Presentació de la Fundació Marcel Chevalier a la XXIX Jornada Andorrana de la Universitat Catalana d'Estiu 2016: "El canvi climàtic i Andorra" (20 agost 2016)

1. Canvis globals i canvi climàtic
Valenti Turu i Michels
Fundació Marcel Chevalier (Andorra), igeofundacio@andorra.ad
La Massana interpretació geomorfològica

2. * Les variacions del clima queden registrats de forma indirecta
en els sistemes naturals. Per al seu estudi cal:
1) Un registre seqüencial regular
2) Un paràmetre sensible (climate proxy)
* Els sistemes naturals que habitualment s’estudien per
presentar proxys climàtics són:
Testimonis de glaç (O16/O18), dendrocronologia (mida dels anells de creixement),
liquenometria (superfícies de blocs), registres marins (corals i foraminifers,
proxy O16/O18), sediments lacustres i marins (polen, contingut en matèria
orgànica, susceptibilitat magnètica, diatomees).
El registre fòssil del clima
Testimoni de gel

3. Proxy climàtic
• Anàlisi per fluorescència de Rx
• Anàlisi pol.línic
• Anàlisi granulomètric
• Anàlisi de fàcies sedimentàries
• Anàlisi isotòpic de les fraccions del carboni
Testimoni d’un sondatge mecànic
a la “Sierra de Béjar” (Sistema Central)

4. Un cop datada la seqüència hom pot establir la periodicitat del senyal.
Habituals mètodes de datació:
Isòtops radioactius: U-Th, 210Pb, AMS - 14C
Temps d’exposició: TL - OSL i ES(P)R
Acumulació o creixements anuals: Varves, espeleotemes, corals ..
El senyal climàtic registrat pot estudiar-se com un comportament oscil.latòri:
Event climàtic = A Sin (2pt/T):
A: Amplitud del senyal
t: Variable temps
T = Període del senyal
Així el tractament del senyal pot efectuar-se com el d’un senyal ondulatori:
Identificació de les principals ciclicitats
Filtrat de dades (el.liminació d’harmònics, filtrat del soroll)
Anàlisi espectral o de Fourier
Reconstrucció de trams sense registre (hiàtus)
Projecció del senyal al futur
El senyal climàtic
Testimoni de Till a Segudet (La Massana), foto V.Turu, 31/8/95

5. Les dades amb significat climàtic oscil.len en el temps i la freqüència amb
que varien és fonamental per la compensió del funcionament del clima.
La transformada de Fourier, “la eïna”
FT ->
Dies de temperatura (N = 38 anys) Periodicitat anual i semestral (w = 38 i 78)
Mitjançant la transformada de Fourier s’obtenen les freqüències bàsiques (I els seus harmònics)
que permeten descompondre la sèrie climàtica en un polinomi trigonomètric del tipus:

6. Composicions, Pulsacions i Lissajous
* Composicions:
Freqüència i amplitud iguals però desfasats (fn)
EC1 = A Sin (2pt/T+f1) + EC2 = A Sin (2pt/T+f2)
Freqüència i amplitud diferents i desfasats
EC1 = A1 Sin (2pt/T1 +f1) + EC1 = A2 Sin (2pt/T2 +f2)
* Pulsacions:
Freqüència i amplitud diferents però en fase. Es produeix una fluctuació de
l’amplitud resultant segons: A2 = A1
2 + A2
2 + 2A1A2 Cos (2pt/T1 -2pt/T2 )t
* Figures de Lissajous:
Composició d’oscil.lacions harmòniques perpendiculars
Molt sensibles a la relació entre els diferent períodes
La figura queda tancada si la relació entre períodes és racional
La figura queda oberta si la relació entre períodes és irracional
10/5 4/3

7. tornant al tema ….
Foto Maria Sala (2007) Svalbard

8. Descobriment de l’era glacial
* Diluvi Universal: Buckland efectua la diferenciació entre sediments al.luvials i diluvials
[…] numberless phenomena have been already ascertained, which, without the admission of a
recent and universal Deluge, it seems not easy, nay, utterly impossible to explain[…] (Buckland,
1820, p.38)
* Deriva d’Icebergs: Amb les recents exploracions polars Lyell posa límits a la teoria del diluvi.
[…] Others have referred to the deluge,-a convenient agent in which they find a simple solution of
every difficult problem exhibited by alluvial phenomena" […] (Lyell 1833, p.148)
* L’era glacial: Excursions científiques a
Suïssa (Venetz, 1821; Charpentier, 1834 i
Agassiz 1837) posa les bases de la teoria.
[…] If this theory be correct, and the facility
with which it explains so many phenomena
which have hitherto been deemed
inexplicable, induces me to believe that it is;
then it must follow that there has been . . . a
fall of temperature far below that which
prevails in our days[…] (Agassiz 1837,
p.377).
La teoria es consolida quan es descubreix
el casquet de Groenlandia (1852) i el de
l’Antartida a finals del segle XIX.
Icebergs amb blocs (Figuier, 1863)
Antartida (Geikie, 1894)
Louis Agassiz (1807- 1873)

9. Albrecht Penck
(1858-1945)
L’era glacial als Pirineus
Marcel Chevalier
(1876-1945)
Jean-François Bladé
(1827-1900)
Una glaciació Tres glaciacions
Bladé, J.F. (1875) Études gégraphiques sur la vallée d'Andorre; Universelle (Ed.), Paris, pp 97
Penck, A. (1883) Die Eiszeit in der Pyrenäen. Mitteilungen des Vereins für Erdkunde. 163-231
Penck A., Brükner E. (1909) Die alpen im eiszeitalter; Chr. Herm Tauchnitz (Ed.), Leipzig . pp 1199
Chevalier, M. (1906) Sur les glaciers Pleistocènes dans les vallées d'Andorre; Cte. R. Acad. Sciences, T.
XLI, 662-663

10. L’era glacial als Pirineus
Penck, A. (1883) Die Eiszeit in der Pyrenäen. Mitteilungen des Vereins für Erdkunde. 163-231

11. Calvet, M., 2004. The Quaternary glaciation of the Pyrenees. In: Ehlers, J., Gibbard, P. (Eds.), Quaternary Glaciations—Extent and
Chronology, Part I: Europe. Elsevier, Amsterdam, pp.119–128
L’era glacial als Pirineus

12. Jalut, G. i Turu V. (2008) Le dernier cycle glaciaire-interglaciaire dans les Pyrénées: englacement, climat et
végéation. In: “Pyrénées d'hier et d'aujourd'hui” pp 145-162 (Atlantica: Biarritz).
L’era glacial als Pirineus

13. El Segre-Valira

14. Hansbreen 2009 (Svalbard)
Però quantes glaciacions?…

15. Ciclicitat orbital
Precessió dels equinccis:
La influència de la gravetat del Sol produeix
que l’eix de rotació de la terra giri en cercle
(Alembert 1754) cada 22 Ka.
J.A. Adhémar (1842)
Actualment l’hemisferi sud presenta un dèficit
d’insolació anual respecte a l’hemisferi Nord.
L’hemisferi sud i el nord coneixen
alternativament una era glacial cada 11 Ka.
Humbolt (1852)
En realitat depén de la energia de radiació i no
del número d’hores.
L’hemisferi Nord
guanya 7 dies
entre equinocis
(dies més curts)
mentre que a
l’hemisferi sud és
al contrari

16. Excentricitat de l’òrbita terrestre
L’excentricitat de l’òrbita de la terra és producte de la
infuència gravitatòria dels planetes del sistema solar. Al
1843 Leverrier publica els seus càlculs essent la màxima
variació en un 6% cada 100 Ka.
James Croll (1875)
L’excentricitat orbital influeix en el balanç de radació solar.
En combinació amb la precessió dels equinocis es
produirien alternativament hiverns amb més neu en un o
l’altre hemisferi. Aquesta augmentaria l’albedo i provocaria
un descens de les temperatures i glaciacions alternades.
La velocitat dels vents polars es veuen incrementats i
forcen a les corrents marines equatorials a dirigir-se vers
l’hemisfèri no glaçat (positive feedback).
Segons això el darrer cicle glacial s’hauria iniciat fa 250 Ka
i hauria terminat fa 80 Ka. A finals del s. XIX geòlegs
americans demostràren que la darrera glaciació va terminar
molt abans abandonant-se la teoria orbital.
Ciclicitat orbital
James Croll
(1821-1890)

17. Obliqüitat de l’eix de la terra
La obliqüitat de l’eix de rotació de la terra (James Bradley 1728) és degut a la
influència de la gravetat lunar, variant de 22º a 25º. Quan la inclinació augmenta les
regions polars reben més radiació solar i biceversa, especialment a l’estiu. La
ciclicitat és de 41 Ka (Pilgrim 1904).
Köppen i Wegener (1924):
Milancovitc calculà les corbes de radiació solar en base a les oscil.lacions en
obliqüitat i la precessió per latituds elevades (55º, 60º i 65ºN), després de que
juntament amb Köppen i Wegener s’adonessin que la reducció de radiació solar als
estius influeix més que a l’hivern en la formació d’una glaciació. La oscil.lació de la
obliqüitat és important als pols i disminueix cap a l’equador, mentre que per la
precessió és a la inversa en variar l’angle d’incisió de la radiació. Köppen va
reconèixer en les corbes de radiació les glaciacions descrites per Penck i Brückner
15 anys abans, no obstant aquestes fases entren en decliu arrossegant la teoria
orbital (Kukla 1969).
Ciclicitat orbital
Milutin Milankovitc
(1879-1958)

18. Hi ha alguna cosa més?…
Horsund 2009 (Svalbard)

19. Distribució de les principals glaciacions en el temps geològic (Plumb 1991). Cal notar una
associació entre períodes de supercontinentalitat i períodes glacials. Els cicles de primer
ordre corresponen a la formació de supercontinents (200 - 500 Ma), els supercicles (IIº
ordre) corresponen a fases d’expansió termal de mantell i cinemàtica de placa
d’aixecament cratònic (10-100 Ma).
Supercontinents i supercicles

20. El registre glacial del Fanerozoic (Fischer, 1984)
El patró de les glaciacions segueix un supercicle de 400 Ma, passant des la Pangea i la
Pantalassa (un únic continent i un únic oceà), amb una atmosfera deficient en CO2 (icehouse
climate, I) fins a una multiplicitat de continents i oceans (abundant CO2, greenhouse cllimate
G).
Supercontinents i supercicles

21. Canvi en l’elevació de les superfícies
continentals des del final del Mesozoic
(Barron, 1985)
La major influència tectònica en el clima global
fou l’aixecament de l’altiplà del Tibet (Raymo i
Ruddiman, 1992) en combinació amb un
continuat aixecament dels marges continentals
que voregen l’Oceà Atlàntic.
Aquests fets produeixen una disminució de
l’escalfament atmosferic (i la temperatura)
produïnt hiverns més llargs i estius més secs.
La major superficie innivada augmenta
l’albedo afavorint el creixement de casquets.
La meteorització mineral que es produeix en
les zones aixecades atrapa més quantitat de
CO2 produïnt un efecte anti-hivernacle
(Ruddiman et al., 1989)
Supercontinents i supercicles

22. Canvi global en els darrers 150 Ka a partir del testimoni de glaç de l’estació polar Vostok
(Lorius et al., 1990). Un cop la tectònica ha reduït els nivells de CO2 en l’atmosfera es crea
la condició necessària perquè els canvis orbitals esdevinguin importants
Supercontinents i supercicles
Milutin Milankovitc
(1879-1958)
Eix de rotació (22 i 41 Ka)
James Croll
(1821-1890)
Excentricitat (100 Ka)
100 Ka

23. Pulsacions glacials i ciclicitat
Hansbreen 2009 (Svalbard)

24. La investigació oceanogràfica ha permès observar canvis sobtats en la fauna fòssil del fons
marí, foraminifers d’aigües fredes a calentes (Schott, 1934; Ericson, 1964), canvis en la
composició isotòpica dels foraminifers (Emiliani, 1966) que suggerien una ciclicitat orbital. No
es fins al 1966 que es solventa estadísticament la transformada de Fourier i la corba
d’Emiliani mostra freqüències orbitals (40 Ka i 13 Ka). Més tard Hays et al. (1976) obté que la
ciclicitat més important és al de 100 Ka, després la de 43 Ka (obliqüitat), 24 Ka (prececcio) i
una nova de 19 Ka que també correspon a una segona prececció menor.
Ressorgiment de la teoria orbital
FT ->

25. Pulsacions glacials
En el cas del Principat d’Andorra es
disposa d’un registre sedimentari
excepcional a les valls de la Valira del
nord. Aquest registre ha estat estudiat
des d’antuvi però no és fins recentment
que s’ha pogut exposar el seu contingut
en els fòrums internacionals de forma
conjunta amb datacions absolutes.
És en aquest indret del País que s’ha
pogut comprovar els efectes dels canvis
globals d’escala orbital però també a
escala suborbital.

26. Pulsacions glacials i teoria orbital aquí
Delta dels Hortals (La
Massana). 22/10/95
La vall juxtaglacial de la Valira del Nord ha estat reconeguda com haver estat obturada per la
glacera principal (Valira d’Orient). Com a producte d’aquesta obturació el fons de vall presenta
nombrosos afloraments de ritmites glaciolacustres i acumulacions detrítiques provinents de
deltes proglacials. Les glaceres locals (Arinsal i Ordino), en tenir diferent conca han avançat
sobre els sediments lacustres de forma intermitent. Aquest fet és especialment important ja
que l’estudi dels avenços i retrocesos d’aquestes glaceres constitueixen un proxy climàtic.

27. Els interestadis (clima càlid) i estadis
(clima fred) presents tenen una
especial empremta en el registre
sedimentari de les valls del Valira
Nord, la qual obturada per la vall
principal reflexava els canvis climàtics
en forma de sistemes deltaics pro-
glacials (en els interestadis) i en forma
de morrenes basals (Till) en els
estadis d’avançament glacial.
Pulsacions glacials i teoria orbital aquí

28. L’estudi estratigràfic perment efectuar una cronologia relativa dels esdeveniments
sedimentaris. Donat que el volum de sediment depositat està en funció del temps de
deposició i de la energia del medi, hom pot representar l’evolució en el temps (volum de
sediment d’una determinada fase) versus l’extensió glacial des del circ glacial. Un cop
efectuat aixó la datació directa dels sediments permet establir una cronologia absoluta
que permet ubicar aquests esdeveniments (pulsacions) en el temps.
Pulsacions glacials i teoria orbital aquí

29. Datacions
A partir de les datacions
de 14C en sediments
glacials de la Valira del
Nord, hom ha pogut
reconstruïr en funció del
volúm dels sediments
dipositats. La fase de
máxima extensió glacial
se situaria anterior als
59.000 anys. La fase
d’estabilització posterior
experimenta diferents
pulsacions d’avenç i
retrocès glacial que tenen
a veure amb els canvis
globals suborbitals (events
D-O, Heinrich). La
deglaciació de les valls se
situraria poc després dels
10.000 anys

30. Cronologia
El darrer cicle glacial s’inicía fa uns
90.000 anys a prop d’un mínim
d’irradiació solar. D’aquest primer
avenç glacial hi ha el testimoni de la
morrena de La Margineda datada en
99.000±10.000 anys (OSL). Aquesta
mateixa morrena presenta un perfil
d’alteració compatible amb un llarg
període d’exposició subaèria, anterior
a la fase de máxim englaçament.
Aquesta fase és sincrònica amb un
event de periodicitat suborbital, event
fred H6 (Heinrich 6), que fou datat en
una superfície de poliment glacial del
Roc del Quer a Canillo en 59.000
anys. Els events Heinrich posteriors
no semblen haver tingut una
influència notòria en les glaceres
d’Andorra fins el H3 i posteriors. Cal
fer notar que els mínims de irradiació
solar coincideixen amb les principals
fases d’avenç glacial.

31. Anàlisi espectral:
Anàlisi harmònic del
registre d’ englaçament de
les valls de la Valira. Linea
blava anàlisi de Fourier per
a tot el cicle glacial, es
distingeixen pics propers
als perídes orbitals de
Milancovitc (100 Ka, 41 Ka
i 23 Ka; Hays et al. 1976),
de la distàcia entre la Terra
i el Sol (afeli-periheli, 19
Ka, Berger 1977), de semi-
prececceció (entre 9,5 Ka i
11,5 Ka) on en la mateixa
franja estarien situats els
cicles Bond (entre 10 i 15
Ka), i de l’activitat solar (2,4
Ka; Hood & Jirkowic,
1991). La línia vermella
anàisi de Fourier per la
desglaciació (30 Ka i 19
Ka) on es distingeixen
clarament pics propers als
events Heinrich (7 Ka) i de
Dansgaard-Oeschger (1,45
Ka).

32. El passat immediat i el futur …

33. Canvis globals en l’Holocè
Paleoincendis d’època pre-històrica com a proxi climàtic. La major ocurrència de
paleoincendis es produeix quan les barres d’error (2sigma) de les datacions 14C
es solapen amb més d’un nivel de paleoincendis datat, com és el cas del període
anterior a l’event 8,2 Ka (Bond event 5). De forma general es pot apreciar una
disminució progressiva dels pics de màxima probabilitat des de l’Epipaleolític fins
l’edat de Ferro.

34. L’activitat solar
Recopilació de dades antracològiques
publicades (Turu & Planas, 2005;
Riera & Turu, 2011) i inèdites
(Fundació Marcel Chevalier, 1996,
1999b, 2004, 2007) on s’observa una
coincidència dels paleoincendis amb
una major activitat solar.

35. En època històrica, les taques solars
Moviment inercial del Sol
Quatrifoli irregular de 178 anys
Mínims de radiació solar

36. Representació dels Quatrifolis Solars (espais en gris) de 370 anys de duració cada 2,4 Ka i coincidint
amb millores de la temperatura (Charvatova 2000), essent el proper esdeveniment orbital solar entre
2240-2610 dC.
El futur, domini del Sòl?

37. L’efecte hivernacle
Previsió de la temperatura per als propers 25 Ka (Imbrie & Imbrie, 1994). D’acord amb la teoria
astronòmica dels cicles glacials i interglacials, la tendencia natural del clima seria el d’un
refredament. No obstant la emissió dels gasos d’efecte hivernacle produirà un super-
interglacial amb valors de temperatura que no s’han conegut abans en el darrer milió d’anys.
Altres models que tenen en compte l’efecte de les corrents marines en la conducció del
calor pronostiquen un super-interglacial de 70 Ka (Broecker, 1998).

38. Record en 150 anys
La superposició dels canvis globals (cicles orbitals
i suborbitals) i el canvi climàtic provocat per
l’activitat antròpica pot intensificar el caràcter
interglacial en el planeta, és a dir un augment de
la temperatura mitja global que serà especialment
pronunciada a les latituds més elevades.

40. Un planeta sense glaç?
L’augment de la temperatura mitja en latituds
polars produirà un desglaç de les masses de gel.
El desglaç del pols pot provocar efectes contraris
de difícil predicció, però que poden ser sobtats,
ja que els seus efectes afecten a les corrents
marines que transporten calor d’un costat a l’altre
del planeta i afecta a les masses atmosfèriques.

41. La crida del planeta

42. Gràcies
Hornsund 2009 (SW Spitzbergen)