Estabilidad Oblicuidad terrestre por la Luna

Transcripción

1 Estabilidad Oblicuidad terrestre por la Luna

2 Parámetros orbitales no constantes Variaciones en la insolación Control climático Escala espacial y temporal es amplia Variación parámetros orbitales a Nutación Resonancia eje-orbital 10 7 a

3 Objetivo Estudiar el efecto ESTABILIZADOR de la LUNA en la OBLICUIDAD terrestre. Para ello: Factores que pueden generar variaciones de OBLICUIDAD Comportamiento en ausencia de la Luna Comparación con Marte y proyecciones a futuro Oblicuidad e Insolación

4 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 1- Fricción climática Crecimiento/consumo de masas de hielo cambios en el momento de inercia afectaría la rotación terrestre, incrementando la oblicuidad Takashi Ito y Yozo Hamano (1995)

5 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 2- Impactos Gigantes Oblicuidad inicial debida a impacto cuerpo ~ Marte Sin embargo - 32km diámetro, φ=3.5g/cm3, v=72km/s 2 arco!! - 320km diámetro, φ=3.5g/cm3, v=72km/s 32 arco!!! Además.no es sistemático! no genera cambio acumulativo Takashi Ito y Yozo Hamano (1995)

6 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 3- Resonancia eje-orbita Resonancia Orbital grandes variaciones en la amplitud de oscilación de la oblicuidad Escala temporal: 10Ma Ejemplo : MARTE Takashi Ito y Yozo Hamano (1995)

7 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 3- Resonancia eje-orbita Ejemplo : MARTE

8 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 4- Disipación en el acoplamiento mantonúcleo Movimiento relativo entre núcleo y manto Disipa energía reduce la magnitud del momento angular Tiende a reducir la oblicuidad a 0º (0º-90º) Tipos de acoplamiento: Acoplamiento viscoso (viscosidad NI) Acoplamiento electromagnético (conductividad eléctrica, campos magnéticos) Acoplamiento topográfico Takashi Ito y Yozo Hamano (1995)

9 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 4- Disipación en el acoplamiento mantonúcleo Sin embargo.~ º/100 Ma Interesante: mecanismo que REDUCE la oblicuidad

10 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 6- Fricción de mareas Interacción Tierra-Luna transferencia de momento angular - frena la rotación terrestre - acelera el movimiento orbital de la Luna se aleja Escala temporal Ma Plano orbital lunar no coincide con el plano ecuatorial terrestre - aumenta oblicuidad terrestre Takashi Ito y Yozo Hamano (1995)

11 Posibles causas de variación de la oblicuidad terrestre: 6- Fricción de mareas Takashi Ito y Yozo Hamano (1995)

12 Estabilización de la oblicuidad de la Tierra por la Luna J. Laskar, F. Joutel & P. Robutel

13 Qué pasaría si no estuviera la Luna? Ward Sin la Luna la Tierra tendría un período de rotación más rápido, lo que llevaría a un mayor aplastamiento rotacional el cual compensaría la falta de torque lunar y reduciría las variaciones de oblicuidad a su valor presente. La Tierra debería dar una vuelta sobre sí misma en menos de 8 horas.

14 En este trabajo se supone que una rotación inicial no tan rápida, y se investiga la estabilidad de la Tierra para todos los valores posibles de oblicuidad inicial, integrando las ecuaciones de precesión de la Tierra

15 Frecuencia de precesión Zona Caótica entre los 60º y 90º ε 0 (grados) Oblicuidad inicial

16 ε (min, mean, max) Oblicuidad inicial

17 Suponiendo que la Luna no estaba presente en las etapas iniciales de la Tierra, a causa de la disipación por mareas la rotación de la Tierra habría sido más rápida. Resolviendo las ecuaciones para una velocidad de rotación igual a 1.22 veces la velocidad actual, hace 2,5 Ga se obtiene:

18 Frecuencia de precesión Zona Caótica entre los 0º y 80º ε 0 (grados) Oblicuidad inicial

19 ε (min, mean, max) Oblicuidad inicial

20 También se calculó para una velocidad de rotación 1.6 veces mayor a la actual, la cual correspondería a la Tierra hace 4.5 Ga.

21 ε (min, mean, max) Oblicuidad inicial

22 Aunque la oblicuidad inicial de la Tierra haya sido muy pequeña inicialmente, la resonancia o el comportamiento caótico podría haberla elevado a 50º en pocos millones de años, con valores medios de 20º-30º. Si la Luna fue entonces capturada, la frecuencia de precesión se habría incrementado súbitamente, y el movimiento se habría vuelto regular.

23 El valor de oblicuidad se habría congelado en su valor actual, sufriendo solo pequeñas oscilaciones, hasta que la disipación por mareas finalmente conduzca a la Tierra a la zona caótica.

24 Por lo tanto se puede decir que la Luna es un regulador climático para la Tierra. Si no estuviera presente o si fuera mucho más pequeña, para muchos valores de rotación inicial de la Tierra, la oblicuidad hubiera sido caótica con grandes variaciones.

25 Estabilidad Orbita Terrestre William R. Ward (1982)

26 Oblicuidad del eje de rotación de Marte Amplitud de oscilación: ± 13º Valor medio: ~25º Período: años Precesión del eje de rotación producto del torque solar Precesión del plano orbital por perturbaciones planetarias

27 Oblicuidad del eje de rotación de Marte Las variaciones en la oblicuidad, junto con los cambios en la excentricidad orbital son responsables de muchos fenómenos superficiales en Marte.

28 Oblicuidad del eje de rotación terrestre Amplitud de oscilación: ± 2º Valor medio: ~23º Período de precesión: años Produce importantes modificaciones en el clima, evidenciadas en el registro climático

29 Variaciones en la oblicuidad de Marte son un orden de magnitud mayores que las terrestres Movimiento secular orbital por perturbaciones planetarias 3,8 veces mayor en Marte El eje de rotación de Marte precede mucho más lento que el de la Tierra años para Marte años para la Tierra

30 Al tener una precesión más rápida, le permite al eje de rotación terrestre seguir el movimiento de la órbita normal, suprimiendo las oscilaciones de oblicuidad Factor de oblicuidad 2,7 veces mayor en Marte La rápida precesión del eje de rotación terrestre es producida en gran parte por el torque lunar

31 Proyecciones a futuro del sistema Tierra - Luna Distancia Tierra Luna: 60,3 radios terrestres La Luna se aleja de la Tierra, para conservar el momento angular del sistema. Este fenómeno provoca que disminuya el torque lunar Resonancia

32 Proyecciones a futuro del sistema Tierra Luna Resonancia Aumento de la amplitud de oscilación Disminución de la frecuencia de oscilación Al pasar el S j Crítico disminuye la amplitud pero la oblicuidad pasa a ser 2 superior a 1

33 Proyecciones a futuro del sistema Tierra Luna Resonancia Distancia Tierra - Luna [radios terrestres] 2 66,5 34º ~68,0 51,8º

34 Sin la Luna el período de precesión terrestre sería del orden de los años. Las oscilaciones de oblicuidad excederían a las que presenta Marte Alcanzando la resonancia, el Círculo Polar Ártico se extendería hacia los 30º (latitud de El Cairo)

35 Oblicuidad e Insolación Mayor oblicuidad implica mayor insolación de verano en ambos hemisferios No oblicuidad: radiación sobre el Ecuador - No estaciones - No solsticios/equinoccios Oblicuidad extrema: radioación sobre los polos - Estacionalidad extrema

36 -CAMBIOS EN LA INSOLACIÓN- Cómo afecta a las masas de hielo?

37 Relación entre insolación y tamaño masas de hielo HN: Teoría de Milancovitch (1941) INSOLACIÓN VERANO MÍNIMA: -Oblicuidad mínima -Solsticio verano coincide afelio -Excentricidad máxima INSOLACIÓN VERANO MÁXIMA: -Oblicuidad grande Solsticio de verano coincide con perihelio Excentricidad mínima

38 Conclusiones El factor que más influye en las variaciones de la oblicuidad es la fricción de mareas La Luna estabiliza al eje de rotación terrestre, impidiendo variaciones caóticas en la oblicuidad que habrían provocado serios efectos en el clima. Si la Luna no estuviera presente o si fuera mucho más pequeña, para muchos valores de rotación inicial de la Tierra, la oblicuidad hubiera sido caótica con grandes variaciones. (J. Laskar, F. Joutel & P. Robutel) Sin la Luna el período de precesión terrestre sería del orden de los años, y Las oscilaciones de oblicuidad excederían a las que presenta Marte (Ward) La oblicuidad terrestre influye en el clima mediante la insolación la Luna ejerce un control climático

39 Conclusiones J. Laskar, F. Joutel y F. Boudin (1992)

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