Análisis espectral de la distribución temporal y espacial de los ciclos de Milankovitch en registros de δ18O del fondo oceánico en los últimos 5 millones de años

Abstract

La influencia que los movimientos orbitales de la tierra (ciclos de Milankovitch) tienen sobre el clima terrestre es actualmente un importante tema de debate. En el presente trabajo se propone y utiliza una nueva metodología para cuantificar la influencia que la insolación tiene sobre el δO-18 béntico en 51 registros provenientes de diferentes regiones del mundo. Adicionalmente, se estudia el contenido de energía espectral de cada registro, así como la relación con su posición y el rango de tiempo abarcado. Estos análisis se llevaron a cabo mediante la construcción y el procesamiento de espectros de potencia, coherencia y desfase; utilizando el método de estimación espectral multitaper con ventanas tipo Slepian.

Se estimó que, en promedio, un 38.3% de las variaciones del δO-18 tienen una relación de causalidad con la insolación. Se halló que dicha influencia orbital no tiene una relación significativa con la posición geográfica del registro, pero si tiene una dependencia temporal importante. El análisis de coherencia entre los 51 registros de δO-18 mostró que estos son particularmente coherentes para las frecuencias asociadas a los ciclos orbitales, lo cual es una evidencia de que el clima terrestre si se ve influenciado por los ciclos orbitales.

El análisis a través del tiempo del contenido de frecuencias del δO-18 reveló que hace aproximadamente 3 Ma se dio un importante aumento en la energía espectral contenida en la frecuencia de oblicuidad. Se propone el nombre de “Revolución del Plioceno Tardío” (RPT) para este cambio súbito en el contenido frecuencial del δO-18. Se evidencio la presencia de energía en el armónico con periodo de 100.000 años desde antes de la Revolución del Pleistoceno Medio (RPM), así como en los armónicos con periodos de 29.000 y 55.000 años. Tambien, se evidencio que tanto la RPT como la RPM se dieron en simultaneo con aumentos sostenidos del δO-18, lo cual sugiere fuertemente que existe una relación entre la ocurrencia de enfriamientos globales sostenidos y de cambios en la dinámica climática del planeta.

The influence that the orbital movements (Milankovitch cycles) exert over earth's climate is currently an important topic of debate. In the present study, we propose and implement a new method for calculating insolation's influence over 51 δO-18 data sets taken from different regions of the world. Furthermore, we analyze the spectral energy content of the 51 data sets and evaluated its dependence with position and time. These analyses were done through the processing of power, coherence, and phase spectra, which were calculated using a technique of multi-taper spectral estimation with Slepian windows. It was estimated that, in average, a 38.3% of the δO-18 variations have a relation of causality with insolation. It was found that orbital influence does not have a significant relationship with the geographical position of the dataset, but it does have an important dependence on time. The coherence analysis between the 51 δO-18 stations shown that these are notably coherent in the frequencies associated with the orbital movements of the earth, which is important evidence that proves that insolation does exert an influence on climate. The analysis throughout time of the frequency content of the δO-18 datasets revealed that approximately 3 Ma ago, there was an important increase in the spectral energy content in the frequency band of obliquity. We propose the name “Late Pliocene Revolution” (LPR) for this sudden change in the frequency content of δO-18. It was found that there was a small energy content in the band of eccentricity (100.000 period) before the Mid Pleistocene Revolution (MPR), minor amounts of spectral energy were also found in the harmonics with periods of 29.000 and 55.000 years. Moreover, it was observed that both the MPR and the LPR happened simultaneously with sustained rises of δO-18, this strongly suggests that there is a relationship between prolonged temperature descents and changes in the climatic dynamic of the planet.