta el fondo y es empujada de nuevo al sur. Esta bomba de agua se puede paralizar o debilitae por los cambios en la presión de agua dulce, y esto se traduce en el aumento de la variabilidad climática.

El clima durante los períodos interglaciares cálidos es más estable que el clima de clima durante la edad de hielo. "De hecho, vemos que el hielo climático edad es lo que llamamos 'multifractal', que es una característica que se ve en sistemas muy caóticos, mientras que el clima interglaciar es 'monofractal'. Esto significa que la relación entre los extremos en el clima durante diferentes períodos de tiempo se comporta como la relación entre las proporciones más normales de diferentes escalas de tiempo ", explica Peter Ditlevsen.

Esta nueva característica del clima hará que sea más fácil para los investigadores del clima diferenciar entre los cambios climáticos naturales y provocados por el hombre, ya que se puede esperar que los cambios climáticos inducidos por el hombre no se comportarán de la misma manera que las fluctuaciones naturales.

"Las diferencias que encontramos entre los dos estados climáticos también sugieren que si cambiamos el sistema demasiado, podríamos entrar en un sistema diferente, lo que podría conducir a mayores fluctuaciones. Tenemos que ir muy atrás en la historia geológica de la Tierra para encontrar un clima que sea tan cálido como el que nos dirigimos. A pesar de que no sabemos las variaciones climáticas en detalle a tan largo plazo, sabemos que hubo cambios climáticos abruptos en el clima cálido en ese entonces", señala Peter Ditlevsen.