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Edad de hielo

Representación artística de la Tierra en la era glacial durante el máximo glacial del Pleistoceno. Una era glacial es un período en el que la baja temperatura de la superficie t...

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Representación artística de la Tierra en la era glacial durante el máximo glacial del Pleistoceno.

Una era glacial es un período en el que la baja temperatura de la superficie terrestre y la atmósfera da lugar a la presencia o expansión de capas de hielo continentales y polares, así como de glaciares alpinos . El término se aplica con distintos significados a períodos de enfriamiento muy largos y relativamente cortos. Los períodos más fríos se denominan glaciales o eras glaciales, y los períodos más cálidos, interglaciales.

El clima de la Tierra alterna entre periodos glaciales y cálidos según la presencia o ausencia de glaciares en el planeta. Durante la mayor parte de su historia, la Tierra se ha encontrado en un periodo cálido con poco o ningún hielo permanente. A muy largo plazo, la Tierra se encuentra actualmente en un periodo glacial denominado Edad de Hielo del Cenozoico Tardío , que comenzó hace 34 millones de años. Dentro de esta edad de hielo, se han alternado periodos fríos y cálidos, y el término también se aplica a la glaciación del Cuaternario , que comenzó hace 2,58 millones de años. Dentro de este periodo, el Último Interglacial finalizó hace 115 000 años, y fue seguido por el Último Periodo Glacial (UPG), que dio paso al Holoceno cálido actual , que comenzó hace 11 700 años. El periodo frío más severo del UPG fue el Último Máximo Glacial , que alcanzó su punto máximo entre 26 000 y 20 000 años atrás. La glaciación más reciente fue el Dryas Reciente, que tuvo lugar hace entre 12.800 y 11.700 años.

Historia de la investigación

En 1742, Pierre Martel (1706–1767), ingeniero y geógrafo residente en Ginebra , visitó el valle de Chamonix en los Alpes de Saboya . [ 1 ] [ 2 ] Dos años después publicó un relato de su viaje. Informó que los habitantes de ese valle atribuían la dispersión de cantos rodados erráticos a los glaciares, diciendo que en el pasado se habían extendido mucho más. [ 3 ] [ 4 ] Posteriormente se informaron explicaciones similares de otras regiones de los Alpes. En 1815, el carpintero y cazador de rebecos Jean-Pierre Perraudin (1767–1858) explicó los cantos rodados erráticos en el Val de Bagnes en el cantón suizo de Valais como debido a glaciares que en el pasado se extendieron más. [ 5 ] Un leñador desconocido de Meiringen, en el Oberland bernés, defendió una idea similar en una discusión con el geólogo suizo-alemán Jean de Charpentier (1786-1855) en 1834. [ 6 ] También se conocen explicaciones comparables del Val de Ferret en el Valais y Seeland en el oeste de Suiza [ 7 ] y en la obra científica de Goethe . [ 8 ] Tales explicaciones también podrían encontrarse en otras partes del mundo. Cuando el naturalista bávaro Ernst von Bibra (1806-1878) visitó los Andes chilenos en 1849-1850, los nativos atribuyeron las morrenas fósiles a la acción pasada de los glaciares. [ 9 ]

Mientras tanto, los eruditos europeos habían comenzado a preguntarse qué había causado la dispersión de material errático. Desde mediados del siglo XVIII, algunos discutieron el hielo como medio de transporte. El experto minero sueco Daniel Tilas (1712-1772) fue, en 1742, el primero en sugerir que el hielo marino a la deriva era la causa de la presencia de cantos rodados erráticos en las regiones escandinava y báltica. [ 10 ] En 1795, el filósofo y naturalista escocés James Hutton (1726-1797) explicó la presencia de cantos rodados erráticos en los Alpes por la acción de los glaciares. [ 11 ] Dos décadas más tarde, en 1818, el botánico sueco Göran Wahlenberg (1780-1851) publicó su teoría de una glaciación de la península escandinava. Consideraba la glaciación como un fenómeno regional. [ 12 ]

El lago Haukalivatnet (a 50 metros — 164 pies — sobre el nivel del mar) fue donde Jens Esmark descubrió en 1823 similitudes con las morrenas cercanas a los glaciares existentes en las altas montañas.

Solo unos años más tarde, el geólogo danés-noruego Jens Esmark (1762-1839) defendió una secuencia de edades de hielo a nivel mundial. En un artículo publicado en 1824, Esmark propuso cambios climáticos como la causa de esas glaciaciones. Intentó demostrar que se originaron a partir de cambios en la órbita de la Tierra. [ 13 ] Esmark descubrió la similitud entre las morrenas cerca del lago Haukalivatnet , cerca del nivel del mar en Rogaland , y las morrenas en las ramificaciones de Jostedalsbreen . El descubrimiento de Esmark fue posteriormente atribuido o apropiado por Theodor Kjerulf y Louis Agassiz . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

Durante los años siguientes, las ideas de Esmark fueron discutidas y adoptadas en parte por científicos suecos, escoceses y alemanes. En la Universidad de Edimburgo, Robert Jameson (1774-1854) parecía estar relativamente abierto a las ideas de Esmark, como lo revisó el profesor noruego de glaciología Bjørn G. Andersen (1992). [ 17 ] Los comentarios de Jameson sobre los antiguos glaciares en Escocia probablemente fueron motivados por Esmark. [ 18 ] En Alemania, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797-1849), geólogo y profesor de silvicultura en una academia en Dreissigacker (posteriormente incorporada a la ciudad de Meiningen , en el sur de Turingia ), adoptó la teoría de Esmark. En un artículo publicado en 1832, Bernhardi especuló sobre la posibilidad de que los casquetes polares llegaran alguna vez hasta las zonas templadas del globo. [ 19 ]

En Val de Bagnes , un valle de los Alpes suizos , existía la creencia popular de que el valle había estado cubierto de hielo en el pasado. En 1815, un cazador de rebecos de la zona, Jean-Pierre Perraudin, intentó convencer al geólogo Jean de Charpentier , señalando profundas estrías en las rocas y enormes cantos rodados erráticos como prueba. Charpentier, por su parte, creía que estos indicios se debían a grandes inundaciones y rechazó la teoría de Perraudin por absurda. En 1818, el ingeniero Ignatz Venetz se unió a Perraudin y Charpentier para examinar un lago proglacial situado sobre el valle, formado por una represa de hielo como consecuencia de la erupción del monte Tambora en 1815 , que amenazaba con provocar una inundación catastrófica al romperse la represa. Perraudin intentó sin éxito convencer a sus compañeros de su teoría, pero cuando finalmente se rompió la presa, solo quedaron pequeñas rocas erráticas y ninguna estría, y Venetz concluyó que Perraudin tenía razón y que solo el hielo podía haber causado resultados tan importantes. En 1821 presentó ante la Sociedad Suiza un trabajo premiado sobre la teoría, pero no se publicó hasta que Charpentier, quien también se había convertido, lo publicó junto con su propio trabajo, de mayor difusión, en 1834. [ 20 ]

Mientras tanto, el botánico alemán Karl Friedrich Schimper (1803-1867) estudiaba los musgos que crecían en rocas erráticas en la meseta alpina de Baviera. Empezó a preguntarse de dónde provenían tales masas de piedra. Durante el verano de 1835 realizó algunas excursiones a los Alpes bávaros. Schimper llegó a la conclusión de que el hielo debió haber sido el medio de transporte de las rocas en la meseta alpina. En el invierno de 1835-1836 impartió algunas conferencias en Múnich. Schimper supuso entonces que debió haber habido épocas globales de obliteración ("Verödungszeiten") con un clima frío y agua congelada. [ 21 ] Schimper pasó los meses de verano de 1836 en Devens, cerca de Bex, en los Alpes suizos con su antiguo amigo de la universidad Louis Agassiz (1801-1873) y Jean de Charpentier. Schimper, Charpentier y posiblemente Venetz convencieron a Agassiz de que había habido un período de glaciación. Durante el invierno de 1836-37, Agassiz y Schimper desarrollaron la teoría de una secuencia de glaciaciones. Se basaron principalmente en los trabajos previos de Venetz y Charpentier, así como en su propio trabajo de campo. Agassiz parece haber estado familiarizado con el artículo de Bernhardi en ese momento. [ 22 ] A principios de 1837, Schimper acuñó el término "edad de hielo" ( "Eiszeit" ) para el período de los glaciares. [ 23 ] En julio de 1837, Agassiz presentó su síntesis ante la reunión anual de la Sociedad Suiza de Investigación Natural en Neuchâtel. El público fue muy crítico, y algunos se opusieron a la nueva teoría porque contradecía las opiniones establecidas sobre la historia climática. La mayoría de los científicos contemporáneos pensaban que la Tierra se había estado enfriando gradualmente desde su nacimiento como un globo fundido. [ 24 ]

Para convencer a los escépticos, Agassiz emprendió trabajo de campo geológico. Publicó su libro Estudio sobre los glaciares ("Études sur les glaciers") en 1840. [ 25 ] Charpentier se molestó por esto, ya que también estaba preparando un libro sobre la glaciación de los Alpes. Charpentier sentía que Agassiz debería haberle dado prioridad, puesto que fue él quien lo introdujo en la investigación glacial en profundidad. [ 26 ] Como resultado de disputas personales, Agassiz también omitió cualquier mención de Schimper en su libro. [ 27 ]

Transcurrieron varias décadas antes de que la teoría de la edad de hielo fuera plenamente aceptada por la comunidad científica. Esto ocurrió a nivel internacional en la segunda mitad de la década de 1870, tras la obra de James Croll , incluyendo la publicación de *Climate and Time, in Their Geological Relations * en 1875, que proporcionó una explicación creíble de las causas de las edades de hielo. [ 28 ]

Evidencia

Existen tres tipos principales de evidencia sobre las edades de hielo: geológica, química y paleontológica.

La evidencia geológica de las edades de hielo se presenta de diversas formas, incluyendo la erosión y el rayado de rocas, morrenas glaciares , drumlins , cortes de valles y la deposición de till o tillitas y bloques erráticos glaciares . Las glaciaciones sucesivas tienden a distorsionar y borrar la evidencia geológica de glaciaciones anteriores, lo que dificulta su interpretación. Además, era difícil datar con precisión esta evidencia; las primeras teorías asumían que los periodos glaciales eran cortos en comparación con los largos periodos interglaciales. La aparición de los núcleos de sedimentos y hielo reveló la verdadera situación: los periodos glaciales son largos y los interglaciales cortos. La teoría actual tardó algún tiempo en desarrollarse.

La evidencia química consiste principalmente en variaciones en las proporciones de isótopos en fósiles presentes en sedimentos y rocas sedimentarias y núcleos de sedimentos oceánicos . Para los períodos glaciales más recientes, los núcleos de hielo proporcionan indicadores climáticos , tanto del propio hielo como de muestras atmosféricas proporcionadas por burbujas de aire incluidas. Debido a que el agua que contiene isótopos más ligeros tiene un menor calor de evaporación , su proporción disminuye con condiciones más cálidas. [ 29 ] Esto permite construir un registro de temperatura. Sin embargo, esta evidencia puede verse sesgada por otros factores registrados por las proporciones de isótopos.

La evidencia paleontológica consiste en cambios en la distribución geográfica de los fósiles. Durante un período glacial, los organismos adaptados al frío se extienden hacia latitudes más bajas, y los organismos que prefieren condiciones más cálidas se extinguen o se retiran a latitudes más bajas. Esta evidencia también es difícil de interpretar porque requiere:

  1. secuencias de sedimentos que abarcan un largo período de tiempo, en un amplio rango de latitudes y que se correlacionan fácilmente;
  2. organismos antiguos que sobreviven durante varios millones de años sin cambios y cuyas preferencias de temperatura se diagnostican fácilmente; y
  3. el hallazgo de los fósiles pertinentes.

A pesar de las dificultades, el análisis de núcleos de hielo y sedimentos oceánicos [ 30 ] ha proporcionado un registro fidedigno de periodos glaciales e interglaciales durante los últimos millones de años. Estos también confirman la relación entre las edades de hielo y fenómenos de la corteza continental, como morrenas glaciares, drumlins y bloques erráticos glaciares. Por lo tanto, los fenómenos de la corteza continental se aceptan como buena evidencia de edades de hielo anteriores cuando se encuentran en capas formadas mucho antes del intervalo de tiempo para el cual se dispone de núcleos de hielo y sedimentos oceánicos.

Grandes edades de hielo

Cronología de las glaciaciones, mostrada en azul.

Ha habido al menos cinco grandes edades de hielo en la historia de la Tierra (la Huroniana , la Criogénica , la Andino-Sahariana , la del Paleozoico tardío y la última Edad de Hielo del Cuaternario ). Fuera de estas edades, se creía que la Tierra había estado libre de hielo incluso en latitudes altas; [ 31 ] [ 32 ] tales períodos se conocen como períodos de efecto invernadero . [ 33 ] Sin embargo, otros estudios lo refutan, encontrando evidencia de glaciaciones ocasionales en latitudes altas incluso durante períodos de efecto invernadero aparentes. [ 34 ] [ 35 ]

Mapa de la era glacial del norte de Alemania y sus países vecinos del norte. Rojo: límite máximo de la glaciación de Weichseliense ; amarillo: glaciación de Saale en su máximo (etapa de Drenthe); azul: glaciación máxima de Elster .

Las rocas de la primera edad de hielo bien establecida, llamada Huroniense , se han datado en alrededor de 2.4 a 2.1 mil millones de años atrás durante el Eón Proterozoico temprano . Varios cientos de kilómetros del Supergrupo Huroniense están expuestos de 10 a 100 kilómetros (6 a 62 millas) al norte de la costa norte del lago Hurón, extendiéndose desde cerca de Sault Ste. Marie hasta Sudbury, al noreste del lago Hurón, con enormes capas de lechos de till ahora litificados, clastos erráticos , varvas , depósitos de aluvión y rocas del basamento erosionadas. Se han encontrado depósitos huronianos correlativos cerca de Marquette, Michigan , y se ha establecido una correlación con depósitos glaciares paleoproterozoicos de Australia Occidental. La edad de hielo huroniense fue causada por la eliminación del metano atmosférico , un gas de efecto invernadero , durante el Gran Evento de Oxigenación . [ 36 ] 

La siguiente edad de hielo bien documentada, y probablemente la más severa de los últimos mil millones de años, ocurrió entre 720 y 630 millones de años atrás (el período Criogénico ) y pudo haber producido una Tierra Bola de Nieve en la que las capas de hielo glaciales alcanzaron el ecuador, [ 37 ] posiblemente terminando por la acumulación de gases de efecto invernadero como el CO 2 producido por volcanes. "La presencia de hielo en los continentes y hielo marino en los océanos inhibiría tanto la meteorización de silicatos como la fotosíntesis , que son los dos principales sumideros de CO 2 en la actualidad." [ 38 ] Se ha sugerido que el final de esta edad de hielo fue responsable de la posterior explosión Ediacárica y Cámbrica , aunque este modelo es reciente y controvertido.

La transición andino-sahariana tuvo lugar hace entre 460 y 420 millones de años, durante el Ordovícico Superior y el período Silúrico .

Registros de sedimentos que muestran las secuencias fluctuantes de glaciaciones e interglaciaciones durante los últimos millones de años.

La evolución de las plantas terrestres al comienzo del período Devónico provocó un aumento a largo plazo en los niveles de oxígeno planetario y una reducción de los niveles de CO₂ , lo que resultó en la glaciación del Paleozoico tardío . Su nombre anterior, la glaciación de Karoo, se debe a los depósitos glaciares encontrados en la región de Karoo en Sudáfrica. Hubo extensos casquetes polares a intervalos desde hace 360 ​​hasta 260 millones de años en Sudáfrica durante los períodos Carbonífero y Pérmico temprano . Se conocen correlatos en Argentina, también en el centro del antiguo supercontinente Gondwana .

Si bien la Era Mesozoica mantuvo un clima de efecto invernadero durante toda su duración y se asumía anteriormente que había estado completamente libre de glaciaciones, estudios más recientes sugieren que ocurrieron breves períodos de glaciación en ambos hemisferios durante el Cretácico Inferior . Los registros geológicos y paleoclimatológicos sugieren la existencia de períodos glaciales durante las etapas Valanginiense , Hauteriviense y Aptiense del Cretácico Inferior. Los clastos glaciales transportados por el hielo indican que, en el hemisferio norte , las capas de hielo pudieron haberse extendido hasta el sur de la Península Ibérica durante el Hauteriviense y el Aptiense. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] Aunque las capas de hielo desaparecieron en gran medida de la Tierra durante el resto del período (los posibles informes del Turoniense , que por lo demás es el período más cálido del Fanerozoico, son objeto de controversia), [ 34 ] [ 35 ] las capas de hielo y el hielo marino asociado parecen haber regresado brevemente a la Antártida cerca del final del Maastrichtiense , justo antes del evento de extinción del Cretácico-Paleógeno . [ 35 ] [ 42 ]

La glaciación del Cuaternario/Edad de Hielo del Cuaternario comenzó hace aproximadamente 2,58 millones de años, al inicio del período cuaternario , cuando se inició la expansión de los casquetes polares en el hemisferio norte. Desde entonces, el mundo ha experimentado ciclos de glaciación con avances y retrocesos de los casquetes polares en escalas de tiempo de 40 000 y 100 000 años, denominados períodos glaciales , avances glaciales y períodos interglaciales , o retrocesos glaciales. Actualmente, la Tierra se encuentra en un período interglacial, y el último período glacial finalizó hace aproximadamente 11 700 años. De los casquetes polares continentales solo quedan los de Groenlandia y la Antártida , así como glaciares más pequeños como el de la isla de Baffin .

La definición del Cuaternario como el período que comienza hace 2,58 millones de años se basa en la formación del casquete polar ártico . El casquete polar antártico comenzó a formarse antes, hace aproximadamente 34 millones de años, a mediados del Cenozoico ( límite Eoceno-Oligoceno ). El término Edad de Hielo del Cenozoico Tardío se utiliza para incluir esta fase temprana. [ 43 ]

Las edades de hielo pueden subdividirse según la ubicación y el tiempo; por ejemplo, los nombres Riss (180 000–130 000 años antes del presente ) y Würm (70 000–10 000 años antes del presente) se refieren específicamente a la glaciación en la región alpina . La extensión máxima del hielo no se mantiene durante todo el intervalo. La acción erosiva de cada glaciación tiende a eliminar casi por completo la mayor parte de los vestigios de las capas de hielo anteriores, excepto en las regiones donde la capa posterior no alcanza una cobertura total.

Glaciares e interglaciares

Patrón de cambios de temperatura y volumen de hielo asociados con los períodos glaciales e interglaciales recientes.
Glaciación mínima y máxima
Glaciación mínima (interglacial, negro) y máxima (glacial, gris) del hemisferio norte.
Glaciación mínima (interglacial, negro) y máxima (glacial, gris) del hemisferio sur

Dentro de la glaciación actual, se han producido períodos más templados y más severos. Los períodos más fríos se denominan períodos glaciales , y los períodos más cálidos, interglaciales , como la etapa Eemiense . [ 44 ] Existe evidencia de que ciclos glaciales similares ocurrieron en glaciaciones anteriores, incluyendo la andino-sahariana [ 45 ] y la casa de hielo del Paleozoico tardío. Es probable que los ciclos glaciales de la casa de hielo del Paleozoico tardío sean responsables de la deposición de ciclotemas . [ 46 ]

Los periodos glaciales se caracterizan por climas más fríos y secos en la mayor parte de la Tierra y por grandes masas de hielo terrestre y marino que se extienden desde los polos. Los glaciares de montaña en áreas que normalmente no están glaciadas se extienden a altitudes más bajas debido a una línea de nieve más baja . El nivel del mar desciende debido a la eliminación de grandes volúmenes de agua por encima del nivel del mar en los casquetes polares. Hay evidencia de que los patrones de circulación oceánica se ven alterados por las glaciaciones. Los periodos glaciales e interglaciales coinciden con cambios en la influencia orbital sobre el clima debido a los ciclos de Milankovitch , que son cambios periódicos en la órbita terrestre y la inclinación del eje de rotación de la Tierra.

La Tierra ha estado en un período interglacial conocido como Holoceno durante aproximadamente 11.700 años, [ 47 ] y un artículo en Nature en 2004 argumenta que podría ser más análogo a un interglacial anterior que duró 28.000 años. [ 48 ] Los cambios predichos en el forzamiento orbital sugieren que el próximo período glacial comenzaría al menos dentro de 50.000 años. Además, se estima que el forzamiento antropogénico debido al aumento de los gases de efecto invernadero podría superar el forzamiento orbital de los ciclos de Milankovitch durante cientos de miles de años. [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]

Procesos de retroalimentación

Cada período glacial está sujeto a mecanismos de retroalimentación positiva , que lo hacen más severo, y a mecanismos de retroalimentación negativa , que atenúan la respuesta climática general a diferentes tipos de forzamiento. En el caso de las edades de hielo del Cuaternario, el alto albedo de la Tierra debido a las capas de hielo y al polvo atmosférico, así como las bajas concentraciones de CO₂ atmosférico , contribuyeron a los climas glaciales fríos. [ 52 ]

Diagrama de las retroalimentaciones clave del ciclo clima-carbono que vinculan los climas y temperaturas del Cuaternario, la Teoría Generalizada de Milankovitch (TGM), con el CO₂ atmosférico y las capas de hielo. [ 53 ] Las retroalimentaciones positivas amplifican y las negativas atenúan el cambio ambiental, y las respuestas de acción lenta se muestran como flechas discontinuas.

Positivo

Un importante mecanismo de retroalimentación lo proporciona el albedo terrestre , que indica la cantidad de energía solar que la Tierra refleja en lugar de absorber. El hielo y la nieve aumentan el albedo terrestre, mientras que los bosques lo reducen. Cuando la temperatura del aire disminuye, crecen los campos de hielo y nieve, reduciendo así la cubierta forestal. Este proceso continúa hasta que la competencia con un mecanismo de retroalimentación negativa fuerza al sistema a alcanzar un equilibrio.

Una teoría plantea que, durante la formación de los glaciares, ocurren dos cosas: el hielo pulveriza las rocas y la tierra se vuelve seca y árida. Esto permite que los vientos transporten polvo rico en hierro al océano abierto, donde actúa como fertilizante, provocando floraciones masivas de algas que extraen grandes cantidades de CO₂ de la atmósfera. Esto , a su vez, reduce aún más las temperaturas y favorece el crecimiento de los glaciares. [ 54 ]

En 1956, Ewing y Donn [ 55 ] plantearon la hipótesis de que un océano Ártico libre de hielo conduce a un aumento de las nevadas en latitudes altas. Cuando el océano Ártico está cubierto de hielo de baja temperatura, la evaporación o sublimación es mínima y las regiones polares son bastante secas en términos de precipitación, comparable a la cantidad que se encuentra en los desiertos de latitudes medias . Esta baja precipitación permite que las nevadas de latitudes altas se derritan durante el verano. Un océano Ártico libre de hielo absorbe la radiación solar durante los largos días de verano y evapora más agua hacia la atmósfera ártica. Con una mayor precipitación, parte de esta nieve puede no derretirse durante el verano y, por lo tanto, el hielo glaciar puede formarse a altitudes más bajas y latitudes más meridionales, reduciendo las temperaturas sobre tierra firme debido al aumento del albedo, como se mencionó anteriormente. Además, según esta hipótesis, la ausencia de hielo marino permite un mayor intercambio de aguas entre el Ártico y el Atlántico Norte, calentando el Ártico y enfriando el Atlántico Norte. (Las consecuencias proyectadas actuales del calentamiento global incluyen un breve período sin hielo en el Océano Ártico para 2050 ). El agua dulce adicional que fluye hacia el Atlántico Norte durante un ciclo de calentamiento también puede reducir la circulación global del agua oceánica . Dicha reducción (al reducir los efectos de la Corriente del Golfo ) tendría un efecto de enfriamiento en el norte de Europa, lo que a su vez conduciría a una mayor retención de nieve en latitudes bajas durante el verano. [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] También se ha sugerido que durante una glaciación extensa, los glaciares pueden moverse a través del Golfo de San Lorenzo , extendiéndose hacia el Océano Atlántico Norte lo suficiente como para bloquear la Corriente del Golfo.

Negativo

Las capas de hielo que se forman durante las glaciaciones erosionan la tierra que se encuentra debajo. Esto puede reducir la superficie terrestre por encima del nivel del mar y, por lo tanto, disminuir el espacio disponible para la formación de capas de hielo. Esto atenúa la retroalimentación del albedo, al igual que el aumento del nivel del mar que acompaña a la reducción de la superficie de las capas de hielo, ya que el océano abierto tiene un albedo menor que la tierra. [ 59 ]

Otro mecanismo de retroalimentación negativa es el aumento de la aridez que se produce con los máximos glaciares, lo que reduce la precipitación disponible para mantener la glaciación. El retroceso glaciar inducido por este u otro proceso puede verse amplificado por retroalimentaciones positivas inversas similares a las de los avances glaciares. [ 60 ]

Según una investigación publicada en Nature Geoscience , las emisiones humanas de dióxido de carbono (CO₂ ) retrasarán el próximo período glacial. Los investigadores utilizaron datos sobre la órbita terrestre para encontrar el período interglacial cálido histórico más similar al actual y, a partir de esto, predijeron que el próximo período glacial generalmente comenzaría dentro de 1500 años. Además, predicen que las emisiones han sido tan elevadas que esto no sucederá. [ 61 ]

Causas

Las causas de las edades de hielo no se comprenden completamente, ni para los períodos de glaciación a gran escala ni para los ciclos interglaciales más pequeños dentro de una edad de hielo. Existe consenso en que varios factores son importantes: la composición atmosférica , como las concentraciones de dióxido de carbono y metano (los niveles específicos de estos gases ahora se pueden observar con las nuevas muestras de núcleos de hielo del Proyecto Europeo para la Perforación de Núcleos de Hielo en la Antártida (EPICA) Dome C en la Antártida durante los últimos 800 000 años); los cambios en la órbita de la Tierra alrededor del Sol , conocidos como ciclos de Milankovitch ; el movimiento de las placas tectónicas que produce cambios en la ubicación relativa y la cantidad de corteza continental y oceánica en la superficie terrestre, lo que afecta a los vientos y las corrientes oceánicas ; las variaciones en la radiación solar ; la dinámica orbital del sistema Tierra-Luna; el impacto de meteoritos relativamente grandes y el vulcanismo, incluidas las erupciones de supervolcanes . [ 62 ]

Algunos de estos factores se influyen mutuamente. Por ejemplo, los cambios en la composición atmosférica de la Tierra (especialmente las concentraciones de gases de efecto invernadero) pueden alterar el clima, mientras que el cambio climático en sí mismo puede cambiar la composición atmosférica (por ejemplo, al cambiar la tasa a la que la meteorización elimina el CO₂ ).

Maureen Raymo , William Ruddiman y otros proponen que las mesetas del Tíbet y Colorado son inmensos "depuradores" de CO₂ con capacidad para eliminar suficiente CO₂ de la atmósfera global como para ser un factor causal significativo de la tendencia de enfriamiento cenozoico de 40 millones de años . Afirman además que aproximadamente la mitad de su elevación (y capacidad de " depuración " de CO₂ ) ocurrió en los últimos 10 millones de años. [ 63 ] [ 64 ]

Cambios en la atmósfera terrestre

Existen indicios de que los niveles de gases de efecto invernadero disminuyeron al inicio de las edades de hielo y aumentaron durante el retroceso de los casquetes polares, pero resulta difícil establecer una relación de causa y efecto (véanse las notas anteriores sobre el papel de la meteorización). Los niveles de gases de efecto invernadero también podrían haberse visto afectados por otros factores propuestos como causas de las edades de hielo, como el movimiento de los continentes y el vulcanismo.

La hipótesis de la Tierra Bola de Nieve sostiene que la intensa glaciación del Proterozoico tardío terminó debido a un aumento en los niveles de CO₂ en la atmósfera, principalmente por la actividad volcánica. Algunos defensores de esta hipótesis argumentan que, en primer lugar, fue causada por una reducción del CO₂ atmosférico . La hipótesis también advierte sobre la posibilidad de futuros eventos similares a la Tierra Bola de Nieve .

En 2009, se aportaron más pruebas de que los cambios en la insolación solar constituyen el desencadenante inicial del calentamiento de la Tierra tras una Edad de Hielo, y que factores secundarios como el aumento de los gases de efecto invernadero explican la magnitud del cambio. [ 65 ]

Posición de los continentes

El registro geológico parece indicar que las edades de hielo comienzan cuando los continentes se encuentran en posiciones que bloquean o reducen el flujo de agua cálida desde el ecuador hacia los polos, permitiendo así la formación de capas de hielo. Estas capas aumentan la reflectividad de la Tierra y, por lo tanto, reducen la absorción de la radiación solar. Al absorberse menos radiación, la atmósfera se enfría; este enfriamiento permite que las capas de hielo crezcan, lo que incrementa aún más la reflectividad en un ciclo de retroalimentación positiva . La edad de hielo continúa hasta que la reducción de la meteorización provoca un aumento del efecto invernadero .

Hay tres factores principales derivados de la disposición de los continentes que obstaculizan el movimiento de agua cálida hacia los polos: [ 66 ]

  • Un continente se asienta sobre un polo, como ocurre hoy en día con la Antártida .
  • Un mar polar está prácticamente rodeado de tierra firme, como lo está hoy el Océano Ártico.
  • Un supercontinente cubre la mayor parte del ecuador, como lo hizo Rodinia durante el período Criogénico .

Dado que la Tierra actual tiene un continente sobre el Polo Sur y un océano prácticamente sin salida al mar sobre el Polo Norte, los geólogos creen que la Tierra seguirá experimentando períodos glaciales en un futuro geológicamente cercano.

Algunos científicos creen que el Himalaya es un factor importante en la actual era glacial, porque estas montañas han aumentado la precipitación total de la Tierra y, por lo tanto, la tasa a la que el dióxido de carbono se elimina de la atmósfera, disminuyendo el efecto invernadero. [ 64 ] La formación del Himalaya comenzó hace unos 70 millones de años cuando la placa indoaustraliana colisionó con la placa euroasiática , y el Himalaya todavía se eleva a unos 5  mm por año porque la placa indoaustraliana todavía se mueve a 67  mm/año. La historia del Himalaya coincide en gran medida con la disminución a largo plazo de la temperatura promedio de la Tierra desde mediados del Eoceno , hace 40 millones de años.

Fluctuaciones en las corrientes oceánicas

Otra contribución importante a los regímenes climáticos antiguos es la variación de las corrientes oceánicas , que se ven modificadas por la posición de los continentes, el nivel del mar y la salinidad, así como por otros factores. Tienen la capacidad de enfriar (por ejemplo, contribuyendo a la formación del hielo antártico) y de calentar (por ejemplo, dando a las Islas Británicas un clima templado en contraposición a un clima boreal). El cierre del istmo de Panamá hace unos 3 millones de años pudo haber dado paso al actual período de intensa glaciación en Norteamérica al interrumpir el intercambio de agua entre los océanos Atlántico y Pacífico tropicales. [ 67 ]

Los análisis sugieren que las fluctuaciones de las corrientes oceánicas pueden explicar adecuadamente las recientes oscilaciones glaciares. Durante el último período glaciar, el nivel del mar fluctuó entre 20 y 30 metros (66 y 98 pies) debido al secuestro de agua, principalmente en los casquetes polares del hemisferio norte . Cuando se acumuló hielo y el nivel del mar descendió lo suficiente, el flujo a través del estrecho de Bering (el estrecho entre Siberia y Alaska tiene hoy unos 50 metros de profundidad) se redujo, lo que provocó un aumento del flujo desde el Atlántico Norte. Esto realineó la circulación termohalina en el Atlántico, incrementando el transporte de calor hacia el Ártico, lo que derritió la acumulación de hielo polar y redujo otros casquetes polares continentales. La liberación de agua elevó nuevamente los niveles del mar, restaurando la entrada de agua más fría del Pacífico con un desplazamiento concomitante hacia la acumulación de hielo en el hemisferio norte. [ 68 ] 

Según un estudio publicado en Nature en 2021, todos los periodos glaciales de las edades de hielo de los últimos 1,5 millones de años estuvieron asociados con desplazamientos hacia el norte de los icebergs antárticos en fusión, lo que modificó los patrones de circulación oceánica y provocó una mayor extracción de CO₂ de la atmósfera . Los autores sugieren que este proceso podría verse interrumpido en el futuro, ya que el océano Austral se calentará demasiado como para que los icebergs puedan desplazarse lo suficiente como para desencadenar estos cambios. [ 69 ] [ 70 ]

Elevación de la meseta tibetana

La teoría geológica de Matthias Kuhle sobre el desarrollo de la Edad de Hielo se basó en la existencia de una capa de hielo que cubría la meseta tibetana durante las Edades de Hielo (¿ Último Máximo Glacial ?). Según Kuhle, el levantamiento tectónico de placas del Tíbet más allá de la línea de nieve provocó que una superficie de aproximadamente 2.400.000 kilómetros cuadrados (930.000 millas cuadradas) pasara de ser tierra desnuda a hielo con un albedo un 70% mayor . La reflexión de energía hacia el espacio produjo un enfriamiento global, desencadenando la Edad de Hielo del Pleistoceno . Debido a que esta zona montañosa se encuentra en una latitud subtropical, con una insolación de cuatro a cinco veces mayor que la de las zonas de latitudes altas, lo que sería la superficie más caliente de la Tierra se ha convertido en una superficie fría.

Kuhle explica los periodos interglaciales mediante el ciclo de 100 000 años de cambios en la radiación debido a variaciones en la órbita terrestre. Este calentamiento relativamente insignificante, combinado con el descenso de las zonas de hielo continentales nórdicas y del Tíbet debido al peso de la carga de hielo superpuesta, ha provocado el deshielo completo y repetido de dichas zonas. [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]

Variaciones en la órbita de la Tierra

Pasado y futuro de la insolación media diaria en la parte superior de la atmósfera el día del solsticio de verano, a 65° de latitud norte.

Los ciclos de Milankovitch son un conjunto de variaciones cíclicas en las características de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Cada ciclo tiene una duración diferente, por lo que en ocasiones sus efectos se refuerzan mutuamente y en otras se anulan (parcialmente).

Hay pruebas contundentes de que los ciclos de Milankovitch influyen en la aparición de periodos glaciales e interglaciales dentro de una era glacial. La era glacial actual es la más estudiada y mejor comprendida, especialmente los últimos 400 000 años, ya que este es el periodo cubierto por los núcleos de hielo que registran la composición atmosférica y los indicadores de temperatura y volumen de hielo. Dentro de este periodo, la coincidencia de las frecuencias glaciales/interglaciales con los periodos de forzamiento orbital de Milanković es tan estrecha que el forzamiento orbital se acepta generalmente. Los efectos combinados de la distancia cambiante al Sol, la precesión del eje terrestre y la inclinación cambiante del eje terrestre redistribuyen la luz solar que recibe la Tierra. De particular importancia son los cambios en la inclinación del eje terrestre, que afectan la intensidad de las estaciones. Por ejemplo, la cantidad de influjo solar en julio a 65 grados de latitud norte varía hasta en un 22 % (de 450 W/m² a 550 W/m² ) . Se cree ampliamente que las capas de hielo avanzan cuando los veranos son demasiado fríos para derretir toda la nieve acumulada del invierno anterior. Algunos creen que la fuerza de la órbita terrestre es demasiado débil para desencadenar glaciaciones, pero mecanismos de retroalimentación como el CO₂ podrían explicar esta discrepancia.

Si bien la forzante de Milankovitch predice que los cambios cíclicos en los elementos orbitales de la Tierra pueden expresarse en el registro de glaciación, se necesitan explicaciones adicionales para determinar qué ciclos son los más importantes en la cronología de los períodos glaciales-interglaciales. En particular, durante los últimos 800 000 años, el período dominante de oscilación glacial-interglacial ha sido de 100 000 años, lo que corresponde a cambios en la excentricidad orbital y la inclinación orbital de la Tierra . Sin embargo, esta es, con mucho, la más débil de las tres frecuencias predichas por Milankovitch. Durante el período comprendido entre 3,0 y 0,8 millones de años atrás, el patrón dominante de glaciación correspondió al período de 41 000 años de cambios en la oblicuidad de la Tierra (inclinación del eje). Las razones del predominio de una frecuencia sobre otra no se comprenden del todo y constituyen un área activa de investigación actual, pero la respuesta probablemente se relaciona con algún tipo de resonancia en el sistema climático de la Tierra. Trabajos recientes sugieren que el ciclo de 100.000 años predomina debido al aumento del hielo marino en el polo sur, lo que incrementa la reflectividad solar total. [ 75 ] [ 76 ]

La explicación tradicional de Milankovitch tiene dificultades para explicar el predominio del ciclo de 100 000 años en los últimos 8 ciclos. Richard A. Muller , Gordon JF MacDonald , [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] y otros han señalado que esos cálculos se basan en una órbita bidimensional de la Tierra, pero la órbita tridimensional también presenta un ciclo de inclinación orbital de 100 000 años. Propusieron que estas variaciones en la inclinación orbital dan lugar a variaciones en la insolación, a medida que la Tierra entra y sale de las conocidas bandas de polvo del Sistema Solar . Aunque este mecanismo difiere de la visión tradicional, los periodos "predichos" en los últimos 400 000 años son prácticamente iguales. La teoría de Muller y MacDonald, a su vez, ha sido cuestionada por José Antonio Rial. [ 80 ]

William Ruddiman ha sugerido un modelo que explica el ciclo de 100 000 años por el efecto modulador de la excentricidad (ciclo débil de 100 000 años) sobre la precesión (ciclo de 26 000 años) combinado con retroalimentaciones de gases de efecto invernadero en los ciclos de 41 000 y 26 000 años. Otra teoría ha sido propuesta por Peter Huybers, quien argumentó que el ciclo de 41 000 años siempre ha sido dominante, pero que la Tierra ha entrado en un modo de comportamiento climático donde solo el segundo o tercer ciclo desencadena una era glacial. Esto implicaría que la periodicidad de 100 000 años es realmente una ilusión creada al promediar ciclos que duran 80 000 y 120 000 años. [ 81 ] Esta teoría es consistente con un modelo empírico simple de múltiples estados propuesto por Didier Paillard . [ 82 ] Paillard sugiere que los ciclos glaciales del Pleistoceno tardío pueden verse como saltos entre tres estados climáticos cuasiestables. Los saltos son inducidos por el forzamiento orbital , mientras que en el Pleistoceno temprano los ciclos glaciales de 41 000 años resultaron de saltos entre solo dos estados climáticos. Peter Ditlevsen propuso un modelo dinámico que explica este comportamiento. [ 83 ] Esto apoya la sugerencia de que los ciclos glaciales del Pleistoceno tardío no se deben al débil ciclo de excentricidad de 100 000 años, sino a una respuesta no lineal principalmente al ciclo de oblicuidad de 41 000 años.

Variaciones en la producción de energía del Sol

Hay al menos dos tipos de variación en la producción de energía del Sol: [ 84 ]

El aumento a largo plazo de la actividad solar no puede ser la causa de las edades de hielo.

Vulcanismo

Las erupciones volcánicas pueden haber contribuido al inicio y/o al final de los períodos de edad de hielo. En ocasiones durante el paleoclima, los niveles de dióxido de carbono fueron dos o tres veces mayores que los actuales. Los volcanes y los movimientos de las placas continentales contribuyeron a altas cantidades de CO₂ en la atmósfera. El dióxido de carbono de los volcanes probablemente contribuyó a los períodos con las temperaturas generales más altas. [ 85 ] Una explicación sugerida del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno es que los volcanes submarinos liberaron metano de los clatratos y, por lo tanto, causaron un gran y rápido aumento del efecto invernadero . [ 86 ] No parece haber evidencia geológica de tales erupciones en el momento adecuado, pero esto no prueba que no ocurrieron.

Fases glaciales e interglaciales recientes

Glaciación del hemisferio norte durante las últimas edades de hielo. La formación de capas de hielo de 3 a 4 kilómetros de espesor provocó un descenso del nivel del mar de unos 120  metros.

El período geológico actual, el Cuaternario , que comenzó hace unos 2,6 millones de años y se extiende hasta el presente, [ 87 ] está marcado por episodios cálidos y fríos, fases frías llamadas glaciaciones ( edad de hielo del Cuaternario ) que duran unos 100 000 años, y fases cálidas llamadas interglaciaciones que duran entre 10 000 y 15 000 años. El último episodio frío del Último Período Glacial terminó hace unos 10 000 años. [ 88 ] La Tierra se encuentra actualmente en un período interglacial del Cuaternario, llamado Holoceno .

Etapas glaciares en América del Norte

Las principales etapas glaciales de la actual era glacial en Norteamérica son la glaciación Illinoiense , la Eemiense y la Wisconsiniense . El uso de las etapas Nebraskana, Afton, Kansan y Yarmouthiense para subdividir la era glacial en Norteamérica ha sido abandonado por geólogos y geomorfólogos del Cuaternario. Todas estas etapas se fusionaron en la Pre-Illinoiense en la década de 1980. [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]

Durante la glaciación más reciente de Norteamérica, durante la última parte del Último Máximo Glacial (hace entre 26 000 y 13 300 años), las capas de hielo se extendían hasta aproximadamente el paralelo 45° norte . Estas capas tenían un espesor de entre 3 y 4 kilómetros (1,9 a 2,5 millas) . [ 90 ] 

Etapas del desarrollo de lagos proglaciales en la región de los actuales Grandes Lagos de Norteamérica.

La glaciación de Wisconsin dejó una huella profunda en el paisaje norteamericano. Los Grandes Lagos y los Finger Lakes fueron esculpidos por el hielo que profundizó antiguos valles. La mayoría de los lagos de Minnesota y Wisconsin fueron excavados por glaciares y posteriormente llenados con agua de deshielo. El antiguo sistema de drenaje del río Teays se alteró radicalmente y se transformó en gran medida en el sistema de drenaje del río Ohio . Otros ríos fueron represados ​​y desviados a nuevos cauces, como las cataratas del Niágara , que formaron una espectacular cascada y desfiladero cuando el agua chocó contra un escarpe de piedra caliza. Otra cascada similar, en el actual Parque Estatal Clark Reservation, cerca de Syracuse, Nueva York , ahora está seca.

La zona comprendida entre Long Island y Nantucket, Massachusetts, se formó a partir de till glacial , y la gran cantidad de lagos en el Escudo Canadiense, en el norte de Canadá, se debe casi por completo a la acción del hielo. A medida que el hielo retrocedía y el polvo de roca se secaba, los vientos transportaban el material a cientos de kilómetros, formando capas de loess de decenas de metros de espesor en el valle del Misuri . El rebote postglacial continúa remodelando los Grandes Lagos y otras áreas que antes estaban bajo el peso de las capas de hielo.

La región de Driftless Area , una porción del oeste y suroeste de Wisconsin junto con partes de los estados adyacentes de Minnesota , Iowa e Illinois , no estuvo cubierta por glaciares.

Efectos de la glaciación

Escandinavia presenta algunos de los efectos típicos de la glaciación de la era glacial, como fiordos y lagos.

Aunque el último período glacial terminó hace más de 8000 años, sus efectos aún se pueden sentir hoy. Por ejemplo, el movimiento del hielo esculpió el paisaje en Canadá (véase Archipiélago Ártico Canadiense ), Groenlandia, el norte de Eurasia y la Antártida. Los cantos rodados erráticos , till , drumlins , eskers , fiordos , lagos de origen glaciar , morrenas , circos glaciares , picos , etc., son características típicas que dejaron los glaciares. El peso de las capas de hielo fue tan grande que deformaron la corteza y el manto terrestres. Después de que las capas de hielo se derritieron, la tierra cubierta de hielo rebotó . Debido a la alta viscosidad del manto terrestre , el flujo de rocas del manto que controla el proceso de rebote es muy lento, a una tasa de aproximadamente 1  cm/año cerca del centro del área de rebote en la actualidad.

Durante la glaciación, el agua de los océanos se desvió para formar hielo en latitudes altas, lo que provocó un descenso del nivel del mar de aproximadamente 110 metros, dejando al descubierto las plataformas continentales y formando puentes terrestres entre las masas de tierra para la migración de los animales. Durante la desglaciación , el agua del hielo derretido regresó a los océanos, provocando un aumento del nivel del mar. Este proceso puede causar cambios repentinos en las costas y los sistemas de hidratación, dando lugar a la aparición de tierras sumergidas y emergentes, el colapso de represas de hielo que produce la salinización de lagos, la formación de nuevas represas de hielo que crean vastas áreas de agua dulce y una alteración general de los patrones climáticos regionales a gran escala, aunque temporal. Incluso puede provocar una reglaciación temporal . Este tipo de patrón caótico de cambios rápidos en la tierra, el hielo, el agua salada y el agua dulce se ha propuesto como el modelo probable para las regiones báltica y escandinava , así como para gran parte del centro de Norteamérica al final del último máximo glacial, con las costas actuales alcanzadas solo en los últimos milenios de la prehistoria. Además, el efecto de la elevación en Escandinavia sumergió una vasta llanura continental que había existido bajo gran parte de lo que ahora es el Mar del Norte, conectando las Islas Británicas con Europa continental. [ 92 ]

La redistribución del hielo y el agua en la superficie terrestre, junto con el flujo de las rocas del manto, provocan cambios en el campo gravitatorio , así como en la distribución del momento de inercia de la Tierra. Estos cambios en el momento de inercia resultan en una modificación de la velocidad angular , el eje y la oscilación de la rotación terrestre.

El peso de la masa superficial redistribuida cargó la litosfera , provocando su flexión y también induciendo tensión dentro de la Tierra. La presencia de los glaciares generalmente suprimió el movimiento de las fallas subyacentes. [ 93 ] [ 94 ] [ 95 ] Durante la desglaciación , las fallas experimentan un deslizamiento acelerado que desencadena terremotos . Los terremotos desencadenados cerca del margen de hielo pueden a su vez acelerar el desprendimiento de hielo y pueden explicar los eventos de Heinrich . [ 96 ] A medida que se elimina más hielo cerca del margen de hielo, se inducen más terremotos intraplaca y esta retroalimentación positiva puede explicar el rápido colapso de las capas de hielo.

En Europa, la erosión glacial y el hundimiento isostático debido al peso del hielo formaron el Mar Báltico , que antes de la Edad de Hielo era toda tierra drenada por el río Eridanos .

Futuras edades de hielo

Basándose en estimaciones anteriores de duraciones interglaciales de unos 10 000 años, en la década de 1970 existía cierta preocupación de que el próximo período glacial fuera inminente. [ 97 ] Ahora se considera que el impacto humano podría extender lo que ya sería un período cálido inusualmente largo. [ 98 ] [ 99 ] Las edades de hielo pasan por ciclos de unos 100 000 años, pero es muy posible que la próxima se evite debido a las emisiones humanas de dióxido de carbono. [ 50 ] Según Stephen Barker de la Universidad de Cardiff , sin la intervención humana, la próxima glaciación de la Tierra "ocurriría dentro de los próximos 11 000 años y terminaría en 66 000 años". [ 100 ]

Un informe de 2015 del Past Global Changes Project indica que las simulaciones muestran que es improbable que se produzca una nueva glaciación en los próximos 50 000 años, antes de que ocurra la próxima caída significativa de la insolación estival en el hemisferio norte, "si la concentración atmosférica de CO₂ se mantiene por encima de 300 ppm o las emisiones acumuladas de carbono superan los 1000 Pg C" (es decir, 1000 gigatoneladas de carbono). "Solo con un contenido atmosférico de CO₂ inferior al nivel preindustrial podría producirse una glaciación en los próximos 10 000 años. ... Dadas las continuas emisiones antropogénicas de CO₂ , es muy improbable que se inicie una glaciación en los próximos 50 000 años, porque la escala temporal para la reducción del CO₂ y la temperatura hacia valores no perturbados en ausencia de eliminación activa es muy larga [IPCC, 2013], y solo se produce una débil forzante precesional en los próximos dos ciclos de precesión". (Un ciclo de precesión es de aproximadamente 21.000 años, el tiempo que tarda el perihelio en recorrer todo el año tropical ). [ 101 ]

Véase también

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