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Glaciación hirnantiana

La glaciación andino-sahariana , también conocida como Edad de Hielo del Paleozoico Temprano ( EPIA ), [1] la Casa de Hielo del Paleozoico Temprano , [2] la glaciación del Ordovícico Tardío , la glaciación del Ordovícico Final o la glaciación Hirnantiana , ocurrió durante el Paleozoico desde aproximadamente 460 Ma hasta alrededor de 420 Ma, durante el Ordovícico Tardío y el período Silúrico . Anteriormente se pensaba que la glaciación principal durante este período consistía solo en la glaciación Hirnantiana en sí, pero ahora se ha reconocido como un evento más largo y gradual, [3] [4] [5] que comenzó tan temprano como el Darriwiliano , [1] y posiblemente incluso el Floiano . [6] Se pueden ver evidencias de esta glaciación en lugares como Arabia , África del Norte , Sudáfrica , Brasil , Perú , Bolivia , Chile , Argentina y Wyoming . [7] [8] [9] [10] Otra evidencia derivada de los datos isotópicos es que durante el Ordovícico tardío, las temperaturas de los océanos tropicales eran aproximadamente 5 °C más frías que las actuales; esto habría sido un factor importante que ayudó en el proceso de glaciación. [11]

La glaciación del Ordovícico Tardío se considera ampliamente como la principal causa de la extinción masiva del Ordovícico Tardío , [2] [12] y es el único episodio glacial que parece haber coincidido con una importante extinción masiva de casi el 61% de la vida marina. [13] Las estimaciones del volumen máximo de la capa de hielo varían de 50 a 250 millones de kilómetros cúbicos, y su duración de 35 millones a menos de 1 millón de años. En su apogeo durante el Hirnantian , se cree que la edad de hielo fue significativamente más extrema que el Último Máximo Glacial que ocurrió durante el Pleistoceno terminal . [11] La glaciación del hemisferio norte fue mínima porque una gran cantidad de tierra estaba en el hemisferio sur .

Cronología

Glaciaciones prehirantianas

La evidencia más temprana de una posible glaciación proviene de las fluctuaciones de los isótopos de oxígeno de la apatita conodonte del Floiense, que muestran una periodicidad característica de los ciclos de Milankovitch y se han interpretado como un reflejo del crecimiento y la disminución cíclicos de los casquetes polares. [6] Una glaciación especulada en el Darriwiliano medio corresponde a la excursión isotópica positiva del carbono del MDICE. [14] Se conocen cambios en el nivel del mar que probablemente reflejen la glacioeustasia de esta etapa geológica, alrededor de 467 Ma. [1] Sin embargo, no se conocen depósitos glaciares del Ordovícico Medio que proporcionen evidencia geológica directa de glaciación. [15] [16] La evidencia isotópica del Sandbiano revela tres posibles glaciaciones: una glaciación Sandbiana temprana, una glaciación Sandbiana media y una glaciación Sandbiana tardía. [14] Aunque la datación bioestratigráfica de los depósitos glaciares en Gondwana ha sido problemática, hay evidencia que sugiere la presencia de glaciación en la etapa Sandbiana (aproximadamente 451-461 Ma). [10] La distribución de graptolitos durante el intervalo de tiempo delineado por la biozona de graptolitos de Nemacanthus gracilis indica una extensión latitudinal de los trópicos y subtrópicos similar a la de hoy, como lo evidencia un gradiente faunístico pronunciado que no es característico de los períodos de invernadero, lo que sugiere que la Tierra estaba en un estado de glaciar suave al comienzo del Sandbiano, alrededor de 460 Ma. [17] Muchas posibles glaciaciones cortas ocurrieron durante el Katiense: tres glaciaciones muy cortas durante el Katiense temprano, la glaciación Rakvere durante el Katiense temprano tardío, una glaciación Katiense media, la glaciación Ashgill temprana de principios del Katiense tardío, y una glaciación Katiense más tardía que fue seguida por un evento de calentamiento rápido en la biozona de graptolitos Paraorthograptus pacificus inmediatamente antes de la glaciación Hirnantian misma. [14] Se conocen evidencias de cambios importantes en la formación de agua de fondo, que usualmente indican un cambio repentino en el clima global, del Katiense. [18] Los cambios en las proporciones isotópicas de carbono y neodimio que corresponden a la bioestratigrafía de graptolitos brindan evidencia adicional a favor de la existencia de ciclos glacioeustáticos durante el Katiense, [19] al igual que las fluctuaciones del δ 18 O de la apatita conodonte de Kentucky y Quebec que probablemente reflejan cambios glacioeustáticos en el nivel del mar. [20] Sin embargo, la existencia de glaciares durante el Katiense sigue siendo controvertida. [21] [22] Braquiópodo y agua de mar del Katiense δ 18Los valores de O del Arco de Cincinnati indican temperaturas oceánicas características de un estado de efecto invernadero global. [23]

Glaciación hirnantiana

Escala de tiempo del Carbono 13 del Ordovícico
En este gráfico, el período que representa el Ordovícico Tardío se encuentra en la parte superior. Se observa un cambio brusco en el carbono 13, así como una marcada disminución de las temperaturas de la superficie del mar. [24]

En el límite Katiense-Hirnantian, un evento de enfriamiento repentino causó una rápida expansión de los glaciares, lo que resultó en una de las glaciaciones más severas del Fanerozoico, un evento de enfriamiento extremo que generalmente se cree que coincide con el primer pulso de la extinción masiva del Ordovícico tardío. [25] Un cambio de δ 18 O ocurre al comienzo del Hirnantian; la magnitud de este cambio (+2-4‰) fue extraordinaria. [26] Su dirección implica enfriamiento glacial y posiblemente aumentos en el volumen de hielo. Los cambios observados en el indicador isotópico δ 18 O requerirían una caída del nivel del mar de 100 metros y una caída de 10 °C en las temperaturas del océano tropical para haber ocurrido durante este episodio glacial. [27] Los datos sedimentológicos muestran que las capas de hielo del Ordovícico tardío glaciarizaron la cuenca de Al Kufrah . Las capas de hielo probablemente también formaron una cubierta de hielo continua sobre el norte de África y la península Arábiga. En todas las áreas del norte de África donde hay esquisto del Silúrico temprano , hay depósitos glaciogénicos del Ordovícico tardío debajo, probablemente debido a la anoxia promovida en estas cuencas. [28]

Al final del Hirnantian, se produjo un retroceso abrupto de los glaciares concurrente con el segundo pulso de la extinción masiva del Ordovícico Tardío, [29] después de lo cual la Tierra retrocedió a un clima mucho más cálido durante el Rhuddanian. [30] El calentamiento del Hirnantian Tardío estuvo marcado por un cambio igualmente meteórico en δ 18 O hacia valores más negativos. [31] Los valores de δ 13 C también caen bruscamente al comienzo del Silúrico . [27]

Glaciaciones silúricas

Después del relativamente cálido Rhuddaniano, se produjeron eventos glaciares durante el Aeroniano temprano y tardío. [32] Se produjo otra glaciación desde el Telychiano tardío hasta el Sheinwoodiano medio. [33] [34] Desde el Homeriano temprano hasta el tardío, la Tierra estuvo en otra fase glaciar. [35] La última glaciación importante del EPIA ocurrió durante el Ludfordiano y estuvo asociada con el evento Lau. [36]

Durante este período, se conocen glaciaciones en Arabia, el Sahara, África occidental, el sur del Amazonas y los Andes, y se sabe que el centro de la glaciación migró del Sahara en el Ordovícico (450-440 Ma) a Sudamérica en el Silúrico (440-420 Ma). Según Eyles y Young, "Un importante episodio glacial de c. 440 Ma , está registrado en estratos del Ordovícico Tardío (predominantemente Ashgillian ) en África Occidental (Formación Tamadjert del Sahara), en Marruecos ( Cuenca de Tinduf ) y en el centro-oeste de Arabia Saudita, todas áreas en latitudes polares en ese momento. Desde el Ordovícico Tardío hasta el Silúrico Temprano, el centro de la glaciación se movió desde el norte de África hasta el suroeste de Sudamérica". [37] Los glaciares continentales se desarrollaron en África y el este de Brasil, mientras que los glaciares alpinos se formaron en los Andes. [38] En el oeste de Sudamérica (Perú, Bolivia y norte de Argentina) se encontraron diamictitas glaciomarinas intercaladas con turbiditas, lutitas, flujos de lodo y flujos de detritos, datadas como Silúrico temprano (Llandonvery), con una extensión hacia el sur hasta el norte de Argentina y el oeste de Paraguay, y con una probable extensión hacia el norte hasta Perú, Ecuador y Colombia. [7]

Una importante edad de hielo, la Andino-Sahariana, fue precedida por las edades de hielo Criogénicas (720–630 Ma, las glaciaciones Sturtianas y Marinoanas ), a menudo denominadas Tierra Bola de Nieve , y seguidas por la Edad de Hielo Karoo (350–260 Ma). [39]

Evidencia

Litológica

Posibles causas

CO2agotamiento

Uno de los factores que obstaculizaron la glaciación durante el Paleozoico temprano fue la concentración atmosférica de CO2 , que en ese momento era entre 8 y 20 veces mayor que los niveles preindustriales. [40] Sin embargo, la irradiancia solar fue significativamente menor durante el Ordovícico Tardío; hace 450 millones de años, la irradiancia solar de la Tierra era de aproximadamente 1312,00 W m −2 en comparación con 1360,89 W m −2 en la actualidad. [41] Además, se cree que las concentraciones de CO2 cayeron significativamente en el Hirnantian, lo que podría haber inducido una glaciación generalizada durante una tendencia general de enfriamiento. [42] Los métodos para la eliminación de CO2 durante este tiempo no eran bien conocidos, [27] y todavía se debaten acaloradamente, habiéndose propuesto la radiación de las plantas terrestres, [43] un mayor enterramiento de carbono orgánico oceánico, [44] [45] y una reducción en la desgasificación volcánica de dióxido de carbono. [46] Podría haber sido posible que la glaciación se iniciara con altos niveles de CO 2 , pero habría dependido en gran medida de la configuración continental. [40]

Meteorización por silicato

La meteorización de silicatos a largo plazo es un mecanismo importante a través del cual se elimina CO2 de la atmósfera, convirtiéndolo en bicarbonato que se almacena en sedimentos marinos. Esto a menudo se ha relacionado con la orogenia tacónica , un evento de formación de montañas en la costa este de Laurentia (actual América del Norte). [47] Otra hipótesis es que una hipotética gran provincia ígnea en el Katiense condujo a una inundación basáltica causada por una alta actividad volcánica continental durante ese período. A corto plazo, esto habría liberado una gran cantidad de CO2 a la atmósfera, lo que puede explicar un pulso de calentamiento en el Katiense. Sin embargo, a largo plazo, los basaltos de inundación habrían dejado atrás llanuras de roca basáltica, reemplazando las exposiciones de roca granítica. Las rocas basálticas se meteorizan sustancialmente más rápido que las rocas graníticas, lo que eliminaría rápidamente el CO2 de la atmósfera a un ritmo mucho más rápido que antes de la actividad volcánica. [48] Los niveles de CO2 también podrían haber disminuido debido a la meteorización acelerada de silicatos causada por la expansión de plantas terrestres no vasculares. Las plantas vasculares sólo aparecieron 15 Ma después de la glaciación. [49] [43]

Entierro de carbono orgánico

La evidencia isotópica apunta a un cambio positivo global hirnantiano en δ 13 C casi al mismo tiempo que el cambio positivo en el carbonato marino δ 18 O. [50] Este cambio se conoce como la Excursión Isotópica de Carbono Hirnantian (HICE). [51] El cambio positivo en δ 13 C implica un cambio en el ciclo del carbono que conduce a un mayor enterramiento de carbono orgánico, [51] [52] aunque algunos investigadores sostienen una interpretación conflictiva de este cambio de δ 13 C como causado por un aumento de la erosión de las plataformas de carbonato expuestas por la caída del nivel del mar. [53] [54] Este enterramiento mejorado del carbono orgánico resultó en una disminución de los niveles atmosféricos de CO 2 y un efecto invernadero inverso, lo que permitió que la glaciación ocurriera más fácilmente. [27]

Estallido de rayos gamma

Algunos investigadores han sugerido que un estallido de rayos gamma (GRB) fue la causa de la abrupta glaciación que se produjo al comienzo del Hirnantian. [55] Los efectos de un GRB de diez segundos ocurrido a dos kiloparsecs de la Tierra habrían generado una fluencia de 100 kilojulios por metro cuadrado. Esto habría provocado que grandes cantidades de ácido nítrico cayeran sobre la superficie de la Tierra como consecuencia del estallido de rayos gamma, lo que habría provocado la proliferación de fotosintetizadores limitados en nitrato que habrían secuestrado grandes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera. Además, el GRB habría iniciado una importante reducción del ozono , otro potente gas de efecto invernadero, a través de su reacción con el óxido nítrico producido como resultado de la disociación del nitrógeno diatómico y la posterior reacción de los átomos de nitrógeno con el oxígeno. [56]

Impacto de asteroide

Evento meteórico del Ordovícico

La ruptura del cuerpo progenitor de la condrita L provocó una lluvia de material extraterrestre sobre la Tierra llamada el fenómeno meteórico del Ordovícico . Este fenómeno aumentó el polvo estratosférico en tres o cuatro órdenes de magnitud y puede haber desencadenado la edad de hielo al reflejar la luz solar de vuelta al espacio. [57]

Estructura de impacto de Deniliquin

Un artículo de 2023 ha propuesto que la glaciación hirnantiana podría haberse producido debido a un invierno de impacto generado por el impacto que formó la formación de anillos múltiples de Deniliquin en lo que hoy es el sureste de Australia, aunque esta hipótesis actualmente sigue sin probarse. [58]

Anillo de escombros

Un estudio de 2024 sugiere que, en lugar de una ruptura completa o un impacto directo, el cuerpo progenitor de la condrita L puede haber tenido un encuentro casi accidental con la Tierra, lo que provocó que una parte de él se desprendiera por la atracción gravitatoria de la Tierra. Estos escombros pueden haber formado un anillo planetario , y los escombros que caen del anillo pueden haber protegido a la Tierra de los rayos del sol y desencadenado un enfriamiento significativo. La evidencia de esto proviene del hecho de que los cráteres que datan del evento del meteorito Ordovícico parecen agruparse en una banda distintiva alrededor de la Tierra en lugar de estar dispersos aleatoriamente, lo que puede haber provenido de escombros que caen a la Tierra desde el anillo. Este anillo puede haber durado casi 40 millones de años. [59]

Aerosoles volcánicos

Aunque la actividad volcánica a menudo conduce al calentamiento a través de la liberación de gases de efecto invernadero, también puede conducir al enfriamiento a través de la producción de aerosoles , partículas que bloquean la luz. Hay buena evidencia de una actividad volcánica elevada durante el Hirnantian, basada en concentraciones anómalamente altas de mercurio (Hg) en muchas áreas. El dióxido de azufre (SO 2 ) y otros gases volcánicos sulfurosos se convierten en aerosoles de sulfato en la estratosfera , y las erupciones cortas y periódicas de grandes provincias ígneas pueden explicar el enfriamiento de esta manera. [60] Aunque no hay evidencia directa de una gran provincia ígnea durante el Hirnantian, el vulcanismo aún podría ser un factor importante. Las erupciones volcánicas explosivas, que regularmente envían escombros y volátiles a la estratosfera, serían incluso más efectivas para producir aerosoles de sulfato. Los lechos de ceniza son comunes en el Ordovícico Tardío, y la pirita del Hirnantian registra anomalías de isótopos de azufre consistentes con erupciones estratosféricas. [61] La enorme megaerupción que formó la capa de bentonita de Deicke en particular se ha vinculado al enfriamiento global debido a que coincidió con una importante excursión de isótopos positivos de oxígeno y la alta concentración de azufre observada en su capa de bentonita. [62]

Cambio del nivel del mar

Una de las posibles causas de la caída de la temperatura durante este período es la caída del nivel del mar. El nivel del mar debe bajar antes de que se inicien extensas capas de hielo para que sea un posible desencadenante. Una caída del nivel del mar permite que haya más tierra disponible para el crecimiento de la capa de hielo. Existe un amplio debate sobre el momento en que se produjo el cambio del nivel del mar, pero hay algunas pruebas de que la caída del nivel del mar comenzó antes del Ashgillian , lo que lo habría convertido en un factor contribuyente a la glaciación. [40]

Paleogeografía

La posible configuración de la paleogeografía durante el período de 460 Ma a 440 Ma se encuentra en un rango entre el Caradociense y el Ashgilliense. La elección de la configuración es importante, porque es más probable que la configuración del Caradociense produzca hielo glacial con altas concentraciones de CO2 , y es más probable que la configuración del Ashgilliense produzca hielo glacial con bajas concentraciones de CO2 . [ 40]

La altura de la masa terrestre sobre el nivel del mar también juega un papel importante, especialmente después de que se han formado las capas de hielo. Una elevación más alta permite que las capas de hielo permanezcan con más estabilidad, pero una elevación más baja permite que las capas de hielo se desarrollen más fácilmente. Se considera que el Caradociense tiene una elevación superficial más baja y, aunque sería mejor para la iniciación durante un período de alto CO 2 , tendría más dificultades para mantener la cobertura glacial. [63]

Por lo que sabemos sobre el movimiento tectónico , el lapso de tiempo requerido para permitir el movimiento hacia el sur de Gondwana hacia el Polo Sur habría sido demasiado largo para desencadenar esta glaciación. El movimiento tectónico tiende a tomar varios millones de años, pero la escala de la glaciación parece haber ocurrido en menos de 1 millón de años, pero el marco de tiempo exacto de la glaciación varía de menos de 1 millón de años a 35 millones de años, por lo que aún podría ser posible que el movimiento tectónico haya desencadenado este período glaciar. [40] Alternativamente, el verdadero desplazamiento polar (TPW) y no el movimiento de placas convencional puede haber sido responsable del inicio de la glaciación hirnantiense. Los datos paleomagnéticos de entre 450 y 440 Ma indican un TPW de alrededor de ~50˚ que ocurre a una velocidad máxima de ~55 cm por año, lo que explica mejor el rápido movimiento de los continentes que la tectónica de placas convencional. [64]

Transporte de calor oceánico hacia los polos

El transporte de calor oceánico es un factor importante en el calentamiento de los polos, ya que toma agua caliente del ecuador y la distribuye a latitudes más altas. Un debilitamiento de este transporte de calor puede haber permitido que los polos se enfriaran lo suficiente como para formar hielo en condiciones de alto CO2 . [ 40] Debido a la configuración paleogeográfica de los continentes, se cree que el transporte de calor oceánico global fue más fuerte en el Ordovícico tardío. [65] Sin embargo, la investigación muestra que para que se produjera la glaciación, el transporte de calor hacia los polos tuvo que ser menor, lo que crea una discrepancia en lo que se sabe. [40]

Parámetros orbitales

Los parámetros orbitales pueden haber actuado en conjunción con algunos de los parámetros anteriores para ayudar a iniciar la glaciación. La variación de la precesión de la Tierra y la excentricidad podrían haber marcado el punto de inflexión para el inicio de la glaciación. [40] Se cree que la órbita en este momento fue una órbita de verano fría para el hemisferio sur. [40] Este tipo de configuración orbital es un cambio en la precesión orbital de modo que durante el verano, cuando el hemisferio está inclinado hacia el sol (en este caso, la Tierra), la Tierra está más alejada del sol, y la excentricidad orbital es tal que la órbita de la Tierra es más alargada, lo que aumentaría el efecto de la precesión.

Los modelos acoplados han demostrado que para mantener el hielo en el polo del hemisferio sur, la Tierra tendría que estar en una configuración de verano frío. [65] Lo más probable es que la glaciación comenzara durante un período de verano frío porque esta configuración aumenta la posibilidad de que la nieve y el hielo sobrevivan durante todo el verano. [40]

Fin del evento

La causa del fin de la glaciación del Ordovícico Tardío es un tema de intensa investigación, pero la evidencia muestra que la desglaciación en el Hirnantiano terminal puede haber ocurrido abruptamente, ya que los estratos del Silúrico marcan un cambio significativo con respecto a los depósitos glaciares que quedaron durante el Ordovícico Tardío. [66] Aunque la glaciación del Hirnantiano terminó rápidamente, glaciaciones más suaves continuaron ocurriendo durante el período Silúrico posterior, [35] y la última fase glacial ocurrió en el Silúrico Tardío. [36]

Colapso del hielo

Una de las posibles causas del fin de la glaciación hirnantiense es que durante el máximo glacial, el hielo se extendió demasiado y comenzó a colapsar sobre sí mismo. La capa de hielo se estabilizó inicialmente una vez que llegó tan al norte como Ghat, Libia y desarrolló un gran sistema de abanico-delta proglacial. Un pliegue glaciotectónico y un cinturón de empuje comenzaron a formarse a partir de repetidas fluctuaciones a pequeña escala en el hielo. El pliegue glaciotectónico y el cinturón de empuje eventualmente llevaron al colapso de la capa de hielo y al retroceso del hielo al sur de Ghat. Una vez estabilizada al sur de Ghat, la capa de hielo comenzó a avanzar hacia el norte nuevamente. Este ciclo lentamente se encogió más al sur cada vez, lo que llevó a un mayor retroceso y un mayor colapso de las condiciones glaciales. Esta recursión permitió el derretimiento de la capa de hielo y el aumento del nivel del mar. Esta hipótesis está respaldada por depósitos glaciares y grandes formaciones terrestres encontradas en Ghat, Libia, que es parte de la cuenca de Murzuq . [66]

CO2

A medida que las capas de hielo comenzaron a aumentar, la erosión de las rocas de silicato y basáltico importantes para el secuestro de carbono (los silicatos a través del ciclo carbonato-silicato , el basalto a través de la formación de carbonato de calcio ) disminuyó, lo que provocó que los niveles de CO 2 aumentaran nuevamente, lo que a su vez ayudó a impulsar la desglaciación. Esta desglaciación provocó la transformación de los silicatos expuestos al aire (lo que les dio la oportunidad de unirse a su CO 2 ) y la erosión de la roca basáltica comenzó de nuevo, lo que provocó que la glaciación ocurriera nuevamente. [24]

Significado

Incluso antes de la extinción masiva al final del Ordovícico, que resultó en una caída significativa en la diversidad y abundancia de quitinozoos, [67] la biodiversidad de los quitinozoos se vio afectada negativamente por el inicio de la glaciación andino-sahariana. Después de un pico en la diversidad a fines del Darriwiliano, los quitinozoos disminuyeron en diversidad a medida que avanzaba el Ordovícico tardío. Una excepción a esta tendencia decreciente de la diversidad de quitinozoos se exhibió en Laurentia debido a su posición de baja latitud y clima más cálido. [68]

La glaciación del Ordovícico Tardío coincidió con el segundo mayor de los cinco grandes eventos de extinción , conocido como la extinción masiva del Ordovícico Tardío . Este período es la única glaciación conocida que ocurrió junto con un evento de extinción masiva. El evento de extinción consistió en dos pulsos discretos. Se cree que el primer pulso de extinciones tuvo lugar debido al enfriamiento rápido y al aumento de la oxigenación de la columna de agua. Este primer pulso fue el más grande de los dos y causó la extinción de la mayoría de las especies animales marinas que existían en los océanos poco profundos y profundos. La segunda fase de extinción estuvo asociada con un fuerte aumento del nivel del mar y, debido a las condiciones atmosféricas, es decir, los niveles de oxígeno estaban en o por debajo del 50% de los niveles actuales, los altos niveles de aguas anóxicas habrían sido comunes. Esta anoxia habría matado a muchos de los sobrevivientes del primer pulso de extinción. En total, el evento de extinción del Ordovícico tardío vio una pérdida del 85% de las especies animales marinas y del 26% de las familias animales. [69]

La desglaciación al final del intervalo glacial homérico coincidió con la primera radiación importante de plantas productoras de esporas triletes, lo que presagió el amanecer de la Revolución Terrestre Silúrico-Devónica . La glaciación posterior del Ludfordiano medio provocó una caída del nivel del mar que creó vastas áreas de nuevos hábitats terrestres que fueron colonizados rápidamente por plantas terrestres, lo que facilitó aún más su diversificación. [70] El calentamiento durante el Pridoli que marcó el final de la glaciación andino-sahariana vio una mayor expansión floral. [71]

Véase también

Referencias

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