Instituto de Geofísica
UNAM
“Estudio del Ácido Metanosulfúrico y su
relación con las variaciones climáticas
terrestres ”
por
M. en C. Jaime Arturo Osorio Rosales.
Octubre
2011
OBJETIVO
- Investigar la relación entre las concentraciones de MSA
y la radiación solar (TSI)
- Comparar la serie de datos de MSA con series de actividad solar:
- Irradiancia Solar Total
- Flujo de Radio de 10.7cm
- Be-10 (Rayos Cósmicos)
- Investigar el tipo de retroalimentación entre las series anteriores.
ANTECEDENTES
“ La actividad solar ha sido propuesta como un factor
externo del cambio climático terrestre ”
“ La biota es afectada por la actividad solar, a través
de la irradiancia solar total ”
“ El fitoplancton marino forma parte del ciclo del sulfuro ”
“ Intercambio Océano-Atmósfera a través de diversos procesos ”
“ Emisiones de fitoplancton marino a la atmosfera han sido
propuestas para cambiar el albedo nuboso “
Se empezó a analizar de manera conjunta e interdisciplinaria a un
nivel más amplio.
1972
 El Dimetilsulfuro (DMS) representa el enlace agua-aire en el ciclo del sulfuro.
(Lovelock et al., 1972)
1987
 El Dimetilsulfuro (DMS) producido por las algas y el fitoplancton en el océano
puede cambiar el balance de radiación en la Tierra.
(Charlson et al., 1987)
1997
 La mayor fuente de CCN sobre los océanos es el DMS.
(Meinrat et al, 1997)
2003
 Se establece una correlación entre el MSA y la capa de hielo en el
hemisferio sur
(Curran, 2003)
2011
 Se comprueba la formación de partículas (nucleación) por MSA en la atmosfera.
(Brus et al., 2011)
El DMS, la Radiación Solar y el Albedo Nuboso son la hipótesis
para tener una interacción de retroalimentación.
(Charlson et al., 1987; Shaw et al. 1998; Gunson et al., 2006)
Retroalimentación Negativa → Irradiancia Solar y DMS correlacionan:
Irradiancia Solar
DMS - CCN - Albedo
Irradiancia y Enfriamiento
Retroalimentación Positiva → Irradiancia Solar y DMS se anticorrelacionan:
Irradiancia Solar
DMS - CCN – Albedo
Irradiancia y Calentamiento
DMS
• El DMS es la mayor fuente oceánica de
4 km
aerosoles (90%):
• Al difundirse en la atmósfera, se oxida
y produce SO2 (Dióxido de Azufre).
0 km
• Se oxida y forma:
H2SO4 (Ácido Metanosulfúrico)
(Charlson et al. 1987)
NOAA/ PMEL
que produce aerosoles sulfatados.
( Charlson et al., Nature, 1987)
http://saga.pmel.noaa.gov/dms/
La base de datos más completa de DMS (Kettle et al., 1999)
“ No es homogénea ni en espacio, ni en tiempo ”
48101 mediciones in situ, 1972-2010. (38 años)
En este caso NO se pueden emplear métodos comunes
para estudiar la relación entre ambas series:
- Ausencia de datos
- Método de muestreo del DMS.
Ácido Metanosulfúrico (MSA)
 El MSA es un producto de actividad biológica en el océano.
 Tiene como fuente exclusiva al DMS.
 El MSA es un indicador del DMS.
 Es continuo por largos periodos de tiempo.
(Curran et al., 2003)
Debido a que el DMS es abundante en latitudes altas su producto
el MSA también estará abundante en esas latitudes.
Es abundante en latitudes altas debido a la poca erosión
y perturbaciones ambientales menores.
(kettle et al., 1999)
DATOS
-Las concentraciones de MSA son extraídas
de columnas de hielo en latitudes altas.
Greenland Ice Sheet Project Two (GISP2-D)
(72°60’N, 38°50’W) (1425-1984 )
La perforación se realizó en
uno de los sitios más
profundos llegando a la base
rocosa a 3207m.
El proyecto tuvo dos etapas
• GRIP
• GISP2-D
Se perforó desde 1988 hasta 1993.
(Saltzman et al., 1997, Jaffrezo et al., 1994)
Irradiancia Solar Total
(1610-1984)
(~374 años)
Fuente:
NOAA Word Data Center for Paleoclimatology
(Lean, 2000)
Flujo de radio de 10.7cm
(1700-1984)
(~284 años)
Fuente: National Geophysical Data Center.
Va en paralelo con el número de manchas
solares. El flujo solar varia desde 60
(ninguna mancha) hasta 300.
Concentraciones anuales de
Ácido Metanosulfúrico (MSA) en
el Hemisferio Norte,
Intervalo: 1425-1984
(Saltzman et al., 1997)
(~560 años)
Método de Ondeleta (Wavelet)
 Análisis de Ondeletas: Técnica nueva y prometedora para analizar señales.
 Se trata de un Análisis de Tiempo-Frecuencia.
 Da frecuencias principales (cuándo ocurren y duración).
 La Transformada de Ondeleta permite el análisis de series temporales.
no estacionarias (su frecuencia cambia con el tiempo).
(Torrence and Compo, 1998)
Utilización de la Ondeleta de Morlet
(Adecuada para analizar fenómenos oscilatorios)
(Farge, 1992)
Análisis de Ondeleta (MSA)
2.3
6
19
6.5
60
102
180
22
PRINCIPALES
PERIODICIDADES:
6 ± 0.4
19 ± 5.6
60 ± 6.5
102 ± 13
180 ± 22.5
Análisis de Ondeleta (TSI)
Mínimo de Maunder
(1645-1715)
Mínimo de Dalton
(1790-1820)
11
112
PRINCIPALES
PERIODICIDADES:
11 ± 1.1
112 ± 16
Análisis de Ondeleta (Flujo 10.7cm)
11
60
120
PRINCIPALES
PERIODICIDADES:
11 ± 2
60 ± 7
120 ± 12
Espectro de Coherencia: Irradiancia Solar Total (TSI) y MSA
3
5
12
5
28
12
58
Coherencia más fuerte: ~28±8.4 años (1723-1869, 1946-1962). En Fase
También se presenta coherencia en ~12±2 años (1828-1848, 1881-1905). En fase
Espectro de Coherencia: Flujo de 10.7cm y MSA
2
5
12
25
60
Coherencia más fuerte: ~25± 5.8 años (1785-1823, 1864-1889, 1934-1956) En Fase.
También se presenta coherencia en ~12±1.9 años (1827-1850) En Fase.
RESULTADOS DE RAYOS CÓSMICOS Y MSA
Al efectuar el estudio entre la TSI y el MSA hemos utilizado una
serie temporal de la TSI.
Podemos realizar este estudio usando una serie no reconstruida como
la de los Rayos Cósmicos a través de isótopos cosmogénicos como el
Berilio-10.
Concentraciones anuales
de Berilio-10 en el
Hemisferio Norte.
(Beer et al., 1990)
Intervalo: 1425-1984
(~ 559 años)
7
11
PRINCIPALES
PERIODICIDADES:
22
60
120
220
7 ± 0.5
11 ± 1
22 ± 2
60 ± 8
120 ± 14
220 ± 32
Espectro de Coherencia: MSA y Be-10
7
13
30
67
96
12
PRINCIPALES
PERIODICIDADES:
7 ± 0.8
13 ± 3.2
30 ± 9.4
67 ± 1.6
96 ± 8
Periodicidades 13 y 30 en antifase
Tablas de Resultados
Análisis Comparativo
• La serie del MSA (1425-1984) presenta diferentes periodicidades
como se observa en la tabla 1.
• Todas las periodicidades del MSA considerando las incertidumbres
coinciden con periodos de actividad solar.
• Las periodicidades menores a 7 años presentan fases cambiantes.
• Las periodicidades en los espectros de coherencia igualmente
coinciden con los ciclos de actividad solar y se observa:
Periodicidad de ~12 años esta en fase para TSI y en antifase para Be-10.
• Este resultado es de esperarse dada la anticorrelación entre TSI y RC
dentro del ciclo de 11 años.
• Las periodicidades del flujo de 10.7 son muy parecidas en fase
y tiempo a las de TSI.
Conclusiones
•
Las principales frecuencias en las series de tiempo del
MSA coinciden con los periodos de actividad solar
relacionando a las manchas solares y el ciclo magnético
solar.
•
El MSA del proyecto GISP2-D presenta la coherencia más
fuerte con la TSI en aproximadamente 22 años en fase y
para el Berilio-10 en 12 años en antifase.
•
En escalas de tiempo del ciclo de manchas solares, el
MSA y la TSI podrían favorecer en una retroalimentación
positiva del clima.
Conclusiones
 La irradiancia solar total podría influenciar el clima
terrestre a través de la producción del DMS reflejado
en la abundancia de MSA en la atmosfera.
 Según estos resultados se presenta una
retroalimentación negativa entre TSI y DMS, lo cual
sugiere un enfriamiento o un descenso en la
temperatura terrestre.
 Considerando los resultados obtenidos en este estudio
se puede considerar que hay un posible mecanismo
entre la biota y la radiación solar que module de cierta
manera (Albedo) el clima terrestre.
¿ Faltan modelos en la parte de nubes e irradiancia solar?
¡ Gracias !
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