A lo largo de la historia climática de la Tierra ( Paleoclima ), su clima ha fluctuado entre dos estados primarios: la Tierra de invernadero y de invernadero . [1] Ambos estados climáticos duran millones de años y no deben confundirse con los períodos glaciales e interglaciares , que ocurren como fases alternas dentro de un período de acumulación de hielo y tienden a durar menos de 1 millón de años. [2] Hay cinco períodos Icehouse conocidos en la historia climática de la Tierra, que se conocen como glaciaciones huroniana , criogénica , andina-sahariana , paleozoica tardía y cenozoica tardía . [1] Se cree que los principales factores implicados en los cambios del paleoclima son la concentración de dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ), los cambios en la órbita de la Tierra , los cambios a largo plazo en la constante solar y los cambios oceánicos y orogénicos debidos a la dinámica de las placas tectónicas. . [3] Los períodos de invernadero y de hielo han desempeñado papeles clave en la evolución de la vida en la Tierra al forzar directa e indirectamente la adaptación biótica y el recambio en diversas escalas espaciales a lo largo del tiempo. [4] [5]
Una "Tierra invernadero" es un período durante el cual no existen glaciares continentales en ningún lugar del planeta. [6] Además, los niveles de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero (como el vapor de agua y el metano ) son altos, y las temperaturas de la superficie del mar (TSM) oscilan entre 28 °C (82,4 °F) en los trópicos y 0 °C ( 32 °F) en las regiones polares . [7] La Tierra ha estado en un estado de invernadero durante aproximadamente el 85% de su historia. [6]
El estado no debe confundirse con un hipotético efecto invernadero galopante , que es un punto de inflexión irreversible que corresponde al actual efecto invernadero galopante en Venus . [8] El IPCC afirma que "un 'efecto invernadero desbocado', análogo a [el de] Venus, parece no tener prácticamente ninguna posibilidad de ser inducido por actividades antropogénicas ". [9]
Hay varias teorías sobre cómo puede surgir una Tierra invernadero. Los indicadores geológicos del clima indican que existe una fuerte correlación entre un estado de efecto invernadero y altos niveles de CO2 . [1] Sin embargo, es importante reconocer que los altos niveles de CO 2 se interpretan como un indicador del clima de la Tierra, más que como un factor independiente. En cambio, es probable que otros fenómenos hayan desempeñado un papel clave al influir en el clima global al alterar las corrientes oceánicas y atmosféricas [10] y aumentar la cantidad neta de radiación solar absorbida por la atmósfera de la Tierra. [11] Dichos fenómenos pueden incluir, entre otros, cambios tectónicos que resultan en la liberación de gases de efecto invernadero (como CO 2 y CH 4 ) a través de la actividad volcánica . [12] Los volcanes emiten cantidades masivas de CO 2 y metano a la atmósfera. cuando están activos, lo que puede atrapar suficiente calor como para provocar un efecto invernadero. En la Tierra, las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero como dióxido de carbono (CO 2 ) y metano (CH 4 ) son más altas, atrapando la energía solar en la atmósfera a través del efecto invernadero. El metano, el principal componente del gas natural, es responsable de más de una cuarta parte del calentamiento global actual. Es un contaminante formidable con un potencial de calentamiento global 80 veces mayor que el CO 2 en los 20 años posteriores a su introducción en la atmósfera. Un aumento en la constante solar aumenta la cantidad neta de energía solar absorbida en la atmósfera terrestre, [11] y los cambios en la oblicuidad y excentricidad de la Tierra aumentan la cantidad neta de radiación solar absorbida en la atmósfera terrestre. [11]
La Tierra se encuentra ahora en un estado de casa de hielo y hay capas de hielo presentes en ambos polos simultáneamente. [6] Los indicadores climáticos indican que las concentraciones de gases de efecto invernadero tienden a disminuir durante una Tierra con hielo. [13] De manera similar, las temperaturas globales también son más bajas en las condiciones de Icehouse. [14] La Tierra luego fluctúa entre períodos glaciales e interglaciares, y el tamaño y la distribución de las capas de hielo continentales fluctúan dramáticamente. [15] La fluctuación de las capas de hielo produce cambios en las condiciones climáticas regionales que afectan el rango y la distribución de muchas especies terrestres y oceánicas. [4] [5] [16] En escalas que van desde miles a cientos de millones de años, el clima de la Tierra ha pasado de intervalos cálidos a intervalos fríos dentro de rangos que sustentan la vida. Ha habido tres períodos de glaciación en el Eón Fanerozoico (Ordovícico, Carbonífero y Cenozoico), cada uno de los cuales duró decenas de millones de años y llevó el hielo al nivel del mar en latitudes medias. Durante estos intervalos gélidos de "invernadero", los niveles del mar fueron generalmente más bajos, los niveles de CO 2 en la atmósfera fueron más bajos, la fotosíntesis neta y el entierro de carbono fueron menores, y el vulcanismo oceánico fue menor que durante los intervalos alternos de "invernadero". Las transiciones de los intervalos de invernadero fanerozoico a invernadero coincidieron con crisis bióticas o eventos de extinción catastróficos, lo que indica retroalimentaciones complicadas entre la biosfera y la hidrosfera. [39]
Los períodos glacial e interglaciar tienden a alternarse de acuerdo con la oscilación solar y climática hasta que la Tierra finalmente regresa a un estado de invernadero. [15]
El estado actual del depósito de hielo de la Tierra se conoce como Edad de Hielo Cuaternario y comenzó hace aproximadamente 2,58 millones de años. [17] Sin embargo, una capa de hielo ha existido en la Antártida durante aproximadamente 34 millones de años. [17] La Tierra se encuentra ahora en un período interglacial clemente que comenzó hace aproximadamente 11.800 años. [17] La Tierra probablemente entrará en otro período interglacial como el Eemiense , que ocurrió hace entre 130.000 y 115.000 años, durante el cual se pueden observar evidencias de bosques en el Cabo Norte, Noruega, e hipopótamos en los ríos Rin y Támesis. [16] Se espera que la Tierra continúe la transición entre períodos glaciales e interglaciares hasta el cese de la Edad de Hielo Cuaternario y luego entre en otro estado de efecto invernadero.
Está bien establecido que existe una fuerte correlación entre los niveles bajos de CO 2 y un estado de congelación. [18] Sin embargo, eso no significa que la disminución de los niveles atmosféricos de CO 2 sea el principal impulsor de una transición al estado de invernadero. [11] [18] Más bien, puede ser un indicador de otros procesos solares, geológicos y atmosféricos en funcionamiento. [18] [10] [11]
Los posibles impulsores de estados anteriores de depósitos de hielo incluyen el movimiento de las placas tectónicas y la apertura y cierre de puertas oceánicas. [19] Parecen desempeñar un papel crucial en llevar a la Tierra a un estado de casa de hielo, ya que los cambios tectónicos resultan en el transporte de agua fría y profunda, que circula hacia la superficie del océano y ayuda al desarrollo de la capa de hielo en los polos. [7] Ejemplos de cambios de corrientes oceánicas como resultado de la dinámica de las placas tectónicas incluyen la apertura del Portal de Tasmania hace 36,5 millones de años, que separó Australia y la Antártida, [20] [21] y la apertura del Pasaje de Drake hace 32,8 millones de años. por la separación de América del Sur y la Antártida , [21] las cuales se cree que permitieron el desarrollo de la capa de hielo antártica . El cierre del istmo de Panamá y de la vía marítima de Indonesia hace aproximadamente 3 a 4 millones de años también puede contribuir al estado actual de la Tierra. [22] Un impulsor propuesto de la Edad de Hielo del Ordovícico fue la evolución de las plantas terrestres. Bajo ese paradigma, el rápido aumento de la biomasa fotosintética eliminó gradualmente el CO 2 de la atmósfera y lo reemplazó con niveles crecientes de O 2 , lo que indujo un enfriamiento global. [23] Un impulsor propuesto de la Edad de Hielo Cuaternario es la colisión del subcontinente indio con Eurasia para formar el Himalaya y la meseta tibetana . [17] Bajo ese paradigma, el levantamiento continental resultante reveló cantidades masivas de roca de silicato no erosionada CaSiO
3, que reaccionó con CO 2 para producir CaCO
3(cal) y SiO
2(sílice). El CaCO
3Finalmente fue transportado al océano y absorbido por el plancton, que luego murió y se hundió en el fondo del océano, lo que eliminó efectivamente el CO 2 de la atmósfera. [17]
Dentro de los estados de los depósitos de hielo hay períodos " glaciales " e " interglaciares " que hacen que las capas de hielo se acumulen o retrocedan. Las principales causas de los períodos glaciales e interglaciares son las variaciones en el movimiento de la Tierra alrededor del Sol . [24] Los componentes astronómicos, descubiertos por el geofísico serbio Milutin Milanković y ahora conocidos como ciclos de Milankovitch , incluyen la inclinación axial de la Tierra, la excentricidad orbital (o forma de la órbita ) y la precesión (o oscilación) de la rotación de la Tierra . La inclinación del eje tiende a fluctuar de 21,5° a 24,5° y viceversa cada 41.000 años en el eje vertical. En realidad, el cambio afecta la estacionalidad en la Tierra, ya que un cambio en la radiación solar golpea con mayor frecuencia ciertas áreas del planeta con una inclinación más alta, y una inclinación más baja crea un conjunto de estaciones más uniforme en todo el mundo. Los cambios se pueden ver en los núcleos de hielo, que también contienen evidencia de que durante las épocas glaciales (en la máxima extensión de las capas de hielo), la atmósfera tenía niveles más bajos de dióxido de carbono. Esto puede ser causado por el aumento o la redistribución del equilibrio ácido - base con iones bicarbonato y carbonato que se ocupa de la alcalinidad . Durante un período de acumulación de hielo, sólo el 20% del tiempo se pasa en épocas interglaciales o más cálidas. [24] Las simulaciones de modelos sugieren que el actual estado climático interglacial continuará durante al menos otros 100.000 años debido a las emisiones de CO 2 , incluida la desglaciación completa del hemisferio norte. [25]
Una "Tierra bola de nieve" es todo lo contrario de una Tierra en invernadero, en la que la superficie de la Tierra está completamente congelada. Sin embargo, una Tierra bola de nieve técnicamente no tiene capas de hielo continentales como durante el estado de la casa de hielo. Se ha afirmado que la "Gran Edad de Hielo Infracámbrica " es la anfitriona de tal mundo, y en 1964, el científico W. Brian Harland presentó su descubrimiento de indicios de glaciares en las latitudes bajas (Harland y Rudwick). Eso se convirtió en un problema para Harland debido a la idea de la "Paradoja de la bola de nieve fugitiva" (una especie de efecto bola de nieve ) de que una vez que la Tierra entra en la ruta de convertirse en una Tierra bola de nieve, nunca podría salir de ese estado. Sin embargo, Joseph Kirschvink planteó una solución a la paradoja en 1992. Dado que los continentes estaban entonces agrupados en las latitudes bajas y medias, había menos agua de océano disponible para absorber la mayor cantidad de energía solar que llegaba a los trópicos, y había También hubo un aumento de las precipitaciones porque una mayor superficie de tierra expuesta a una mayor energía solar podría haber provocado una erosión química, lo que contribuiría a la eliminación de CO 2 de la atmósfera. Ambas condiciones podrían haber causado una caída sustancial en los niveles atmosféricos de CO 2 , lo que resultó en un enfriamiento de las temperaturas y un aumento del albedo del hielo (reflectividad del hielo de la radiación solar entrante), lo que aumentaría aún más el enfriamiento global (una retroalimentación positiva). Ese podría haber sido el mecanismo para entrar en el estado de Tierra Bola de Nieve. Kirschvink explicó que la forma de salir del estado de Tierra Bola de Nieve podría estar ligada nuevamente al dióxido de carbono. Una posible explicación es que durante la Tierra Bola de Nieve, la actividad volcánica no se detendría sino que acumularía CO 2 atmosférico . Al mismo tiempo, la capa de hielo global evitaría la erosión química (en particular la hidrólisis ), responsable de la eliminación de CO 2 de la atmósfera. Por tanto, el CO 2 se acumuló en la atmósfera. Una vez que la acumulación de CO 2 en la atmósfera alcanzara un umbral, la temperatura aumentaría lo suficiente como para que las capas de hielo comenzaran a derretirse. Esto, a su vez, reduciría el efecto albedo del hielo, lo que a su vez reduciría aún más la capa de hielo y permitiría una salida de Snowball Earth. Al final de la Tierra Bola de Nieve, antes de que se restableciera el "termostato" de equilibrio entre la actividad volcánica y la erosión química que para entonces se reanudaba lentamente, el CO 2en la atmósfera se había acumulado lo suficiente como para provocar que las temperaturas alcanzaran un máximo de hasta 60 °C, empujando a la Tierra a un breve estado húmedo de invernadero. Alrededor del mismo período geológico de Snowball Earth (se debate si fue la causa o el resultado de Snowball Earth), estaba ocurriendo el Gran Evento de Oxigenación (GOE). El evento conocido como Explosión Cámbrica siguió y produjo los inicios de organismos bilaterales poblados, así como una mayor diversidad y movilidad en la vida multicelular. [26] Sin embargo, algunos biólogos afirman que una Tierra como una bola de nieve completa no podría haber ocurrido ya que la vida fotosintética no habría sobrevivido bajo muchos metros de hielo sin luz solar . Sin embargo, se ha observado que la luz del sol penetra metros de hielo en la Antártida [ cita requerida ] . La mayoría de los científicos [ cita necesaria ] ahora creen que una Tierra bola de nieve "dura", completamente cubierta por hielo, es probablemente imposible. Sin embargo, se considera posible una "Tierra bola de nieve", con puntos de apertura cerca del ecuador .
Estudios recientes pueden haber complicado nuevamente la idea de una Tierra como bola de nieve. En octubre de 2011, un equipo de investigadores franceses anunció que el dióxido de carbono durante la última "Tierra bola de nieve" especulada puede haber sido menor de lo inicialmente indicado, lo que supone un desafío para descubrir cómo la Tierra salió de su estado y si se produjo una bola de nieve o una Se produjo una bola de nieve en la Tierra. [27]
El Eoceno , que ocurrió hace entre 56,0 y 33,9 millones de años, fue el período de temperatura más cálida de la Tierra en 100 millones de años. [28] Sin embargo, el período de "súper invernadero" finalmente se había convertido en un período de invernadero a finales del Eoceno. Se cree que la disminución de CO 2 provocó el cambio, pero los mecanismos de retroalimentación positiva pueden haber contribuido al enfriamiento.
El mejor registro disponible de una transición de un período de invernadero a un invernadero en el que existió vida vegetal es el del período Pérmico , que ocurrió hace unos 300 millones de años. Hace 40 millones de años tuvo lugar una transición importante que provocó que la Tierra pasara de ser un planeta húmedo y helado en el que las selvas tropicales cubrían los trópicos a un lugar cálido, seco y ventoso en el que poco podía sobrevivir. La profesora Isabel P. Montañez de la Universidad de California, Davis , que ha investigado el período, encontró que el clima era "altamente inestable" y estaba "marcado por caídas y aumentos en el dióxido de carbono". [29]
La transición Eoceno-Oligoceno fue la más tardía y ocurrió hace aproximadamente 34 millones de años. Resultó en un rápido enfriamiento global, la glaciación de la Antártida y una serie de eventos de extinción biótica. El evento de rotación de especies más dramático asociado con el período es el Grande Coupure , un período que vio el reemplazo de especies de mamíferos europeos que habitan en árboles y se alimentan de hojas por especies migratorias de Asia. [30]
La paleoclimatología es una rama de la ciencia que intenta comprender la historia de las condiciones de los invernaderos y los invernaderos a lo largo del tiempo geológico. El estudio de los núcleos de hielo , la dendrocronología , los sedimentos oceánicos y lacustres ( varve ), la palinología ( paleobotánica ), el análisis de isótopos (como la datación radiométrica y el análisis de isótopos estables) y otros indicadores climáticos permiten a los científicos crear modelos de los presupuestos energéticos pasados de la Tierra y el clima resultante. Un estudio ha demostrado que los niveles de dióxido de carbono atmosférico durante la era Pérmica oscilaban entre 250 partes por millón , lo que está cerca de los niveles actuales, hasta 2.000 partes por millón. [29] Los estudios sobre sedimentos lacustres sugieren que el Eoceno "invernadero" o "súper invernadero" se encontraba en un "estado permanente de El Niño " después de que el calentamiento de 10 °C de las profundidades del océano y las temperaturas superficiales en altas latitudes cerraran el Océano Pacífico . s El Niño- Oscilación del Sur . [31] Se sugirió una teoría para el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno sobre la disminución repentina de la composición isotópica de carbono del depósito global de carbono inorgánico en 2,5 partes por millón. [32] Una hipótesis planteada para esta caída de isótopos fue el aumento de los hidratos de metano , cuyo desencadenante sigue siendo un misterio. El aumento del metano atmosférico , que resulta ser un gas de efecto invernadero potente pero de corta vida, aumentó las temperaturas globales en 6 °C con la ayuda del menos potente dióxido de carbono. [ cita necesaria ]
Actualmente, la Tierra se encuentra en un estado climático de casa de hielo. Hace unos 34 millones de años, comenzaron a formarse capas de hielo en la Antártida ; Las capas de hielo del Ártico no empezaron a formarse hasta hace 2 millones de años. [33] Algunos procesos que pueden haber conducido a la actual casa de hielo pueden estar relacionados con el desarrollo de las montañas del Himalaya y la apertura del Pasaje de Drake entre América del Sur y la Antártida, pero las simulaciones de modelos climáticos sugieren que la apertura temprana del Pasaje de Drake influyó sólo un papel limitado, y la posterior constricción de las vías marítimas de Tetis y Centroamérica es más importante para explicar el enfriamiento cenozoico observado. [34] Los científicos han tratado de comparar las transiciones pasadas entre el invernadero y el invernadero, y viceversa, para comprender qué tipo de estado climático tendrá la Tierra a continuación.
Sin la influencia humana sobre la concentración de gases de efecto invernadero, el próximo estado climático sería un período glacial . Los cambios previstos en el forzamiento orbital sugieren que, en ausencia de un calentamiento global provocado por el hombre , el próximo período glacial comenzaría al menos dentro de 50.000 años [35] (ver ciclos de Milankovitch ), pero las actuales emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero significan que el próximo estado climático será ser un período de invernadero en la Tierra. [33] El hielo permanente es en realidad un fenómeno raro en la historia de la Tierra y ocurre sólo en coincidencia con el efecto casa de hielo, que ha afectado alrededor del 20% de la historia de la Tierra.
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