El clima a lo largo del límite Cretácico-Paleógeno (K-Pg o antiguamente el límite K-T) es muy importante para el tiempo geológico, ya que marca un evento catastrófico de extinción global . Se han propuesto numerosas teorías sobre por qué ocurrió este evento de extinción, incluyendo un asteroide conocido como el 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 impulsados por el medio ambiente en la biodiversidad que ocurrieron antes del impacto del cráter de Chicxulub . [2] Los isótopos de oxígeno a lo largo 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 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 la devastación de los ecosistemas terrestres y marinos. Algunos investigadores sugieren que el cambio climático es la conexión principal entre el impacto y la extinción. El impacto perturbó el sistema climático con efectos a largo plazo que fueron mucho peores que las consecuencias inmediatas y directas 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 ubicaciones diferentes conocidas. 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 solo por 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 encontró que el límite estaba enriquecido con 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]
En general, el período Cretácico (145–66 Ma) tuvo un clima relativamente cálido que dio lugar a niveles eustáticos elevados del mar y creó numerosos mares interiores poco profundos. En el Cretácico tardío, el clima era mucho más cálido que en la actualidad; sin embargo, durante la mayor parte del período, se observa una tendencia al enfriamiento. Los trópicos eran mucho más cálidos en el Cretácico temprano y se volvieron mucho más fríos hacia el final del Cretácico. [5]
Hace 70 millones de años, en el Cretácico Superior, la Tierra atravesaba una fase de efecto invernadero . Había abundante CO2 en la atmósfera , lo que provocó el calentamiento global . Se propuso una teoría según la cual la circulación oceánica cambió de dirección y 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 terminó en el Atlántico tropical. La otra masa de agua reemplazó a la primera masa de agua en la superficie del océano alrededor de Groenlandia , lo que calentó el océano Atlántico mientras que el resto del océano se enfrió. [6]
Los análisis estratigráficos, faunísticos e isotópicos del Cretácico Tardío ( 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 importantes: la diversificación del Cretácico Tardío y la extinción masiva al final del Cretácico, con ambos eventos acompañados por 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 elevadas de CO 2 atmosférico 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 pCO 2 estuvo acompañada por un aumento de ~0,6 °C en la temperatura. [8] Hace 67,5 Ma, la riqueza de especies y la productividad de la superficie comenzaron a disminuir, coincidiendo con un enfriamiento máximo a 13 °C en las aguas superficiales. La extinción masiva durante los últimos 500.000 años marca importantes cambios climáticos y de productividad moderada. Entre 200 y 400 mil 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 mil del Cretácico Superior. La riqueza de especies disminuyó durante el enfriamiento del Cretácico Superior y el 66% de las especies habían desaparecido en el momento del evento del 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 lo largo del límite K-Pg. Estos datos de climas terrestres y temperaturas oceánicas pueden haber sido causados por la gasificación volcánica de las Traps del Decán , 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 atmosféricos de CO2 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 contrafuerza 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 del asteroide que destruyó a los dinosaurios y el mundo cretácico. Marca la transición entre los dinosaurios del Mesozoico y la aparición 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. Esto se debe probablemente a que el polvo atmosférico 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 bosques tropicales verdes. El clima más cálido aumentó las temperaturas del océano, lo que llevó a una proliferación de especies como los corales y otros invertebrados. [ cita requerida ]
Un estudio publicado en 2018 estimó que las temperaturas anuales del aire del Paleógeno temprano, sobre la tierra y en latitudes medias, promediaron alrededor de 23-29 °C (± 4,7 °C), que es de 5 a 10 °C más alto que la mayoría de las estimaciones anteriores. [10] [11] O, a modo de comparación, de 10 a 15 °C más alto 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 hasta hoy, tal vez a partir de los eventos de extinción que ocurrieron en el límite K-T. Este enfriamiento global se ha visto interrumpido periódicamente por eventos cálidos como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno . La tendencia general de enfriamiento fue causada en parte por la formación de la Corriente Circumpolar Antártica, que enfrió significativamente las temperaturas del agua oceánica. Los polos de la Tierra eran fríos y templados; América del Norte, Europa , Australia y América del Sur eran cálidos y templados; las áreas ecuatoriales eran cálidas; y el clima alrededor del Ecuador era cálido y árido. [ cita requerida ]
En el Paleoceno, el clima de la Tierra era mucho más cálido que el actual (hasta 15 °C) y el CO2 atmosférico era de alrededor de 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 o en un aumento del vulcanismo o en ambos. El consenso entre los paleontólogos es que la causa principal fue el impacto de un asteroide que alteró gravemente la biosfera de la Tierra , causando cambios catastróficos en el clima de la Tierra y marcando el comienzo de una nueva era climática y de vida.
La teoría con más apoyo hasta la fecha es la del impacto de uno o más asteroides. La hipótesis de Álvarez, propuesta en 1980, proporcionó evidencia de esto. Luis Álvarez y un equipo de investigadores encontraron capas sedimentarias por todo el mundo en el límite K-T que contenían iridio concentrado que era 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 escombros de un impacto que se depositaron alrededor del globo.
Concluyeron que el asteroide tenía unos 9,97 kilómetros de diámetro, lo que causaría 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 se expulsaron del cráter y se elevaron por encima de la atmósfera de la Tierra, envolvieron 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 ocluyó la luz solar durante hasta seis meses, deteniendo o perjudicando gravemente la fotosíntesis y, por lo tanto, alterando seriamente las cadenas alimentarias continentales y marinas. Esto luego mataría la mayor parte de la vida vegetal y el fitoplancton, lo que también mataría a muchos de los organismos que dependían de ellos para sobrevivir. También se expulsaron aerosoles de ácido sulfúrico a la atmósfera que bloquearon aproximadamente el 20 por ciento de la luz solar entrante. Estos aerosoles sulfúricos tardarían años en disiparse completamente 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, un 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 mortal de dos maneras: alterando el clima a partir de los aerosoles de sulfato en la atmósfera superior que tienen un efecto refrescante, y generando lluvia ácida a partir del vapor de agua que puede limpiar 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 fluidas muestran que los niveles de oxígeno eran muy altos durante este tiempo; esto apoyaría la evidencia de una combustión intensa. Esto concluye que las tormentas de fuego globales pueden haber sido resultado de la explosión incendiaria inicial. Si se produjeron incendios globales y generalizados, el contenido de dióxido de carbono habría aumentado en la atmósfera, causando un efecto invernadero temporal una vez que la nube de polvo se asentó. [16]
Las erupciones de la Trampa del Decán se asociaron con una columna de lava profunda del manto. La teoría sugiere que hace unos 66 millones de años, la columna de lava del manto en el punto caliente de Reunión quemó 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 la 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 Decán habría inundado la superficie de la Tierra con CO2 , abrumando los sistemas y sumideros de la superficie, lo que provocó un rápido calentamiento de efecto invernadero de transición K-T, 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 pluma del manto transportó el iridio desde el núcleo hasta la superficie durante las erupciones. De hecho, el volcán de punto caliente que produjo las trampas del Decán todavía está liberando iridio en la actualidad. [18]
En la actualidad, la comunidad científica está de acuerdo en que las erupciones del Decán contribuyeron únicamente a la extinción junto con el impacto de Chicxulub, o que el impacto de Chicxulub fue el principal culpable de las extinciones. No se ha podido establecer un vínculo directo entre el vulcanismo del Decán y la extinción masiva debido a la falta de sedimentos marinos intertrappeanos con microfósiles de diagnóstico de edad que contengan datos isotópicos que correlacionen las erupciones con la extinción. [19]
Se ha propuesto como prueba una teoría que explica la caída del nivel del mar en el período Maastrichtiano, la última era del Cretácico tardío. Esta teoría demuestra que el nivel del mar cayó más en esta época del Cenozoico que en cualquier otro momento del Mesozoico. En las capas de roca de esta época, las primeras representan los lechos marinos, las capas posteriores representan las costas y las últimas representan los entornos continentales. Las capas no muestran distorsión o inclinación relacionadas con las montañas, por lo que la caída del nivel del mar es la causa más probable. [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, si no fuera solo para las especies marinas. Esta regresión probablemente habría causado un cambio climático al alterar las corrientes y los vientos oceánicos y, por lo tanto, habría aumentado las temperaturas globales. [21] Otras consecuencias incluyen la pérdida de mares efímeros y la expansión de los entornos de agua dulce. Aunque la expansión del agua dulce fue beneficiosa para los vertebrados de agua dulce, las especies del entorno marino aún sufrieron. [22]
Las especies que dependían de la fotosíntesis fueron las que más sufrieron, ya que la luz del sol fue bloqueada por partículas atmosféricas que redujeron la energía solar que llegaba a la superficie de la Tierra. Los organismos fotosintéticos, 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 principal alimento de los mosasaurios, un grupo de reptiles marinos gigantes que se extinguieron en la frontera.
Los omnívoros , insectívoros y carroñeros sobrevivieron a la extinción gracias a la mayor disponibilidad de sus fuentes de alimento. Los mamíferos y las aves que sobrevivieron a la extinción se alimentaron de insectos, gusanos y caracoles, que a su vez se alimentaron de materia vegetal y animal muerta. Los científicos plantean la hipótesis de que estos organismos sobrevivieron al colapso de las cadenas alimentarias basadas en plantas porque se alimentaban de detritos y material orgánico no vivo. [23]
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