EVOLUÇÃO DO CONHECIMENTO DOS CICLOS ORBITAIS E DOS

PARÂMETROS GEOLÓGICOS E SUA INFLUÊNCIA NAS VARIAÇÕES CLIMÁTICAS DO QUATERNÁRIO – UMA VISÃO DOS ANOS 70 ATÉ OS DIAS DE HOJE

Durante décadas a teoria de Milankovitch, que abordou a ciclicidade induzida pelas variações orbitais na escala de alta frequência, causou polêmicas e discussões, com muitos críticos e céticos quanto a sua validade como causa das flutuações das camadas de gelo nos polos durante o Pleistoceno. No final dos anos 60, o adequado uso de datação radioativa e de outras técnicas aumentou gradualmente a credibilidade das escalas de tempo. Novos instrumentos tornaram-se disponíveis para a realização de análises de isótopos de oxigênio utilizados como indicador de temperaturas originadas em tempos glaciais.

Análises paleoecológicas em sedimentos obtidos em operações de

testemunhagens de poços foram implementadas significativamente. Modelagens climáticas globais foram reconstruídas (Climap Project Members, 1976). Graças a essas melhorias Hays et al. (1976) evidenciaram três parâmetros sensíveis às

mudanças climáticas, ao estudarem dois testemunhos do fundo do mar que contemplavam um registro contínuo e muito recente, correspondendo a um intervalo de tempo de 450 ka. Ao transformarem esses parâmetros em séries temporais, obtiveram espectros de amplitude com ciclos periódicos, de 100, 41, 23 e 19 ka. Os parâmetros utilizados foram: a composição isotópica de oxigênio em foraminíferos, uma estimativa das temperaturas de verão na superfície do mar baseada em certos tipos radiolários e a análise da abundância relativa de outras espécies de radiolários.

De forma independente, esses períodos também foram constatados por Berger (1978) utilizando-se de um novo modelo orbital. Novos estudos foram iniciados nos quatro principais elementos formulados dentro da teoria astronômica, a saber: (a) computação dos elementos orbitais, (b) computação dos parâmetros de insolação apropriados; (c) desenvolvimento de modelos climáticos apropriados; e (d) análise dos dados geológicos nos domínios de tempo e frequência a fim de investigar os mecanismos físicos que são responsáveis pelas variações climáticas de longo prazo e calibrar e validar os modelos climáticos.

Segundo Berger (1980), as glaciações foram favorecidas, não somente quando as temperaturas permaneceram suficientemente frias no verão, em regiões de altas latitudes do hemisfério norte, capazes de impedir o derretimento da neve e do gelo, como proposto por Milankovitch. Também o foram porque os invernos moderados permitiriam uma evaporação significativa nas áreas das latitudes tropicais e temperadas. Em consequência, quantidades abundantes de neve precipitavam-se em áreas de latitudes polares, sendo a umidade para lá direcionada através de uma circulação geral e intensificada, fruto de um gradiente latitudinal aumentado.

Assim, segundo Berger (1980), como outros estudiosos do passado também argumentaram, a teoria de Milankovitch indica que a ocorrência de glaciações deve-se a três principais conjunções:

1 - quando o verão começa no afélio (distância Terra – Sol maior) ratificando Murphy (1869) apud Berger, 2012;

2 - quando a excentricidade é máxima, assim afetando a diferença entre insolação máxima e mínima no transcorrer de um ano;

3 - quando a obliquidade é baixa, ou seja, a diferença entre verão e inverno fica menor.

Por sua vez, a resposta das variações dos valores médios anuais da extensão da área coberta por gelo e da precipitação de neve, no hemisfério Norte, em resposta a mudanças nos valores axiais da obliquidade, é três vezes maior do que uma variação de 180o na precessão, considerando a mudança de uma órbita de verão de uma fase quente para uma fria (Poulsen et al., 2005). Por outro lado, a diferença na resposta aos parâmetros orbitais em áreas de altas latitudes, deve- se, principalmente, ao transporte de umidade. Uma redução na obliquidade aumenta o gradiente de insolação meridional de verão, incrementando o transporte de umidade em até 25 %. Já os respectivos valores de transporte de umidade em função das variações precessionais são menores.

Atualmente, a Terra está mais perto do Sol em dezembro, e mais distante em junho (Fig. 1.2). O impacto da precessão diminui e desaparece assim que a excentricidade se aproxima de zero (Fig. 1.3). O resultado é que a excentricidade modula a precessão, causando mínima ou nenhuma mudança originada pela precessão quando a órbita da Terra torna-se circular.

Fig. 1.2. Devido à precessão e a outros movimentos astronômicos, o equinócio e o solstício se deslocam ao longo da órbita elíptica da Terra, completando um ciclo a cada 22 ka em média; visão do Hemisfério Norte (Imbrie & Imbrie, 1979).

Fig. 1.3. Ciclos de insolação plotados nas latitudes de 50º N e 50º S. A relação antipodal de fase na escala precessional tende a desaparecer ou inverter quando a excentricidade se aproxima de zero, há aproximadamente entre 615 ka e 620 ka. A insolaçãofoi calculada com base nas equações de Berger, 1978. Perlmutter & Plotnick, 2002 apud Perlmutter & Azambuja, 2005b, pág. 323.

Uma versão linear simples do modelo de Milankovitch pressupõe que o volume de gelo total e o clima variem com o mesmo padrão regular da insolação. Se isso se confirmasse, os registros das variações climáticas deveriam indicar a assinatura ditada pelas frequências dos padrões orbitais que são responsáveis pelas mudanças das distribuições sazonais e latitudinais da radiação solar incidente. Investigações durante as décadas mais recentes demonstraram que as periodicidades de 19, 23, e 41 ka realmente aconteceram durante longos períodos do Quaternário (Hays et al., 1976), e que há uma consistência entre relação de fase entre a insolação, a temperatura da superfície do mar e volume de gelo. No entanto a identificação das periodicidades encontradas no registro sedimentar nem sempre se mostra de modo claro. Estudos identificaram que o ciclo climático de excentricidade de 100 ka produz variação muito fraca nas taxas de insolação, o que levou a concluir-se que ele não pode ser relacionado à ação de força orbital por qualquer mecanismo linearmente simples (Imbrie et al., 1993), ou seja, ele por si só não tem força suficiente para justificar mudanças climáticas, pois necessita de forte influência do movimento precessional, considerando sua superposição, para se evidenciar. O ciclo de 100 ka, a feição mais dominante do registro de volume de gelo no Neopleistoceno, não apresenta uma amplitude constante ao

longo dos últimos 2-3 Ma, desaparecendo antes de 900 ka atrás, em um tempo em que as camadas de gelo eram muito menos extensas na Terra (Prell, 1982). Assim, durante o Pleistoceno predominou o efeito da excentricidade, no Pleistoceno Inferior e Plioceno houve um domínio da obliquidade, aspectos que ainda carecem de uma explicação mais apurada (Fig. 1.4).

Fig. 1.4. Registro baseado na curva de variação isotópica de 18O (curva do topo do gráfico) ao longo de todo o Quaternário coletados em sedimentos marinhos de água profunda da área de Ontong Java Plateau (ODP Leg 130). Curva simplificada baseada em valores de insolação correspondentes aos ciclos dominantes de obliqüidade (41 ka; curva intermediária) e excentricidade (100 ka; curva da base). Números 5, 11, 16 e 19 referem-se a eventos isotópicos de referência no Quaternário, chamados de Marine Isotopic Stages (MIS). MPR: Marine Polarity Reversions. Berger, W. H., 2013.