Una edad de hielo es un largo período de reducción de la temperatura de la superficie y la atmósfera de la Tierra , que resulta en la presencia o expansión de capas de hielo continentales y polares y de glaciares alpinos . El clima de la Tierra alterna entre edades de hielo y períodos de invernadero durante los cuales no hay glaciares en el planeta. La Tierra se encuentra actualmente en la edad de hielo llamada glaciación cuaternaria . [1] Los pulsos individuales de clima frío dentro de una edad de hielo se denominan períodos glaciales ( glaciares, glaciaciones, etapas glaciales, estadiales, estadios o, coloquialmente, glaciaciones ), y los períodos cálidos intermitentes dentro de una edad de hielo se denominan interglaciales o interestadiales . [2]
En glaciología , el término edad de hielo se define por la presencia de extensas capas de hielo en los hemisferios norte y sur. [3] Según esta definición, el período actual del Holoceno es un período interglacial de una edad de hielo. Se prevé que la acumulación de gases de efecto invernadero antropogénicos retrasará el próximo período glacial. [4] [5] [6]
En 1742, Pierre Martel (1706-1767), ingeniero y geógrafo que vivía en Ginebra , visitó el valle de Chamonix en los Alpes de Saboya . [7] [8] Dos años más tarde 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 alguna vez se habían extendido mucho más lejos. [9] [10] Posteriormente se informaron explicaciones similares en otras regiones de los Alpes. En 1815, el carpintero y cazador de gamuzas Jean-Pierre Perraudin (1767-1858) explicó que los cantos rodados erráticos del Val de Bagnes, en el cantón suizo de Valais, se debían a que los glaciares se habían extendido aún más. [11] 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. [12] También se conocen explicaciones comparables en el Val de Ferret en el Valais y el Seeland en Suiza occidental [13] y en el trabajo científico de Goethe . [14] Estas 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 anterior de los glaciares. [15]
Mientras tanto, los estudiosos europeos habían comenzado a preguntarse qué había causado la dispersión de material errático. Desde mediados del siglo XVIII, algunos hablaban del hielo como medio de transporte. El experto en minería sueco Daniel Tilas (1712-1772) fue, en 1742, la primera persona en sugerir que la deriva del hielo marino era la causa de la presencia de rocas erráticas en las regiones escandinavas y bálticas. [16] En 1795, el filósofo y caballero naturalista escocés James Hutton (1726-1797) explicó los cantos rodados erráticos de los Alpes por la acción de los glaciares. [17] Dos décadas más tarde, en 1818, el botánico sueco Göran Wahlenberg (1780-1851) publicó su teoría de una glaciación de la península escandinava. Consideró la glaciación como un fenómeno regional. [18]
Sólo unos años más tarde, el geólogo danés-noruego Jens Esmark (1762-1839) defendió una secuencia de edades de hielo en todo el mundo. En un artículo publicado en 1824, Esmark propuso los cambios climáticos como la causa de esas glaciaciones. Intentó demostrar que se originaron a partir de cambios en la órbita de la Tierra. [19] Esmark descubrió la similitud entre las morrenas cerca del lago Haukalivatnet cerca del nivel del mar en Rogaland y las morrenas en las ramas de Jostedalsbreen . El descubrimiento de Esmark fue posteriormente atribuido o apropiado por Theodor Kjerulf y Louis Agassiz . [20] [21] [22]
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, según lo reseñado por el profesor noruego de glaciología Bjørn G. Andersen (1992). [23] Los comentarios de Jameson sobre los antiguos glaciares en Escocia probablemente fueron motivados por Esmark. [24] En Alemania, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797–1849), geólogo y profesor de silvicultura en una academia en Dreissigacker (desde entonces 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. [25]
En Val de Bagnes , un valle en los Alpes suizos , existía una antigua creencia local de que el valle había estado alguna vez cubierto de hielo, y en 1815 un cazador de gamuzas local llamado Jean-Pierre Perraudin intentó convertir al geólogo Jean de Charpentier a la idea, señalando como evidencia profundas estrías en las rocas y peñascos gigantes erráticos. Charpentier sostenía la opinión general de que estos signos eran causados por grandes inundaciones y rechazó la teoría de Perraudin por considerarla absurda. En 1818, el ingeniero Ignatz Venetz se unió a Perraudin y Charpentier para examinar un lago proglacial sobre el valle creado por una presa de hielo como resultado de la erupción del monte Tambora en 1815 , que amenazaba con provocar una inundación catastrófica cuando se rompiera la presa. Perraudin intentó sin éxito convertir a sus compañeros en su teoría, pero cuando la presa finalmente se rompió, sólo había pequeñas irregularidades y ninguna estría, y Venetz concluyó que Perraudin tenía razón y que sólo el hielo podría haber causado resultados tan importantes. En 1821 leyó un artículo premiado sobre la teoría en la Sociedad Suiza, pero no se publicó hasta que Charpentier, que también se había convertido, lo publicó junto con su propio artículo, más leído, en 1834. [26]
Mientras tanto, el botánico alemán Karl Friedrich Schimper (1803-1867) estaba estudiando los musgos que crecían sobre rocas erráticas en las tierras altas alpinas de Baviera. Empezó a preguntarse de dónde habrían salido esas masas de piedra. Durante el verano de 1835 realizó algunas excursiones a los Alpes bávaros. Schimper llegó a la conclusión de que el hielo debía ser el medio de transporte de los cantos rodados en las tierras altas alpinas. En el invierno de 1835-1836 dio algunas conferencias en Munich. Schimper asumió entonces que deben haber habido tiempos globales de destrucción ("Verödungszeiten") con un clima frío y agua helada. [27] Schimper pasó los meses de verano de 1836 en Devens, cerca de Bex, en los Alpes suizos, con su antiguo amigo universitario Louis Agassiz (1801-1873) y Jean de Charpentier. Schimper, Charpentier y posiblemente Venetz convencieron a Agassiz de que había habido una época de glaciación. Durante el invierno de 1836-1837, Agassiz y Schimper desarrollaron la teoría de una secuencia de glaciaciones. Se basaron principalmente en los trabajos anteriores de Venetz, Charpentier y en su propio trabajo de campo. Parece que Agassiz ya estaba familiarizado con el artículo de Bernhardi en ese momento. [28] A principios de 1837, Schimper acuñó el término "edad de hielo" ( "Eiszeit" ) para el período de los glaciares. [29] En julio de 1837, Agassiz presentó su síntesis ante la reunión anual de la Sociedad Suiza para la 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 ido enfriando gradualmente desde su nacimiento como un globo fundido. [30]
Para persuadir a los escépticos, Agassiz se embarcó en un trabajo de campo geológico. Publicó su libro Estudio sobre los glaciares ("Études sur les glaciers") en 1840. [31] Charpentier se molestó por esto, ya que también había estado preparando un libro sobre la glaciación de los Alpes. Charpentier sintió que Agassiz debería haberle dado prioridad, ya que fue él quien introdujo a Agassiz en la investigación glacial en profundidad. [32] Como resultado de disputas personales, Agassiz también había omitido cualquier mención de Schimper en su libro. [33]
Pasaron varias décadas antes de que los científicos aceptaran plenamente la teoría de la edad de hielo. Esto sucedió a escala internacional en la segunda mitad de la década de 1870, tras el trabajo de James Croll , incluida la publicación de Climate and Time, en Their Geological Relations en 1875, que proporcionó una explicación creíble de las causas de las edades de hielo. [34]
Hay tres tipos principales de evidencia de edades de hielo: geológica, química y paleontológica.
La evidencia geológica de las edades de hielo se presenta en diversas formas, incluida la erosión y raspado de rocas, morrenas glaciales , drumlins , corte de valles y la deposición de illitas y glaciares erráticos . Las glaciaciones sucesivas tienden a distorsionar y borrar la evidencia geológica de glaciaciones anteriores, lo que dificulta su interpretación. Además, era difícil fechar exactamente estas pruebas; Las primeras teorías asumieron que los glaciales eran cortos en comparación con los interglaciales largos. La aparición de sedimentos y núcleos de hielo reveló la verdadera situación: los glaciares son largos, los interglaciares cortos. Llevó algún tiempo elaborar la teoría actual.
La evidencia química consiste principalmente en variaciones en las proporciones de isótopos en los 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 las 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. [35] Esto permite construir un registro de temperatura. Sin embargo, esta evidencia puede verse confundida por otros factores registrados en 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 propagan a 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:
A pesar de las dificultades, el análisis de núcleos de hielo y sedimentos oceánicos [36] ha proporcionado un registro creíble de glaciares e interglaciares durante los últimos millones de años. Estos también confirman el vínculo entre las edades de hielo y los fenómenos de la corteza continental, como las morrenas glaciares, los drumlins y la errática glacial. Por lo tanto, los fenómenos de la corteza continental se aceptan como buena evidencia de edades de hielo anteriores cuando se encuentran en capas creadas mucho antes del intervalo de tiempo para el cual se encuentran disponibles núcleos de hielo y sedimentos oceánicos.
Ha habido al menos cinco glaciaciones importantes en la historia de la Tierra (la Huroniana , la Criogénica , la Andina-Sahariana , la Paleozoica tardía y la última Edad de Hielo Cuaternaria ). Fuera de estas edades, anteriormente se pensaba que la Tierra estaba libre de hielo incluso en latitudes altas; [37] [38] estos períodos se conocen como períodos de invernadero . [39] Sin embargo, otros estudios cuestionan esto y encuentran evidencia de glaciaciones ocasionales en latitudes altas incluso durante aparentes períodos de invernadero. [40] [41]
Las rocas de la edad de hielo más antigua bien establecida, llamada Huroniano , datan de hace entre 2.400 y 2.100 millones de años, durante el Eón Proterozoico temprano . Varios cientos de kilómetros del supergrupo huroniano 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. Marie a Sudbury, al noreste del lago Hurón, con capas gigantes de lechos de labranza ahora litificados, piedras caídas , varves , deslaves y rocas de sótanos 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 huroniana fue causada por la eliminación de metano atmosférico , un gas de efecto invernadero , durante el Gran Evento de Oxigenación . [42]
La siguiente edad de hielo bien documentada, y probablemente la más severa de los últimos mil millones de años, ocurrió hace 720 a 630 millones de años (el período criogénico ) y puede haber producido una Tierra bola de nieve en la que las capas de hielo glacial alcanzaron el ecuador [43 ] posiblemente termine por la acumulación de gases de efecto invernadero como el CO 2 producido por los volcanes. "La presencia de hielo en los continentes y de hielo en los océanos inhibiría tanto la erosión de los silicatos como la fotosíntesis , que son los dos principales sumideros de CO 2 en la actualidad". [44] Se ha sugerido que el final de esta edad de hielo fue responsable de la posterior explosión de Ediacara y Cámbrico , aunque este modelo es reciente y controvertido.
El Andino-Sahariano se produjo hace 460 a 420 millones de años, durante el Ordovícico Tardío y el Silúrico .
La evolución de las plantas terrestres al inicio del período Devónico provocó un aumento a largo plazo en los niveles planetarios de oxígeno y una reducción de los niveles de CO 2 , lo que resultó en la acumulación de hielo del Paleozoico tardío . Su nombre anterior, glaciación Karoo, debe su nombre a las lajas glaciales que se encuentran en la región de Karoo en Sudáfrica. Hubo extensos casquetes polares a intervalos de 360 a 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 Gondwanalandia .
Aunque la Era Mesozoica conservó un clima de invernadero durante su período y anteriormente se suponía que estaba 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 Valanginiano , Hauteriviano y Aptiano del Cretácico Inferior. Las piedras glaciales transportadas por balsas de hielo indican que en el hemisferio norte , las capas de hielo pueden haberse extendido hasta el sur de la Península Ibérica durante el Hauteriviano y el Aptiano. [45] [46] [47] Aunque las capas de hielo desaparecieron en gran medida de la Tierra durante el resto del período (se discuten los informes potenciales del Turoniano , por lo demás el período más cálido del Fanerozoico), [40] [41] las capas de hielo y El hielo marino asociado parece haber regresado brevemente a la Antártida cerca del final del Maastrichtiano , justo antes del evento de extinción Cretácico-Paleógeno . [41] [48]
La Glaciación Cuaternaria/Edad de Hielo Cuaternaria comenzó hace unos 2,58 millones de años, al comienzo del Período Cuaternario , cuando comenzó la expansión de las capas de hielo en el hemisferio norte. Desde entonces, el mundo ha visto ciclos de glaciación con capas de hielo avanzando y retrocediendo en escalas de tiempo de 40.000 y 100.000 años llamados periodos glaciales , glaciales o avances glaciales, y periodos interglaciares , interglaciares o retrocesos glaciales. La Tierra se encuentra actualmente en un período interglacial y el último período glacial terminó hace unos 11.700 años. Lo único que queda de las capas de hielo continentales son las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida y glaciares más pequeños como el de la isla de Baffin .
La definición del Cuaternario como comienzo hace 2,58 Ma se basa en la formación de la capa de hielo del Ártico . La capa de hielo de la Antártida comenzó a formarse antes, aproximadamente hace 34 Ma, a mediados del Cenozoico ( límite Eoceno-Oligoceno ). El término Edad de Hielo del Cenozoico Tardío se utiliza para incluir esta fase temprana. [49]
Las edades de hielo se pueden dividir aún más por ubicación y tiempo; por ejemplo, los nombres Riss (180.000-130.000 años p.b. ) y Würm (70.000-10.000 años p.b.) se refieren específicamente a la glaciación en la región alpina . La extensión máxima del hielo no se mantiene durante todo el intervalo. La acción abrasiva de cada glaciación tiende a eliminar casi por completo la mayor parte de la evidencia de capas de hielo anteriores, excepto en regiones donde la capa posterior no logra una cobertura completa.
Dentro de la glaciación actual se han producido períodos más templados y más severos. Los períodos más fríos se denominan períodos glaciales , los períodos más cálidos interglaciares , como la etapa Eemian . [1] Hay evidencia de que se produjeron ciclos glaciales similares en glaciaciones anteriores, incluida la casa de hielo andino-sahariana [50] y la del Paleozoico tardío. Los ciclos glaciales del depósito de hielo del Paleozoico tardío son probablemente responsables de la deposición de ciclotemas . [51]
Los glaciares se caracterizan por climas más fríos y secos en la mayor parte de la Tierra y grandes masas de hielo terrestre y marino que se extienden hacia afuera desde los polos. Los glaciares de montaña en áreas que de otro modo no estarían glaciares se extienden a elevaciones más bajas debido a una línea de nieve más baja . El nivel del mar baja debido a la eliminación de grandes volúmenes de agua sobre el nivel del mar en los casquetes polares. Hay pruebas de que las glaciaciones alteran los patrones de circulación oceánica. Los glaciales e interglaciares coinciden con cambios en el forzamiento orbital del clima debido a los ciclos de Milankovitch , que son cambios periódicos en la órbita de la Tierra y en la inclinación del eje de rotación de la Tierra.
La Tierra ha estado en un período interglacial conocido como Holoceno durante alrededor de 11.700 años, [52] y un artículo en Nature de 2004 sostiene que podría ser más análogo a un interglacial anterior que duró 28.000 años. [53] Los cambios previstos 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. [54] [5] [4]
Cada período glacial está sujeto a una retroalimentación positiva que lo hace más severo, y a una retroalimentación negativa que lo mitiga y (en todos los casos hasta ahora) finalmente lo pone fin.
Una forma importante de retroalimentación la proporciona el albedo de la Tierra , que es la cantidad de energía del sol que la Tierra refleja en lugar de absorberla. El hielo y la nieve aumentan el albedo de la Tierra, mientras que los bosques lo reducen. Cuando la temperatura del aire disminuye, los campos de hielo y nieve crecen y reducen la cubierta forestal. Esto continúa hasta que la competencia con un mecanismo de retroalimentación negativa fuerza al sistema a alcanzar el equilibrio.
Una teoría es que cuando se forman los glaciares, suceden dos cosas: el hielo muele las rocas hasta convertirlas en polvo 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 que provoca una proliferación masiva de algas que extrae grandes cantidades de CO 2 de la atmósfera. Esto, a su vez, hace que el clima sea aún más frío y hace que los glaciares crezcan más. [55]
En 1956, Ewing y Donn [56] plantearon la hipótesis de que un océano Ártico sin hielo provoca un aumento de las nevadas en latitudes altas. Cuando el hielo de baja temperatura cubre el Océano Ártico hay poca evaporación o sublimación 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 escasa precipitación permite que las nevadas en latitudes altas se derritan durante el verano. Un océano Ártico sin hielo absorbe la radiación solar durante los largos días de verano y evapora más agua a la atmósfera ártica. Con mayores precipitaciones, es posible que partes de esta nieve no se derritan durante el verano, por lo que se puede formar hielo glacial en altitudes más bajas y latitudes más al sur, lo que reduce las temperaturas sobre la tierra mediante un aumento del albedo, como se señaló anteriormente. Además, según esta hipótesis, la falta de hielo oceánico permite un mayor intercambio de aguas entre los océanos Ártico y Atlántico Norte, calentando el Ártico y enfriando el Atlántico Norte. (Las consecuencias actuales proyectadas del calentamiento global incluyen un breve período sin hielo en el Océano Ártico para 2050 ). El flujo adicional de agua dulce hacia el Atlántico Norte durante un ciclo de calentamiento también puede reducir la circulación global del agua del océano . Tal 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. [57] [58] [59] También se ha sugerido [ ¿por quién? ] 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.
Las capas de hielo que se forman durante las glaciaciones erosionan la tierra debajo de ellas. Esto puede reducir la superficie terrestre sobre el nivel del mar y, por tanto, disminuir la cantidad de espacio en el que se pueden formar las capas de hielo. Esto mitiga la retroalimentación del albedo, al igual que el aumento del nivel del mar que acompaña a la reducción del área de las capas de hielo, ya que el océano abierto tiene un albedo menor que la tierra. [60]
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 glacial inducido por este o cualquier otro proceso puede amplificarse mediante retroalimentaciones positivas inversas similares a las de los avances glaciales. [61]
Según una investigación publicada en Nature Geoscience , las emisiones humanas de dióxido de carbono (CO 2 ) retrasarán el próximo período glacial. Los investigadores utilizaron datos sobre la órbita de la Tierra para encontrar el período interglacial cálido histórico que más se parece al actual y, a partir de ahí, predijeron que el próximo período glacial comenzaría normalmente dentro de 1.500 años. Continúan prediciendo que las emisiones han sido tan altas que no será así. [62]
Las causas de las glaciaciones no se comprenden completamente ni para los períodos glaciales a gran escala ni para los menores flujos y reflujos de los períodos glaciales-interglaciares dentro de una edad de hielo. El consenso es que varios factores son importantes: la composición atmosférica , como las concentraciones de dióxido de carbono y metano (los niveles específicos de los gases mencionados anteriormente ahora se pueden ver con las nuevas muestras de núcleos de hielo del Proyecto Europeo para Ice Coring en Antártida (EPICA) Domo C en la Antártida durante los últimos 800.000 años); 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 de la Tierra, que afectan el viento y las corrientes oceánicas ; variaciones en la producción solar ; la dinámica orbital del sistema Tierra-Luna; el impacto de meteoritos relativamente grandes y el vulcanismo, incluidas las erupciones de supervolcanes . [63] [ cita necesaria ]
Algunos de estos factores se influyen entre sí. 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 puede cambiar la composición atmosférica (por ejemplo, cambiando la velocidad a la que la meteorización elimina el CO 2 ).
Maureen Raymo , William Ruddiman y otros proponen que las mesetas del Tíbet y Colorado son inmensos "depuradores" de CO 2 con capacidad para eliminar suficiente CO 2 de la atmósfera global como para ser un factor causal significativo de la tendencia al enfriamiento cenozoico de 40 millones de años . Afirman además que aproximadamente la mitad de su elevación (y de su capacidad de "depuración" de CO 2 ) se produjo en los últimos 10 millones de años. [64] [65]
Hay pruebas de que los niveles de gases de efecto invernadero disminuyeron al comienzo de las edades de hielo y aumentaron durante el retroceso de las capas de hielo, pero es difícil establecer causa y efecto (véanse las notas anteriores sobre el papel de la meteorización). Los niveles de gases de efecto invernadero también pueden haberse visto afectados por otros factores que se han propuesto 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 severa congelación a finales del Proterozoico terminó con un aumento de los niveles de CO 2 en la atmósfera, principalmente procedente de los volcanes, y algunos partidarios de la Tierra Bola de Nieve sostienen que fue causada en primer lugar por una reducción de la atmósfera. CO2 . La hipótesis también advierte sobre futuras Tierras Bola de Nieve.
En 2009, se proporcionó más evidencia de que los cambios en la insolación solar proporcionan el detonante inicial para que la Tierra se caliente después de una Edad de Hielo, y factores secundarios como el aumento de los gases de efecto invernadero explican la magnitud del cambio. [66]
El registro geológico parece mostrar que las edades de hielo comienzan cuando los continentes se encuentran en posiciones que bloquean o reducen el flujo de agua caliente desde el ecuador a los polos y, por lo tanto, permiten que se formen capas de hielo. Las capas de hielo aumentan la reflectividad de la Tierra y, por tanto, reducen la absorción de la radiación solar. Al absorberse menos radiación la atmósfera se enfría; el enfriamiento permite que las capas de hielo crezcan, lo que aumenta aún más la reflectividad en un circuito 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 que contribuyen a la disposición de los continentes y que obstruyen el movimiento del agua cálida hacia los polos: [67]
Dado que la Tierra actual tiene un continente sobre el Polo Sur y un océano casi 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 los Himalayas son un factor importante en la actual edad de hielo, porque estas montañas han aumentado la precipitación total de la Tierra y, por lo tanto, la velocidad a la que el dióxido de carbono se elimina de la atmósfera, disminuyendo el efecto invernadero. [65] La formación del Himalaya comenzó hace unos 70 millones de años cuando la placa Indoaustraliana chocó con la placa euroasiática , y el Himalaya todavía está aumentando unos 5 mm por año porque la placa Indoaustraliana todavía se mueve a 67 mm/ año. La historia del Himalaya se ajusta en términos generales a la disminución a largo plazo de la temperatura media de la Tierra desde mediados del Eoceno , hace 40 millones de años.
Otra contribución importante a los regímenes climáticos antiguos es la variación de las corrientes oceánicas , que se modifican por la posición de los continentes, los niveles del mar y la salinidad, así como otros factores. Tienen la capacidad de enfriarse (por ejemplo, contribuyendo a la creación de hielo antártico) y la capacidad de calentarse (por ejemplo, dando a las Islas Británicas un clima templado en lugar de uno boreal). El cierre del istmo de Panamá hace unos 3 millones de años puede haber marcado el comienzo del actual período de fuerte glaciación sobre América del Norte al poner fin al intercambio de agua entre los océanos Atlántico y Pacífico tropicales. [68]
Los análisis sugieren que las fluctuaciones de las corrientes oceánicas pueden explicar adecuadamente las recientes oscilaciones glaciales. Durante el último período glacial, el nivel del mar ha fluctuado entre 20 y 30 m debido al secuestro de agua, principalmente en las capas de hielo del hemisferio norte . Cuando se acumuló hielo y el nivel del mar bajó lo suficiente, el flujo a través del Estrecho de Bering (el estrecho entre Siberia y Alaska tiene hoy unos 50 m de profundidad) se redujo, lo que resultó en un aumento del flujo desde el Atlántico Norte. Esto realineó la circulación termohalina en el Atlántico, aumentando el transporte de calor hacia el Ártico, lo que derritió la acumulación de hielo polar y redujo otras capas de hielo continentales. La liberación de agua volvió a elevar el nivel del mar, restableciendo la entrada de agua más fría del Pacífico con el consiguiente cambio hacia la acumulación de hielo en el hemisferio norte. [69]
Según un estudio publicado en Nature en 2021, todos los períodos glaciales de los últimos 1,5 millones de años estuvieron asociados con desplazamientos hacia el norte del derretimiento de los icebergs antárticos, lo que cambió los patrones de circulación oceánica, lo que provocó la extracción de más CO 2 de la atmósfera . Los autores sugieren que este proceso puede verse interrumpido en el futuro a medida que el Océano Austral se caliente demasiado para que los icebergs viajen lo suficientemente lejos como para desencadenar estos cambios. [70] [71]
La teoría geológica de Matthias Kuhle sobre el desarrollo de la Edad del Hielo fue sugerida por la existencia de una capa de hielo que cubría la meseta tibetana durante las Edades de Hielo (¿ Último máximo glacial ?). Según Kuhle, el levantamiento de placas tectónicas del Tíbet más allá de la línea de nieve ha llevado a una superficie de c. 2.400.000 kilómetros cuadrados (930.000 millas cuadradas) cambiando de tierra desnuda a hielo con un albedo un 70% mayor . La reflexión de la energía en el espacio provocó un enfriamiento global, lo que desencadenó la Edad de Hielo del Pleistoceno . Debido a que esta montaña se encuentra en una latitud subtropical, con una insolación de 4 a 5 veces mayor que las áreas de latitudes altas, lo que sería la superficie de mayor calentamiento de la Tierra se ha convertido en una superficie de enfriamiento.
Kuhle explica los períodos interglaciales mediante el ciclo de 100.000 años de cambios de radiación debidos a variaciones en la órbita de la Tierra. Este calentamiento comparativamente insignificante, cuando se combina con la disminución de las áreas de hielo del interior nórdico y del Tíbet debido al peso de la carga de hielo superpuesta, ha llevado al deshielo completo repetido de las áreas de hielo del interior. [72] [73] [74] [75]
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 algunos momentos sus efectos se refuerzan mutuamente y en otros momentos se anulan (parcialmente).
Hay pruebas sólidas de que los ciclos de Milankovitch afectan la aparición de períodos glaciales e interglaciares dentro de una edad de hielo. La actual edad de hielo es la más estudiada y mejor comprendida, particularmente la de los últimos 400.000 años, ya que es el período cubierto por núcleos de hielo que registran la composición atmosférica y los indicadores de temperatura y volumen de hielo. Dentro de este período, la coincidencia de las frecuencias glaciales/interglaciares con los períodos de forzamiento orbital de Milanković es tan cercana que el forzamiento orbital se acepta generalmente. Los efectos combinados del cambio de distancia al Sol, la precesión del eje de la Tierra y la inclinación cambiante del eje de la Tierra redistribuyen la luz solar que recibe la Tierra. De particular importancia son los cambios en la inclinación del eje de la Tierra, que afectan la intensidad de las estaciones. Por ejemplo, la cantidad de influjo solar en julio a 65 grados de latitud norte varía hasta un 22% (de 450 W/m 2 a 550 W/m 2 ). Se cree ampliamente que las capas de hielo avanzan cuando los veranos se vuelven demasiado fríos para derretir toda la nieve acumulada del invierno anterior. Algunos creen que la fuerza del forzamiento orbital es demasiado pequeña para desencadenar glaciaciones, pero mecanismos de retroalimentación como el CO 2 pueden explicar este desajuste.
Si bien el forzamiento 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 explicar qué ciclos se observan como más importantes en el momento 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 e inclinación orbital de la Tierra . Sin embargo, ésta es, con diferencia, la más débil de las tres frecuencias predichas por Milankovitch. Durante el período comprendido entre hace 3,0 y 0,8 millones de años, 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 bien y son un área activa de investigación actual, pero la respuesta probablemente se relaciona con alguna forma de resonancia en el sistema climático de la Tierra. Trabajos recientes sugieren que el ciclo de 100.000 años domina debido al aumento del hielo marino en el polo sur que aumenta la reflectividad solar total. [76] [77]
La explicación "tradicional" de Milankovitch lucha por explicar el predominio del ciclo de 100.000 años durante los últimos 8 ciclos. Richard A. Muller , Gordon JF MacDonald , [78] [79] [80] y otros han señalado que esos cálculos son para una órbita bidimensional de la Tierra, pero la órbita tridimensional también tiene un ciclo orbital de 100.000 años. inclinación. Propusieron que estas variaciones en la inclinación orbital conducen a variaciones en la insolación, a medida que la Tierra entra y sale de bandas de polvo conocidas en el sistema solar. Aunque se trata de un mecanismo diferente a la visión tradicional, los períodos "predichos" durante los últimos 400.000 años son casi los mismos. La teoría de Muller y MacDonald, a su vez, ha sido cuestionada por José Antonio Rial. [81]
Otro investigador, 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 períodos de 41.000 y 26.000 años. ciclos anuales. Peter Huybers ha propuesto otra teoría más, quien argumenta que el ciclo de 41.000 años siempre ha sido dominante, pero que la Tierra ha entrado en un modo de comportamiento climático en el que sólo el segundo o tercer ciclo desencadena una edad de hielo. Esto implicaría que la periodicidad de 100.000 años es en realidad una ilusión creada al promediar ciclos que duran 80.000 y 120.000 años. [82] Esta teoría es consistente con un modelo empírico simple de múltiples estados propuesto por Didier Paillard. [83] Paillard sugiere que los ciclos glaciales del Pleistoceno tardío pueden verse como saltos entre tres estados climáticos cuasi estables. Los saltos son inducidos por el forzamiento orbital , mientras que a principios del Pleistoceno los ciclos glaciales de 41.000 años resultaron de saltos entre sólo dos estados climáticos. Peter Ditlevsen propuso un modelo dinámico que explica este comportamiento. [84] Esto respalda 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.
Hay al menos dos tipos de variación en la producción de energía del Sol: [85]
El aumento a largo plazo de la producción del Sol no puede ser la causa de las edades de hielo.
Las erupciones volcánicas pueden haber contribuido al inicio y/o al final de los períodos de la edad de hielo. En ocasiones, durante el paleoclima, los niveles de dióxido de carbono eran dos o tres veces mayores que los actuales. Los volcanes y los movimientos de las placas continentales contribuyeron a la elevada cantidad de CO 2 en la atmósfera. El dióxido de carbono de los volcanes probablemente contribuyó a los períodos con temperaturas generales más altas. [86] Una explicación sugerida del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno es que los volcanes submarinos liberaron metano de los clatratos y, por lo tanto, provocaron un aumento grande y rápido del efecto invernadero . [87] No parece haber evidencia geológica de tales erupciones en el momento adecuado, pero esto no prueba que no sucedieron.
El período geológico actual, el Cuaternario , que comenzó hace unos 2,6 millones de años y se prolonga hasta el presente, [2] está marcado por episodios cálidos y fríos, fases frías denominadas glaciales ( edad de hielo cuaternaria ) que duran unos 100.000 años, y que luego se interrumpido por los interglaciares más cálidos que duraron entre 10.000 y 15.000 años. El último episodio de 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 .
Las principales etapas glaciales de la actual edad de hielo en América del Norte son las glaciaciones Illinoian , Eemian y Wisconsin . Los geólogos y geomorfólogos del Cuaternario han descontinuado el uso de las etapas de Nebraska, Afton, Kansas y Yarmouthian para subdividir la edad de hielo en América del Norte. Todas estas etapas se fusionaron en el Preillinoiano en la década de 1980. [89] [90] [91]
Durante la glaciación norteamericana más reciente, durante la última parte del Último Máximo Glacial (hace 26.000 a 13.300 años), las capas de hielo se extendieron hasta aproximadamente el paralelo 45º norte . Estas láminas tenían de 3 a 4 kilómetros (1,9 a 2,5 millas) de espesor. [90]
Esta glaciación de Wisconsin dejó impactos generalizados en el paisaje de América del Norte. Los Grandes Lagos y los Lagos Finger fueron tallados por el hielo que profundizaba los antiguos valles. La mayoría de los lagos de Minnesota y Wisconsin fueron excavados por glaciares y luego llenos de agua de deshielo glacial. El antiguo sistema de drenaje del río Teays fue alterado radicalmente y remodelado en gran medida para convertirlo en el sistema de drenaje del río Ohio . Otros ríos fueron represados y desviados a nuevos canales, como las Cataratas del Niágara , que formaron una espectacular cascada y un desfiladero, cuando el flujo de agua encontró una escarpa de piedra caliza. Otra cascada similar, en el actual Parque Estatal Clark Reservation cerca de Syracuse, Nueva York , ahora está seca.
El área desde Long Island hasta Nantucket, Massachusetts, se formó a partir de glaciares , y la gran cantidad de lagos en el Escudo Canadiense en el norte de Canadá se puede atribuir casi en su totalidad a la acción del hielo. A medida que el hielo se retiraba y el polvo de roca se secaba, los vientos arrastraron el material cientos de kilómetros, formando lechos de loess de muchas decenas de pies de espesor en el valle de Missouri . El rebote posglacial continúa remodelando los Grandes Lagos y otras áreas que antes estaban bajo el peso de las capas de hielo.
El área sin deriva , una parte del oeste y suroeste de Wisconsin junto con partes de los estados adyacentes de Minnesota , Iowa e Illinois , no estaba cubierta por glaciares.
En los Andes semiáridos se ha producido un cambio climático especialmente interesante durante la época glacial. Además del enfriamiento esperado en comparación con el clima actual, aquí se produjo un cambio significativo en las precipitaciones. Así, los estudios en el macizo subtropical actualmente semiárido del Aconcagua (6.962 m) han demostrado una glaciación inesperadamente extensa del tipo "red de corrientes de hielo". [92] [93] [94] [95] [96] Los glaciares del valle conectados, que superan los 100 km de longitud, fluyeron hacia el lado este de esta sección de los Andes en 32–34°S y 69–71°W hasta una altura de 2.060 m y en el lado occidental del grátil aún claramente más profundo. [96] [97] Donde los glaciares actuales apenas alcanzan los 10 km de longitud, la línea de nieve (ELA) discurre a una altura de 4.600 my en aquel momento estaba bajada a 3.200 m sobre el nivel del mar , es decir, a unos 1.400 m. De esto se deduce que, además de una depresión anual de la temperatura de aproximadamente c. 8,4 °C: hubo un aumento de las precipitaciones. En consecuencia, en la época glacial, la zona climática húmeda que hoy se sitúa varios grados de latitud más al S, se desplazó mucho más hacia el N. [95] [96]
Aunque el último período glacial terminó hace más de 8.000 años, sus efectos todavía se pueden sentir hoy. Por ejemplo, el hielo en movimiento esculpió el paisaje en Canadá (ver Archipiélago ártico canadiense ), Groenlandia, el norte de Eurasia y la Antártida. Los cantos rodados erráticos , till , drumlins , eskers , fiordos , lagos hervidor , morrenas , circos , cuernos , etc., son rasgos típicos que dejan los glaciares. El peso de las capas de hielo fue tan grande que deformaron la corteza y el manto de la Tierra. Después de que las capas de hielo se derritieran, la tierra cubierta de hielo se recuperó . Debido a la alta viscosidad del manto terrestre , el flujo de rocas del manto que controla el proceso de rebote es muy lento, a un ritmo de aproximadamente 1 cm/año cerca del centro del área de rebote actual.
Durante la glaciación, se tomó agua de los océanos para formar hielo en latitudes altas, por lo que el nivel global del mar cayó unos 110 metros, exponiendo las plataformas continentales y formando puentes terrestres entre masas terrestres para que los animales migraran. Durante la desglaciación , el agua helada derretida regresó a los océanos, provocando un aumento del nivel del mar. Este proceso puede provocar cambios repentinos en las costas y los sistemas de hidratación, lo que resulta en tierras recientemente sumergidas, tierras emergentes, colapso de presas de hielo que resultan en la salinización de lagos, nuevas presas de hielo que crean vastas áreas de agua dulce y una alteración general en los patrones climáticos regionales a gran escala, pero escala temporal. Incluso puede provocar una reglamentación temporal . Este tipo de patrón caótico de tierra, hielo, agua salada y agua dulce que cambian rápidamente se ha propuesto como el modelo probable para las regiones bálticas y escandinavas , así como para gran parte del centro de América del Norte al final del último máximo glacial, con el actual Las líneas costeras diurnas sólo se lograron 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 hoy es el Mar del Norte, conectando las Islas Británicas con la Europa continental. [98]
La redistribución del agua helada en la superficie de la Tierra y el flujo de las rocas del manto provocan cambios en el campo gravitacional , así como cambios en la distribución del momento de inercia de la Tierra. Estos cambios en el momento de inercia dan como resultado un cambio en la velocidad angular , el eje y la oscilación de la rotación de la Tierra.
El peso de la masa superficial redistribuida cargó la litosfera , provocó que se flexionara y también indujo tensión dentro de la Tierra. La presencia de glaciares generalmente suprimió el movimiento de las fallas subyacentes. [99] [100] [101] Durante la desglaciación , las fallas experimentan un deslizamiento acelerado que desencadena terremotos . Los terremotos desencadenados cerca del margen del hielo pueden, a su vez, acelerar el desprendimiento del hielo y explicar los eventos de Heinrich . [102] 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 del Hielo era toda tierra drenada por el río Eridanos .
Un informe de 2015 del Proyecto de Cambios Globales Pasados dice que las simulaciones muestran que es poco probable que ocurra una nueva glaciación dentro de los próximos 50.000 años, aproximadamente, antes de que ocurra la próxima caída fuerte en la insolación de verano del hemisferio norte "si la concentración de CO 2 atmosférico se mantiene por encima de 300 ppm o Las emisiones de carbono acumuladas superan los 1.000 Pg C" (es decir, 1.000 gigatoneladas de carbono). "Sólo con un contenido atmosférico de CO 2 por debajo del nivel preindustrial puede ocurrir una glaciación dentro de los próximos 10 ka... Dadas las continuas emisiones antropogénicas de CO 2 , es muy poco probable que se produzca un inicio glacial en los próximos 50 ka, porque la escala de tiempo para La reducción del CO 2 y la temperatura hacia valores no perturbados en ausencia de eliminación activa es muy larga [IPCC, 2013], y solo se produce un forzamiento precesional débil en los dos ciclos precesionales siguientes". (Un ciclo precesional dura alrededor de 21.000 años, el tiempo que tarda el perihelio en recorrer todo el año tropical .) [103]
Las edades de hielo pasan por ciclos de unos 100.000 años, pero la próxima bien podría evitarse debido a nuestras emisiones de dióxido de carbono. [5]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)El descubrimiento de la Edad del Hielo es uno de los avances más revolucionarios realizados en las ciencias de la Tierra.
En 1824, el geocientífico danés-noruego Jens Esmark publicó un artículo en el que afirmaba que había pruebas indiscutibles de que Noruega y otras partes de Europa habían estado cubiertas anteriormente por enormes glaciares que excavaban valles y fiordos, en un clima frío causado por cambios en la excentricidad de la órbita de la Tierra. .
Esmark y su compañero de viaje Otto Tank llegaron a esta idea mediante un razonamiento análogo: las enigmáticas características del paisaje que observaron cerca del nivel del mar a lo largo de la costa noruega se parecían mucho a las características que observaron en el frente de un glaciar en retirada durante una travesía de montaña en el verano de 1823.
Otro factor 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 glacial inducido por este o cualquier otro proceso puede amplificarse mediante retroalimentaciones positivas inversas similares a las de los avances glaciales.
