Instituto de GeofísicaU N A M

“Estudio del Ácido Metanosulfúrico y su relación con las variaciones

climáticas terrestres ”M. en C. Jaime Arturo Osorio Rosales.

por

Octubre2011

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.

“ 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 ”

ANTECEDENTES

“ Emisiones de fitoplancton marino a la atmosfera han sido

propuestas para cambiar el albedo nuboso “

El Dimetilsulfuro (DMS) representa el enlace agua-aire en el ciclo del sulfuro.(Lovelock et al., 1972)

(Charlson et al., 1987)

1972

1987 El Dimetilsulfuro (DMS) producido por las algas y el fitoplancton en el océano

puede cambiar el balance de radiación en la Tierra.

1997 La mayor fuente de CCN sobre los océanos es el DMS.

(Meinrat et al, 1997)

Se empezó a analizar de manera conjunta e interdisciplinaria a un nivel más amplio.

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 EnfriamientoRetroalimentación Positiva → Irradiancia Solar y DMS se anticorrelacionan:

Irradiancia Solar DMS - CCN – Albedo Irradiancia y Calentamiento

• El DMS es la mayor fuente oceánica de

aerosoles (90%):

• Al difundirse en la atmósfera, se oxida

y produce SO2 (Dióxido de Azufre).

• Se oxida y forma:

H2SO4 (Ácido Metanosulfúrico)

que produce aerosoles sulfatados.

DMS

( Charlson et al., Nature, 1987)

(Charlson et al. 1987) NOAA/ PMEL

0 km

4 km

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.

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.

(Curran et al., 2003)

(kettle et al., 1999)

- 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 )

DATOS

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-DSe perforó desde 1988 hasta 1993.

(Saltzman et al., 1997, Jaffrezo et al., 1994)

Flujo de radio de 10.7cm (1700-1984)

Irradiancia Solar Total (1610-1984)

(~374 años)

(~284 años)

Va en paralelo con el número de manchas solares. El flujo solar varia desde 60 (ninguna mancha) hasta 300.

(Lean, 2000)

Fuente: National Geophysical Data Center.

Fuente: NOAA Word Data Center for Paleoclimatology

Concentraciones anuales de

Ácido Metanosulfúrico (MSA) en

el Hemisferio Norte,

Intervalo: 1425-1984 (~560 años)

(Saltzman et al., 1997)

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).

Utilización de la Ondeleta de Morlet

(Adecuada para analizar fenómenos oscilatorios)

(Farge, 1992)

(Torrence and Compo, 1998)

Análisis de Ondeleta (MSA)

2.3

6.5

22

PRINCIPALES PERIODICIDADES:

6 ± 0.4 19 ± 5.6 60 ± 6.5102 ± 13180 ± 22.5

6

19

60

102

180

Análisis de Ondeleta (TSI)

PRINCIPALES PERIODICIDADES:

11 ± 1.1 112 ± 16

11

112

Mínimo de Maunder(1645-1715)

Mínimo de Dalton(1790-1820)

Análisis de Ondeleta (Flujo 10.7cm)

PRINCIPALES PERIODICIDADES:

11 ± 2 60 ± 7 120 ± 12

11

60

120

Irradiancia Solar Total (TSI) y MSA

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:

3

5

12

12

5

28

58

Espectro de Coherencia:

Flujo de 10.7cm y MSA

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.

25

2

5

12

60

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.

Intervalo: 1425-1984 (~ 559 años)

(Beer et al., 1990)

Concentraciones anuales de Berilio-10 en el Hemisferio Norte.

PRINCIPALES PERIODICIDADES:

7 ± 0.5 11 ± 1 22 ± 2 60 ± 8120 ± 14220 ± 32

7

11

22

60

120

220

Espectro de Coherencia: MSA y Be-10

12

PRINCIPALES PERIODICIDADES:

7 ± 0.8 13 ± 3.2 30 ± 9.4 67 ± 1.6 96 ± 8

7

13

30

6796

Periodicidades 13 y 30 en antifase

Tablas de Resultados

• 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.

Análisis Comparativo

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.

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.

Conclusiones

¿ Faltan modelos en la parte de nubes e irradiancia solar?

¡ Gracias !