El clima a través del límite Cretácico-Paleógeno (K-Pg o anteriormente el límite K-T) es muy importante para el tiempo geológico, ya que marca un evento de extinción global catastrófico . Se han propuesto numerosas teorías sobre por qué ocurrió este evento de extinción, incluido un asteroide conocido como asteroide Chicxulub, vulcanismo o cambios en el nivel del mar. Si bien la extinción masiva está bien documentada, existe mucho debate sobre los cambios climáticos y ambientales inmediatos y a largo plazo causados por el evento. [1] Los climas terrestres en este momento son poco conocidos, lo que limita la comprensión de los cambios en la biodiversidad impulsados por el medio ambiente que ocurrieron antes del impacto del cráter Chicxulub . [2] Los isótopos de oxígeno a través del límite K-T sugieren que las temperaturas oceánicas fluctuaron en el Cretácico Superior y a través del límite mismo. Las mediciones de isótopos de carbono de los foraminíferos bentónicos en el límite K-T sugieren fluctuaciones rápidas y repetidas en la productividad oceánica en los 3 millones de años anteriores a la extinción final, y que la productividad y la circulación oceánica terminaron abruptamente durante al menos decenas de miles de años justo después del límite. , lo que indica devastación de los ecosistemas terrestres y marinos. Algunos investigadores sugieren que el cambio climático es la principal conexión entre el impacto y la extinción. El impacto perturbó el sistema climático con efectos a largo plazo que fueron mucho peores que las consecuencias directas e inmediatas del impacto. [3]
El límite K-Pg (anteriormente K-T) es una delgada banda de sedimento que data de hace 66 millones de años y se encuentra como una capa consistente en todo el planeta en más de 100 lugares diferentes conocidos. K y T son las abreviaturas de los períodos Cretácico y Terciario , respectivamente, pero el nombre Terciario ha sido reemplazado por " Paleógeno " como unidad de tiempo o roca formal por la Comisión Internacional de Estratigrafía , y Pg es ahora la abreviatura. Este límite marca el inicio de la Era Cenozoica . Los fósiles de dinosaurios no aviares se encuentran sólo debajo del límite K-Pg, lo que indica que se extinguieron en este evento. Además, los mosasaurios , plesiosaurios , pterosaurios y muchas especies de plantas e invertebrados no se encuentran por encima de este límite, lo que indica extinción. Se descubrió que el límite estaba enriquecido en iridio muchas veces más de lo normal (30 veces el fondo en Italia y 160 veces en Stevns , Dinamarca ), lo que probablemente indica un evento extraterrestre o actividad volcánica asociada con este intervalo. Las tasas de extinción y radiación variaron entre los diferentes clados de organismos. [4]
El período Cretácico (145-66 Ma), en general, tuvo un clima relativamente cálido que resultó en altos niveles eustáticos del mar y creó numerosos mares interiores poco profundos. A finales del Cretácico, el clima era mucho más cálido que el actual; sin embargo, durante la mayor parte del período se observa una tendencia al enfriamiento. Los trópicos eran mucho más cálidos a principios del Cretácico y se volvieron mucho más fríos hacia el final del Cretácico. [5]
Hace 70 millones de años, a finales del Cretácico, la Tierra atravesaba una fase de invernadero . Había abundante CO 2 en la atmósfera , lo que provocó el calentamiento global . Se propuso una teoría de que la circulación oceánica cambió de dirección cuando dos masas de agua en el Océano Atlántico cambiaron de dirección. Una de las masas de agua se hundió hasta el fondo del océano, tomó dirección sur y acabó en el Atlántico tropical. La otra masa de agua reemplazó a la primera masa de agua en la superficie del océano alrededor de Groenlandia , que calentó el Océano Atlántico mientras el resto del océano se enfriaba. [6]
Los análisis estratigráficos, faunísticos y de isótopos del Cretácico Superior ( Maastrichtiano ) indican algunos eventos importantes. En el Atlántico Sur, la fauna de foraminíferos planctónicos y los isótopos estables de carbonato y oxígeno del carbonato del paleosuelo revelan dos eventos principales: la diversificación del Cretácico tardío y la extinción masiva al final del Cretácico, ambos eventos acompañados de cambios importantes en el clima y la productividad. Alrededor de 70,5 Ma, la riqueza de especies aumentó en un 43%, lo que coincidió con un enfriamiento importante en las aguas superficiales y del fondo, lo que aumentó la productividad de la superficie. [7] Entre 70 y 69 Ma y 66–65 Ma, las proporciones isotópicas indican presiones atmosféricas elevadas de CO 2 con niveles de 1000–1400 ppmV y temperaturas medias anuales en el oeste de Texas entre 21 y 23 °C. El CO 2 atmosférico y las relaciones de temperatura indican que una duplicación de la pCO 2 estuvo acompañada por un aumento de ~0,6 °C en la temperatura. [8] Hace 67,5 millones de años, la riqueza de especies y la productividad de la superficie comenzaron a disminuir, coincidiendo con un enfriamiento máximo de 13 °C en las aguas superficiales. La extinción masiva de los últimos 500.000 años marca importantes cambios climáticos y moderados de productividad. Entre 200 y 400 años antes del límite K-T, las aguas superficiales y profundas se calentaron rápidamente entre 3 y 4 °C y luego se enfriaron nuevamente durante los últimos 100 años del Cretácico Superior. La riqueza de especies disminuyó durante el enfriamiento del Cretácico tardío y el 66% de las especies habían desaparecido en el momento del evento límite K-T [ cita requerida ] .
A lo largo del límite K-Pg, la productividad de la superficie disminuyó ligeramente. [9] Se propone un gradiente de temperatura de ~0,4 °C por grado de latitud para América del Norte a través del límite K-Pg. Estos datos de climas terrestres y temperaturas oceánicas pueden haber sido causados por la gasificación volcánica de las Trampas del Deccan , lo que provocó un dramático cambio climático global. Esta evidencia muestra que muchas de las extinciones de especies en este momento se relacionaron con estos cambios climáticos y de productividad incluso sin la adición de un impacto extraterrestre.
El impacto elevó los niveles de CO 2 atmosférico de 350 a 500 ppm a aproximadamente 2300 ppm [ cita requerida ] , lo que habría sido suficiente para calentar la superficie de la Tierra en ~ 7,5 ° C en ausencia de la fuerza contraria de los aerosoles de sulfato .
No está claro si existieron capas de hielo continentales durante el Cretácico Superior debido a estimaciones contradictorias de la temperatura del océano y al fracaso de los modelos de circulación para simular datos paleoclimáticos . [8]
El Paleoceno (la primera época del Paleógeno) siguió inmediatamente al impacto de un asteroide que destruyó a los dinosaurios y el mundo del Cretácico. Marca la transición entre los dinosaurios del Mesozoico y el surgimiento de los mamíferos más grandes del Eoceno (Cenozoico). La primera parte del período experimentó temperaturas más frías y un clima más árido que el que existía antes del asteroide. Lo más probable es que esto se deba al polvo atmosférico que refleja la luz solar durante un tiempo prolongado. Pero en la última parte de la época, las temperaturas aumentaron significativamente, lo que resultó en la ausencia de polos glaciares y la presencia de verdes bosques tropicales. El clima más cálido aumentó la temperatura del océano, lo que provocó una proliferación de especies como los corales y otros invertebrados. [ cita necesaria ]
Un estudio publicado en 2018 estimó que las temperaturas anuales del aire en el Paleógeno temprano, sobre la tierra y en latitudes medias, promediaban entre 23 y 29 °C (± 4,7 °C), entre 5 y 10 °C más que la mayoría de las estimaciones anteriores. [10] [11] O, a modo de comparación, entre 10 y 15 °C más altas que las temperaturas medias anuales actuales en estas áreas, los autores también sugieren que la trayectoria actual del dióxido de carbono atmosférico, si continúa, podría establecer estas temperaturas nuevamente. [12]
El clima global del Paleógeno pasó de las condiciones cálidas y húmedas del Cretácico a una tendencia de enfriamiento que persiste en la actualidad, tal vez a partir de los eventos de extinción que ocurrieron en el límite K-T. Este enfriamiento global se ha visto periódicamente interrumpido por eventos cálidos como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno . La tendencia general al enfriamiento fue causada en parte por la formación de la Corriente Circumpolar Antártica, que enfrió significativamente la temperatura del agua oceánica. Los polos de la Tierra eran fríos y templados; América del Norte, Europa , Australia y América del Sur eran cálidas y templadas; las zonas ecuatoriales eran cálidas; y el clima alrededor del ecuador era cálido y árido. [ cita necesaria ]
En el Paleoceno, el clima de la Tierra era mucho más cálido que el actual, hasta 15 °C, y el CO 2 atmosférico rondaba las 500 ppmV. [9]
Los eventos en el límite K-Pg fueron la influencia de varias teorías sobre cómo pudo haber ocurrido el cambio climático y el evento de extinción. Estas hipótesis se han centrado en eventos de impacto, aumento del vulcanismo o ambos. El consenso entre los paleontólogos es que la causa principal fue el impacto de un asteroide que perturbó gravemente la biosfera de la Tierra, provocando cambios catastróficos en el clima de la Tierra y marcando el comienzo de una nueva era de clima y vida.
La teoría con mayor apoyo hasta la fecha es la de un impacto de uno o más asteroides. La hipótesis de Álvarez, propuesta en 1980, dio evidencia de ello. Luis Álvarez y un equipo de investigadores encontraron capas sedimentarias en todo el mundo en el límite K-T que contenían iridio concentrado mucho más alto que otras capas sedimentarias. [13] El iridio es extremadamente raro en la corteza terrestre, pero es muy abundante en la mayoría de los asteroides y cometas , ya que los asteroides tienen una concentración de iridio de aproximadamente 455 partes por mil millones, mientras que la corteza terrestre normalmente contiene solo alrededor de 0,3 partes por mil millones. Lo interpretaron como restos de un impacto que se depositaron en todo el mundo.
Llegaron a la conclusión de que el asteroide tenía unos 9,97 kilómetros de diámetro, lo que provocaría un impacto con aproximadamente la misma energía que 100 billones de toneladas de TNT . [14] Un impacto de esa magnitud crearía una gran nube de polvo que bloquearía la luz solar e inhibiría la fotosíntesis durante muchos años. Las partículas de polvo en la columna de impacto rica en vapor fueron expulsadas del cráter y se elevaron por encima de la atmósfera terrestre, envolvieron a la Tierra y luego descendieron a través de la atmósfera alrededor del planeta, lo que impidió que la luz solar llegara a la superficie de la Tierra. El polvo ocultó la luz solar durante hasta seis meses, deteniendo o perjudicando gravemente la fotosíntesis y, por tanto, alterando gravemente las cadenas alimentarias continentales y marinas. Esto entonces mataría a la mayor parte de la vida vegetal y al fitoplancton, lo que también mataría a muchos de los organismos que dependían de ellos para sobrevivir. También se expulsaron a la atmósfera aerosoles de ácido sulfúrico que bloquearon alrededor del 20 por ciento de la luz solar entrante. Estos aerosoles sulfúricos tardarían años en disiparse por completo de la atmósfera. El lugar del impacto también contenía sedimentos ricos en azufre llamados evaporitas , que habrían reaccionado con el vapor de agua para producir aerosoles de sulfato. Sean Gulick, científico investigador de la Universidad de Texas, postuló que un aumento en la concentración atmosférica de los compuestos de sulfato podría haber hecho que el impacto fuera más letal de dos maneras: alterando el clima debido a que los aerosoles de sulfato en la atmósfera superior tienen un efecto refrescante, y generando lluvia ácida proveniente del vapor de agua que puede eliminar la atmósfera inferior de aerosoles de sulfato. Estudios anteriores habían sugerido que ambos efectos podrían resultar del impacto, pero en menor grado. [15]
Muchas otras catástrofes globales podrían haber ocurrido como resultado del impacto del asteroide. Los análisis de las inclusiones de líquido muestran que los niveles de oxígeno eran muy altos durante este tiempo; esto respaldaría la evidencia de una combustión intensa. Esto concluye que las tormentas de fuego globales pueden haber resultado de la explosión incendiaria inicial. Si se hubieran producido incendios generalizados a nivel mundial, el contenido de dióxido de carbono habría aumentado en la atmósfera, provocando un efecto invernadero temporal una vez que la nube de polvo se hubiera asentado. [dieciséis]
Las erupciones de Deccan Trap estuvieron asociadas con una profunda columna de manto. La teoría sugiere que hace unos 66 millones de años, la columna del manto en el punto caliente de Reunión atravesó la corteza terrestre e inundó el oeste de la India con lava basáltica . La lava basáltica cubrió más de 1.609.344 kilómetros cuadrados de India bajo sucesivos flujos de lava. Durante la erupción masiva se liberaron gases volcánicos, principalmente dióxido de azufre , que contribuyó al cambio climático en todo el mundo. El enfriamiento repentino debido a los gases sulfúricos se convirtió en un importante factor de estrés para la biodiversidad en ese momento. La rápida erupción de los vastos campos de lava de las Trampas del Deccan habría inundado la superficie de la Tierra con CO 2 , abrumando los sistemas y sumideros de la superficie, desencadenando una rápida transición K-T, calentamiento de efecto invernadero, cambios químicos en los océanos y extinciones masivas. [17]
Aunque el iridio fue una base importante para la teoría del impacto de Chicxulub, se propuso que el iridio podría haber provenido del vulcanismo de la pluma del manto. El núcleo de la Tierra es rico en iridio y se sugiere que la columna del manto transportó el iridio desde el núcleo a la superficie durante las erupciones. De hecho, el volcán activo que produjo las trampas del Deccan todavía libera iridio en la actualidad. [18]
Es el consenso actual de la comunidad científica que las trampas del Deccan solo contribuyeron a la extinción junto con el impacto de Chicxulub, o que el impacto de Chicxulub fue el principal culpable de causar las extinciones. Un vínculo directo entre el vulcanismo del Deccan y la extinción masiva ha permanecido oscuro debido a la falta de sedimentos marinos intertrappeos con microfósiles de diagnóstico de edad que contengan datos isotópicos que correlacionen las erupciones con la extinción. [19]
Se ha propuesto como evidencia una teoría sobre la caída del nivel del mar en el período de Maastrichtiano, la última edad del Cretácico tardío. Muestra que el nivel del mar cayó más en esta época del Cenozoico que en cualquier otro momento del Mesozoico. En las capas de rocas en este momento, las primeras capas representan los fondos marinos, las capas posteriores representaron las costas y las últimas representaron los ambientes continentales. Las capas no muestran distorsión o inclinación relacionada con las montañas, por lo que lo más probable es que la causa sea la caída del nivel del mar. [20] Una caída masiva del nivel del mar habría reducido en gran medida el margen de la plataforma continental, lo que podría haber causado una extinción masiva, de no ser por sólo las especies marinas. Lo más probable es que esta regresión hubiera provocado un cambio climático al alterar las corrientes oceánicas y los vientos y, por tanto, aumentar las temperaturas globales. [21] Otras consecuencias incluyen la pérdida de mares epiíricos y la expansión de ambientes de agua dulce. Aunque la expansión del agua dulce fue beneficiosa para los vertebrados de agua dulce, las especies del medio marino aún sufrieron. [22]
Las especies que dependían de la fotosíntesis fueron las que más sufrieron porque la luz solar fue bloqueada por partículas atmosféricas que redujeron la energía solar que llegaba a la superficie de la Tierra. Los organismos fotosintetizadores, como el fitoplancton y las plantas, comenzaron a extinguirse, lo que provocó que las especies herbívoras también sufrieran debido a su gran dependencia de las plantas para alimentarse. En consecuencia, muchos depredadores también se extinguieron. [20]
Los cocolitofóridos y los moluscos (incluidos los amonites ) se extinguieron o sufrieron grandes pérdidas. Por ejemplo, se cree que los amonites eran el alimento principal de los mosasaurios, un grupo de reptiles marinos gigantes que se extinguieron en la frontera.
Los omnívoros , insectívoros y carroñeros sobrevivieron al evento de extinción, debido a la mayor disponibilidad de sus fuentes de alimento. Los mamíferos y aves que sobrevivieron a la extinción se alimentaban de insectos, gusanos y caracoles, que luego se alimentaban de materia vegetal y animal muerta. Los científicos plantean la hipótesis de que estos organismos sobrevivieron al colapso de las cadenas alimentarias vegetales porque se alimentaron de detritos y material orgánico no vivo. [23]
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